（机械设计及理论专业论文）基于pdm的产品开发流程重组及企业pdm实施研究.pdf

摘要 y 3 6 8 5 t 如何运用现代设计技术和管理技术，利用产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ， p d m ) 技术，去重组产品开发流程，缩短产品开发周期，提高企业尤其是注塑件企业的产 品开发能力，增强企业的竞争力。这是制造企业自身发展的要求，也是本文研究的重点和 目的。 首先，分析了制造业面临着变化的环境和现存在的问题。阐述了p d m 技术产生的背 景和作用，阐明了对企业实施p d m 系统以及对其产品开发流程研究的必要性。分析了p d m 系统的现状与发展趋势。，一， 第二，提出了以四元组来描述产品开发项目管理系统模型：提出了基于产品结构树的 产品结构数据模型；( 方便了p d m 系统对产品数据的组织与管理j 提出了层次式的任务型 组织结构来表达产品开发流程中人员组织模型。f 该组织结构综合了功能型结构与部门型结 构的优点，便于人员的安排和任务管理：针对产品开发任务管理提出了层次式递归化的任 务分解模型，为p d m 的工作流管理模块的开发与应用提供了基础。卜。 第三，分析了产品开发流程重组的各使能技术；建立了产品开发过程的层次结构，糯 开发过程划分四个功能层次，在此基础上建立了基于p d m 的开发系统信息集成体系结构广一一 提出了各功能层次内流程的重组方案：详细地分析了注塑件企业产品开发流程的特点。，结 合并行工程原理和企业业务流程管理技术，对注塑件企业进行产品开发流程重组，提出新 的注塑件开发流程方案；描述了重组后各子系统的功能模型和信息模型，方便了p d m 系 统对重组过程中产品数据及开发流程的管理。r 刁一一 第四提出切实可行的基于p d m 系统的产品开发流程中各功能系统的集成模型。f 具 体分为两个部分：一是以p d m 系统为平台的c 3 p 集成模型：二是以p d m 系统为中介的c a x 与m r pl i 系统集成模型。卜y 一 最后，以h x c i m s 示范工程为实例，阐述了生产企业尤其是注塑件企业p d m 系统的 软件选型、国内外p d m 软件的系统结构与系统功能的特点、p d m 系统实施步骤和方法以 及实施中涉及到的p d m 需求分析、企业现状分析、产品数据分析。 关键词：产品数据管理、产品开发流程、并行工程、业务流程重组、集成、注塑件 a b s t r a c t t h ep a p e rp r e s e n t sa na p p r o a c ht h a th o wt ou s ep d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) t e c h n o l o g yt o i m p r o v e t h e p r o d u c t i o nc a p a c i t y , a n d u s em o d e r n d e s i g nt e c h n o l o g i e s a n d m a n a g e m e n t t e c h n o l o g i e st or e e n g i n e e r i n gt h ea s - i sp r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s s e s e s p e c i a l l y , t h i sa p p r o a c h c a ni m p r o v et h ec a p a c i t yo fp r o d u c td e v e l o p m e n t ，a c h i e v ee f f i c i e n ta n de f f e c t i v e p r o d u c ta n d p r o c e s sd e v e l o p m e n to f t h ee n t e r p r i s e so f i n j e c t i o nm o l d e dp a nr i m p ) f i r s t ，t h es i t u a t i o na n dp r o b l e m s ，w h i c he n t e r p r i s e sa r em e e t i n g ，a r ed i s c u s s e d t h e np d m ，i t s f u n c t i o n s ，a n da l lo fi t sm o d u l e sa r ei n t r o d u c e d m e a n w h i l e ，t h en o t i o no fp r o d u c td e v e l o p m e n t p r o c e s s i s e x p o u n d e dt os h o wt h es i g n i f i c a n c eo fu s i n gm o d e r nt e c h n o l o g i e st or e b u i l dt h e t r a d i t i o n a le n t e r p r i s e si nc h i n a s e c o n d ，t h em o d e lo fp r o d u c td e v e l o p m e n tm a n a g e m e n ti s e x p r e s s e da s a q u a d r u p l ef o r m a m e t h o db a s e do np r o d u c ts t r u c t u r et r e e t o e x p r e s sp r o d u c td a t am o d e li sp u tf o r w a r d an e w h i e r a r c h ym o d e lu s e dt oe x p r e s st h eo r g a n i z a t i o no fp e r s o n n e li sa d v a n c e d ，a n dt h em o d e lm a d e p e r s o n n e la r r a n g e m e n ta n d t a s k m a n a g e m e n tm o r ec o n v e n i e n t l y f u r t h e r m o r e ，a h i e r a r c h y r e c u r s i x em o d e lu s e dt oa r r a n g ep r o d u c td e v e l o p m e n tt a s ki sa d v a n c e d ，a n di t ss u i t a b l ef o rp d m a p p l i c a t i o n t h i r d ，t h ee n a b l et e c h n o l o g i e so fp r o c e s sr e e