PDM技术及项目实施的关键

PDM系统包含多项功能,从面向应用与系统支持的功能来看,主要包括电子仓库、图文档管理、权限管理、项目与工作流程管理、产品结构与配置管理、分类与检索管理、报表工具以及系


2.1 PDM基本概念及其主要功能
2.1.1 PDM的基本概念
   PDM(Product Data Management,产品数据管理)技术的研究始于20世纪80年代初,它是在计算机辅助技术(CAD、CAM、CAE等)广泛应用以后兴起的新技术。PDM系统是一种软件框架,它能使企业有效地管理产品开发过程中所有与产品相关的数据,帮助管理者、工程师以及其它人员有效重用已有的产品数据及设计流程。主要致力于研究PDM技术和相关计算机集成技术的国际权威咨询公司CIM data给PDM作了一个概括性的定义:“PDM是一门用来管理所有与产品相关的信息和所有与产品相关的过程的技术”。
 
   与产品相关的所有信息,包括零部件信息、产品结构、审批信息等;与产品相关的过程,包括审批流程、工程更改流程等的定义与监控。它的特点是以产品为管理的核心,以数据、过程和资源为管理信息的三大要素,以静态的产品结构和动态的产品设计流程作为两条管理主线,保持对企业产品信息的控制和完整性,支持协同设计与并行工程。
 
 
   与PDM相类似的概念有PLM(Product Lifecycle Management产品生命周期管理)。PLM是一种“战略性的商业方法,它应用一组一致的业务解决方案,把人、过程和信息有效地集成在一起,作用于整个企业,遍历产品从概念生成到最终报废的全生命周期过程”“叫。PLM以CAX、ERP、PDM、SCM、E.Business等这些分立的子系统为支撑平台,结合咨询服务和其他技术管理产品的整个生命周期。20世纪末,基于PLM战略方法的PDM技术在制造企业得到了有效应用。

 
2.1.2 PDM体系结构
   随着网络技术、数据库技术、面向对象技术等的不断发展和应用,PDM的体系结构也得到不断发展和完善。一个典型的PDM系统的体系结构可分为5层:系统支撑层、核心服务层、系统功能层、用户界面层、实施理念层,如图2.1所示。
 
图2-1 PDM系统的体系结构
 
 
   系统支撑层:以操作系统、网络与通信协议、数据库系统为PDM的支撑环境。通过关系数据库提供的数据操作功能支持PDM系统对象在数据的管理,目前数据库主要集中于Oracle、SQL Seryer、Sybase等大型数据库。
 
 
   核心服务层:提供实现PDM各种功能的核心结构和框架,包括向下连接并操纵数据库、为PDM应用模块提供服务、Web处理机制等。功能模块层:由调用基础服务的一组程序组成,并能够完成一定的应用功能的功能模块组成。如工作流程管理模块完成工作流定义,用户权限分配、流程执行、流程的监控等工作。PDM系统提供给用户的基本功能的应该有:电子仓库和图文档管理、项目与工作流管理、产品结构及配置管理、权限与安全性管理、系统集成等。
 
 
   用户界面层:向用户提供交互式的图形界面,包括浏览器、各种工具菜单、对话框等。通过用户界面,用户可以直观方便地查询、浏览、操作、管理整个系统中的各种对象。实施理念层:PDM是一种系统工具,只有在先进的企业经营运作模式下才能发挥其最佳的功效。PDM的实施几乎离不开并行工程、协同设计、虚拟制造、设计复用等先进的管理理念。只有在这些先进理念的指导下,PDM的功能才能得到有效的发挥。另一方面,PDM实施又是这些理念得以贯彻的最有效手段之一。
 
 
2.1.3 PDM主要功能
   PDM系统包含多项功能,从面向应用与系统支持的功能来看,主要包括电子仓库、图文档管理、权限管理、项目与工作流程管理、产品结构与配置管理、分类与检索管理、报表工具以及系统集成等。
 
   (1)电子仓库
   电子仓库(Electronic Data Vault,EDV)是PDM系统中最基本、最核心的功能,是其他相关功能的基础。它是PDM系统中为实现某种特定数据存储机制的元数据库及其管理系统。它保存所有与产品相关的物理数据和物理文件的元数据(有关描述该产品数据的基本属性的数据),以及保存指向物理数据和物理文件的指针。如图2.2所示。
 
 
图2-2 PDM中的电子仓库
 
   根据物理数据的存取方式,电子仓库可分为集中式,分布式和虚拟式。集中式是指元数据库、存放物理数据的数据库记录和存放物理文件的文件系统都集中在一台服务器上,它的维护简单,适用在同一 地点办公的中小型企业.分布式是将存放物理数据的数据库记录和存放物理文件的文件系统分布在多台服务器上,并建立它们元数据之间 的联系,它配置较灵活,适用于多地点办公的企业。虚拟式是在分布式的基础上,将元数据分布在多个物理电子仓库中,形成整个企业的虚拟电子仓库。
 
