企业与产品数据管理.docx
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企业与产品数据管理
企业与产品数据管理
高奇微
【摘 要】本文阐述了产品数据管理（PDM）的发展、定义、体系结构、功能和分类，说明了PDM在企业中的地位，介绍了PDM技术的应用状况。
并根据我国企业的实际情况，说明哪些企业需要PDM，对企业如何选择PDM提出建议。
【关键词】异构数据并行工程产品数据管理（PDM）CAD/CAM集成框架
市场经济的大潮无情地冲击着过去的计划经济体制，也把企业推向了风口浪尖。
在这巨大的变革之中，传统的生产管理方式、企业组织结构和决策准则，已不能适应日趋激烈的全球市场竞争。
当前我国的众多企业，特别是大中型企业存在着生存困境和竞争能力低的严重局面。
企业要想在竞争激烈的国际环境中求生存、求发展，就要面对瞬息万变的市场变化，及时开发出满足用户需求的新产品，即缩短新产品的上市时间（T）；提高产品的质量（Q）；降低产品的成本（C），使价格具有竞争；并提供优质的售后服务（S），在用户中享有极高的信誉。
一、企业面临的问题
目前我国企业存在着技术落后、管理落后等严重问题。
1.技术落后
目前，企业大多采用二维CAD软件，它只能提高绘图速度，使设计人员从繁重的体力劳动中解脱出来，而不能解决复杂产品的设计、设计的优化、零部件之间的干涉、机构运动部件之间的关系、曲面的描述和复杂零件的数控编程等问题。
因此设计手段落后、设计技术落后。
当前数控加工还不普及，大量的零部件还是由手工操作的机床加工，质量难以保证。
大量的工艺设计，占用了宝贵的产品开发时间，工艺准备周期长。
由于加工工艺手段落后，工艺人员又把大量的精力耗费在抄抄写写的重复工作上，没有时间研究提高产品制造质量的新工艺，造成加工技术落后。
有的企业虽然采用了先进的数控机床，却仍采用手工编程，结果还是无法加工复杂的产品，也无法充分发挥昂贵的数控机床的作用。
2.管理落后
（1）文档管理落后
一个企业经过长期的发展，积累了大量的、丰富的技术文档。
特别是采用CAD技术之后，各领域的专家借助不同的硬件、不同的操作系统和不同的应用软件参与设计，因此，产品信息往往由互不兼容的多种软件系统生成。
采用不同的操作系统，如WINDOWS和UNIX等；采用不同的CAD软件，如AUTOCAD和Pro/E等；采用不同的数据库管理系统，如ORACLE和FOXPRO等；采用不同的文字处理系统，如WINWORD和EXCEL等；硬件方面采用PC机或工作站，这样就产生了类型各异的设计结果。
又由于参与设计的人员可能分属不同的部门甚至是不同地域，设计活动的分散性，使信息常以不同的格式和介质动态地存储在不同的部门或地区。
由各种不同的应用软件产生，又分散地存放在不同部门或不同地点、不同类型硬件设备上的产品数据称为异构数据。
一个企业每天都要产生大量的异构产品数据，它们都为改善企业的总体生产能力起着关键作用。
如果用手工管理和维护这些数据会占用大量的人力资源和空间资源。
CAD技术的发展激化了采用先进设计技术与落后管理手段的矛盾，为了使生产力进一步地发展，人们希望借助计算机把大量的图纸和技术资料有效地管理起来，在需要时能够方便、快捷地查询和获取所需的技术资料。
能根据项目、设计人、工作阶段、审批状态、日期、类型以及预先定义的各类参数，例如材料、重量、加工方法等进行查询，不仅可以查到当前的资料，还可以查到过去的或者类似的相应资料。
（2）产品数据管理落后
复杂产品由成百上千种零部件组成，面对数量如此之多的零部件，如果用手工管理，那么在原材料的采购、生产计划的安排和装配线上的发料等项工作中，很难获得准确的数据。
如何形象地描述产品全部数据的相互关系，使产品各分系统之间，分系统内各部件之间的约束关系一目了然，是企业一项重要的工作。
另外，不同部门有不同形式的材料清单（Bill of Material，BOM），企业经常要花费大量的人力和时间才能完成这些报表，而且还要不断维护BOM一致性，如果设计和制造的材料清单不一致，就会产生返工和浪费。
