1、.页眉.页脚CAD/CAM 技术课 程 论 文指导老师： 学 生： 学 号： 机电工程学院2011 年 11 月1产品数据管理系统的发展及应用摘 要产品数据管理(PDM) 技术由于具有帮助企业管理与控制企业数据并缩短产品上市时间的强大功能而受到国外大中型制造企业的广泛重视,它可提供现代企业信息管理所必需的数据管理、配置管理与过程管理等工具,因而在CIMS、并行工程等先进制造系统中得到广泛应用。本文重点阐述了PDM 技术的产生背景、基本概念、体系结构、主要功能、应用领域及其基本功能,回顾了产品数据管理技术的发展过程,讨论了该技术在未来几年内的发展趋势。并提出了在产品数据管理技术发展中应当注意的几
2、项关键技术。关键词: 产品数据管理( PDM)；体系结构；发展趋势；关键技术1引言产品数据管理( Product Data Manag ement 简称PDM ) 是以产品结构为中心来组织管理CAD/ CAM/ CAE 数据、文档、审批等产品信息，并对产品开发和工作流进行控制的系统。PDM 是在20世纪90年代初才开始在国际市场上形成软件产品的一种新技术，它是在CAD/ CAM/ CAE 和EDM 的基础上逐步发展起来的，主要归因于国际上许多大型企业逐渐接受PDM 并把它作为支持企业经营过程重组、并行工程, ISO9000 认证等的使能技术。1984 年一些行业的领头羊如波音、休斯、奔驰、摩托
3、罗拉等公司纷纷投入巨资实施PDM 以作为保持企业竞争力的主要手段。而今，随着CAD/ CAM 及CIMS 技术的迅速发展和应用，PDM 变得越来越重要，成为当今最热门的技术之一。PDM 对我国企业尤为重要. 我国企业信息化过程中存在的问题有：( 1) 信息共享程度低，企业的计算机辅助工具是一些离散孤立的系统，产品数据存储于不同的计算机系统，由于支持的文件格式和应用环境的差异，无法在设计、工艺和制造部门间有效地进行信息共享和传递。( 2) 信息反馈慢，传统技术文件是纸介质且管理手工化，因此设计部门无法及时收集工艺和制造部门反馈的新信息。( 3) 产品开发方式陈旧，长期以来，产品开发沿用传统的顺序
4、工程方法，遵循“概念设计详细设计过程设计加工制造实验验证设计修正”的流程，导致从设计到制造到设计修改的大循环，劳动量大且开发周期长，难以满足激烈的市场竞争要求。( 4) 设计重用度差，对 CAD、CAM、CAE 数据沿用对纸质文件的管理方法，缺乏迅速有效地检索产品数据文件的手段，造成不必要的重复设计。2PDM 在一定程度上解决了上述问题。2 产品数据管理的概述及其发展状况产品数据管理是IT 的一个新的领域，在近几年来具有越来越重要的战略意义。没有PDM 系统，制造企业和工程服务商已经很难维持其中长期的竞争能力。如今与产品制造有关的文档编制过程变得越来越长，而且成本也越来越高。很多企业都采用了许
5、多高度现代化的IT工具，但是，这样做所能缩短的周期和降低的成本仍与最初期望的目标相距甚远。采用了各种计算机应用系统以后，每一步工作的效率确实得到了大幅度的提高，这是有目共睹的，问题在于如何才能利用信息系统提高企业的整体效益。产品形成过程通常缺乏统一、完整的信息和通信网络，由此而造成了误解、错误以及过程效率低下等情况。在IT的支持下，制造企业可以改善进产品开发和整个产品形成过程的运作情况。对于生产计划和部分生产控制，采用PPS/ERP系统以后可以获得明显的效益。长期以来，人们开发了各种用于物料管理、生产计划管理、销售管理、财务管理、生产控制、人力资源管理等标准管理软件，但是，迄今为止还缺少一个能
6、够覆盖产品规划和开发、计算和仿真、试验、工艺装备设计和工艺过程规划、制造和装配、质量检验等部门的技术信息系统。这一缺憾可以利用产品数据管理的方法得以弥补。PDM 的基本原理是，在逻辑上将各个CAX信息化孤岛集成起来，利用计算机系统控制整个产品的开发设计过程，通过逐步建立虚拟的产品模型，最终形成完整的产品描述、生产过程描述以及生产过程控制数据。技术信息系统和管理信息系统的有机集成，构成了支持整个产品形成过程的信息系统，同时也建立了CIMS的技术基础。通过建立虚拟的产品模型，PDM系统可以有效、实时、完整地控制从产品规划开始直到产品报废处理的整个产品生命周期中的各种复杂的数字化信息。PDM系统最初
