PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理中的關(guān)鍵技術(shù)
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PDM(Product Data Management)是對(duì)工程數(shù)據(jù)管理、文檔管理、產(chǎn)品信息管理、技術(shù)信息管理、圖像管理及其它產(chǎn)品定義信息規(guī)律的一種擴(kuò)展與集成。它能有效地集成設(shè)計(jì)和制造系統(tǒng)，同時(shí)支持并行工程的實(shí)施。
PDM經(jīng)歷了一個(gè)CAD數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品配檔管理以及對(duì)所有產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)管理的過程。目前的PDM可以對(duì)產(chǎn)品從開始到最終消亡整個(gè)生命周期中相關(guān)數(shù)據(jù)和相關(guān)過程進(jìn)行系統(tǒng)計(jì)劃、管理和控制。使產(chǎn)品數(shù)據(jù)始終保持一致、最新、共享和安全。PDM追求的是在正確的時(shí)間，把正確的信息，以正確的形式，傳遞給正確的人，完成正確的任務(wù)，使產(chǎn)品數(shù)據(jù)得到最優(yōu)配置和最佳應(yīng)用。使企業(yè)能提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短研制周期，提高企業(yè)的創(chuàng)新能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
1 PDM系統(tǒng)框架
PDM是一種軟件框架系統(tǒng)，它提供了在產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)、銷售等各個(gè)環(huán)節(jié)中數(shù)據(jù)管理、流程管理與控制的集成環(huán)境。如圖1所示，PDM借助于網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，將企業(yè)中所有的應(yīng)用系統(tǒng)置于其框架之中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上的集成，功能上的控制，給用戶提供了統(tǒng)一的操作界面。
PDM要實(shí)現(xiàn)上述的集成與控制，需要解決一些關(guān)鍵技術(shù)，如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、與應(yīng)用軟件的接口技術(shù)、功能擴(kuò)充和更新技術(shù)等，使PDM能滿足目前企業(yè)中現(xiàn)有的應(yīng)用系統(tǒng)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)的需求，并能適應(yīng)企業(yè)管理模式不斷變化，應(yīng)用系統(tǒng)不斷擴(kuò)充和更新的要求，讓企業(yè)在一個(gè)相對(duì)固定的工作環(huán)境中處理不斷變化的對(duì)象和事務(wù)。
2 PDM中的關(guān)鍵技術(shù)
2.1 成組技術(shù)
成組技術(shù)(GT：Group Technology)是在零件設(shè)計(jì)和制造中充分利用相似性原理的方法。PDM系統(tǒng)中，GT技術(shù)主要體現(xiàn)在信息的編碼管理和產(chǎn)品族管理。信息分類編碼是企業(yè)信息化的基礎(chǔ)，是企業(yè)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)集成的基本條件之一。PDM中的編碼方案應(yīng)根據(jù)企業(yè)的需求，與企業(yè)的產(chǎn)品緊密結(jié)合在一起，充分考慮企業(yè)產(chǎn)品的更新?lián)Q代和生產(chǎn)過程中信息的表示，使編碼簡(jiǎn)潔、實(shí)用，起到組織和協(xié)調(diào)企業(yè)內(nèi)部生產(chǎn)的作用。因此，編碼的優(yōu)劣成為企業(yè)能否接受PDM系統(tǒng)的關(guān)鍵性指標(biāo)。
產(chǎn)品族管理是支持目前企業(yè)中“小批量、多品種”生產(chǎn)方式的有效工具。PDM系統(tǒng)中，將具有同類性能特征的產(chǎn)品、相似結(jié)構(gòu)的部件和零件進(jìn)行統(tǒng)一管理，提供符合國(guó)標(biāo)的基本零件族定義和一套定制屬性及繼承關(guān)系的方法，能有效提高企業(yè)零部件的重用水平，使設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)用戶的需求迅速生成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹、物料清單(BOM：Bill of Materials)，從而對(duì)用戶的需求作出快速反應(yīng)。
