引言
随着企业自动化程度的提高,有效地管理好企业中的各种信息变得日益重要和迫切。目前,由于各企业自动化水平的不同,对信息管理的要求也不一样。大致有下面四种不同的情况和要求:
(1)大量工程图纸和技术文档的计算机化管理。一个企业经过长期的发展,积累了大量的、丰富的图纸、文档等技术资料,这些资料的管理和维护占用了大量的空间资源和人力资源,人们希望借助计算机将它们有效地管理起来、在节省存储空间和人力资源的同时,能够很好地满足在用户需要时可方便、快捷地查询与获取所需文档的要求,这是目前一些大中型企业普遍需要解决的问题。
(2)企业已有一定的自动化基础,已经实施了CIMS的部分单元技术,如辅助设计(CAD)、工程分析(CAE)、NC编程(CAM)、工艺规划(CAPP)、制造资源规划(MRPII)等,计算机分布在企业的各个部门,并通过网络联系在一起。但由于各部门所采用的硬件平台、支撑软件与应用软件的不同,而产生了大量的分布式异构数据。如何对这些种类繁多的,不同部门之间共享的异地异构数据进行管理是目前自动化程度较高的企业亟待解决的问题。
(3)在某些大型产品开发的过程中,如在飞机设计与制造中,涉及分布在不同地区的多个企业及各个企业不同部门之间的协同工作问题,如何以先进的信息管理手段支持异地设计,保证产品数据的安全、可控以及数据的频繁修改,而不至于造成数据混乱和形成许多冗余甚至是无用的“信息垃圾”,这也是我国当前新的大、中型产品设计中面临的急待解决的技术难题。
(4)许多企业为了使自己在竞争中立于不败之地、积极寻求能够缩短产品上市时间、提高产品质量、降低产品成本的途径。并行工程(CE)作为一种提高产品设计能力的新方法,已在国内外受到广泛重视。它把先进的管理思想和先进的自动化技术结合起来,采用集成化和并行化的思想设计产品及其相关过程,在产品开发阶段就充分考虑到产品生命周期中各个环节的影响,力争设计一次成功,并在设计的同时,尽可能将产品开发过程中的其它阶段往前提。
CE对信息管理技术提出了更高要求,不仅要求对产品信息作统一管理与控制,而且要求能支持多学科领域专家群体的协同工作(Teamwork),并要求把产品信息与开发过程有机地集成起米,做到把正确的信息在正确的时间以正确的方式传递给正确的人。目前,基于网络与数据库的一般信息管理技术满足不了上述要求。它存在以下不足:
①面向记录,不能很好地管理文档与文件等;
②不支持过程管理与控制;
③缺乏协同工作支持机制等。
这些缺点导致它们在处理非结构化数据(如图形、图像、文档等)时显得力不从心;数据误置;结构化数据与非结构化数据管理的不统一。设计人员已经对数据作了修改却无法通知后续人员,造成后续人员在旧的数据版本上浪费大量的时间,甚至造成不可估量的经济损失。PDM技术是用于解决产品数据管理问题的一门新技术,它把数据库的数据管理能力、网络的通讯能力、文件系统的文件管理能力以及其自身的数据控制能力结合在一起,通过有效地管理和控制所有与产品相关的信息,可以满足企业对信息管理较高层次的需求。
1 PDM的开发
PDM技术出现在80年代初期,目的是为了解决大量工程图低、文档的计算机化管理问题,而后逐渐扩展到产品开发过程中的三个主要领域,即:
(1)设计图纸和电子文档的管理;
(2)材料报表(BOM)与产品结构的管理;
(3)工程更改单(Engineering Change Orker,ECO)的跟踪与管理。
随着网络、数据库技术的发展,以及主从结构(Client Server)与面向对象(O-O)技术的使用,最近两年,PDM技术产生了突飞猛进的发展,在国外企业中得到越来越多的应用,在国内企业中也受到广泛关注。但是,迄今人们还未能给它一个确切的定义。1995年,主要致力于PDM技术和计算机集成技术研究与咨询的国际咨询公司,CIMdata公司总裁的Ed Miller给出了PDM的简单定义:“PDM是一门管理所有与产品相关的信息(包括产品规范、电子文挡、CAD文件、产品结构、存取权限等)和所有与产品相关的过程(包括工作流程的定义与管理等)的技术”。