PDM产品数据管理中的关键技术
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PDM(Product Data Management)是对工程数据管理、文档管理、产品信息管理、技术信息管理、图像管理及其它产品定义信息规律的一种扩展与集成。它能有效地集成设计和制造系统，同时支持并行工程的实施。
PDM经历了一个CAD数据管理、产品配档管理以及对所有产品相关数据管理的过程。目前的PDM可以对产品从开始到最终消亡整个生命周期中相关数据和相关过程进行系统计划、管理和控制。使产品数据始终保持一致、最新、共享和安全。PDM追求的是在正确的时间，把正确的信息，以正确的形式，传递给正确的人，完成正确的任务，使产品数据得到最优配置和最佳应用。使企业能提高产品质量，缩短研制周期，提高企业的创新能力和市场竞争力。
1 PDM系统框架
PDM是一种软件框架系统，它提供了在产品开发、生产、销售等各个环节中数据管理、流程管理与控制的集成环境。如图1所示，PDM借助于网络平台，将企业中所有的应用系统置于其框架之中，实现数据上的集成，功能上的控制，给用户提供了统一的操作界面。
PDM要实现上述的集成与控制，需要解决一些关键技术，如网络技术、数据库技术、与应用软件的接口技术、功能扩充和更新技术等，使PDM能满足目前企业中现有的应用系统和产品数据的需求，并能适应企业管理模式不断变化，应用系统不断扩充和更新的要求，让企业在一个相对固定的工作环境中处理不断变化的对象和事务。
2 PDM中的关键技术
2.1 成组技术
成组技术(GT：Group Technology)是在零件设计和制造中充分利用相似性原理的方法。PDM系统中，GT技术主要体现在信息的编码管理和产品族管理。信息分类编码是企业信息化的基础，是企业实现计算机集成的基本条件之一。PDM中的编码方案应根据企业的需求，与企业的产品紧密结合在一起，充分考虑企业产品的更新换代和生产过程中信息的表示，使编码简洁、实用，起到组织和协调企业内部生产的作用。因此，编码的优劣成为企业能否接受PDM系统的关键性指标。
产品族管理是支持目前企业中“小批量、多品种”生产方式的有效工具。PDM系统中，将具有同类性能特征的产品、相似结构的部件和零件进行统一管理，提供符合国标的基本零件族定义和一套定制属性及继承关系的方法，能有效提高企业零部件的重用水平，使设计人员可以根据用户的需求迅速生成产品结构树、物料清单(BOM：Bill of Materials)，从而对用户的需求作出快速反应。
2.2 客户化技术
PDM是一种使能技术，需要根据企业的不同情况进行实施。客户化工作包括为企业定制设计工作流程(续致信网上一页内容)、项目管理方式、编码规则、版本控制方法、各种信息的利用方式以及企业提出的各种需求。客户化的目的是缩短PDM的实施周期，增加PDM系统的柔性，在客户化过程中最终实现“零编程”。目前比较好的解决方案有模板技术和组件技术。
模板技术是将各功能模块中的条件参数化。在PDM系统中建立适合于各种功能的模板库，客户化过程中，根据不同的需求调用不同的模板，即可在短时间内建立系统所需求的功能模块。模板技术适用于相对独立的功能模块，如果用户提出超出模板功能的要求时，系统需要另配开发工具，利用定制函数或描述语言进行简单的编程来实现。
组件技术是在系统中构造一些基本功能模块和过程模块(称为组件Component)，这些模块具有开放的接口和良好的可组合性，并可实现“即插即用”。当系统需要实现某种功能时，可以将这些基本模块进行组合，定义相应的属性即可。组件技术使得PDM的客户化工作变得十分简单，只需要搞清企业的具体需求，学会组件的重构方法即可构造出企业所要求的PDM系统。组件技术是软件设计的方向，尤其适用于Case-by-Case工程，企业可根据管理模式的变化自主调整系统的功能，减少对开发商的依赖。
2.3 流程的设计方法
PDM中的流程设计是确定产品设计中各个环节和路径的过程，具体包括设计人员工作职责的制订、审批人员权限的划分等。现行企业中各部门的工作流程具有相似性，实施方案需要根据企业的现行管理模式确定，这就给流程设计方法提出了能不断适应企业经营管理模式变化而重新组合的功能要求。
