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面向敏捷制造的PDM技术研究

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随着CAD技术应用的推广,对产品电子资料的管理问题日益暴露。为了解决这一问题,人们从80年代初开始探索产品电子资料管理技术&产品数据管理(PDM Product Data Management)。经过人们多年来的探索,当今PDM已进入了飞速发展阶段,其功能也远远突破当初单一产品图档管理的局限,几乎渗透到与产品有关的全部信息和过程中,成了企业实现信息集成不可缺少的环境平台。
1991年,由美国国防制造技术计划办公室资助,由里海(Lehigh)大学的亚柯卡(lacocca)研究所主持了一项关于21世纪发展战略的研究,形成了《21世纪制造企业发展战略》的著名报告,报告总结经济发展现状,展示未来而提出了一种先进制造技术&敏捷制造(Agile Manufacturing)。敏捷制造因强调企业快速响应市场的敏捷性而备受制造业的关注,它将成为21世纪制造业的主要生产模式。因此,作为企业信息集成的支撑平台的PDM也应顺应这一发展趋势,具备支持敏捷制造的功能。

1 敏捷制造
    1.1 敏捷制造的基本原理及特点
    敏捷制造的基本原理为:采用标准化和专业化的计算机网络和信息集成基础结构,以分布式结构连接各类企业,构成虚拟制造环境;以竞争合作为原则在虚拟制造环境内动态选择成员,组成面向任务的虚拟公司进行快速生产;系统运行目标是最大限度满足客户的需求。
    根据上述的基本原理,可将敏捷制造的特点归纳为:(1)不仅能迅速设计、试制全新的产品,而且还易于吸收实际经验和工艺改革建议,不断改进老产品;(2)能在整个生命周期中满足用户要求;(3)生产成本与生产批量无关,其战略着眼点在于长期获取经济效益;(4)采用多变的动态组织结构;(5)通过所建立的基础结构来实现企业经营目标;(6)把最大限度地调动、发挥人的作用作为强大的竞争武器。综上所述,一个敏捷制造企业就是由敏捷的员工用敏捷的工具,通过敏捷的生产过程制造出敏捷的产品。

    1.2 实施的关键
    敏捷制造的实现是通过利用信息时代的计算机网络和信息处理技术,将分布在不同地域的各类企业组建动态联盟形成虚拟公司进行优势互补而实现的。因此实施敏捷制造的关键是建立虚拟企业即动态联盟和虚拟制造也称拟实产品开发。企业在实施敏捷制造时需要采取以下措施:(1)企业内部建立层次清晰、扁平,权利下放动态的组织方式;(2)组成开放的动态联盟和虚拟公司;(3)充分重视人的因素,树立以人为本的现代理念;(4)强调技术创新;(5)将动态多变的组织,人才和高新技术集成。
    敏捷制造技术特点可以分成两大类:一是从企业组织/结构和管理/营销策略的角度实现;二是从技术的角度实现。实施敏捷制造具体所涉及的各项技术中将有赖于信息技术的应用。信息技术随着网络技术的发展,不仅是制造业的决定因素而且是最活跃的驱动因素。因此敏捷技术的关键是充分运用信息技术。 

2 PDM的发展现状及其基本功能
    2.1 PDM发展现状
    现阶段,PDM应用主要集中在3个主要领域:与设计相关的电子文档“车间”管理、物料清单与工程文档集成管理、工作流程跟踪管理可以看出,虽然现有的多数的PDM系统力图将整个产品生命周期中产品信息和与产品相关的过程信息进行全面控制和管理,但却依然局限于企业内部数据的管理,而没有考虑敏捷制造中动态联盟各企业同的数据管理现有的PDM系统依然是以产品为核心的,信息集成为主的集成模式,缺乏对敏捷制造中更高层次的企业集成的描述。
    2.2 PDM基本功能
    (1)电子资料室及文档管理(Data Vault and Document Management)
    (2)产品配置管理。
    (3)工作流程管理功能。
    (4)分类及检索功能。
    (5)项目管理功能。