 
   (2)图文档管理
   图文档管理是PDM最基本的功能之一。图文档管理主要是控制 和管理各种与产品信息相关的文档及属性,如设计任务书、三维模型、工程图、技术文件、技术手册、设计标准等,这些数据以图形文件、 文本文件、数据文件、多媒体文件等多种形式、多种存储机制和多种组织方式存在计算机中。图文档管理提供了文档的版本控制、分类编码、属性管理等功能,包括对文档对象的浏览与查询、文档的分类与归档、文档的版本控制与历史追溯等。
 
 
   (3)产品结构与配置管理
   包括产品结构管理和配置管理两部分,以电子仓库为底层支持,以BOM(Bill Of Material材料明细表)为其组织核心,实现产品数据的组织和管理,在一定规则约束下,提供产品结构的不同视图和描 述,如设计BOM视图、自制件BOM视图、外购件BOM视图、外协件BOM视图等汹1。产品结构与配置管理主要功能是建立产品结构树、产品多视图管理,各类BOM的生成,提供最新零件使用情况及产品多配置管理等。
 
 
   (4)零件分类及检索管理
   建立企业设计复用单元库,在现有设计的基础上进行创新,开发出更好的产品是企业发展的一个重要方面。PDM的设计检索和零件库管理就是为最大程度地重复利用已有设计加快新产品开发提供支持,对由特征库、零件库、部件库等构成的企业设计库进行分类管理,为企业模块化设计的提供了基础。
 
 
   (5)项目与工作流程管理
   工作流程是人们按照一定的顺序动态完成一定任务的过程。PDM中自动化的工作流程有助于项目组成员间共享和传递文档。一般的工作流程管理包括审批流程和更改流程管理,具有传送文档、发送消息等功能,能够跟踪产品从概念设计、功能设计、详细设计、生产制造直至产品回收整个过程中的所有历史记录。
 
 
   项目管理是建立在工作流程基础之上的一种管理,实现项目过程中其计划、组织、人员及相关数据的管理与配置,项目状态及进度的审查与跟踪。PDM系统中的项目管理为控制项目开发时间和费用、协调项目开发活动和保证项目的运行提供一个可视化的工具。
 
 
   (6)权限与安全性管理
   PDM采用分角色授权的权限管理方式、支持按存储路径、文档类别或属性等多种赋予权限的方式,可以按工作流程的状态指定用户的操作权限,保证数据的安全性。
 
 
   (7)系统集成
   以PDM系统为平台进行CAX、ERP、SCM等系统的集成,可以最大限度地发挥这些系统的效能,特别是与CAD系统和ERP系统的集成。PDM与ERP之间的数据必须按照企业的实际过程进行必要的交换,实现产品结构与物料清单的转换,建立物料基本记录与零件基本记录对应关系。
 



 
2.2设计复用技术概述
2.2.1设计复用技术定义
   设计复用思想,是指在产品功能设计、概念设计、结构设计、详细设计、工艺设计及围绕该产品的各种设计活动中重用已有的设计成果的观点。每个设计人员的头脑中有大量的设计成果可以利用于新产品设计的复用。通过对产品信息的有效管理并充分利用,将知识放在容易控制、方便共享的复用载体上,对知识和各种信息进行很好的管理,把产品信息和知识转化为企业的财富。
 
 
   而设计复用技术是指将设计复用的思想融入到产品的整个寿命周期的广义设计过程,研究在产品所有广义设计活动中复用、应用或参考已有设计资源的技术和方法。他通过在产品功能设计、原理方案实际、结构方案设计、总体设计、施工设计、工艺设计及围绕该产品 的其他设计活动中采用旨在重复利用、引用或参考企业已有设计资源的技术和方法,实现产品快速设计,提高企业的新产品开发能力。
 
 
2.2.2设计复用单元概述
   设计复用单元广义上既包括产品CAD模型、机械加工工艺过程、装配工艺过程等信息,也包括产品成本、性能、可靠性、安全性和环境适应性等方面的信息。采用可复用设计单元库组织、管理和表达企业可重复利用的信息是设计复用技术的核心。设计复用技术建立在可复用设计单元之上。可复用集成设计单元在产品设计的全过程中及时给设计师提供可重复利用的信息,并辅助设计师进行决策。
 
 
2.2.3设计复用单元管理
   设计复用单元管理是通过企业系统管理平台对各可复用单元进行有效的组织、使用与维护的方式。PDM软件是企业用于设计复用单元管理的系统平台。PDM系统可以帮助工程师和企业经营管理人员将产品数据和产品设计过程管理起来,确保跟踪设计、制造所需要的大量的数据和信息,将许多宝贵的设计资料保存下来。同时,PDM为使用人员提供了强大的搜索工具,提供属性检索、文档状态检索等条件对可复用单元库进行查询,实现设计复用。
 



 
2.3基于PDM系统的产品开发过程
   产品开发过程一般包括以下几个阶段:

   (1)需求挖掘
   根据市场信息,分析用户的需求,研究已有产品在满足用户需求方面存在什么问题,确定自己的竞争策略。在本阶段,完成需求的挖掘及产品性能(功能和质量)的定义和描述,作为下一阶段的驱动。
 
