基于PDM的敏捷制造系統(tǒng)研究
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競爭使得一個產(chǎn)品生命周期越來越短，制造技術越來越復雜，生產(chǎn)批量越來越少。過去大批量生產(chǎn)的剛性的生產(chǎn)線顯得越來越不適應目前的市場需求。競爭要求企業(yè)能將原有的剛性生產(chǎn)模式改成敏捷化的。面對市場個性化的要求，企業(yè)必須迅速進行重組，以對市場機遇作出敏捷反應，生產(chǎn)出用戶所需要的產(chǎn)品。當發(fā)現(xiàn)不能單獨作出敏捷反應時，要通過信息高速公路的工廠子網(wǎng)和其它企業(yè)進行合作。
敏捷制造的目標是建立一種對用戶需求作出靈敏快速反應的、市場競爭力強的制造組織和活動。敏捷制造系統(tǒng)是一種動態(tài)的生產(chǎn)系統(tǒng)，其重要的特征之一就是能夠根據(jù)市場的變化通過信息交換網(wǎng)絡將不同地域、不同企業(yè)的制造資源進行組合并以最快捷的方式生產(chǎn)出市場所需要的產(chǎn)品。
企業(yè)要想發(fā)展就只能盡可能地滿足用戶的各種個性化需求。在企業(yè)盡力滿足用戶的同時，企業(yè)里充斥了大量的產(chǎn)品信息、各種版本的技術文件、各種類型的產(chǎn)品BOM，僅僅滿足了少量用戶的需求，信息就已經(jīng)呈爆炸式的增長，如何處理這些信息已經(jīng)變成困擾用戶的主要問題。
PDM 作為企業(yè)信息化的新興生力軍，逐漸被引入了現(xiàn)代企業(yè)中。
1 敏捷制造
敏捷制造(AM)這個概念是1991年在美國國防部的資助下， 由里海(Lehigh)大學的亞柯卡(IACOCCA)研究所與美國海軍制造技術辦公室合作研究后提出的報告《2l世紀制造業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略》中提出來的。報告認為：美國的消費品生產(chǎn)、半導體工業(yè)、汽車工業(yè)、化學工業(yè)中傳統(tǒng)的大批量制造企業(yè)應在未來的世紀中轉變?yōu)楦?ldquo;靈活”的企業(yè)，否則就會在全球化的市場競爭中失去優(yōu)勢，即便在大批量制造企業(yè)中采用了準時生產(chǎn)(JIT)和
精益生產(chǎn)(LP)，由于企業(yè)仍停留在制造每一個零件和部件的“全能”型方式下，競爭優(yōu)勢只體現(xiàn)在全能和生產(chǎn)規(guī)模卜，而靈活的制造則著眼于小規(guī)模、模塊化組合和企業(yè)間合作生產(chǎn)，發(fā)揮了眾多特長企業(yè)的優(yōu)勢來適應變化多端的市場需求，能及時抓住機遇并以極高的靈敏度響應市場。
1．1 敏捷制造的特征
敏捷化思想的出發(fā)點是基于對未來產(chǎn)品和市場發(fā)展的分析。隨著人民生活水平的 斷提高，人們對產(chǎn)品的需求和評價標準將從質量、功能的角度轉為最
大客戶滿意、資源保護、污染控制等等。產(chǎn)品市場總的發(fā)展趨勢將從當今的標準化和大批最到未來的多元化和個人化。
敏捷的概念就是要提高企業(yè)的應變能力，提高其駕馭未來市場和競爭環(huán)境的能力。使其能從變化的調整中掌握主動并贏得競爭。敏捷制造要求企業(yè)能最(續(xù)致信網(wǎng)上一頁內容)充分、最有效地利用各種信息和現(xiàn)代技術，通過并行工程和仿真技術的利用，通過對全生產(chǎn)過程的仿真模擬，來實現(xiàn)第一個產(chǎn)品就是最優(yōu)產(chǎn)品的目標，從而徹底取消原型和樣機的試生產(chǎn)過程 敏捷性使企、 能以更快的速度、更好的質量、更低的成本和更優(yōu)質的服務來贏得市場競爭。
為了抓住多變的市場機遇，快速完成各類生產(chǎn)任務，敏捷制造企業(yè)的生產(chǎn)系統(tǒng)必須具有高度的靈活性(柔性)和可重組性，根據(jù)產(chǎn)品結構的相似性建立模塊化的制造單元或智能加工單元，這種單元能根據(jù)生產(chǎn)任務的需要構成相應的生產(chǎn)系統(tǒng)，通過智能制造過程控制器、制造過程監(jiān)測器、生產(chǎn)過程建模和仿真技術，快速可靠地執(zhí)行加工任務。
