1、 用 PDM 提升机械制造企业技术管理1 概述 21 世纪是一个创新的时代，以信息技术为先导的高新技术革命将有力地促进知识经济的蓬勃发展。如何在这场新的经济浪潮中求生存，企业将目标放在技术创新上。对于我国制造业，在影响企业发展的诸多因素中，除了体制和经营管理外，还有一个重要因素是企业缺乏开发有竞争力 产品的能力。因此制造型企业在利用信息技术进行管理优化的过程中，都应着重为产品的创新设计提供一个有效的工作环境。 产品数据管理（Product Data Management，PDM）是八十年代在国外兴起的管理企业产品生命周期内与产品相关数据的一种理论。它继承并发展了设计资源管理、设计过程管理、信息
2、管理等多类系统的优点，应用了并行工程方法学、网络技术、数据库技术等先进技术，有效地解决企业信息集成、过程优化管理等企业“瓶颈”问题。如何提高企业信息集成化管理水平、建立支持产品设计创新的信息平台，将是产品数据管理理论的发展方向之一。 2 机械制造企业技术管理现状 机械制造企业的产品特点主要表现为产品种类多、系列多、技术状态复杂。一般企业的产品种类少则几种，多则十余种、数十种，同时产品的系列较多，少的有两三种，多的有十余种。产品研制的阶段多，通常一个产品的研制生产需要经过 M 样、C 样、S 样、定型四个阶段。每个阶段的产品设计数据繁多，各类设计图档（含工艺设计）多，技术状态复杂。给技术管理和生
3、产管理造成了很大的困难，稍有疏忽容易造成工艺文件数据与设计文件数据不同步一致，从而导致返工现象时有出现。 同时产品数据更改频繁。每个研制阶段中产品设计数据的更改情况时有发生，这些更改常常牵涉到设计、工艺、物资、物管、加工、装配、测试、质量等各部门，相应工艺路线、工艺卡片等技术文件需及时更改；同时还有许多临时性设计文件，同样导致很多临时性的技术文件产生（工艺路线、工艺卡片等），设计数据和工艺设计数据繁多。 在对众多机械制造企业企业的调研和实施过程中，我们发现企业在产品数据管理中主要存在如下几个问题： 设计文档管理较乱 企业在设计产品的过程中积累的大量图形文件（DWG 格式）、Word 文档，目前
4、采用的仅仅是操作系统提供的文件管理功能，所有文件存放在各自使用的计算机或文件服务器中，分别由不同人来维护，往往造成同一设计文件有多处备份，对零部件的版本控制、借用管理和更改管理都非常不利。 在查询和浏览时，必须启动 CAD 系统或 OFFICE 软件，不能实现即时浏览。与产品相关的信息如描述产品的产品设计图纸、工艺文件、技术文件、产品实验数据等不能一目了然的得到。设计资源的重复利用率低，产品设计周期长。 文档更改和版本控制较难 更改管理混乱无序，计算机图档更改无痕，电子信息不能做到版本控制、版本储存。更改单查询、统计困难。图纸修改后版本只能靠人工管理，重复出现同样的差错。经过多次修改，出现多个
5、版本，版本管理混乱；多个版本图纸给日后产品数据维护带来极大不便；电子图纸和纸质图纸不能保持一致。采用在服务器上备份的方式进行存档，与设计员的更改容易发生不同步，易出现版本不一致。设计人员很难搞清楚借用件修改的影响范围。 设计过程缺乏项目管理和并行设计 不能实现产品开发或项目进度和工作状态的可视化动态控制。目前设计信息的正确、及时传输有较大困难。设计信息需要经过设计、审核、工艺会签、标检和发放等过程，不仅要求能在设计部门将设计信息从设计者顺利地送到审核、批准者，而且还要跨部门传递发送。设计任务的管理工作还只能停留在人为管理的基础上，缺乏有效的计算机辅助管理能力，影响了设计过程中小组成员相互协同工
6、作的效率。无严格的设计流程管理，造成图纸的修改无序、无记录、流程进程缓慢。设计人员之间不能通过即时邮件进行沟通，不能进行消息及时传递。 技术文件的备份和安全管理手段缺乏 产品的多样化数据，造成数据分散化、多样化，数据维护、备份工作量大。由于目前没有能够对所有产品数据进行集成管理，对技术文件的浏览、编辑的操作无日志记录，不能有效地防止技术文件泄露。另外还没有产品数据备份的有效手段，不能有效地防止因为系统崩溃而造成的损失。 产品物料数据缺乏集成化管理 与产品生产管理有关的物料清单（Bill of Material，简称 BOM）信息，是整个企业内进行产品生产调度的主要依据，是连接设计部门、管理部门
