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1產品數據管理系統(PDM)發展及現狀
1.1PDM技術的基本概念及產生的背景
產品數據管理 (PDM)是以軟件技術為基礎,以產品為核心,實現對產品相關數據、過程、資源一體化集成管理的技術。PDM明確定位為面向制造企業,以產品為管理的核心,以數據、過程和資源為管理信息的三大要素。它繼承并發展了CIM(Computer integration Manufacture)等技術的核心思想,在系統工程思想的指導下,用整體優化的思想對產品設計過程進行描述,規范產品生命周期管理,保持產品數據的一致性和可跟蹤性。其進行信息管理的兩條主線是靜態的產品結構和動態的產品設計流程,核心思想是設計數據的有序、設計過程的優化和資源的共享。
在 20世紀的60、70年代,企業在其設計和生產過程中開始使用CAD、CAM等技術,新技術的引用在促進生產力發展的同時也帶來了新的挑戰。對于制造企業而言,雖然各單元的計算機輔助技術己經日益成熟,但各自動化單元自成體系,彼此之間缺乏有效的信息溝通與協調,這就是所謂的“信息孤島”問題。
進入 20世紀末,以信息技術為主要特征的高新技術飛速發展,推動了技術進步和經濟全球化,加速了技術革新、管理革新,企業面臨的商業環境和市場環境發生了根本的變化。具體表現在以下幾個方面:
( 1)技術進步和高新技術的應用,信息量急劇增加。
( 2)全球化市場與全球化競爭。
( 3)用戶對產品的需求呈現多樣化和個性化。
( 4)產品更新換代加快,生命周期縮短,人們對交貨期的期望越來越高。
( 5)生產方式的多樣化。
但很多企業在技術、管理、技術與管理的協調發展以及適應新的生產模式和管理模式等方面還存在一些問題,影響了企業的競爭能力和向現代企業的發展。這些問題具體表現在:
( 1)設計手段和加工技術落后。
( 2)管理落后,特別是技術先進性與管理落后的矛盾日益突出。CAD技術的全面推廣,大大提高了設計質量,減少了差錯,降低了返工率,大大提高了企業的產品開發能力和市場競爭力。但另一方面,卻給數據管理帶來了更多的困難,數據管理的落后更為明顯,主要表現在:信息共享程序低、信息傳遞速度慢、文檔管理落后、設計方式陳舊及應用集成效率不高等方面。
( 3)新的生產模式,如CIMS、并行工程、精益生產、敏捷制造等,對信息管理技術提出了更高的要求,不僅要求支撐技術能夠支持多學科領域專家協同工作,而且要求把產品信息和開發過程有機地集成起來,做到在正確的時間,把正確的信息以正確的形式送達到正確的人手中。
由于以上諸多方面對信息管理的需求,許多企業己經意識到:實現信息的有序管理將成為他們在未來競爭中保持領先地位的關鍵因素。產品數據管理( TI PDM)正是在這一背景下產生的一項新的信息管理思想和技術。
1.2PDM在中小企業應用現狀
對于大多數中小型企業,一般來說,引進國內外大型 PDM 軟件,實施一個中等規模的 PDM項目,需要大量資金作為軟件費用和實施費用,而且一般要很長時間才能夠交付使用。另外,在實施過程中,還需要企業提供管理及技術人員配合項目的進展,有時出于項目需要,還要增加額外投資用于購買各種硬件設備,所有這些因素,對于國內一般的中小型企業來說,無論在時間上還是在資金上,都難以承擔,這是目前國內外大型PDM軟件在中小型企業客戶群中很難尋找到用戶的重要原因。對于大多中小型企業,更希望能充分利用企業現有的資源進行PDM系統的開發。
2產品數據管理系統(PDM)簡介
2.1PDM系統的體系結構