2.2 客戶化技術(shù)
PDM是一種使能技術(shù)，需要根據(jù)企業(yè)的不同情況進(jìn)行實(shí)施?？蛻艋ぷ靼槠髽I(yè)定制設(shè)計(jì)工作流程(續(xù)致信網(wǎng)上一頁(yè)內(nèi)容)、項(xiàng)目管理方式、編碼規(guī)則、版本控制方法、各種信息的利用方式以及企業(yè)提出的各種需求。客戶化的目的是縮短PDM的實(shí)施周期，增加PDM系統(tǒng)的柔性，在客戶化過程中最終實(shí)現(xiàn)“零編程”。目前比較好的解決方案有模板技術(shù)和組件技術(shù)。
模板技術(shù)是將各功能模塊中的條件參數(shù)化。在PDM系統(tǒng)中建立適合于各種功能的模板庫(kù)，客戶化過程中，根據(jù)不同的需求調(diào)用不同的模板，即可在短時(shí)間內(nèi)建立系統(tǒng)所需求的功能模塊。模板技術(shù)適用于相對(duì)獨(dú)立的功能模塊，如果用戶提出超出模板功能的要求時(shí)，系統(tǒng)需要另配開發(fā)工具，利用定制函數(shù)或描述語(yǔ)言進(jìn)行簡(jiǎn)單的編程來實(shí)現(xiàn)。
組件技術(shù)是在系統(tǒng)中構(gòu)造一些基本功能模塊和過程模塊(稱為組件Component)，這些模塊具有開放的接口和良好的可組合性，并可實(shí)現(xiàn)“即插即用”。當(dāng)系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)某種功能時(shí)，可以將這些基本模塊進(jìn)行組合，定義相應(yīng)的屬性即可。組件技術(shù)使得PDM的客戶化工作變得十分簡(jiǎn)單，只需要搞清企業(yè)的具體需求，學(xué)會(huì)組件的重構(gòu)方法即可構(gòu)造出企業(yè)所要求的PDM系統(tǒng)。組件技術(shù)是軟件設(shè)計(jì)的方向，尤其適用于Case-by-Case工程，企業(yè)可根據(jù)管理模式的變化自主調(diào)整系統(tǒng)的功能，減少對(duì)開發(fā)商的依賴。
2.3 流程的設(shè)計(jì)方法
PDM中的流程設(shè)計(jì)是確定產(chǎn)品設(shè)計(jì)中各個(gè)環(huán)節(jié)和路徑的過程，具體包括設(shè)計(jì)人員工作職責(zé)的制訂、審批人員權(quán)限的劃分等。現(xiàn)行企業(yè)中各部門的工作流程具有相似性，實(shí)施方案需要根據(jù)企業(yè)的現(xiàn)行管理模式確定，這就給流程設(shè)計(jì)方法提出了能不斷適應(yīng)企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理模式變化而重新組合的功能要求。
PDM中的流程設(shè)計(jì)方法有兩種：一種是預(yù)置式流程設(shè)計(jì)，該方法將企業(yè)中的流程模式預(yù)制在一個(gè)模塊中，制定流程時(shí)只需要對(duì)流程進(jìn)行選擇即可達(dá)到設(shè)計(jì)的要求；另一種是采用可視化設(shè)計(jì)方法，用圖框表示節(jié)點(diǎn)，有向線段表示信息的流向，用屬性來定義節(jié)點(diǎn)和流程的相互關(guān)系，如將節(jié)點(diǎn)定義為設(shè)計(jì)人員、校對(duì)人員、審批人員等，將流程定義為提交、返回修改等?？梢暬O(shè)計(jì)流程的方法比較直觀，易于表達(dá)，具有較大的靈活性，企業(yè)也容易接受。
2.4 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理
PDM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理包括數(shù)據(jù)的存取方式、數(shù)據(jù)的安全性和數(shù)據(jù)的管理模式等。目前的PDM系統(tǒng)中大多數(shù)采用Oracle、SyBase、SQL Server等流行的商用數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)是以記錄形式存放在數(shù)據(jù)庫(kù)中，這種存放方式可以保證數(shù)據(jù)在物理上和邏輯上的獨(dú)立性，有效地控制對(duì)數(shù)據(jù)的使用，允許不同需求的用戶共享數(shù)據(jù)。但目前計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)都是基于文件的自動(dòng)化孤島，如CAD/CAPP/CAM等系統(tǒng)，在產(chǎn)品開發(fā)過程中生成的大部分?jǐn)?shù)據(jù)屬于工程數(shù)據(jù)，其形式多樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難用一般的商用數(shù)據(jù)庫(kù)來進(jìn)行管理。目前采用了變通的方法，即允許數(shù)據(jù)存放在各自的文件中，數(shù)據(jù)庫(kù)中只存放文件的元數(shù)據(jù)或路徑數(shù)據(jù)，如文件的存放路徑、文件名等相關(guān)的屬性。