7、、销售部门、生产部门等的一个数据纽带，是企业引进和实施ERP 系统的数据基础。 目前设计输出只是图纸和统计的死明细，不能根据需求进行各种汇总。不能自动对如：标准件/外构件/自制件、产品零部件设计明细进行汇总；人工统计产品数据，报表输出效率低、差错率高，工作烦琐，特别是对于变型多的产品，报表的统计更是如此；更改后设计明细不能及时提供给采购部门，信息传递慢，采购容易产生差错。 同时，产品配置能力不足。产品系列化特征越来越明显，缺乏技术手段支持设计人员利用现有的产品结构和关联图纸进行产品结构设计和配置，多品种、小批量的产品设计效率，响应产品市场占有速度，效率有待进一步提高。 产品设计中协同工作差，出
8、错率高 设计部门中的电路设计和结构设计之间、产品的设计和工艺之间，都存在着工作交互问题，如结构设计人员需要获得电路器件明细与印制板安装信息，产品设计中需要进行工艺性审查，工艺设计中需要由产品设计提供必要的内容（设计图样、物料数据等）。因此建立起设计和工艺间协同工作环境，对缩短产品制造前的技术准备周期也能起到一定的积极作用。 产品设计易出错。由于采用传统的设计方法，新承接的产品往往要根据以往的设计经验重新设计，造成产品设计出错率高，影响产品的设计质量，致使有些工期要求短的合同承接有很大的难度。 总之，目前企业在应用计算机过程中存在的问题，也可以说是企业在应用 CAD/CAM 技术后进一步发展中必
9、然遇到的问题，也是 PDM 系统要解决的问题。在产品数据管理系统中，将以先进、成熟的技术为基础，逐步解决这些问题，为企业的持续发展出力。3 PDM 在机械制造企业技术管理中的作用 我们认为，PDM 可以解决上面提到的机械制造企业技术管理中的问题。以下我们从 PDM 具有的功能来看，如何缩短设计周期，降低成本，优化流程，加强项目管理，解决以上提出的问题，使企业获得更好的效益。 3.1 图文档管理 设计过程中，图文档管理实际上是提供一个统一的数据仓库，数据仓库中应包含两方面的信息，一是有关产品数据的基本信息，一是各类电子文档数据。 PDM 管理的是产品整个生命周期内所有与产品相关的信息和过程。这些
10、信息包括：CAD/CAM/CAPP 的文件、材料清单（BOM）、产品配置、技术文件、产品定单、工艺表格、生产成本、供应商状态等；产品有关的过程包括任何有关的加工工序、加工指南和有关批准、使用权、安全、工作的标准和方法、工作流程、机构关系等所有过程处理的程序；包括产品使用周期的各类文献。这些数据主要包括：原始档案、设计文档、工艺文档、生产中的数据文档、销售维修服务、其它静态数据等。 对于产品结构关联的信息，可以将它们之间的关系分别存入数据库中，同时给用户提供图形化的界面，一般用结构树的形式来表达产品之间的结构。 文档管理同时提供对文档状态的控制，实现档案管理的功能。在 PDM 中，每个文档都有对
11、应其生命周期阶段的状态标识，如创建、出库、入库、冻结、解冻、归档等。PDM 软件提供图纸的增加、导入、出库编辑、复制等操作。系统可以提供内嵌的浏览器，该浏览器可以实现对 AutoCAD、Pro/E 等 CAD 软件以及 DOC 文件、EXL 文件、TXT 文件、BMP 文件、JPG 文件、TIF 文件等文件的浏览。 在 PDM 系统中，用户可针对系统中所有的文档和数据进行查询，系统提供灵活的查询方式。系统中管理的内容包括产品、零件、版本、文档、图纸、标准件、企标件、用户等信息，这些不同种类的文档具有各自的属性。查询时系统首先选择对象类型，然后，用户可按对象的任何一项属性或相关属性进行查询。查询
12、时提供对逻辑表达式的支持，用户可指定多个属性的值作为限制条件；支持精确查询及模糊查询方式；查询范围可在一个产品或多个产品范围内进行。系统另外提供对象间关系的查询。企业各产品下的零部件存在借用、参照等关系，通过查询，可以快速确定原件和其对应的所有借用件。 3.2 产品结构管理 PDM 采用产品结构树描述零部件之间的装配关系。产品结构树以树状方式描述，树中的根节点代表产品，各节点分别表示部件或组件，叶节点表示零件。这种图示方式反映了产品、零部件之间的层次关系。有了结构树，管理者即可分层展开，走不同的分支，直观地找到自己所要的数据，而不用考虑其物理所在位置。每个零部件的属性和相关的文档都可以在产品结