 
   (2)概念设计
   根据需求的分析,在概念设计阶段寻求其可能解,解决产品在技术上能否实现的问题。通过对已有设计结构分析和创新思考的过程形成各种方案,并对方案可行性测试与分析。最后输出一个或多个详细设计方案。
 
 
   (3)详细设计
   本阶段是对方案进行结构细节设计和计算验证,通常称为结构设计和详细设计,是用具体结构实现产品的功能目标。其最后输出包括设计图、产品明细表及详细设计说明书。
 
 
   (4)工艺设计
   根据产品结构,结合企业加工能力,设计工艺规程、工艺路线等,编写NC代码,最终输出用于生产指导的工艺文件和加工程序。
 
 
   (5)制造与装配
   根据企业生产指令,按照设计和工艺文件要求进行零部件的生产加工,并完成产品的装配。
 
 
   在传统的开发模式中,以上几个阶段都采用顺序工程的设计方法,各部门均采用各自相对独立的设计工具,如图2.3所示。这种“串行”式的开发流程,设计过程中各部门独立地进行工作,产品设计由从一个部门完成所有工作后,递交给下一个部门,设计只考虑了前一部门的输入和后面的反馈。
 
 
   这样,设计中不能及早全面地考虑制造过程、物料库存等多种因素,没有可复用单元库等已有设计成果的支持。从而导致更改频繁,新零件倍增、产品开发周期长、产品开发成本高。并且, CAD、CAM、CAPP及CAE系统在各自部门单独使用形成了一个个的“自动化孤岛”,不仅增加了数据的冗余,数据的手工传递也使得数据质量和数据一致性难以得到保证。因此,这种仅凭设计经验、串行式的产品开发模式己很难满足企业大规模定制的需求。
 
图2—3传统的产品开发过程
 
 
   为解决传统开发模式中的弊端,越来越多的企业引进了PDM系统,一方面实现CAD/CAE/CAPP/ERP等应用软件的集成,解决企业“信息化孤岛”问题;另一方面,以PDM系统为架构,实现设计复用单元库的管理,综合模块化技术、并行工程等先进思想构建企业的产品设计复用平台,如图2.4所示。
 
图2—4基于PDM的设计复用平台
 
 
   这样,在产品开发设计的每一阶段,除了得到前一部门产生的设计信息和后续设计部门的反馈信息外,可首先参阅设计复用单元库中的信息,这些资料包含着设计师从实践中得来的经验、知识和创新。由于每个新产品必然承袭老产品的部分成果,在产品开发概念设计阶段,就充分考虑模块化可重用设计单元库中的信息资源进行方案选择。
 
 
   设计师在进行新产品设计时能够参考已有设计实例,从设计库中直接重用设计单元库中的数据,如图2—5所示,面向重用的零件设计流程,或在已有实例基础上进行参考设计。这种思想也符合基于实例的推理思想,即设计师在进行新产品的设计时,首先在实例库中搜索相同或相似的实例,然后直接复用实例或在实例上进行适应性修改以完成自己的设计。
 
 
   PDM为企业的信息集成提供了一个集成“框架”,是贯彻并行工程、设计重用最有效的工具和手段之一。构建基于PDM系统的设计复用系统能够大大减少工作量、缩短产品开发周期、提高质量、降低成本。
 
图2—5面向重用的设计流程示意图
 


 
2.4 PDM项目实施中的关键技术
   从上面的分析看,可复用设计与并行工程思想对企业传统的设计开发模式提出了新的挑战。为适应面向复用的产品设计开发模式,要求企业必须规范设计信息、建立企业设计开发术语词典、统一产品零部件命名方法、开发企业设计库等,建立可复用的设计开发环境。
 
   实施面向复用的产品开发模式强调三个方面:一是数据的标准化与规范 化,要求对企业信息进行科学的分类,建立统一的信息编码系统,规范产品零部件的命名规则等;二是建立可复用的设计库,包括可重用的注释库、标准件库、外购件库、通用件库等,为设计复用提供可复用元素,提高设计效率;三是贯彻基于设计库的产品开发模式,要求工程师打破传统的所有设计都凭经验全新设计的工作模式,也要改变企业管理部门以零件设计数量为考核标准的管理制度。
 
 
   PDM系统的实施中关键技术有:

   (1)信息分类与编码技术。对企业的信息进行科学的分类,建立统一的编码体系,规范企业产品设计开发术语词典,是企业实施信息 系统的基础,也是企业信息化的关键。
 
   (2)企业设计库的建立。设计库是对设计师实践工作的长期积累,是经验、知识和创新的集合,建立企业设计库,为面向复用设计的提供基础。
 
   (3)设计重用。贯彻基于复用的产品开发模式,发挥企业设计库的效用。

   (4)系统集成。对CAX/PDM/ERP等信息化软件系统进行有效的集成,实现传递中的数据共享性和准确性。




 
2.5本章小结
   本章阐述了PDM及设计复用技术的基本概念,对PDM系统的主要功能进行了分析。详细剖析了传统产品开发过程和基于PDM系统的产品开发设计复用模式。最后,提出了PDM项目实施中信息分类与编码技术、可复用库的建立,基于设计库的产品开发模式以及系统集成等关键技术。
 
 

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