完整版分布协同式PDM系统的功能分析及应用硕士毕业设计.docx

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完整版分布协同式PDM系统的功能分析及应用硕士毕业设计

分布协同式PDM系统的功能分析及应用

摘要

近年来，我国为了全面提高制造业综合竞争能力，在产品设计领域，先后使用CAX（CAD、CAE、CAPP、CAM等）单项技术，在一定程度上提高了企业的竞争能力。

但是，与此同时出现的是产品设计的过程中设计数据和技术文档呈现出“信息爆炸”性增长的势头和企业内部各部门使用不同的应用系统，形成了“信息孤岛”；这些问题的出现严重地影响了CAX技术在企业的应用。

产品数据管理（ProductDataManagement-PDM）正是在这一背景下产生的一种新的信息管理的思想和技术。

它以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程和资源的集成化管理技术。

本文将先介绍PDM系统的发展历程与应用现状，再分析现有PDM系统的功能，然后以某个具体项目的实施和开发作为研究案例，进一步分析PDM系统的成熟解决方案Teamcenter在太矿集团的应用。

太原矿山机器有限公司是一家从事设计制造大型矿山、冶金、液压、润滑、洗选等设备的企业，已处于行业领先地位，但是在企业信息化过程中仍存在不少问题。

论文的重点是：

在项目中对该企业的需求进行分析，如何结合企业现状及特点，制定出相应的解决方案；在项目中具体是怎么分别实施了过程文档管理、权限管理、零部件管理和流程管理模块。

关键词：

CAX技术，PDM系统，功能分析

Abstract

Inrecentyears,theourcountryinordertoimprovingmanufacturingbusinesssynthesiscompetitivepowercompletely,TheworkinprocessdesignsrealmandalsosuccessivelyusesaCAX（CAD,CAE,CAPP,andCAM...etc.）single-itemtechniqueandimprovethecompetitivepowerofbusinesstosomeextent.Meanwhiledesignthepowerprincipalthatdataandtechniquetexttickpresent"informationburst"growthintheprocessofdesignofproductsanddepartmentswithintheenterpriseusingdifferentapplicationsystems,asaresultforming"informationisolatedisland".Productdatamanagementisexactlygenerateunderthisbackgroundofakindofnewinformationsupervisorythoughtandtechnique.Ittakessoftwaretechniqueasfoundationandtakesproductasnucleus,therealizeturnsmanagementtechniquetotheintegrationofproductrelateddata,processandresource.

Inmypaper,IwillintroducethePDMsystemdevelopmentandapplicationandanalysisthefunctionoftheexistingPDMsystem.ThenIintroducedthePDMsystemmaturesolutionsTeamcenterinapplicationoftheMiningGroupasanexampleofimplementationanddevelopment.

Taiyuanminingcompanyisacompanywhichengagedinthedesignandmanufactureoflarge-scalemining,metallurgical,hydraulic,lubrication,cleaningandotherequipmentoftheenterprises.Itisintheleadingpositionintheindustry.Butintheprocessofenterpriseinformatizationitisstillexistalotofproblems.Thekeypointishowtoanalysistheenterpriseneedscombiningtheenterprisepresentsituationandthecharacteristicthenformulatecorrespondingsolutions.howtoimplementedprocessdocumentmanagement,rightsmanagement,sparepartsmanagementandprocessmanagementmoduleintheproject.

KeyWords：

CAXtechnology,PDMsystem,Functionalanalysis

图目录

表目录

第1章绪论

1.1课题背景

自改革开放三十年以来，中国的机械制造业有了显著的发展，无论是机械制造总量还是机械制造技术水平都有了明显的提高。

机械制造业从产品研发、技术装备和加工能力等方面都取得了很大的进步，但具有独立自主知识产权的品牌产品却不多[1]。

我国机械制造业现状如下：

20世纪90年代以来，大型跨国公司纷纷进军杀入国内机械工业市场，我国大量引进技术和技术装备使机械制造业有了长足的发展，但也给人们带来了许多担忧——被国外资本所控制；中国的机械制造业除了面临“外敌”之外，自身也存在着诸多问题，据机械工业联合会的统计，目前工业发达国家新产品贡献率为52％，我国仅为5.9％[1]；现代制造业企业的规模越来越大，产品也越来越复杂。