7、起源于CAD工程图的管理。随着CAD系统广泛、有效的使用，CAD文档的数量急剧增加，因此迫切需要一个功能强大的管理工具对这些文档进行有效的管理。工程图管理系统就是在这种背景下产生的。最早的工程图管理系统主要是基于文件系统的，稍后采用了数据库系统。随着数据处理技术的发展和制造企业计算机技术的广泛应用，迫切需要使用一个统一的数据管理系统对不同应用系统所产生的各种数字化文档进行有效管理。在CAD应用领域，还对该系统提出了支持面向图形单元的产品建模方法的要求。采用这种建模方法的前提条件是建立CAD标准件库。在实际应用中，该系统还应该具备零件管理功能，包括对零部件的分类和事物特性表进行管理。在产品开发和
8、设计过程中，还提出了对各种不同的计算机应用系统进行时间方面的协调和进度控制的要求，所以，又开发了工作过程控制的方法。为了满足上述各种要求，于是就3逐渐形成了用来进行数据和过程管理的各种构件，最终组成了完整的技术信息系统。国际上将这种技术信息系统称为产品数据管理（PDM，Product Data Management）系统。2.1 基本特征产品数据管理是一种利用数据模型对制造企业的产品形成过程进行管理的方法。产品数据管理的目标是，利用一个集成的信息系统来产生为进行产品开发设计和产品的制造所需要的完整的技术资料。因此，PDM系统利用模块化的结构对产品的整个形成过程进行控制并对在该过程中形成的或需要
9、处理的数据和文档进行管理。PDM系统通常是一个面向对象的信息系统，它将所有的信息定义为对象。此时，不论是工程图、项目或者过程，都被描述为对象。PDM系统的重要功能有：数据和文档管理、过程管理和应用系统的集成等。通过过程接口或数据接口集成各种不同应用系统的能力，是进一步使用已有应用系统的基础。PDM 系统能够对已集成的应用系统所产生的文档进行管理，并且在必要时将有关的数据分配给相应的数据处理系统，当然，此时还应该考虑到当前用户的访问权限。过程管理主要对产品开发和设计过程进行控制。PDM系统向人们提供了管理和使用静态的、长期保持不变的例行业务流程（如技术文档的更改过程和发放过程等）以及动态的、与具
10、体项目有关的产品开发过程的技术手段。一个功能完备的 PDM系统应该能够同时满足这两方面的需要。为了有效地实施PDM 系统并最好地发挥其效益，企业还必须将其组织方式改变为面向产品和面向项目组的结构化组织方式。2.2 PDM的功能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和框架，从用户的角度可将PDM 功能简化为用户功能和公共实用功能两部分，前者主要是指为用户提供充分利用PDM 系统的能力，通过图形化的用户界面与用户进行信息交换并执行用户指定的操作。具体有：数据仓库文档管理、过程管理、配置管理、零部件分类库管理和项目管理。 后者是为使用这一系统提供配套支持功能，它直接与操
11、作环境有接口，并把它的功能和用户隔开，通过剪裁使系统工作在不同用户特定的环境中，其主要功能有: 数据传输和转换、图像信息处理、系统管理。2.3 PDM系统的体系结构PDM 原型系统以网络环境下的分布式数据处理技术为支撑，采用客户机/ 服务器( Client / Server) 体系结构和面向对象( Object Or iented) 的设计方法，需要有数据库技术保证数据的存储和管理，需要有网络技术提供数据的通信和传递，以实现产品全生命周期的信息管理，协调控制工作流程和项目进展，在企4业范围内建立一个并行化的产品开发协作环境。系统总体结构如图（1）所示。图（1）PDM 系统的体系结构2.4 PD