13、构树上一目了然的看到。 产品结构信息是 PDM 系统的基础信息，在此基础之上，可以进行产品配置、报表统计等工作。 3.3 变更与版本管理 图文档管理能够对一个文件的从生成对归档的整个过程进行维护，这里主要是对图纸的版本控制和状态维护。图纸及工艺文件等数据从设计到审核到最后归档对应有不同的状态，各种状态下对应的操作不同。如产品审批完成后，进入冻结状态，此后不允许对文档进行任何类型的修改，只能作为历史文件保存。 版本由工作版本组成，工作版本记录一个版本不同工作阶段的信息，保存设计时的历史记录。系统对文档的每一次出/入库进行的修改都需要记录下来，以维护数据的完整性。每次修改结果可用一个工作版本来表示
14、。在一个版本的多个工作版本中，只有一个是有效的，有效版本由用户指定，有效版本也可以回滚、重新指定。 工程变更管理是借助于工作流系统来实现的。工程变更的内容包括工程变更请求、工程变更命令、工程变更通知，它们分别用来描述一个工程变更从发起到实施再到通知的三个主要阶段。 3.4 产品配置管理 产品配置通过对与定单无关的产品结构的配置，产生满足特定功能的可销售产品。可以分为用户选择配置和变量配置两种。通过配置管理可以建立产品的整体模型、建立产品的配置规划、建立一致的产品材料清单（BOM）、建立产品更改的历史记录版本管理等。产品配置的规则由用户自行选择，可以根据产品的版本或工作状态来决定。 3.5 项目
15、和工作流管理 项目和工作流管理是 PDM 功能的另一个重要方面。PDM 过程管理就是管理当一个用户对数据进行操作时会发生的影响、人与人之间数据的流动，并跟踪在项目过程中数据活动以及所发生的事务。 在 PDM 中，按项目方式对数据进行管理，同时提供项目属性管理、项目人员管理、项目资源管理等功能。项目管理的实现与工作流管理密不可分。通过工作流服务器进行任务调度，任务流程能预先定义，工程师能查看到自己的任务列表，任务完成后能进行任务提交。在过程控制中，提供内部邮件功能。实现对文档的审批、发放过程的跟踪与控制，实现对更改过程的跟踪与控制。 PDM 系统内拥有一个可独立分割出来的邮件系统模块，它用于系统
16、内部的邮件收发。用户只要登录系统，便可随时收发邮件。该系统可以和工作流系统以及项目管理进行集成，以便接受工作任务和传递信息。 3.6 安全和数据备份管理 系统能够提供全方位安全控制手段，从以下几个方面对系统中的安全性加以控制。PDM 在权限管理中对相关人员担任的岗位或角色（如设计、审核、归档等）进行定义。设置每个相关人员对具体图纸或文档的操作权限（如图纸或文档的浏览、创建、编辑、删除、拷贝、查询等）。通过对用户、角色、产品信息数据的维护实现多维权限管理。 系统管理员通过备份工具对数据库中的内容进行备份，备份的数据可以存在不同的存储介质上，备份的内容包括数据库中的数据和有关的各种电子文档。在系统
17、出现错误或需要审计时，能根据备份文件进行恢复。3.7 物料报表和数据集成管理 产品或部件 BOM 可以与产品配置有关，BOM 目前提供产品、自制件、标准件、企标件、零件簇等统计报表。系统根据产品结构、配置信息自动创建 BOM，并提供 BOM 中数量的自动汇总功能。用户可以自定义 BOM格式，可进行报表的打印预览、打印、文件输出操作。 PDM 与 ERP 的集成主要体现在 PDM 向 ERP 提供基础数据，包括企业最基本的物料数据以及产品的设计BOM。另外，PDM 也需要从 ERP 中获得设计指导信息，并能接受 ERP 系统传递的反馈信息，从而实现工程变更。 设计 BOM 描述的是产品各零部件间