技术人员如设计人员，科研人员很难集中到同一个工厂甚至是同一个城市，共同参与同一个项目研发时不能同步的问题比较突出；项目中流程管理太复杂致使信息流集成不畅，工作流程出现很多障碍，产品开发过程中存在许多冗余活动，下游不能及时准确反馈上游变化的信息。

机械制造信息化技术始终是机械制造中最活跃的一个研究领域，它与计算机辅助制造，计算机集成制造等概念相联系，它是制造技术、控制技术、现代管理技术和信息技术的综合，旨在全面提高制造企业的劳动生产率和对市场的响应速度。

机械制造业发展前景主要在如下几个方面：

计算机集成制造（CIMS）生产方式。

CIMS是由若干个相互联系的分系统组成，包括了工程技术信息计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程分析（CAE）、计算机辅助工艺过程设计（CAPP）、生产管理（PM）、物料管理（MM）、人力资源管理（PM）、财务管理（FM）[2]；制造业智能化，智能化制造系统可理解为由智能机械和人类专家共同组成的人机一体化智能系统，智能系统在制造过程中能进行智能活动，如分析、推理、判断、构思、决策；制造业虚拟化，虚拟制造是以系统建模和计算机仿真技术为基础，集现代制造工艺、计算机图形学、信息技术、并行工程、人工智能、多媒体技术等高新技术为一体，是一项由多学科知识形成的综合系统技术。

在机械制造业信息化中，通过PDM系统项目的实施，可以逐步的构筑企业产品设计的数字化开发协作平台，逐步的建立起来企业的产品信息知识库，为企业设计创新创造新的产品的工作环境。

利用企业自己建立起来的PDM系统，可以实现对产品开发过程中和相关产品信息有效的管理，进而可以缩短产品设计周期；逐步来提高企业零部件的通用化、标准化和产品系列化的程度；提高新产品开发过程中的企业各部门之间协作的效率和信息在各部门之间传递的准确性和真实性。

制造业对于PDM系统应用需求，主要包括了项目管理、文档管理、设计过程管理、产品结构管理、流程管理、综合查询、人员管理、系统管理等功能[3]。

综上所述，分析PDM系统的功能，研究PDM的系统的发展趋势是很有意义的。

试想一下，一款手机，还没生产出来，你就可以通过互联网看到它的虚拟样机，并进行体验，你甚至可以跟远在千里之外的设计人员进行在线互动，提出你的修改意见，这将是一件多么奇妙的事情[3]。

1.2研究目的与意义

计算机集成制造（CIM）是现代企业组织、管理与运行的一种方式，CIMS则是按照CIM的思想建立的一套复杂的人机系统[4]。

传统的CIMS一般由MIS、CAD/CAM/CAPP、FA、QSA四个功能分系统和NET、DB两个支撑分系统组成。

它的核心和本质的特征在于它的集成性与互相的协同性。

在我国实施和应用CIMS的过程中，大多数制造企业都采用了商品MRPII（MaterialRequirementPlanning物料需求计划）软件作为其CIMS中的MIS部分，CIMS的集成也主要是以MRPII为核心而进行的，而产品数据管理系统PDM是一门用来管理所有与产品相关信息（包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等）和所有与产品相关过程（包括过程定义和管理）的技术。

它在企业里是一个部门级别的应用平台。

它的出现和MRPII向ERP系统的发展为CIMS的集成提供了新的手段和内容。

PDM明确定位为面向制造企业，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。

PDM进行信息管理的两条主线是静态的产品结构和动态的产品设计流程，所有的信息组织和资源管理都是围绕产品设计展开的。

PDM系统的出现，为CIMS环境下的各个分系统之间的集成带来了新的平台和集成框架[5]。

所谓集成框架，是指在异构、分布式计算机环境中能使企业内各类应用实现信息集成、功能集成和过程集成的软件系统。

PDM正是这样的系统，它是一种以软件技术为基础、以产品为核心，实现对产品相关的信息、过程和资源进行一体化集成管理的技术[5]。

PDM将计算机在产品设计、分析、制造、工艺规划和质量管理等方面的信息孤岛集成在一起，对产品整个生命周期内的数据进行统一的管理，为实现企业全局信息的集成提供了信息传递的平台和桥梁。