而Gartner Group公司的Burdick D,则把PDM定义为:“PDM是在企业范围内为设计与制造构筑一个并行化产品协作环境(ConcurrentArt-to-Product Environment-CAPE,由供应、工程设计、制造、采购、市场与销售、客户等构成)的关键使能器。一个成熟的PDM系统能够使所有参与创建、交流、维护设计意图的人们在整个信息生命周期中自由共享与产品相关的所有异构数据,包括图纸与数字化文档、CAD文件和产品结构等。”从上面两个定义可以看出,PDM可以是狭义上的,也可以是广义上的。从狭义上讲,PDM仅管理与工程制造相关的领域内的信息,而从广义上讲,它可以覆盖到整个企业中从产品的需求、研究与开发、产品设计、工程制造、销售、服务与维护等各十领域、全生命周期中的信息。
2 PDM的开放式体系结构
由于PDM技术在企业的实施,将为企业的工程数据管理与过程的自动化管理提供统一的支持环境,并以它作为工程部门的集成框架,支持下同计算机硬件、系统软件和应用软件的集成、以便能满足不同企业的不同用户的需求,所以PDM系统必须有很好的开放性(如图1所示的企业层PDM框架)。PDM的开放性体现在三个方面:
图1 企业层PDM框架
(1)对基础环境的适应性
PDM系统以分布式网络、主从结构、图形化用户接口(GUI)及数据库管理四方面技术作为它的基础环境。与基础环境的连接是通过不同的口来实现的,如中性OS接口、中性的数据库接口、中性的图形化用户接口以及中性的网络接口等。
(2)PDM内核的开放性
PDM内核的开放性体现在面向对象(O-O)的建模方法,可以帮助用户方便地定义或扩展原有数据模型,同时提供动态的数据字典及动态的规则处理器,以满足用户对系统不同定制的要求。
(3) PDM框架的插件功能/工具封装
为了使不同的应用系统之间能够共享信息,以及对应用系统所产生的数据进行统一的管理,就必须提供中性的应用接口把外部应用系统“封装”到PDM系统中,作为PDM新增的一个子模块,并可以在PDM环境下方便地运行。所谓“封装”,即是通过应用接口将一个应用集成到另一个应用中,使得该应用的功能可以从另一应用中方便启用。大多数应用程序都可以以工具的方式封装到PDM中,有些应用,如自身提供定制接口,也允许将PDM封装到应用中。封装涉及与各应用相关的规则的辨识以及对应用产生的数据类型的辨识,同时也规定了应用系统运行时的条件及应用系统产生的数据在PDM中自动存储的方式。插件功能/工具封装的结构如图2所示。
图2 插件功能/工具封装的结构图
3 PDM系统的主要功能
PDM系统为企业提供了一种宏观管理和控制所有与产品相关的信息的机制。PDM的功能可分成三部分,见图3。
图3 PDM的功能
(1)电子仓储功能(Engineering Document Management or VauLt)
电子仓储功能PDM系统最基本、最核心的功能模块,由管理数据的数据(元数据)以及指向描述产品不同方面的物理数据和文件的指针所组成。由于安全性、正确性及一致性是PDM系统强调的重点之一,所以用户在存取PDM系统中的数据时都要通过入库(check-in)与出库(checkour)功能来检验。一个完全分布式的电子仓库允许用户在企业范围内能迅速无缝地访问产品的相关信息,而不用考虑用户和数据的物理位置。
(2)面向用户的使用功能(User FuncTions)
PDM系统提供了五种面向用户的基本使用功能,分别为文档控制、变更控制、配置管理、设计检索与零件库和项目管理。
文档控制(Documenr ConTrol):将电子仓储功能中的入库/出库、记存(Rigister)与工作流程(Workflow)管理功能中的校对(Review)、审签(Approve)、发布(Release)等过程结合起来,另加应用程序调用(lnvoke),将处理过的文档通过元数据(Meradata)交由系统控制。
变更控制(Change Control):定义产品数据变更的工作流程、验证其正确性,根据其完成情况控制其状态的变化、以及查询与维护历史记录。
配置管理(Configuration Managemenr):以电子仓储功能为底层支持,以BOM为其组织核心,把定义产品的所有工程数据和文档联系起来、实现产品数据的组织、控制和管理,并在一定目标或规则约束下向用户或应用系统提供产品的不同结构视图(如As-designed,As-manu—facruring等),并支持与MRP II的集成。