再有企业要不断地开发新产品，承袭老产品，构造新的约束关系，使管理的难度急剧加大。
CAD技术使得各种数据的修改变得非常方便，但不同版本会给数据的一致性和有效性带来麻烦，如何保证最终使用的是正确版本的图形或图纸就成为至关重要的问题。
要求详细记录设计、加工过程中的原始数据和相应的更改信息，用不同的版本描述当前有效的数据，确保企业各类人员获得各自正确的信息，就成为当前产品数据管理的主要目标。
产品的全部数据都存放在计算机内，这些数据易受到非法调用、修改和泄密，所以急迫需要解决数据的安全保存和保密问题，以免发生不可挽回的损失，安全保密已成为产品数据管理的核心问题。
还有如何解决信息的传递和数据的共享？
不同型号的产品之间有许多相同的零部件，如系列产品中的借用件、通用件和标准件，如果缺乏信息沟通渠道，就时常会发生重复设计，重复编制工艺，重复生产。
如何充分利用原有的设计成果，使产品标准化、系列化，降低设计加工成本，提高竞争力？
也是需要解决的问题。
CAD技术对原有计划管理也带来很大的冲击，例如，无法沿用手工签字的方法对计算机的文件进行校对、审批及控制文件的发放。
现有的手工审批制度在用CAD设计的图形和图纸面前，变得毫无办法，人们不得不把计算机中的二维工程图绘制成纸介质的图纸，然后再去审批，这就大大降低了计算机所创造的优势。
传统的更改系统也是完全依靠人工管理，难免会发生各种各样的差错。
为避免发生差错，一般都要制定严格的更改管理制度，要求自动搜索某项更改所涉及的范围，及时通知有关人员，提请关注某项更改可能会引起的影响。
一旦更改申请得到批准，有关的信息无一遗漏地全部得到修改，而且要保证统计工作得到最新的结果。
全部设计工作都是在计算机上进行，在计算机的外部无法了解各项任务的进展状况，各项任务出现的问题，相互的协调等工作都离不开计算机内部的信息。
各种审批记录、重要的操作和关键性的决策都需要长期保存，以备查询。
综上所述，一旦企业对这些数据缺乏有效的管理和版本控制，就会造成数据十分混乱。
又由于企业各部门的数据往往要重复使用，不可避免地要发生错误的数据，而一个错误往往会造成一条错误链，并很难加以修改，当最终发现时，已造成很大损失。
另外，原始数据未经加工整理成适当形式，送到各级领导后也很难快速作出决策。
这在美、英等发达国家是有痛苦教训的。
70年代中到80年代初，美、英等国的企业开始大量应用计算机。
到80年代初，发现这些问题后，他们花了比原来投资更大的投资来解决产品数据管理的问题。
对这些种类繁多的异地异构数据的管理问题是目前自动化程度较高的企业亟待解决的问题。
（3）并行工程要求更高层次的信息管理
以往在产品设计及其相关的各种过程中，采用的是按功能部门串行工作的方法。
由于没有制造、维修等人员的早期介入，所设计的产品会存在较多的错误。
这些设计中产生的错误、缺陷或不足，以往是通过对设计文件的审查和会签得到部分的改正，而漏下部分则只能在其后的工艺设计、工装设计、生产和使用中才能逐渐被发现。
这就使产品的研制周期和改进周期拉得很长，使产品不能及时投放市场，投入的资金也得不到及时回收，严重影响了企业在市场竞争中的地位。
并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关的各种过程（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从概念形成到产品报废处理的整个生命周期中的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户维修服务。
它对企业在产品信息的定义、描述、管理与传递方面提出了更具挑战性的要求。
它要求在产品开发的整个生命周期中，各开发小组应共享所有的设计资料，它使不管处于何方的产品开发小组的所有成员都能得到与产品设计有关的一切数据。