PDM系統的體系結構可分為四層,它們是用戶界面層、功能模塊及開發工具層、框架核心層和系統支撐層,如圖2-1。
1、用戶界面層:向用戶提供交互式的圖形界面,包括圖示化的瀏覽器、各種菜單、對話框等,用于支持命令的操作與信息的輸入輸出。通過PDM提供的圖示化用戶界面,用戶可以直觀方便地完成管理整個系統中各種對象的操作。它是實現PDM各種功能的手段、媒介,處于最上層。
圖 2-1PDM系統體系結構
2、功能模塊及開發工具層:除了系統管理外,PDM為用戶提供的主要功能模塊有電子倉庫與文檔管理、工作流程管理、產品結構與配置管理、集成工具等。
3、框架核心層:提供實現PDM各種功能的核心結構與架構,由于PDM系統的對象管理框架具有屏蔽異構操作系統、網絡、數據庫的特性,用戶在應用PDM系統的各種功能時,實現了對數據的透明化操作、應用研究的透明化調用和過程的透明化管理等。
4、系統支撐層:以目前流行的關系數據庫系統作為PDM的支持平臺,通過關系數據庫提供的數據操作功能支持PDM系統對象在底層數據庫的管理。
PDM的體系結構應具有以下特點:
( 1)對計算機基礎環境的適應性。
一般而言, 清軟英泰 PDM系統是以分布式網絡技術、客戶機/服務器結構、圖形化用戶接口及數據庫管理技術作為它的環境支持。與底層環境的連接是通過不同接口來實現的,從而保證了一種PDM系統可支持多種類型的硬件平臺、操作系統、數據庫、圖形界面及網絡協議。
( 2)PDM內核的開放性。
PDM內核的開放性體現在越來越多的PDM產品采用面向對象的建模方法和技術來建立系統的管理模型與信息模型,并提供對象管理機制以實現產品信息的管理。在此基礎上,提供一系列開發工具與應用接口幫助用戶方便地定制或擴展原有數據模型,存取相關信息,并增加新的應用功能,以滿足用戶對PDM系統不同的應用要求。
( 3)PDM功能模塊的可變性。
由于 PDM系統采用客戶機/服務器結構,并具有分布式功能,企業在實施時,可從單服務器開始,逐漸擴展到幾個、幾十個,甚至幾百個。用戶在選用功能模塊時,除必需模塊外,其他模塊可根據需求裁剪。
( 4)PDM的插件功能。
為了更有效地管理由應用系統產生的各種數據,并方便地提供給用戶和應用系統使用,就必須建立 PDM系統與應用系統之間更緊密的關系,即基于PDM系統的應用集成。這就要求PDM系統提供中性的應用接口,把外部應用系統封裝或集成到PDM系統中,作為PDM新增的一個子模塊,并可以在PDM環境下方便地運行。
2.2 清軟英泰 PDM系統的主要功能
PDM系統的功能有兩種劃分方法,一種是按面向應用與系統支持的功能劃分,將其分成電子倉庫、面向用戶的使用功能(包括文檔控制、變更控制、配置管理、設計檢索與零件庫和項目管理等)和實用化的支持功能(包括通知與通信、數據傳輸數據轉換、圖像服務、系統管理等);另一種是按軟件功能模塊劃分,可劃分為電子倉庫和文檔管理、工作流與過程管理、產品結構與配置管理、零件分類管理、工程變更管理、項目管理、電子協作、集成工具、瀏覽和圈閱等,前五項功能是PDM系統應用具備的基本功能。本論文按照后者來介紹一般PDM系統的主要功能。
1、電子倉庫和文檔管理
所謂電子倉庫,是在 PDM中實現某種特定數據存儲機制的元數據(管理數據的數據)庫及其管理系統。它保存所有與產品相關的物理數據和文件的元數據,以及指向物理數據和文件的指針。該指針指定存放物理數據的數據庫記錄和存放物理文件的文件系統與目錄。在產品的整個生命周期中與產品相關的信息是多種多樣的。這些信息以文件或圖檔的形式存在,統稱為文檔。通過文檔管理,可以讓企業很好地組織、管理、控制文檔的建立、修改、發布和存檔工作。企業人員也可以更加方便、快捷、有效地查找和引用所需要的各種數據和信息。