數(shù)據(jù)的加密措施有3種。一種是所謂偽加密，即將數(shù)據(jù)庫(kù)中的元數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理，原數(shù)據(jù)文件隱式無序存放，一般情況下很難在浩瀚的文件中理出成套技術(shù)文檔。第二種方法是采用部分加密方案，將數(shù)據(jù)文件中的屬性描述字節(jié)取出或加密處理，破壞了原文件的存貯結(jié)構(gòu)，即使將其文件拷出也無法打開。這種方法數(shù)據(jù)的處理量小，基本上不影響系統(tǒng)的運(yùn)行效率。第三種方法是設(shè)計(jì)一種算法，將文件整體加密處理，只要算法不被破譯，文件就無法重現(xiàn)，但工程圖形的數(shù)據(jù)量大，會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行速度。
現(xiàn)行PDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理形式是基于關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的。數(shù)據(jù)之間關(guān)系通常是靜態(tài)的、明確的、簡(jiǎn)單的，而產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中的數(shù)據(jù)往往是動(dòng)態(tài)的、不明確的，結(jié)構(gòu)也是復(fù)雜的，而且具有較高的相關(guān)性。人們希望對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作能實(shí)現(xiàn)“零輸入”，即僅使用鼠標(biāo)就可實(shí)現(xiàn)PDM系統(tǒng)中編碼管理、流程管理、產(chǎn)品配置管理等功能。實(shí)現(xiàn)的方法是建立與產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)相對(duì)應(yīng)的動(dòng)態(tài)操作數(shù)據(jù)庫(kù)，將系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的操作均存放在該操作庫(kù)中，該庫(kù)可動(dòng)態(tài)的進(jìn)行更新，它記錄了需要實(shí)現(xiàn)的和已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的各類操作，供使用人員在操作時(shí)參考和選擇。
2.5 系統(tǒng)集成
PDM系統(tǒng)的集成主要包括運(yùn)行環(huán)境集成、信息集成、功能集成、技術(shù)集成以及人員和組織的集成。系統(tǒng)集成的核心是信息集成，關(guān)鍵是人和組織的集成，而運(yùn)行環(huán)境的集成和技術(shù)的集成則決定了PDM系統(tǒng)的技術(shù)水平、運(yùn)行效率以及生命周期，功能的集成將直接影響管理和生產(chǎn)的質(zhì)量和效益。
PDM系統(tǒng)面對(duì)的是CAD/CAPP/CAM、MRPⅡ等系統(tǒng)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)的管理，由于各應(yīng)用系統(tǒng)中各種對(duì)象描述采用的標(biāo)準(zhǔn)或數(shù)據(jù)格式不同，造成系統(tǒng)之間互不兼容。解決的方案之一是采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。這種方案需要根據(jù)各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)格式開發(fā)專用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊。另一種方案是將各系統(tǒng)中的共同信息提取出來，做到各個(gè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)級(jí)上的集成，保證數(shù)據(jù)一次性輸入，多次重用，以達(dá)到各應(yīng)用系統(tǒng)集成的目的。目前PDM系統(tǒng)主要考慮的集成對(duì)象為：