12、M技术的发展趋势PDM 技术发展趋势有以下几个方面:(1) 因特网/ 企业内部网技术在PDM 系统中的应用越来越深入基于因特网/ 企业内部网平台及J ava 语言开发结构灵活、用户界面友好的PDM 系统已成为一种趋势。在 PDM 系统中,通过Web 实现全球化的信息查询、浏览、创建与更新已逐渐成为现实,并以此来支持全球化的虚拟企业的信息管理。当然, 由于因特网技术在PDM 系统中的应用给产品数据管理的安全性带来了更大的挑战,PDM 厂商如何给用户一个数据安全感将是一个难题。(2) 面向对象技术的应用及信息模型的标准化由于PDM 系统所要管理的数据类型及数据模型的复杂性,要求系统有良好的开放性,
13、采用O - O方法建立系统管理模型与信息模型,并提供面向对象的建模工具与开发工具,支持用户的二次开发。另一方面,由于各系统功能不一样,其信息模型也不一样,即使是相同的功能,不同系统信息模型差别也很大,如何实现PDM 系统信息模型的标准化,为不同系统之间提供信息交换带来方便成为当务之急。目前,支持产品数据共享的国际标准有STEP (Stan2dard for the Exchange of Product Data) , 这一标准试图对整个产品数据模型进行标准化,基于STEP 标准开发全企业的通用产品模型仍有相当的难度,同时STEP 标准覆盖的内容与PDM 覆盖的内容仍有较大的差别,所以，STE
14、P 如同IGES 、DXF 、TIFF 等一样,目前5主要用于图形信息查看和圈阅,还不能作为建立全企业信息模型的标准。(3) 基于CORBA 与对象连接与嵌入(ObjectLinking and Embedding , OL E) / 元件对象模型(Component Object Model ,COM) 的应用集成以PDM 作为企业集成框架,将新旧应用系统与PDM 系统集成起来是建立企业信息系统的重要组成部分, 基于CORBA 标准与OL E/ COM 标准,建立标准的中件(Middleware) 模块,为 PDM 系统与应用系统集成提供更为方便的手段。(4) PDM 与MRP 的功能渗透一
15、方面,PDM 与MRP 分别服务于工程设计与生产制造。PDM 系统源于CAD/ CAM 应用与工程设计的需要 ,所以它管理的重点为工程信息。而MRP 系统源于制造业的经营与生产活动的管理,包括经营、生产、物料需求的计划与制造资源的需求计划的管理。两者的桥梁纽带为BOM 表。目前,二者之间通过相互集成,互为补充,构成完整的企业信息系统。另一方面, 二者之间又在互相渗透,PDM 厂商首先将工程BOM 与制造BOM 统一于PDM 系统中进行管理,同时将经营计划、生产计划集成于PDM 系统中,而MRP 系统也在设法将PDM 系统的功能归入其中。(5) 过程管理与配置管理功能的强化为了适应产品设计与制造
16、过程中复杂过程变化的需要,各厂商竞相开发出独立的工作流程管理模块,且功能不断变强,以满足工程更改、并行化产品设计所必需的过程管理的需要。以配置管理为核心,将数据管理、工作流程管理与变更控制集于一体,形成更为强大的PDM 系统。3 PDM技术的应用PDM 技术的应用领域十分广泛,现在主要是集中在制造业领域,机械、电子、汽车等行业均已开始实施PDM 技术,在这些行业中 ,PDM 系统对企业的产品数据进行统一管理,并且在产品开发的整个过程中协助管理者对开发过程进行有效管理。在此基础上,PDM系统还可以作为 CIMS 系统集成的基本框架,可以把CIMS 系统的其他子系统 ,如CAD/ CAPP/ CA
17、M 子系统、MIS 子系统、MRP 子系统等,通过系统集成工具和接口有效地集成在一起,构成一个完整的CIMS 系统,在全企业范围内实现数据的共享。除制造业领域,PDM 技术还可以应用于工程项目中,如建筑、桥梁等;还可以应用于基础设施和公用事业中 ,如机场、海港、铁路运营系统、后勤仓储等。随着PDM 技术的不断发展,其应用的领域也会逐步扩大。3.1 PDM发展中的关键技术从PDM 的发展趋势中可以看出, PDM 的发展离不开其他技术的应用 ,其中有几项技术尤为关键：63.1.1 成组技术成组技术,是在零件设计和制造中充分利用相似性原理将零件加以分类的方法。在PDM 系统中,由于要管理的产品数据非