为了做到这一点，PDM在关系型数据库的基础之上加上面向对象的层，使得CAD/CAPP/CAM之间不必直接进行信息的传递，所有的信息传递都可以通过PDM这样的中间平台来进行，从而克服了传统的CAX系统之间（尤其是CAD与CAPP）集成的复杂性。

同时，由于PDM用于计算机技术完整地描述了数字化的产品模型，因此，EPR可以自动地从PDM系统得到所需要的产品信息，比如BOM等。

本文从机械制造行业的实际状况出发，面对全国范围的企业信息化和国家推进的传统产业信息化改造工程，客观分析了PDM系统的应用需求和PDM系统的功能，并且探讨了如何完成机械制造业的PDM实施。

1.3PDM系统发展历程与应用现状

PDM以软件为基础，是一门管理所有与产品相关的信息（包括电子文档、数字化文件、数据库记录等）和所有与产品相关的过程（包括工作流程和更改流程）的技术。

[1]它提供产品全生命周期的信息管理，并可在企业范围内为产品设计和制造建立一个并行化的协作环境。

PDM的基本原理是，在逻辑上将各个CAX信息化孤岛集成协同起来，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、完整的控制从产品规划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。

1.3.1PDM系统发展历程

上世纪70年代，CAD尤其是三维CAD得到了长足的发展。

到了80年代，很多大型企业都广泛应用了CAD系统[6]。

这些企业生产的产品非常复杂，技术研发人员分布在全球各地，管理数量庞大的产品数据特别是CAD数据，成为这些企业必须面对的一个严峻挑战。

各个大企业支持的CAD/CAM厂商开始通过在自己的CAD系统中增加文件管理模块来解决这个问题。

还有一些厂商在自己的CAD上开发了一些小插件，来满足企业产品数据管理的需求。

各个厂商在各自的CAD上开发的数据管理模块，只是为了解决集中存储和快速查询的问题只能管理单一的CAD数据，既无法实现开发流程的管理更无法实现与外部系统的数据交流。

到了上世纪80、90年代，各个PDM厂商主要为几个大型的企业提供服务。

随着企业信息化理念及技术的进步，CAD的数据管理功能已经无法满足企业的需要。

PDM供应商们开始着手开发独立与CAD之外的，具有产品数据的管理能力、对产品结构与配置的管理、对电子数据的发布和更改的控制以及基于成组技术的零件分类管理与查询等功能的PDM系统[6]。

在此之后随着CAD的逐渐普及，PDM的市场也迅速发展[7]。

这里面既有IBM、HP这样，以硬件作为主打产品的IT厂商，又有Baan、Infor这样以ERP为主打产品的IT厂商，还有类似AgileSoftware、WindchillTechnology（该公司于1998年被PTC收购，PTC以此为基础，发展出CPCPDM解决方案）这样的针对特定行业进行开发的IT厂商。

纷乱无序的竞争，导致客户面对PDM这一新生概念时，茫然无措。

与此同时由几大厂商联手制定的PDM系统标准发布,也意味着，PDM行业新一轮洗牌在即。

当时美国市场上的收购与并购风起云涌,UnitedComputing公司被美国麦道飞机公司（McDonnellDouglasCo.）收购，成为其下属的一个团队UnigraphicsGroup。

EDSUG并购Intergraph公司的机械软件部，成立UnigraphicsSolutionsInc这个EDS的子公司，UGS这个公司名第一次出现。

2007年1月25日，西门子将以35亿美元的价格收购UGS公司，4月27日，欧盟委员宣布批准西门子对UGS公司的收购计划，从而完成了针对该交易的标准反托拉斯审查。

5月11日，西门子完成对UGS公司的收购，UGS公司从此将更名为“UGSPLM软件公司”（UGSPLMSoftware），并作为西门子自动化与驱动集团（SiemensA&D）的一个全球分支机构展开运作。