并能连续地、尽早地交换、协调和完善关于产品的有关制造和支持等各种过程的约定和定义，同时也支持各开发小组之间及时地进行信息交流，尽早、尽快地发现问题和解决问题，以便全面地考虑相关环节的影响。
因此，要将开发小组的所有成员，包括设计工程技术人员、工艺编制人员、制造人员、市场营销人员、供应厂商，甚至客户都组合到同一信息环里，以适合并行产品开发环境，保证所有成员能得到最新、最准确的产品设计信息，减少任务的重复，节省时间和费用。
因此，CAD技术一方面明显地提高了设计能力和图纸的质量，大大提高了设计效率，另一方面由于CAD技术的全面推广，又给企业的管理带来许多新的问题。
经营管理部门用计算机管理人、财、物、产、供、销的信息，但没有相应的手段来管理设计工艺部门的数据，无法及时检查工程进度，实时掌握产品设计成本，精确统计各类设计工艺数据等。
企业形成一个个自动化孤岛。
并行工程不仅要求支撑技术能够支持多学科领域专家群体协同工作，而且要求把产品信息与开发过程有机地集成起来，做到正确的时刻，把正确的信息，以正确的形式传送给正确的人，以便人们及时作出正确的决策。
另外，各级领导需要信息时，根据权限可以透明地调用所需的信息。
这是目前最高层次的信息管理要求。
综上所述，围绕企业的产品数据管理问题，急需解决企业的电子文档管理、产品配置管理和工作流程管理等问题。
二、PDM的定义和体系结构
目前传统的数据库管理系统发展已较为成熟，应用也较普遍，管理的对象通常是用二维表描述的数据，数据之间的关系比较简单。
尽管管理的数据量很大，用户对数据的操作主要是维护、检索和统计，而产品数据管理与之相比有很多本质的区别。
产品数据不仅数据量大，而且种类多、结构复杂，特别是随着设计过程的展开，产品数据经过修改、构造，不断地变化，动态地形成最终的设计结果，而传统的关系型数据库明显存在着只面向记录，不支持设计过程，缺乏协调工作机制等不足。
这些弱点导致它们在处理非结构化数据
（如图形，图像文档等）时显得力不从心，数据误置，设计人员已经对数据作了修改却无法通知后续人员，造成后续人员在旧的数据上浪费大量的时间甚至造成不可估量的损失。
因此，这些关系数据库已经远远不能满足现代企业对信息管理的需要。
随着文档存储技术的发展，软件管理的对象类型慢慢拓宽，开始处理大量的异构文档，如CAD图形、图像和字处理文件等，电子文档管理（Electronical Document Manager，EDM）已无法满足要求。
因此，在数据管理技术的发展过程中，先后提出了面向对象的数据库和面向对象的工程数据库管理系统。
它们都已实现商品化，但还没有在企业中得到全面的应用和成功的实施，技术还不成熟。
具有对象特性的数据库二次开发环境由于开放性和可靠性等方面的的明显不足，无法胜任现代集成制造系统（ComputerIntegratedManufactringSystem，CIMS）大规模实时应用的需求。
因此，产品数据管理（ProductData Management，PDM）系统就应运而生。
PDM最早出现在80年代初期，目的是将手工管理CAD技术产生的电子文档转变为用计算机来管理，即电子文档管理系统EDM，EDM以操作系统的目录管理和数据库技术为基础，利用软件对电子图像进行浏览，实现工程图纸的重新生成，这种软件就是PDM的雏形。
由于CAD技术的发展对产品数量的管理提出了更高的要求，因此，结合企业的实际，开始在计算机上模拟企业中频繁进行且易被延误的更改单管理过程。
这类管理逐渐扩展到产品开发过程领域中，即设计图纸和电子文档的管理，自动化工程更改单的管理，材料清单的管理等。
最近几年，它所支持的应用范畴越来越广。
许多企业都把PDM作为贯穿整个企业的骨架，是企业保持竞争力的战略决策。
PDM是以关系型数据库加上面向对象的技术为基础的应用系统。
由于其技术的先进性和合理性，近年来得到了飞速地发展和应用，并在实践中不断完善其功能，改良其界面，逐渐成为实用的技术。