1．2 企業(yè)實現(xiàn)敏捷制造的內外條件
里海大學是對AM 研究較早也是較完整的科研機構。目前其對敏捷制造的定義也較權威：敏捷制造是一種結構，在這個結構中每個公司都能開發(fā)自己的產(chǎn)品并實施自己的經(jīng)營戰(zhàn)略。構成這個結構的基石是三種基本資源：生產(chǎn)技術、管理和人力資源。敏捷性源于這三種制造資源的有效集成。生產(chǎn)技術包括以下特點：敏捷的技術支持、工作過程并行化，設計面向產(chǎn)品的整個生命期，在寬帶網(wǎng)上采用嚴格通用的數(shù)據(jù)交換標準，實現(xiàn)分布式企業(yè)集成和分布式并行操作等。管理技術包括動態(tài)組織結構、虛擬企業(yè)、全工廠網(wǎng)絡等領域。AM 特別強調人是決定性的，強調通過繼續(xù)教育和激勵機制培養(yǎng)具有豐富想象力、主動性、創(chuàng)造性和熟練技能的企業(yè)雇員。
為了抓住市場機遇，要求企業(yè)內部必須做到如下三點：① 加快設計方案向生產(chǎn)的轉換；②縮短生產(chǎn)提前期；③ 嚴格控制和降低材料成本。
企業(yè)外部應滿足：①企業(yè)模式應是在行業(yè)內若下家產(chǎn)品型中小企業(yè)組成企業(yè)聯(lián)盟，選舉某一骨干企業(yè)為盟主企業(yè)，其它企業(yè)成為其盟員企業(yè)，形成“一主多從”的企業(yè)模式，通過網(wǎng)絡進行協(xié)同工藝設計，有效地縮短設計周期，以適應敏捷制造環(huán)境的要求；②企業(yè)間的工藝資源信息要高度集成和適時共享，具有對市場的快速響應性，能提供多種信息描述與獲取手段，能適應不同的敏捷化企業(yè)和加工對象，支持制造資源的動態(tài)重組和優(yōu)化配置。
2 PDM 是敏捷制造的必然選擇
由于客戶的個性化要求必然導致企業(yè)內部同一類的產(chǎn)品數(shù)據(jù)存在大量的不同版本，加上在同一產(chǎn)品以及同一產(chǎn)品族的不同研制階段數(shù)據(jù)的不同，從而使得數(shù)據(jù)變化的一致性成了最迫切的要求。PDM 的出現(xiàn)為這個問題的解決提供了一種可能的技術支持。
2．1 PDM 的概念
PDM (Product Data Management， 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)技術，最早出現(xiàn)在20世紀80年代初期。當時，隨著CAD技術的逐步成熟，廣泛應用CAX技術導致企出現(xiàn)大節(jié)的電了圖檔，而且電子圖檔在數(shù)量上往往會呈指數(shù)級增長 。在這樣的情況 ，如何有效地管理這些文檔就成為企業(yè)必須面對的問題。這種需求，直接導致了PDM 原型技術的出現(xiàn)。隨后，在應用方面，PDM 技術逐步增加了產(chǎn)品結構管理、工作流管理等技術，形成第一代PDM。第一代PDM 在功能上主要包括電子繪圖倉庫、數(shù)據(jù)版本控制和初步的產(chǎn)品結構管理。在此基礎上，后來又增加了產(chǎn)品配置管理等功能。
PDM 的發(fā)展歷程見圖l。如 1所示，第一代PDM 專注于設計階段工程信息的管理，產(chǎn)品設計與制造的脫節(jié)沒有得到很好的解決，在這樣的背景之下，出現(xiàn)了第二代產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM II)的概念。PDM II有三個核心的要素：虛擬
產(chǎn)品開發(fā)管理(VPDM)、傳統(tǒng)的PDM、ERP 系統(tǒng)。從軟件功能的角度講，這個時代的產(chǎn)品具備了工作流管理和產(chǎn)品生命周期這樣的模塊，并且管理的范圍擴展到企業(yè)一級。從PDM II所提供的功能上可以看出，這個時代的PDM 系統(tǒng)隱含著這樣的基本管理思想：通過流程自動化手段，將技術人員放到產(chǎn)品開發(fā)的流水線中，并通過自動化的流程追求產(chǎn)品開發(fā)的低成本和高效率。