欧洲市场上的达索也没有闲着,作为IBM一手扶持起来的PDM厂商，达索系统又一次和IBM站在一起。

1998年2月达索独资在美国成立ENOVIA公司，并以IBM的ProductManager为基础，双方合作从事第一二代产品数据管理系统PDM的开发和经营。

1999年，世纪之交，PDM领域许多重要的概念，都是在这一年被提出。

作为PDM领域的领导厂商，SDRC在1999年提出了PKM概念，所谓PKM就是产品知识管理.Aberdeen提出了CPC概念。

CPC即协同产品商务（CollaborativeProductCommerce）。

CPC所倡导的是一种依托因特网技术的新型的软件与服务，它把产品设计、工程、制造、原料采购、销售、营销、现场服务以及客户紧密联系在一起，形成一个全球知识网[7]。

PDM领域另外一家著名的研究机构CIMdata提出了cPDM概念。

cPDM是协同产品定义管理（collaborativeProductDefinitionmanagement）的简称，它所倡导的是一个提供了产品数据管理、协同、可视化、协同产品商务、企业应用软件集成、零部件供应商管理等一整套结合了最佳实施过程与相关技术的整合方案[7]。

还是在1999年，美国著名的咨询公司AMRresearch的PDM研究主任MichaelBurkett认为：

“许多公司重视新产品的即时上市，而没有认识到规划、供应链准备和制造的重要意义，没能在这方面为新产品的批量生产提供支持。

”因此，他创造了PLM（Productlifecyclemanagement）这个专业名词。

PLM的概念实际上是前文所述所有概念的集大成者[7]。

根据AMRresearch的定义：

“PLM是一种技术辅助策略，它把跨越业务流程和不同用户群体的那些单点应用集成起来。

与ERP不同，PLM将不会成为与某一软件厂商紧密集成的系统。

PLM不会废止已有系统，它将使用流程建模工具、可视化工具或其他协作技术，通过一定的语义来整合已有的系统。

PLM的内容大致分为四个应用部分：

其一，PDM（产品数据管理），起着中心数据仓库的作用，保存产品定义的所有信息；其二，CPD（协同产品设计），让工程师和设计者使用CAD/CAM/CAE软件以及所有与这些系统配合使用的补充性软件，以协同的方式一起研发产品；其三，PPM（产品组合管理），它是一套工具集，为管理产品组合提供决策支持；其四，CNM（客户需求管理），是一种获取销售数据和市场反馈意见，并且把它们集成到产品设计和研发过程中的软件。

”

1.3.2PDM系统应用现状

前面介绍了PDM概念的产生，以及在其基础上发展而来的PLM的概念，其实所谓PDM，并不只是一个技术模型，也不是一堆时髦的技术辞藻的堆砌，更不是简单的编写程序。

它必须是一种可以实现的技术；必须是一种可以在不同行业、不同企业中实现的技术；必须是一种与企业文化相结合的技术。

因此，它与企业自身密切相关。

考察当今PDM实施成功的企业，每个企业都有自己非常具体的奋斗目标和项目名称，从福特的“Ford2000”、波音的“DCAC/MRM”到日产的“业务过程革新”等，凡取得成就者，无一不是将PDM融会贯通于企业文化之中。

因此，PDM的生命力，或换而言之，PDM之精髓，也正在于此。

PDM的产生和发展与社会大环境紧密相连，与企业自身息息相关[8]。

企业为适应市场而寻求发展和自我完善的强烈需求，是造就PDM市场繁荣兴旺的内在动力。

PDM是依托IT技术实现企业最优化管理的有效方法，是科学的管理框架与企业现实问题相结合的产物，也是计算机技术与企业文化相结合的一种产品。

[2]PDM也是一个有争议的话题，人们对它的期待很高但却理解不足。

随着技术的发展，企业在使用现有PDM系统的同时，又希望能有更新更完善的PDM系统，不仅要与ERP集成，还要与CAD、CAM集成，在网络时代还要向Web技术发展，在跨地区、跨国的大型企业中，希望能实现企业级的管理，强调单个特征和功能的“技术工具包”也要向“问题解决方案”的系统发展。

目前国内外已有许多著名的PDM软件，如西门子公司的Teamcenter、PTC公司的Winchill、IBM公司的ProductManager、CV公司的Optegra等，它们基本上代表了国内外在PDM技术上的最高水平。

国内许多软件厂商也看到了PDM市场的巨大潜力，纷纷开发出自己的PDM产品，如浙江大学大天创瑞丰软件公司、华中理工大学的华中软件公司、清华大学的高华公司、中科院的凯思公司、南京的同创公司及东北大学的阿尔派公司等。

同时，国内许多企业实施了PDM系统，如春兰空调厂、海尔集团、长虹、康佳等采用的PDM产品是美国EDS公司的IMAN，西安飞机设计所采用的PDM产品是IBM公司的PM，江西五十铃汽车制造厂、上海港口机械厂和苏州阀门厂等采用的PDM产品是华中软件公司的IntePDM。