PDM中的流程设计方法有两种：一种是预置式流程设计，该方法将企业中的流程模式预制在一个模块中，制定流程时只需要对流程进行选择即可达到设计的要求；另一种是采用可视化设计方法，用图框表示节点，有向线段表示信息的流向，用属性来定义节点和流程的相互关系，如将节点定义为设计人员、校对人员、审批人员等，将流程定义为提交、返回修改等。可视化设计流程的方法比较直观，易于表达，具有较大的灵活性，企业也容易接受。
2.4 数据存储与管理
PDM系统中的数据管理包括数据的存取方式、数据的安全性和数据的管理模式等。目前的PDM系统中大多数采用Oracle、SyBase、SQL Server等流行的商用数据库，数据是以记录形式存放在数据库中，这种存放方式可以保证数据在物理上和逻辑上的独立性，有效地控制对数据的使用，允许不同需求的用户共享数据。但目前计算机应用系统都是基于文件的自动化孤岛，如CAD/CAPP/CAM等系统，在产品开发过程中生成的大部分数据属于工程数据，其形式多样，结构复杂，很难用一般的商用数据库来进行管理。目前采用了变通的方法，即允许数据存放在各自的文件中，数据库中只存放文件的元数据或路径数据，如文件的存放路径、文件名等相关的属性。
数据的加密措施有3种。一种是所谓伪加密，即将数据库中的元数据进行加密处理，原数据文件隐式无序存放，一般情况下很难在浩瀚的文件中理出成套技术文档。第二种方法是采用部分加密方案，将数据文件中的属性描述字节取出或加密处理，破坏了原文件的存贮结构，即使将其文件拷出也无法打开。这种方法数据的处理量小，基本上不影响系统的运行效率。第三种方法是设计一种算法，将文件整体加密处理，只要算法不被破译，文件就无法重现，但工程图形的数据量大，会影响系统的运行速度。
现行PDM系统的数据管理形式是基于关系型数据库的。数据之间关系通常是静态的、明确的、简单的，而产品设计过程中的数据往往是动态的、不明确的，结构也是复杂的，而且具有较高的相关性。人们希望对数据库的操作能实现“零输入”，即仅使用鼠标就可实现PDM系统中编码管理、流程管理、产品配置管理等功能。实现的方法是建立与产品数据库相对应的动态操作数据库，将系统所要实现的操作均存放在该操作库中，该库可动态的进行更新，它记录了需要实现的和已经实现的各类操作，供使用人员在操作时参考和选择。
2.5 系统集成
PDM系统的集成主要包括运行环境集成、信息集成、功能集成、技术集成以及人员和组织的集成。系统集成的核心是信息集成，关键是人和组织的集成，而运行环境的集成和技术的集成则决定了PDM系统的技术水平、运行效率以及生命周期，功能的集成将直接影响管理和生产的质量和效益。
PDM系统面对的是CAD/CAPP/CAM、MRPⅡ等系统所产生的数据的管理，由于各应用系统中各种对象描述采用的标准或数据格式不同，造成系统之间互不兼容。解决的方案之一是采用统一的标准对数据进行标准化处理。这种方案需要根据各个系统的数据格式开发专用的数据转换模块。另一种方案是将各系统中的共同信息提取出来，做到各个系统在数据级上的集成，保证数据一次性输入，多次重用，以达到各应用系统集成的目的。目前PDM系统主要考虑的集成对象为：
a.CAD/CAPP/CAM等CAX系统的集成。CAX系统是产品的主要数据源，各个系统的数据是分散的，有些数据可能还有重复。在PDM框架中，采用对信息统一编码的方式，解决数据的重复性、数据共享、数据的历史追踪等问题，使得设计数据能很好地面向产品制造及相关的管理，保证了数据的一致性和协调性。
b.MRPⅡ系统的集成。MRPⅡ是以物料清单(BOM)为依据展开的相关管理，其目的是及时准确地处理信息，提高计划执行的有效性，减少库存，加速资金周转，缩短生产周期，提高交货期的准确性。BOM表是MRPⅡ的数据源，而BOM表的数据源是CAX等设计系统，只有在保证CAX系统数据正确的前提下，MRPⅡ才能发挥应有的效能。PDM系统则保证了这些系统之间数据的顺畅传输。
2.6 网络技术