18、常多,合理的分类就显得非常重要。电子仓库中各种信息的编码分类,零件库中零件族的管理,都要用到成组技术的原理和方法。在PDM 中,利用成组技术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,设计人员就可以迅速的找到需要的信息。例如由CAPP 子系统生成的工艺文件提交到PDM 系统中以后, PDM 系统可以将相似的加工工艺存放在一起(当然这只是逻辑组织上在一起,物理上可以分散于各个地方) ,这样 ,零件加工的安排、机床使用频率的统计等都可以从这些有效管理的工艺文件中得出。在零件库中,零件分类存放,逐层组织,管理人员可以从整体上了解企业产品设计能力和加工能力。另外,随着数据量的增加,分类
19、编码管理不但可以简化PDM 系统的工作 ,而且往往还会产生意想不到的效果,例如,通过浏览产品类、零件族,可以启发设计人员改进原有产品,设计出全新产品。这也更是实施PDM 系统，促进企业信息共享的又一大好处。3.1.2 数据交换标准技术PDM 系统作为 CIMS 系统集成的框架,它需要实现各种功能的集成,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等,但其核心是信息集成。PDM 系统面对的是 CAD/ CAPP/ CAM、MRP 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不同,造成系统间互不兼容,解决的办法就是采用统一的数据交换标准,将各系统中的共同信
20、息提取出来,使用标准数据格式表示,保证数据一次输入,多次使用,以达到系统集成的目的。现在的PDM 系统 ,对CAD、 CAPP、CAM 产生的数据分别管理 ,如果CAPP 、CAM 系统需要CAD 中的零件设计信息,就必须通过一定的数据格式转换接口才能得到。采用统一的数据格式, CAPP、CAM 可以直接获得所需的数据,而不必进行转换。这样不但减少信息的重复输入,而且使得各系统的集成更加紧凑合理。目前,支持产品数据共享的国际标准主要是STEP ,但这一标准现在还不能覆盖PDM 系统所有的内容,有待进一步研究和完善。3.1. 3 CORBA 技术PDM 系统中的功能集成,以及PDM 系统同其他各
21、外部系统之间的集成 ,是建立企业信息集成系统的重要组成部分。基于CORBA 技术建立标准的中间件模块,为PDM 系统与其它系统集成提供了方便的手段。CORBA 技术是当今计算机业界最令人关注的中间件技术规范,已得到许多大公司的广泛支持,成为一种产业标准,它借助Client/ Server 模式和面向对象技术 ,利用标准接口定义语言,将所有的应用程序封装成独立的对象,其界面定义了该对象可提供的操作,客户方只7需知道目标对象及其界面,就可以获得目标对象所提供的服务,有效地实现了分布应用程序之间的互操作性。利用CORBA 技术,不仅有利于现有系统的集成,而且有利于将来系统的扩展。4 结论PDM 是目
22、前世界上迅速发展的技术之一,在今后几年内,其在企业内的应用将会逐渐扩大。PDM 技术的研究将主要集中在系统集成的具体方法上,在企业的应用则主要集中在如何实施上。PDM 技术中有关项目管理、工作流程管理还有待进一步完善。但它统一管理和控制产品数据的体系结构具有巨大的发展潜力,它对企业内实施CIMS 工程,实现并行工程的思想有着决定性作用,它对未来分散化网络制造及企业重组也将起到积极的促进作用。8参考文献 1 俞涛. 产品数据管理技术及其应用. 机电一体化, 2000 (4).2 吴年宇,孟刚. 基于PDM 技术的制造业集成框架研究 . 清华大学学报, 1998 .3 李建明,童秉枢,许隆文. 产品数据管理技术的现状与发展 . 计算机集成制造系统, 1998 .4 李和良. 走入PDM. 计算机辅助设计与制造 , 1999 (5).5 葛友华、廖文和、周儒荣. PDM 中的关键技术. 机械设计与制造工程, 2000 (3).6 李建明,李和良,许隆文. PDM - CAD/ CAM 集成与工程数据管理的新技术. 机械科学与技术,1997 ,16 (1) :157 162.