PDM技术是对工程数据管理（EDM），文档管理（DM），产品信息管理（PIM），技术数据管理（TDM）、技术信息管理（TIM）、图像管理（IM）及其它产品定义信息管理技术的一种概括的扩展。
新一代PDM系统融合了面向对象O－O技术、CAD/CAM封装集成技术、网络通信技术、客户/服务器技术、Web浏览技术、分布式数据库技术与图形化用户接口技术等最新一代的计算机软、硬件技术。
1、PDM的定义
按照专门从事PDM和CIM相关技术咨询业务的国际公司－CIMdata公司总裁EdMiller在《PDMtoday》一文中给出的PDM的定义，PDM是管理所有与产品相关的下述信息和过程的技术。
（1）与产品相关的所有信息，即描述产品的各种信息。
包括零部件信息、结构配置、文件、CAD档案、审批信息等。
（2）对这些过程的定义和管理。
包括信息的审批和发放。
1995年9月GartnerGroup公司的D.Burdick在《CIM策略分析报告》中把PDM定义为：
"PDM是为企业设计和生产构筑一个并行产品艺术环境（由供应、工程设计、制造、采购、销售与市场，客户构成）的关键使用技术。
一个成熟的PDM系统能够使所有参与创建、'交流'、维护设计意图的人在整个信息生命周期中自由共享和传递与产品相关的所有异构数据"。
PDM就像一个面向对象的电子资料管理室。
它能集成产品生命周期内的全部信息（图、文、数据等多媒体信息），实现产品生产过程的管理；它是一种管理软件，它提供对数据、文件、文档的更改管理、版本管理，并能对产品配置和工作流程进行管理；它是在关系型数据库的基础上加上面向对象的层，它是介于数据库和应用软件间的一个软件开发平台，在这个平台上可以集成或封装CAD、CAM、CAE、CAPP和Word等多种软件和工具，这些都说明PDM在工业上的应用范围非常广阔。
2、PDM的体系结构
PDM系统的体系结构共有四层组成：
第一层是支持层。
目前流行的通用商业化的关系型数据库是PDM系统的支持平台。
关系型数据库提供了数据管理的最基本的功能。
如存、取、删、改、查等操作。
第二层是面向对象层。
由于商用关系型数据库侧重管理事务性数据，不能满足产品数据动态变化的管理要求。
因此，在PDM系统中，采用若干个二维关系表格来描述产品数据的动态变化。
PDM系统将其管理的动态变化数据的功能转换成几个，甚至几百个二维关系型表格，实现面向产品对象管理的要求。
如可以用一个二维表记录产品的全部图纸目录，但不能记录每一个图纸的变化历程，再用一个二维表专门记录设计图纸的版本变化过程。
多张表就可以描述产品设计图纸的更改的流程。
第三层是功能层，面向对象层提供了描述产品数据动态变化的数学模型。
在此基础上，根据PDM系统的管理目标，在PDM系统中建立相应的功能模块。
一类是基本功能模块，包括文档管理、产品配置管理、工作流程管理、零件分类和检索及项目管理等；另一类是系统管理模块，包括系统管理和工作环境。
系统管理主要是针对系统管理员如何维护系统，确保数据安全与正常运行的功能模块。
工作环境主要保证各类不同的用户能够正常地、安全地、可靠地使用PDM系统，既要方便、快捷，又要安全、可靠。
第四层是用户层，包括开发工具层和界面层。
不同的用户在不同的计算机上操作，PDM系统都要提供友好的人机交互界面。
根据各自的经营目标，不同企业对人机界面亦会有不同的要求。
因此，在PDM系统中，通常除了提供标准的、不同硬件平台上的人机界面外，还要提供开发用户化人机界面的工具，以满足各类用户的专门的特殊要求。
整个PDM系统和相应的关系型数据库（如Oracle）都建立在计算机的操作系统和网络系统的平台上。
同时，还有各式各样的应用软件，如CAD、CAPP、CAM、CAE、CAT、文字处理、表格生成、图象显示和音像转换等等。
在计算机硬件平台上，构成了一个大型的信息管理系统，PDM将有效地对各类信息进行合理地、正确地和安全地管理。
三、产品数据管理PDM的功能