PDM系统的环境，是一种多介质数据载体和多类型硬件系统形成的异构分布环境，这种环境下的Intranet网络结构有两种方案：一种是两层网络模型即C/S模型，它采用Client与Server实现用户界面处理、业务功能处理、数据处理等功能。一种是三层网络模型即C/NS，它是将用户界面处理、业务功能处理、数据处理这三个子模型相互独立，分别由不同资源代码实现。此时，浏览器成为标准Client配置，业务功能处理从C/S代码中彻底分离出来，由Web服务器处理，数据处理仍由Server实现。
基于C/S模式的FTP文件传输方式是解决网络环境下，产品数据文件安全的一种机制。当PDM系统中需要归档的文件通过FTP(File Transfer Protocol)方式存放到数据服务器上后，客户端只能通过查询Web服务器上的FTP站点才能找到数据文件，数据文件对用户是屏蔽的。
基于Web技术的异地设计、制造结构体系是借助于Internet/Intranet网络，通过Client向Server发送RPC(Remote Procedure Call)实现调用请求的一种信息传输方式。由于所有的请求与服务均要通过Web服务器来实现，使得在大规模数据传输和复杂类型应用时会产生“瓶颈”效应，有待于在技术和结构上的进一步完善。
3 PDM发展趋势
PDM是一个不断发展的动态概念，它的内容随管理对象的不同内涵而变化。它不仅仅是一种技术，更重要的是一种管理思想。随着企业管理模式的变化，新技术不断出现，PDM的范围也在不断延拓。
3.1 基于CORBA技术的PDM系统
CORBA(Common Object Request Broker Architecture)是目前最流行的一种分布式对象计算机技术规范。CORBA的一个应用是通过CORBA系统的支持，开发者可以采用不同的编程语言、操作系统和硬件平台来开发面向对象的分布式应用。其特点是：开发代价小、效率高；服务对象可以透明地被分布在本地和网络上的客户采用；为服务对象提供“即插即用”功能，对象升级时只要接口保持不变，客户中代码无需作任何变化。
CORBA系统的另一个应用是集成已有的应用系统。PDM系统框架中的各应用系统通过CORBA系统集成在一起，实现信息的交互和共享。集成的关键在于对已有系统的封装和打包，经过打包，这些系统就能够以OMGIDL(Object Management Group Interface Description Language)的形式提供给用户，从而和新开发的面向对象的分布应用同样处理。
3.2 支持并行工程的PDM系统框架
并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程(包括制造过程和支持过程)的系统方法。这种方法要求产品开发人员在设计一开始就考虑产品整个生命周期，即从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。PDM系统要能支持并行工程，需要在流程管理系统集成上按照并行工程的思想，提供并行协同的设计平台和管理平台，它支持异地分布人员对同一图形进行显示与处理，保证各类技术人员在不同终端上对同一模型进行操作。在PDM系统环境中技术人员可以对图形和模型数据实现共享，管理人员可以对同一决策方案进行商讨；此外，系统需要提供各种决策评价系统，评价各个阶段的工作(包括设计、管理等)，后续岗位人员将评价的结果作为提前进入的依据，确保整个工作全面、顺利、协调地展开。
3.3 标准化与通用化的PDM系统
PDM系统的标准化包含管理对象的标准化和管理过程的标准化。管理对象的标准化需要系统提供能与各子系统集成的标准接口，包括封装接口和数据接口，对于封装接口可以采用前述的CORBA技术；对于数据接口则要求PDM系统配置智能数据接口，将各种数据格式转成一种标准的数据格式，以便于系统间的转换。管理过程的标准化是指PDM系统的工作流程和管理流程要能遵循ISO9000系列标准以及企业必须遵循的其它标准，并能在系统中建立起监督机制。
PDM系统的通用化是目前研究的热点。PDM与企业的管理模式有关，各个企业的管理模式可能不同，同一企业不同时期的管理模式也是变化的。目前的解决思路是尽量使系统能够满足不同企业的需求，采用各种先进技术，使得PDM系统具有较强的适应能力。可以预见，随着对PDM技术研究的不断深入，新技术的不断出现，PDM系统通用化程度将会越来越高，PDM系统客户化工作将越来越少，直至取消。