a.CAD/CAPP/CAM等CAX系統(tǒng)的集成。CAX系統(tǒng)是產(chǎn)品的主要數(shù)據(jù)源，各個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)是分散的，有些數(shù)據(jù)可能還有重復(fù)。在PDM框架中，采用對(duì)信息統(tǒng)一編碼的方式，解決數(shù)據(jù)的重復(fù)性、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)的歷史追蹤等問題，使得設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)能很好地面向產(chǎn)品制造及相關(guān)的管理，保證了數(shù)據(jù)的一致性和協(xié)調(diào)性。
b.MRPⅡ系統(tǒng)的集成。MRPⅡ是以物料清單(BOM)為依據(jù)展開的相關(guān)管理，其目的是及時(shí)準(zhǔn)確地處理信息，提高計(jì)劃執(zhí)行的有效性，減少庫(kù)存，加速資金周轉(zhuǎn)，縮短生產(chǎn)周期，提高交貨期的準(zhǔn)確性。BOM表是MRPⅡ的數(shù)據(jù)源，而BOM表的數(shù)據(jù)源是CAX等設(shè)計(jì)系統(tǒng)，只有在保證CAX系統(tǒng)數(shù)據(jù)正確的前提下，MRPⅡ才能發(fā)揮應(yīng)有的效能。PDM系統(tǒng)則保證了這些系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)的順暢傳輸。
2.6 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
PDM系統(tǒng)的環(huán)境，是一種多介質(zhì)數(shù)據(jù)載體和多類型硬件系統(tǒng)形成的異構(gòu)分布環(huán)境，這種環(huán)境下的Intranet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有兩種方案：一種是兩層網(wǎng)絡(luò)模型即C/S模型，它采用Client與Server實(shí)現(xiàn)用戶界面處理、業(yè)務(wù)功能處理、數(shù)據(jù)處理等功能。一種是三層網(wǎng)絡(luò)模型即C/NS，它是將用戶界面處理、業(yè)務(wù)功能處理、數(shù)據(jù)處理這三個(gè)子模型相互獨(dú)立，分別由不同資源代碼實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，瀏覽器成為標(biāo)準(zhǔn)Client配置，業(yè)務(wù)功能處理從C/S代碼中徹底分離出來，由Web服務(wù)器處理，數(shù)據(jù)處理仍由Server實(shí)現(xiàn)。
基于C/S模式的FTP文件傳輸方式是解決網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，產(chǎn)品數(shù)據(jù)文件安全的一種機(jī)制。當(dāng)PDM系統(tǒng)中需要?dú)w檔的文件通過FTP(File Transfer Protocol)方式存放到數(shù)據(jù)服務(wù)器上后，客戶端只能通過查詢Web服務(wù)器上的FTP站點(diǎn)才能找到數(shù)據(jù)文件，數(shù)據(jù)文件對(duì)用戶是屏蔽的。
基于Web技術(shù)的異地設(shè)計(jì)、制造結(jié)構(gòu)體系是借助于Internet/Intranet網(wǎng)絡(luò)，通過Client向Server發(fā)送RPC(Remote Procedure Call)實(shí)現(xiàn)調(diào)用請(qǐng)求的一種信息傳輸方式。由于所有的請(qǐng)求與服務(wù)均要通過Web服務(wù)器來實(shí)現(xiàn)，使得在大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸和復(fù)雜類型應(yīng)用時(shí)會(huì)產(chǎn)生“瓶頸”效應(yīng)，有待于在技術(shù)和結(jié)構(gòu)上的進(jìn)一步完善。
3 PDM發(fā)展趨勢(shì)
PDM是一個(gè)不斷發(fā)展的動(dòng)態(tài)概念，它的內(nèi)容隨管理對(duì)象的不同內(nèi)涵而變化。它不僅僅是一種技術(shù)，更重要的是一種管理思想。隨著企業(yè)管理模式的變化，新技術(shù)不斷出現(xiàn)，PDM的范圍也在不斷延拓。
3.1 基于CORBA技術(shù)的PDM系統(tǒng)