清軟英泰 PDM的電子倉庫和文檔管理提供對分布式異構數據的存儲、檢索和管理功能。在PDM中,數據的訪問對用戶來說是完全透明的,用戶無需關心電子數據存放的具體位置,以及自己得到的是否是最新版本,這些工作均由PDM系統來完成。電子倉庫的安全機制使管理員可以定義不同的角色并賦予這些角色不同的數據訪問權限和范圍,通過給用戶分配相應的角色使數據只能被經過授權的用戶獲取或修改。同時,在PDM中電子數據的發布和變更必須經過事先定義的審批流程后才能生效,這樣就使用戶得到的總是經過審批的正確信息。
2、用戶管理
就是對使用 PDM系統的所有用戶進行管理,具體包括用戶注冊,用戶權限控制,用戶角色確定,用戶密級確定等。用戶管理一般通過建立組織一角色一權限模型來實現。
3、工作流與過程管理
工作流和過程管理 WPM(Workflow and Process Management)是一個關于產品數據是如何建立和修改的主動的過程管理。它對任何工作流的形成進行過程控制或在過程開始后的任務控制。它用來定義和控制人們創建和修改數據的方法。它提供了路線、驅動事件的動作、查尋、檢查、存取控制、恢復和對象的編輯等。這一功能為產品開發過程的自動管理提供了必要的支持。
用戶可以建立串行或并行的工作流程,技術人員可以并行地協調工作。當用戶打開自己的任務箱時,就可以看到最新的工作任務清單,項目負責人可隨時查看整個項目的執行情況。 WPM的處理重點是與產品數據相關的任務。通常WPM具有下述三種主要功能:初始工作管理,當設計師準備進行某項設計工作時,除了必要的設計要求和初始設計思想外,與設計工作相關的一些文檔、表格等數據,諸如:外購件手冊、標準件手冊、各種元器件手冊等等提供給設計人員,其他設計人員的設計數據也能夠及時得到查詢,最大限度地滿足設計人員的設計需求。
而這些數據都能夠在 WPM中產生并傳遞過來;工作流程管理,是對產品數據及其引用傳遞和流動的過程的管理。在此可以建立串行或并行的工作流程,將產品研制過程中的審、批、簽流程以及產品更改的審批過程全部通過電子程序有序進行。當用戶打開自己的任務箱時就能看到最新的工作任務清單,審、批、簽等人員可按預先制定的流程進行簽署并可在備注欄附上簽署意見,項目負責人則可隨時查看整個項目的執行情況。它使得成千上萬的PDM系統的用戶的個體對產品數據的處理結果和流動更加具有條理化,知道下一步該做什么;工作歷史管理,工作歷史管理提供了一種審查記錄數據,幫助用戶了解產品項目開發過程中的歷史情況。在現有產品開發工作流程的基礎上,制定新的產品項目的工作流程和過程,工作歷史記錄可以作為重要依據。
4、產品結構與配置管理
產品結構的定義為:相互關聯的一組零件按照特定的裝配關系組裝起來即構成部件,一系列的零件和部件有機的裝配在一起則構成產品。將產品按照部件進行分解,部件再進一步分解成子部件和零件,直到零件為止,由此形成的分層樹狀結構,稱為產品結構樹。產品結構與配置管理是產品數據組織與管理的一種形式,它以電子倉庫為底層支持,以材料明細表為其組織核心,把定義最終產品的所有工程數據和文檔聯系起來,實現產品數據的組織、管理與控制,并在一定目標和規則約束下,向用戶或應用系統提供產品結構的不同視圖和描述,如設計視圖、裝配視圖、制造視圖、計劃視圖等。
5、項目管理
一個功能很強的項目管理能夠為管理者提供 “每分鐘”項目和活動的狀態信息,通過PDM與流行的項目管理軟件包括接口還可獲得資源和規劃及重要路徑報告能力。但是,目前在PDM系統中項目管理考慮較少,許多PDM系統只能提供工作流活動的信息。