18、的组成关系和构成数量，是 ERP 进行物料需求计划的根本依据，设计BOM 来源于 PDM，因此，PDM 与 ERP 的集成将完成两大功能：一、将 PDM 中的物料数据及设计 BOM 导入 ERP中，二、建立 PDM 与 ERP 之间的信息交互功能，以保证 PDM 与 ERP 之间数据的一致性、实时性。 3.8 与二、三维 CAD 系统的集成 PDM 系统可以从 AutoCAD 图纸的标题栏和明细栏中自动提取信息，并把这些信息保存到系统相应的数据结构中，创建产品零部件和产品结构树。 PDM 可以管理以 Parasolid 为核心的三维模型。对于三维的数据模型，系统实现动态拖放浏览。对于三维模型中
19、的装配信息，系统也可以提取并自动建立起模型间的装配关系。同时对于所有三维模型具有一些通用信息：如名称、图号、设计人、设计时间、版本、重量等，这些信息可以与 PDM 描述零部件的信息建立对应关系。 3.9 其它功能 用户定制及实施工具 PDM 可以提供灵活的工具，减少 PDM 系统实施的时间，同时在企业的业务模式发生改变时，通过工具能快速对系统进行改造。主要包括对数据结构、报表、用户界面、批量数据导入以及系统客户端自升级等方面的定制。 圈阅批注 PDM 系统对 DWG 格式的文件提供红线批注功能。在校核或审核过程中，检查人可对图纸进行批注。 零件簇管理 零件簇管理是对 PDM 系统中的零部件进行
20、分类管理的功能，分类的标准由用户定义。每个零件簇的定义都由一个或多个分类规范组成。零件簇为零件的分类管理、查询、统计提供了一个方便的工具。零件簇是可以由用户自定义的，它可以满足用户特定的报表统计需求。 4 实施目标与效益分析 4.1 实施目标 PDM 在企业实施的总体目标是在企业内建立起所有产品完整的数据模型（包括产品的设计数据、工艺数据和管理数据等），在此基础上建立起企业级的数据共享、协同工作平台，总体提高产品设计开发效率，缩短产品制造所需的技术准备时间。PDM 实施后，对企业的各个部门的工作都将产生积极的影响。 在总工办（总师办）可以很清楚地了解整个企业的产品结构，并可进行自顶向下、自下而
21、上的任意查询；动态了解新产品开发状况；对产品标准文件的产生、发放、更换和取消可直接管理；对生产和开发中的文件可控；可动态监控整个企业的产品开发和生产状态；对推荐使用的材料可控。 在技术部门可以细化部门工作任务安排；监控部门任务完成状况；设计人员可随时了解自己任务的情况；最大限度地获取完成任务所必须的资料；并动态查询设备、工装、材料等状况，确保设计的可加工性。 在采购部门可以查阅产品结构、产品基础数据；车间则可以反馈加工工艺，动态查询设计图纸和产品工艺；销售部门可以直接获取产品结构信息；为宣传、推广在开发的新产品提供图文说明；随时获取销售用产品数据，如：用户关心的一些特殊技术参数或用户询问安装中
22、基建要求等；反馈产品质量信息，寻求深层技术支持。质检部门可以获得产品质量要求信息；编制质量检测文件；对产品质量控制中的设计环节进行监控。PDM 的实施将在企业各部门间建立一个统一的系统平台，给各部门的工作带来极大的方便。 要达到这个总体目标，可按照如下两个阶段来进行，每个阶段的目标如下： 1）建立起完整的产品数据管理模型 在此阶段完成所有产品结构数据的自动识别和管理，建立起可供产品配置的产品结构参数化管理模式，能由产品结构数据组织起所有产品设计电子文档的管理。同时能支持产品明细数据从设计到工艺、生产管理、制造等部门的转换和传递，提供各种报表定义和自动生成功能。2）应用 PDM 系统建立部门级的
23、并行工作环境 推广实施 PDM 系统，完成系统的安装、培训、推广应用、技术服务等工作。最后能按照企业运行的工作流程和具体的工作任务，分别在各部门建立起支持产品数据共享和并行协同工作的环境。能完成部门级的电子化审批、更改控制、版本管理等功能。 4.2 效益分析 直接效益 根据国际上一些著名咨询公司的考察，PDM 系统为企业创造了巨大的投资回报：缩短产品的开发周期 50%；提前投放市场 40%；废品返工量减少 80%；提高工程设计人员的工作效率 50%；减少更改、提高产品质量 10倍；易于开发系列产品；防止泄密，等等。 间接效益 提高企业的管理形象和对客户的信誉度；建立企业的基础信息结构，包括集成的信息网络和全面统一的数据交互格式；培养员工的协同精神和严谨作风，提高员工素质。为企业随时迎接新的挑战以及与国际接轨打下良好的基础