PDM系统覆盖产品生命周期内的全部信息，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。
与产品相关的信息包括任何属于产品的信息，如CAD/CAM文件、材料清单（BOM）、产品配置、技术文件、产品定单、电子表格和供应商清单等等。
与产品有关的过程包括加工工序、加工程序、相关标准、工作流程和机构关系等处理程序。
PDM系统主要包括以下几个功能：
电子文档管理、产品配置管理和工作流程管理、分类与查询和项目管理等。
基于这种技术，PDM系统能够实现分布环境中的产品数据共享，为异构计算机环境提供一种集成应用平台，从而能够较好地实现新一代的计算机集成应用系统。
根据CIMdata公司的提法，PDM有如下五大功能：
1电子资料室及文档管理（DataVaultandDocumentManagement）
电子资料室是PDM的核心，它一般是建立在关系数据库如Oracle基础上，主要保证数据的安全性和完整性，并支持各种查询与检索功能。
通过建立在数据库之上的相关联的文本型记录，用户可以利用电子资料室来管理存储于异构介质上的产品电子数据文档，如建立复杂数据模型、修改与访问文档、建立不同类型的或异构的工程数据（包括图纸、数据序列、字处理程序所产生的文档等）之间的联系，实现文档的层次与联系控制、封装管理应用系统（如CAD、CAPP、字处理软件、图象管理与编辑等），方便地实现以产品数据为核心的信息共享。
电子资料室通过权限控制来保证产品数据的安全性，面向对象的数据组织方式能够提供快速有效的信息访问，实现信息透明、过程透明。
电子资料室还通过封装应用软件，使得用户可以快速准确地访问数据，而无需了解应用软件的运行路径、安装版本以及文档的物理位置的信息。
它为PDM控制环境和外部世界（用户和应用系统）之间的传递数据提供一种安全的手段，一个完全分布式的电子资料室能够允许用户迅速无缝地访问企业的产品信息，而不用考虑用户和数据的物理位置。
2产品配置管理
产品配置管理（ProductConfigurationManagement）以电子资料室为底层支持，以材料清单BOM为其组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，对产品对象及其相互之间的联系进行维护和管理，产品对象之间的联系不仅包括产品、部件、组件、零件之间的多对多的装配关系，而且包括其它的相关数据，如制造数据、成本数据、维护数据等。
产品配置管理能够建立完善的BOM表，并实现其版本控制，高效、灵活地检索与查询最新的产品数据，实现产品数据的安全性和完整性控制。
产品配置管理能够使企业的各个部门在产品的整个生命周期内共享统一的产品配置，并且对应不同阶段的产品定义，生成相应的产品结构视图，如设计视图、装配视图、工艺视图、采购视图和生产视图等。
3工作流程管理
工作流程管理（WorkfloworProcessManagement）主要实现产品的设计与修改过程的跟踪与控制。
包括工程数据的提交与修改控制或监视审批、文档的分布控制、自动通知控制等。
它主要管理当一个用户对数据进行操作时会发生什么，人与人之间的数据流动以及在一个项目的生命周期内跟踪所有事务和数据的活动。
这一模块为产品开发过程的自动管理提供了保证，并支持企业产品开发过程的重组以获得最大的经济效益。
4分类及检索管理
利用对现有设计进行革新创造出更好的产品是企业发展的一个重要方面，PDM的设计检索和零件库就是为最大程度地重复利用现有设计创建新的产品提供支持。
设计的检索和零件库功能包括零件数据库的接口、基于内容的而不是基于分类的检索和构造电子资料室属性编码过虑器的功能。
5项目管理功能
一个功能很强的项目管理器能够为管理者提供到每分钟项目和活动的状态信息，通过PDM与流行的项目管理软件包接口，还可以获得资源的规划和重要路径报告能力。
到目前为止，项目管理在PDM系统中考虑的还不多，许多PDM系统只能提供工作流程活动的状态信息与过程监控。