6、應用工具集成
清軟英泰 PDM是管理所有與產品相關的數據,而被管數據是由不同的系統產生,數據的類型不同,數據的模型不同,怎樣保證這些數據的一致性和完整性是一個很重要的問題。必須把這系統集成到PDM中,由PDM管理框架對數據進行統一的控制和管理。
7、其他的管理功能
除了以上六大基本功能外, PDM系統也不同程度的提供了掃描與成像、瀏覽與圈閱功能。這些功能可以更加完善PDM的作用。
2.3中小型企業采用PDM的益處
據國外資料統計, PDM的應用能使產品設計周期縮短25%,減少工程設計修改14%,加快產品投放市場進度50%~80%,總成本削減25%以上。對于國內企業來說,實施PDM已經不是需不需要的問題了,而是什么時候實施的問題了。因為PDM為企業帶來以下的益處:
1、提高設計效率,縮短產品上市時間
在需要數據的時候立即得到這些數據,加快任務的完成,支持并行工程,允許授權的小組成員隨時訪問所有相關的數據,并保證這些數據總是屬于最新。一般來說,設計人員在處理信息上就花費了約 30%一70%的時間,如尋找信息、檢索信息、等待圖紙的復制件、新數據的存檔等。PDM幾乎完全避免了這種空載時間,PDM向工程師提供正確適當的工具,使設計人員不再需要知道到什么地方去尋找發布的設計或其它數據,只要一經要求就能得到這些設計或數據,大大地縮短設計過程,提高了設計效率和生產效率。
2、提高設計與制造的準確性,減少工程變更
根據美國的一項調查表明,如果在產品概念設計階段的一次改變成本為 1美元,那么在設計、模擬和分析階段將升至10美元,原型測試階段升至1000美元,制造階段升至10000美元。顯然,在一開始的設計階段選擇合適的技術、提高準確率對壓縮成本是至關重要的。使用PDM系統后,凡是參加同一項目的每一個人都能用同一數據來工作,并且一直保持最新的數據,甚至當人們在并行工作的時候也是這樣,使工程變更減少。
3、更好地利用富有創造力的團隊精神
采用 PDM系統后,可以建立起跨地區、跨部門、跨專業的“虛擬團隊”,打破了空間和部門的限制,使企業能更好的利用人力資源,允許人們互相交流想法,并利用有效、通暢的信息傳遞工具來傳遞這些想法,這樣能夠促進通過協作方式解決問題。
4、更好地管理工程變更
PDM系統允許在數據庫里生成和保存任一設計的多個修訂版本和改型,而且每個版本和修訂版都要“簽字”和“標注日期”,消除對現有設計的任何分歧,提供完整的變更審查線索。
5、向全面質量管理邁進的重要一步
清軟英泰 PDM系統可以建立適應IS09000系列驗證和全面 質量管理 (TQM)的環境。TQM的很多基本原理,如通過“個人授權”來識別和解決問題都是PDM結構中所固有的、正規的控制、檢查、變更管理過程和規定責任,也將有助于保證用戶所選擇的PDM系統能夠與國際質量標準保持一致。PDM技術是企業重構和發展的一項必不可少的重大基礎結構技術,企業各項先進管理計劃的實施都離不開PDM , PDM是推動當今企業重構或改革的一項主要使能技術,是企業提高自身競爭力必須具備的手段。目前許多企業都把PDM作為貫穿整個企業的骨架,這是企業保持競爭力的戰略決策。
3基于Web技術的PDM系統的理論研究
3.1為什么要Web化的PDM