盡管PDM 的內涵和外延不斷擴展，但其核心脈絡還是比較清晰的。著名的咨詢機構CIM data對PDM 是這樣定義的：PDM是一門管理所有與產(chǎn)品相關的信息和過程的技術。而Gartner Group對PDM 的定義則為：PDM 是一個輔助工具，它用于在企業(yè)范圍內構造一個從產(chǎn)品策劃到產(chǎn)品實現(xiàn)的并行協(xié)作環(huán)境，一個成熟的PDM 系統(tǒng)能夠使所有參與創(chuàng)建、交流以及維護產(chǎn)品設計意圖的人員在整個產(chǎn)品生命周期中自由共享與產(chǎn)品相關的所有異構數(shù)據(jù)，如圖紙與數(shù)字化文檔、CAD 文件與產(chǎn)品結構等。
2．2 PDM 的功能
PDM 系統(tǒng)包含許多基本功能。企業(yè)可以用電子方式管理文檔，可以迅速、安全、 效地維護、獲取、修改圖紙和技術相關信息。如果企業(yè)想使用PDM系統(tǒng)，一定確保包含下列功能： 電子數(shù)據(jù)保存和管理；靈活組織文件；支持多種文件格式；文檔安全性；分類與查詢管理；用戶化工具；集成功能；
產(chǎn)品管理；產(chǎn)品結構管理；工作
流程管理；
項目管理。
3 構建基于PDM 的敏捷制造系統(tǒng)
PDM 建立了一個產(chǎn)品開發(fā)的平臺，使企業(yè)能夠運用并行工程(Concurrent Engineering)的原理，使產(chǎn)品在設計階段就包含產(chǎn)品相關的各個部門，如設計、工藝、制造、采購等，能夠讓各個部門協(xié)同工作。設計人員在初期就可以選用滿足要求并且成本低的零部件，產(chǎn)品設計的缺陷(無論是影響產(chǎn)品性能，還是影響產(chǎn)品的可制造性)也可以被及早發(fā)現(xiàn)，從而減少了工程變更的次數(shù)，縮短廠產(chǎn)品的研發(fā)時間。
3．1 構建PDM 數(shù)據(jù)庫，提高設計重用性
面對海量的信息和技術人員的高流動性，企業(yè)越來越感覺到智力財產(chǎn)是企業(yè)的最大財富。用好已經(jīng)存在的智力財產(chǎn)、以較低的成本獲取盡可能多的智力財產(chǎn)變成了大部分企業(yè)的根本愿望。
從產(chǎn)品開發(fā)的過程中，設計師乃至企業(yè)都能認識到持續(xù)創(chuàng)新來源于對現(xiàn)有設計的反復重用。大部分產(chǎn)品設計在本質上都不是全新的，而僅僅是以前設計的改進。正確使用PDM 不僅可節(jié)約設計過程所投入的人力物力，更可減少在整個部件的生命周期中所涉及到的部門所投入的人力、物力，例如
采購成本、倉儲成本、測試成本、檢驗成本、維護成本等。PDM 作為所有產(chǎn)品知識的唯一數(shù)據(jù)源，提供了豐富的知識查詢手段，特別是對部件和文檔的分類管理，使PDM 真正成為了一個能夠讀解數(shù)據(jù)含義的業(yè)務知識系統(tǒng)，使得PDM 遠遠超出了普通的文檔服務器(File Server or FTP)以及VSS這樣的協(xié)同控制領域，成為最接近知識管理的應用系統(tǒng)。
3．2 使用PDM 數(shù)據(jù)庫， 降低設計成本
產(chǎn)品7O％以上的成本是在設計階段決定的，因此在產(chǎn)品設計階段降低成本的空間也最大。設計時，設計人員能否在設計階段利用類似于PDM 的信息系統(tǒng)，很方便地優(yōu)先選用零件庫中價格低、質量優(yōu)的零件，很大程度上決定了整個設計過程的優(yōu)化次數(shù)，當然也決定了產(chǎn)品的設計成本和交付時間。同時工藝和制造工程師也可以參加到設計的審查中，對設計提出自己的意見，使設計更加符合工藝和制造要求，使加工成本得以降低。設計變更時，PDM 能確保協(xié)作團隊使用的是同樣版本的文件和數(shù)據(jù)，避免了因為單純共享有可能帶來的版本謬誤，減少團隊的廢工。
4 結論
PDM 是構筑在關系型數(shù)據(jù)庫基礎上的集成平臺，以一個共享數(shù)據(jù)庫為中心，可以跨越操作系統(tǒng)平臺與應用軟件平臺，能夠實現(xiàn)多平臺的信息集成，敏捷制造和PDM 的結合必然使得現(xiàn)代企業(yè)能立于不敗之地。