设计检索与零件库(Design Rerieval and ComponenT Lihra ries):任何设计都是设计人员智慧的结晶,一个企业日积月累的设计结果既是企业极大的智力财富,也是任何新的设计的基础。此功能旨在为企业最大限度地利用已有成果设计新的产品,它包括对企业已有零件(标准件、常用件、普通零件等)按其属性关系进行管理,并提供基于属性的查询功能。
项目管理(Project Managemenr):任何一个产品都可以看作是由一个项目或若干个子项目构成的,项目管理器旨在对开发过程及其进度进行管理与监控。但项目管理目前仍是PDM系统中必须进一步开发的功能。大多数PDM系统只能对其工作流程用其状态信息进行管理与监控,还不能上升到对整个项目的管理。
(3)实用化的支持功能(Urility Functions)
PDM系统接受用户的应用请求后.在系统内部需耍有相应的处理方式的支持,这些方式包括通知及通讯(Norificarion and Communicarion)、数据传递(DaTa transfer)、数据翻译(Daratranslation)、图象服务(lmage Service)、系统管理(Sysrern Admimsrrarion)等。通过这些实用化技术的支持.使得上述使用功能得以顺利实现、
4 CAD/CAM、CIMS与PDM的关系
传统的CAD/CAM集成是基于网络、数据库基础上的,它主要解决CAE/CAD/CAPP/CAM功能单元之间的信息集成与功能集成,而集成的主体对象是零件,而不是整个产品。它对单个零件的产品信息的描述可以很详细。甚至有国际标准(如IGES、STEP)的支持,以便支持不同功能单元之间的信息集成(如CAD/CAE集成、CAD/CAPP的集成等),但它缺乏对整个产品的宏观管理与协调的手段。而PDM则是应多元性数据管理与集成的需要而产生的,旨在解决地理上分布式的,计算机环境复杂的、多用户协怍的、多功能需求的多类型、大容量数据的管理与控制问题。
PDM真正以产品为核心,通过产品结构将不同零、部件信息、宏观上集成起来。它不仅提供产品的信息集成,同时还可以提供工具的封装与团队协作的支持环境,以及企业活动的管理与监控,如设计变更管理、设计过程管理等,为企业从CAD/CAM集成走向CIMS技术的更高阶段一并行工程提供了必要的支持环境。
PDM系统主要着眼于宏观上的管理与控制,它不能解决、更不能代替于零件的CAD/CAM集成本身要解决的技术问题,因此有了PDM并不等于什么集成问题都解决了。
PDM技术不等于CIMS技术或CIMS集成,但是它可使CIMS技术在更高的技术起点上来实施,更能有效、方便地解决企业在实施自动化过程中存在的实际问题和可能产生的数据混乱。
PDM软件不同于CAD/CAM软件.CAD/CAM软件要求客户适应软件的操作模式。而PDM软件则要求软件操作符合企业的使用习惯.因此必须利用PDM系统的开放性,对其作“客户化”定制与修改,所以必须有较强的技术支持,否则难发挥PDM系统的功效。
5 结束语
PDM是目前世界上相当热门的、且飞速发展的技术,据美国CIMdata公司预估,今后五年将以30%的年增长率发展。其带来的教益也是相当可现的。通过减少用户的信息查询时间及设计变更的通告时间以及设计人员之间方便的协作环境,可使新产品开发周期缩短30%以上。
PDM技术为我国实施企业设计过程自动化或CIMS技术的大、中型企业不可缺少的支撑技术。如能早一点在方案设计中考虑这一点,将会大有裨益,市场上PDM软件已有不少,其各自的功能特点及可解决的工程问题的着眼点也不完全相同,因此企业选用PDM软件时一定要了解清楚某-PDM软件的功能特点及自身要解决的问题的关键所在,这样才能选出紧佳性能/价格比的软件系统。
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本文标题:PDM-CAD/CAM集成与工程数据
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