综上所述，PDM系统的文档管理是基础，产品管理的重要环节是产品配置管理，工作流程管理面对的是各种简单的或复杂的工作流程，项目管理和零件分类管理的重要作用是有助于PDM与MIS、MRPII进行信息交换。
到目前为止，各种PDM软件正在不断完善和发展各项功能。
实现以上功能需要一些工具和用户界面的支持。
如提供封装工具，使外部的应用系统封装到PDM系统之中，并在PDM环境下运行，以便于不同的应用系统能够共享信息，并对各应用系统所产生的数据进行统一的管理。
有人认为查看和圈阅功能、扫描和成像功能及电子协作功能也应纳入到PDM的管理功能中，这些功能如下：
利用查看和圈阅功能，用户可以查看电子资料室中存储的数据内容，特别是图像或图形数据。
如果需要的话，用户还可以利用图形覆盖技术对文件进行圈点和注释，PDM支持多种标准格式文件的查看，不仅支持目前流行的CAD系统，而且支持本系统以外的第三方软件进行查看的功能，对各类CAD文件进行红线或圈点或图形覆盖，达到圈阅的目的。
扫描和成像功能可以把图纸或缩微胶片扫描转换成数字化图像，并把它置于PDM系统控制管理之下。
在PDM发展的早期，以图形重构为中心的扫描和成像系统是大多数技术数据管理系统的基础，但在目前的PDM系统中，这部分功能仅是PDM中很小的辅助性子集，而且随着计算机在企业中的推广应用，它将变得越来越不重要，在不久的将来，几乎所有的文档将以数字化的形式存在。
电子协作主要实现人与PDM数据之间高速、实时地交互功能，包括设计审查时的在线操作、电子会议等，较为理想的电子协作技术能够无缝地与PDM系统一起工作，允许交互访问PDM对象，采用消息的发布和签署机制把PDM对象紧密结合起来。
特别是在国际互联网（Internet）和企业局域网（Intranet）广泛使用的今天，网络浏览技术（web）也被引入PDM系统。
通过Internet/Intranet网络，人们可以在世界各地对分布式的PDM系统进行有效的操作。
四、产品数据管理PDM的分类
1按管理对象分类
可分成电子文档管理和面向产品管理两类。
电子文档管理是面向文档的管理，将过去资料室手工管理文档方式转变为用计算机管理电子文档方式。
面向产品管理是面向产品的数据管理，管理的范围是产品整个生命周期内的全部数据。
2按管理的范围分类
PDM系统管理产品整个生命周期内的数据。
实际上在产品不同阶段所涉及到的产品数据是PDM系统管理的全部数据中的一个子集。
如设计部门主要管理有关产品的设计数据，工艺部门主要管理工艺制造的数据，财务部门主要关心有关产品成本的数据，计划部门关心生产制造方面的数据等等。
因此PDM系统可分成部门级的PDM系统、企业级的PDM系统和分布式的PDM系统。
它们之间的区别在于管理范围不同。
部门级的PDM系统管理的是某个部门所涉及的产品数据，而企业级的PDM系统管理整个企业所涉及到的产品数据。
通常，部门级的PDM系统用在设计部门，主要管理CAD/CAM产生的电子文档，使用范围往往局限在某个部门内的文档管理和简单的工作流程管理，它不能准确、及时地记录加工、制造、维修和服务过程中发生的各种各样的更改，该部门与外部信息的交换还需要以人工的方法。
这样财务、物资和计划等部门不能及早地了解产品的有关信息；财务部门不能实时控制产品设计和制造过程中的成本；物资部门不能提前做好生产材料的准备；计划部门不能准确预测各种生产计划，致使整个企业无法开展并行工作。
在企业级的PDM系统中，设计部门和工艺部门是必不可少的两个部门。
同时还要考虑物资供应、生产计划、财务统计和维修服务等部门对产品数据管理的要求，管理的是产品整个生命周期中所涉及的各类数据，包括市场需求、方案设计、详细图纸、技术要求、工艺过程、更改记录和维修日志等有关产品的全部信息。
因此，企业级PDM系统要给有关部门提供相应的数据接口，保
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