3 面向敏捷制造的PDM系统
    敏捷制造(AM)是一种快速响应市场的制造概念,它是围绕着新的市场机遇通过建立动态联盟来实现的。敏捷制造和动态联盟是跨机构、跨地区的全球企业组织方式,这就要求作为企业集成环境平台的PDM突破单个企业范围的限制,应从以产品为核心的信息集成转变为以供需链为核心的过程集成。进而实现敏捷制造企业动态联盟$ 即企业间集成% 而这种集成又是动态的、临时的,因此,就必须对现有的PDM进行重构,重构后的PDM。
    除了上述基本功能外,还必须具备以下几个方面的功能。
    (1)异构PDM数据管理实现PDM系统的联邦机制,即一个PDM系统能够管理另一个PDM系统中的数据,而且数据可以在不同的PDM之间相互转移。
    (2)能够支持异构系统集成,完成PDM系统作为一个集成框架的作用。
    (3)动态用户管理和网络安全保障,对动态联盟中的临时用户的权限进行管理和网络安全保障。
    (4)支持联盟并行设计为不同的异地用户提供实时交流、协同工作的环境。
    (5)产品数据的分布式管理,不仅把每个企业的各个部门所关心的数据统一进行管理,还必须对跨地区的联盟企业和部门的产品数据进行分布管理。联盟企业中的任何用户在任何地点都可以进人分布式PDM系统,进行权限范围内的操作。
4 面向敏捷制造的PDM实现技术
    上述功能是面向敏捷制造的PDM实现跨地域动态联盟企业的产品数据临时性信息集成必需的基本功能,要实现这些功能必须对以下关键性技术进行研究。
    4.1 基于CORBA实现面向敏捷制造的PDM系统集成
    面向敏捷制造的PDM需要能够集成不同环境下的应用系统。而各个企业,往往根据本企业的实际情况,选择最适合自己的最佳硬件和软件组件。这些企业在形成动态联盟时,在网络、操作系统、数据库和数据格式等产品开发环境上,存在着异构的特性。在这种环境下要实现各个企业快速组成动态联盟企业来开发产品即实现各个层次上的互操作。
    当今,国际上有三大分布式软件组件对象标准:一是OMG组织推出的公共对象请求代理结构CORBA;二是Microsoft推出的分布式组件模型DCOM;三是用Java语言开发的分布式对象模型RMI。其中,CORBA标准是分布式组件技术中的主流。
    CORBA(Common Object Request Broker Architecture)规范是一个分布式计算环境中对象间互操作的标准体系结构的规范,它提供了一种开发面向对象的分布式应用的框架。
    按照CORBA规范实现软件总线的核心系统称为ORB(对象请求代理器)。ORB不仅支持标准的OMG对象模型,还具有分布进程管理和通信管理功能,取代了传统客户/服务器机构中的相应接口部分。此外,CORBA定义了IDL(Iterface Definition Language)语言,以描述软件总线上的"插销"。IDL提供了对成员系统的封装和成员系统之间的隔离,任何成员系统作为一个对象,通过IDL对其接口参数进行定义和说明,就可接到ORB上,为其它系统提供服务或其他系统提出请求,达到即插即用效果。从而可以保护企业已有的信息资源、减少企业投资、避免资源的浪费。因此,基于CORBA实现面向敏捷制造的PDM系统集成是一种有效而重要的手段。ORB体系结构如图2所示。
    面向敏捷制造的PDM数据库技术应采用面向对象技术,进行面向对象动态联盟企业的分布式产品数据管理建模。这不仅因为面向对象是目前信息系统普遍采用的建模方法和实现基础,更重要的是,面向敏捷制造的PDM系统需要对分布于不同地域的动态联盟企业的产品数据进行分布式管理,面向敏捷制造的PDM数据建模技术可以利用面向对象的编程(OOP)技术将PDM系统管理的数据和数据的处理过程分开,使得产品数据对于PDM系统是透明的。
    在分析建模时,要重点分析研究组织资源、产品数据等基本模型以及产品结构管理模型,在实现企业间的产品数据交换和信息集成时,要保证统一的产品结构描述、系列产品管理和统一的BOM(物料清单),满足产品开发各环节对数据存取和操作的一致性、有效性要求,而且支持分布式产品数据管理的产品结构管理。另外还必须建立合理的过程模型,以保证企业动态联盟的产品的发放、更改、审签等有效地进行。
    4.3 面向敏捷制造的PDM系统的网络技术
    由于面向敏捷制造的PDM系统需要灵活的数据操作能力及集成企业内部复杂的应用工具的能力。而现有的Internet应用技术主要针对Web上的发布和检索,Web浏览器只能实现单向观察数据.因此,面向敏捷制造的PDM系统应采用引进新的计算方式和计算规范而构造的支持“实时可伸缩事物处理”能力的第三代网络技术,并采用新的Web三层C/S体系结构,结构流程图见图3,从而避免两层C/S体系结构存在的许多不足。
    另外,由于在面向敏捷制造的PDM系统中对网络安全问题有较高的要求。普通的防火墙技术和通过口令、秘密信道等方法实现的访问安全机制等都存在着安全不足的问题。在面向敏捷制造的PDM系统应采用安全性更好的令牌防火墙访问控制、基于指纹、声音和网膜扫描的各种生物统计学访问控制,以及安全通道技术、安全链路等先进的网络安全技术。
5 结论
    敏捷制造通过组建动态联盟企业,利用各方的资源优势迅速响应用户需求,是21世纪制造业的发展方向。而PDM技术是企业CIMS的集成框架,实现敏捷制造的PDM一个很重要的问题是:如何将企业现有的集成化信息系统与外部市场和客户需求实现无缝集成。因此,面向敏捷制造的PDM技术的研究必将成为制造业研究的热点。

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