CORBA(Common Object Request Broker Architecture)是目前最流行的一種分布式對(duì)象計(jì)算機(jī)技術(shù)規(guī)范。CORBA的一個(gè)應(yīng)用是通過CORBA系統(tǒng)的支持，開發(fā)者可以采用不同的編程語(yǔ)言、操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)來開發(fā)面向?qū)ο蟮姆植际綉?yīng)用。其特點(diǎn)是：開發(fā)代價(jià)小、效率高；服務(wù)對(duì)象可以透明地被分布在本地和網(wǎng)絡(luò)上的客戶采用；為服務(wù)對(duì)象提供“即插即用”功能，對(duì)象升級(jí)時(shí)只要接口保持不變，客戶中代碼無需作任何變化。
CORBA系統(tǒng)的另一個(gè)應(yīng)用是集成已有的應(yīng)用系統(tǒng)。PDM系統(tǒng)框架中的各應(yīng)用系統(tǒng)通過CORBA系統(tǒng)集成在一起，實(shí)現(xiàn)信息的交互和共享。集成的關(guān)鍵在于對(duì)已有系統(tǒng)的封裝和打包，經(jīng)過打包，這些系統(tǒng)就能夠以O(shè)MGIDL(Object Management Group Interface Description Language)的形式提供給用戶，從而和新開發(fā)的面向?qū)ο蟮姆植紤?yīng)用同樣處理。
3.2 支持并行工程的PDM系統(tǒng)框架
并行工程是集成地、并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)過程(包括制造過程和支持過程)的系統(tǒng)方法。這種方法要求產(chǎn)品開發(fā)人員在設(shè)計(jì)一開始就考慮產(chǎn)品整個(gè)生命周期，即從概念形成到產(chǎn)品報(bào)廢處理的所有因素，包括質(zhì)量、成本、進(jìn)度計(jì)劃和用戶要求。PDM系統(tǒng)要能支持并行工程，需要在流程管理系統(tǒng)集成上按照并行工程的思想，提供并行協(xié)同的設(shè)計(jì)平臺(tái)和管理平臺(tái)，它支持異地分布人員對(duì)同一圖形進(jìn)行顯示與處理，保證各類技術(shù)人員在不同終端上對(duì)同一模型進(jìn)行操作。在PDM系統(tǒng)環(huán)境中技術(shù)人員可以對(duì)圖形和模型數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)共享，管理人員可以對(duì)同一決策方案進(jìn)行商討；此外，系統(tǒng)需要提供各種決策評(píng)價(jià)系統(tǒng)，評(píng)價(jià)各個(gè)階段的工作(包括設(shè)計(jì)、管理等)，后續(xù)崗位人員將評(píng)價(jià)的結(jié)果作為提前進(jìn)入的依據(jù)，確保整個(gè)工作全面、順利、協(xié)調(diào)地展開。
3.3 標(biāo)準(zhǔn)化與通用化的PDM系統(tǒng)
PDM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化包含管理對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)化和管理過程的標(biāo)準(zhǔn)化。管理對(duì)象的標(biāo)準(zhǔn)化需要系統(tǒng)提供能與各子系統(tǒng)集成的標(biāo)準(zhǔn)接口，包括封裝接口和數(shù)據(jù)接口，對(duì)于封裝接口可以采用前述的CORBA技術(shù)；對(duì)于數(shù)據(jù)接口則要求PDM系統(tǒng)配置智能數(shù)據(jù)接口，將各種數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)成一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式，以便于系統(tǒng)間的轉(zhuǎn)換。管理過程的標(biāo)準(zhǔn)化是指PDM系統(tǒng)的工作流程和管理流程要能遵循ISO9000系列標(biāo)準(zhǔn)以及企業(yè)必須遵循的其它標(biāo)準(zhǔn)，并能在系統(tǒng)中建立起監(jiān)督機(jī)制。
PDM系統(tǒng)的通用化是目前研究的熱點(diǎn)。PDM與企業(yè)的管理模式有關(guān)，各個(gè)企業(yè)的管理模式可能不同，同一企業(yè)不同時(shí)期的管理模式也是變化的。目前的解決思路是盡量使系統(tǒng)能夠滿足不同企業(yè)的需求，采用各種先進(jìn)技術(shù)，使得PDM系統(tǒng)具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力?？梢灶A(yù)見，隨著對(duì)PDM技術(shù)研究的不斷深入，新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，PDM系統(tǒng)通用化程度將會(huì)越來越高，PDM系統(tǒng)客戶化工作將越來越少，直至取消。