基于 Web技術,Internet代表了IT的一種趨勢,它提供了全球化電子信息共享的機制。可以認為,Internet上的PDM是這種分布式配備的一種自然的延伸。Web瀏覽器本質上變成了一個新的客戶端類型,它是跨所有的程序統一體。Internet和Web技術正在改造著PDM軟件業務。在少許幾年前,Internet性能僅僅只在工程公司管理信息的方式形成一條凹痕。而今天,基于HTML/Java的Web用戶和基于Web的服務器訪問日益變成為PDM系統的代名詞。
Web技術具有以下特點:
1)TCP/IP通信協議在廣域網和局域網上得到了廣泛的應用,已成為工業標準。它為異構網絡互聯提供了平滑的技術支持。
2)瀏覽器作為各種系統通用的客戶端軟件,給用戶提供了統一的圖形化界面,減少用戶在學習新軟件方面所遇到的困難。
3)任何瀏覽器均支持WWW所用的HTTP協議和HTML語言。
4)Web瀏覽器上的Servlet可以與后端數據庫相連,實現動態的網上消息發布。
5)Web是一種基于HTTP協議的客戶機/服務器模式,具有速度快,可維護性好,成本低和功能靈活等特點。
通過 Web技術的使用,可以統一組織和管理企業內部不同部門間不同格式的信息,進而解決企業間以及企業中各部門的信息共享問題。通過Web在PDM系統中進行全球化的信息查詢、瀏覽,來支持全球化、虛擬化企業的信息管理。
3.2基于Web的PDM系統的連接結構
同其他的數據庫管理系統一樣, PDM也遵循連接的結構。在1980之前廣泛使用一層連接結構。一層連接結構的典型特點是它的自包含單片程序,由GUI、進程邏輯和保存的數據組成。接著,在1990年,出現了二層結構方法。這種結構將程序分成二個不同的層,并命名為客戶層和服務器層。
用戶界面和邏輯進程都駐留在客戶層,同時與它相應的數據庫駐留在服務器層。在一層系統之上兩層系統的主要優點是使得客戶端 “變瘦”。因此,與單層系統相比,二層結構允許更快的進程。然而缺點是在程序變得復雜時客戶端可能仍然“太胖”。這將導致來自服務器的慢響應和進程。
在 1996年,發生了計算機網絡的一個革命性變化 —— 三層或者多層結構。這是一個開放的、分布式的結構,它將 “胖”客戶端分成為二個部分 —— 用戶界面和邏輯進程。由此產生的結果是允許更快的響應和用戶需求的進程的三層結構。這種三層系統的系統框圖如圖 2-2,萬維網(WWW)是應用三層結構的一個典型例子:Web瀏覽器是客戶層,數據庫服務器是第三層,TCP/IP服務則是第二層。
圖 2-2三層結構系統
3.3基于Web技術的PDM系統的優點
當 PDM系統轉向三層結構時,我們可以看到Web技術和PDM方法在結構和概念模塊上有許多相似之處。圖2-3和表2-1給出了Web技術和PDM方法在結構和概念模塊上的比較。
圖 2-3PDM方法與Web三層結構的對比
表 2-1Web技術和PDM技術的模塊比較
Web最初開發出來就是為了提供給人們一種嶄新的工作生活方式,使人們之間能夠更好的交流和通訊,使工作和事務的處理能更好更方便地實施。PDM的基本出發點是要打破部門間的時空界線,加強各部門之間的協作,更好更有效地管理企業。Web技術的目標和PDM的基本出發點是完全吻合的,因此,Web技術是一個使能工具,可以用來克服前面所提到的障礙,改進PDM的能力和效率。
在 PDM系統中,基于Web技術有許多的優點,部分總結如下:
1、對用戶友好:基于Web的前端軟件開發使得它們對用戶友好并且更容易交互。這樣,基于Web的PDM系統與別的系統相比僅需要最少的培訓,因此,所有的系統實現的代價降低。簡單廉價的Web瀏覽器在企業中連續地擴展了使用PDM的人,他們不能夠再找到其它的同等方便的在線訪問到這樣一個廣大的信息基礎庫軟件。通過使用戶變得快速積極,瀏覽器提供了一個“跳啟動”在組織中獲得使用PDM的成功,不然這些組織會失去這方面的熱情。PDM使用的瀏覽器同于www中使用的(例如Microsoft Explorer , Netscape Navigator等),它們是針對在Internet或者Intranet上訪問數據。