从效果看，有取得明显经济效益的，也有未能达到预期目标的。

1.4本文组织结构

根据上述研究内容和研究目标，文章内容组织如下：

第一章：

通过介绍机械制造业的现状和发展，来探讨CIMS环境下的制造业信息化，并且简要介绍PDM系统的发展历史和发展历程来对此系统进行进一步的了解。

第二章：

分布协同式PDM系统概念介绍及其功能分析，并且探讨此系统为什么要使用分布式架构，这些基本功能如何在制造过程中使得项目流程协同起来。

第三章：

本章详细介绍和研究了PDM系统的一款成熟产品Teamcenter相关系统的背景和PDM系统的发展趋势，分析了分布协作式PDM系统的功能发展方向。

了解了系统的发展方向和发展趋势。

第四章：

某企业在调研和分析需求后决定实施Teamcenter系统，具体分析和讨论了如何实施此PDM的过程文档管理、权限管理、零部件管理、流程管理功能。

以及这4个功能是如何实现的。

第五章：

本章对全文内容进行了总括，回顾了本文的主要研究内容，并指出进一步可以进行研究和改善的内容，作为下个阶段工作的重点。

1.5本章小结

在本章中，我们首先介绍了PDM系统的概况与基本概念，PDM是以软件为基础，一门管理所有与产品相关的信息包括电子文档、数字化文件、数据库记录和所有与产品相关的过程包括工作流程和更改流程的技术。

然后我介绍了PDM系统的发展历程，CAD的大量应用，使企业认识到了与产品数据管理的重要性，才使得PDM技术得以应用发展。

在研究的目的和意义中，我认为PDM系统的出现，为CIMS环境下的各个分系统之间的集成带来了新的平台和集成框架，PDM系统最终的目标是达到企业级信息集成的目的。

最后简要介绍了与此系统相关的众多概念和本文的研究目的。

第2章分布协同式PDM系统概述

2.1分布协同式PDM系统基本概念及特点

现代制造业企业的规模越来越大，产品也越来越复杂。

技术人员如设计人员，科研人员很难集中到同一个工厂甚至是同一个城市，他们分布在全国乃至世界各地，要想使用一款软件来管理数量庞大的产品数据，必不可少的就会用到分布式的软件系统。

而且，随着管理体系的深化，部门之间工作协同出现困难，各类任务统计困难，绩效考核计算周期过长，手工统计、纸质下达任务等效率低下，此时，著名的研究机构CIMdata提出了cPDM概念：

“cPDM是协同产品定义管理（collaborativeProductDefinitionmanagement）的简称，它所倡导的是一个提供了产品数据管理、协同、可视化、协同产品商务、企业应用软件集成、零部件供应商管理等一整套结合了最佳实施过程与相关技术的整合方案。

”[1]这一概念得到了当时多数厂商的认同，被其作为产品和核心概念推广。

2.2分布协同式PDM系统架构分析

分布协同产品数据管理系统PDM可以为我们带来如下的好处：

减少重复的数据和减少存储的需求；当我们有需求的时候，可以简化数据查找和数据分发；允许快速，轻量化检查数据，这对于验证和查看变更特别有用；提供版本控制和数据的事实性；管理零件和零件的装配关系；更加简单的创建和定义物料清单；保存产品发展变更的历史记录；建立零件间的关系包括需求关系和规格关系；提供连接数据的完整性[2]。

常见的分布协同PDM系统架构一般有2层架构和4层架构[5]。

2层架构包含了客户端和资源端，4层架构包含了客户端，网络层，企业层和资源端。

下面来具体介绍这两种架构。

图2.1两层架构的概念

客户端层包含了：

胖客户端，可以执行的系统服务，可以选择的应用程序如数字化产品开发系统NX。

资源层储存了管理环境中元数据和文件。

它包含了：

数据库的服务和实例，卷信息和文件服务[5]。

2层架构的系统物理构造可以如图2.2。

图2.2两层架构的物理结构

胖客户端包含了胖客户端软件，系统服务器，执行软件和数据文件，在整个环境中它与其它节点直接相连。

许可服务作为登录到胖客户端时的接口。

监听服务通过SQL服务来连