2、較強的訪問能力和應用能力:公司的數量的快速增長使人認識到利用web瀏覽器作為PDM界面有難以置信的高價值、容易理解和能夠支持幾乎所有的用戶。這些瀏覽器運行在各種類型的計算機上,以Unix機器到PC和Macintoshes,提供跨平臺的相同的界面和感覺。進一步地,這些Web瀏覽器的使用能夠消除在每一臺計算機上安裝和維持特殊的“客戶端”軟件的需求。
3、有效地連接供應鏈:基于Web的PDM系統比不是基于Web系統上有許多的優點,因而它們與供應鏈的連接更有效,并且相應地導致改善供應鏈協同。這允許組織更容易地與他們的供應商和合作伙伴共享重要的信息。在基于Web的PDM中可以得到的信息將幫助公司——通過有效地通信任何新產品數據和產品變更數據到供應商從而使他們能夠相互作用。
4、有效地連接幾何位置上分離的組織:一個基于Web的PDM系統允許幾何位置上分離團隊在同一個項目中改變在不同的區域或者甚至不同的國家的人輸入的數據。這種合作的類型將允許一個組織集中它的員工的專門技術;無論他們在世界的哪個角落,以最小的代價和中斷那些介入。在世界不同地點的項目團隊的能力還允許一個組織通過利用時間地域差別的優點來利用整天的24個小時。
5、使得虛擬組織成為可能:一個虛擬組織定義為一個臨時的公司的聯盟,它們擁有在特定的領域的專門技術,并且針對一個特定的項目集中起來。在項目結束以后,聯盟解體并且公司返回到他們的日常的任務直到一個新項目產生為止。與具有嚴格的層次結構的傳統類型公司相比,虛擬組織有許多優點。它主要是提供更大的柔性,并且共享項目團隊的專門技術。對于一個成功的虛擬組織最重要的需求是分離的項目組之間有效的通訊。通過使用基于Web的PDM系統,全球通訊的效率能夠極大地提高。因此,基于Web技術使位于一個廣泛的區域的合作伙伴和工作者無縫地連接起來。
3.4基于Web的PDM系統的條件限制
第一,基于 Web的PDM系統受到目前的Web技術的限制,以及傳輸信息的速率限制。雖然在幾何位置上分離的站點傳輸信息比傳統的郵政服務或快件要快,但它還不能夠和局域網(LAN)或者廣域網(WAN)的速度相媲美。
第二,通過基于 Web的PDM系統,在傳輸數據或者信息的過程中并不完全消除錯誤。如果系統不正確地使用,相應于需要正確信息的錯誤仍然可能出現。如前所述,一個PDM系統能夠導致產品上市時間的減少,由于產品開發和產品變更的步伐加快,人為錯誤的可能性也在增加。
第三,因為在企業和它的供應鏈之間的信息流增加,更多地會考慮到信息安全問題。對于一個項目在沒有危及企業的安全和暴露商業秘密的條件下識別信息傳輸的等級是在 PDM系統中實施Web技術的關鍵步驟。這將依賴于供應關系的封閉性和需要有效的通訊的水平。
很明顯, Web技術在許多方面類似于PDM方法。如果運行在Web結構上,PDM將變得更適應和更柔性。無論是PDM還是Web,如果適當地集成,將增強各自的能力和性能。一些基于Web的PDM系統缺點包括:目前的Internet沒有針對CAD文件傳送的足夠大的帶寬,在數據傳送中出錯的可能性和永遠增加的在一個公司和它的供應鏈之間信息流的安全性問題。這些缺點在未來的年代里不可避免地對基于Web的PDM系統提出嚴峻的挑戰。
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