n g i n e e r i n gi sa n a l y z e d ，ah i e r a r c h ys t r u c t u r eo f p r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s s ( p d p ) i sb u i l t ，i nw h i c ht h ew h o l ep r o c e s sb r e a ki n t of o u rl e v e l s t h es t r u c t u r eo fp d mi n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o ns y s t e ma n dt h es c h e m eo f 4 l e v e l s r e e n g i n e e r i n gi s p u tf o r w a r d t h e n ，t h ep d p o fi m p e n t e r p r i s e si se x p o u n d e d ，b yu s i n gt h ee n a b l et e c h n o l o g i e s s u c ha sc ea n db p r ，t oa m e l i o r a t et h ea s i sp r o c e s s f o u r t h ，c h a r a c t e r i s t i c so f c a xs y s t e m sa n dp d m ，t h ep r o b l e m sa b o u tt h ei n t e g r a t i o na m o n gp d m c a x ，a n dm r p 1 1a r ea n a l y z e d t h eh i n g e so fc a x p d mi n t e g r a t i o na n dc a x p d m m r p1 1 i n t e g r a t i o na r ed i s c u s s e d ，a n da f e a s i b l es c h e m et h a tu s i n gp d ma sab r i d g et oc o n n e c tt h ed i s t i n c t c a x s ) s t e m sa n dm r p i is y s t e m si sa d v a n c e d f i n a l ，a c c o r d i n gt ot h ei m p l e m e n t a t i o no fg s p d mo fh x c i m sp r o j e c t ，t h em e t h o d o l o g ya n d p r o c e d u r e so fi m p l e m e n t i n gp d ms y s t e ma r ei n t r o d u c e d ，i n c l u d i n gc o n s i d e r i n gt h es i t u a t i o n ，t h e e x a c tr e q u i r e m e n to fe n t e r p r i s e s ，a n dt h ei m pd a t am o d e l ，f u r t h e r m o r e ，t h ef u r t h e rs o f t w a r e d e v e l o p m e n to f g s - p d mi si n t r o d u c e dt os h o wh o wt oa d a p tt h ea c t u a ls i t u a t i o nd u r i n gt h ep d m i m p l e m e n t a t i o n k e y w o r d s ：p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，p r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s s ，c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ， b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n g , i n t e g r a t i o n ，i n j e c t i o nm o l d e dp a r t 浙江人学顺 。学位论史 基于p d m 的产品开发流程重组及企业p d m 实施研究 第一章绪论 制造业正面临严峻的挑战。计算机为主导的信息技术的迅速发展，产品更 新换代速度加快，多品种小批量生产方式的比重越来越大，客户对商品需求的 多样化，对产品的交货期、质量和成本要求越来越高，各种新的制造系统模式 和哲理不断出现，正深刻地改变着传统制造业。 如何使企业利用先进制造和管理技术、产品数据管理技术，来重组产品开 发流程，提高企业产品开发能力，是制造业发展必须要克服的问题。同时，也 是本文的研究重点。 本章首先研究了制造业所面临的环境和存在的主要问题，阐述了产品数据 管理技术产生的背景和对产品开发流程的研究意义，得出了对企业实施p d m 技术和改造产品丌发流程是制造业发展的必然要求的结论。 1 1 制造业所处环境的变化与面临的主要问题伫6 】f 2 7 】【2 e l 1 1 1 制造业环境变化引起的挑战 信息技术、制造技术的迅速发展和世界市场由相对封闭到日益开放的转变， 现代制造业的生存环境发生了巨大的变化。主要表现在如下几个方面： ( 1 ) 产品生命周期缩短现代科技的快速发展，使产品的生命周期大大缩 短。如5 0 的电子产品的生命周期为4 年，而家用电器的生命周期已 缩短到1 年左右。 ( 2 ) 从卖方市场转到买方市场国际和国内的市场已经从“卖方市场”转 到“买方市场”。在卖方市场的经济中，企业可以在一个信息相对封闭 的环境下完成产品的生产，因为产品只要能生产出来，就能卖出去。 而在买方市场，最重要的是要了解客户的需求，并且有能力满足、甚 至创造和引导顾客的需求，能在最短的时间内生产出顾客喜欢的产品， 并且销售出去。在这个阶段，生产高质量的产品已是企业生存基本功。 从卖方市场转到买方市场显然越来越需要信息技术的支持。 ( 3 ) 客户需求多样化和个性化用户需求的多样化和个性化逐渐成为世界 的潮流。例如有的用户为了舒适和气派而去购买豪华产品，而有的用 户以实用为购买原则。另外，越来越多的企业也发现，单靠一两个产 品立足于市场竞争风险很大，所以倾向于多品种小批量的生产，以便 一个产品在市场没有了销路，而另外产品则可能使企业继续生存。多 品种小批量生产企业的比重已经达到8 0 以上。 ( 4 1 大市场和大竞争我国即将加入世界贸易组织，国内市场将进一步与 浙江大学坝l 学位论文基于p d m 的产品开发流程重组及企业p d m 实施研究 国际市场并轨。这样可以使资源得到更充分的利用，原料和产品的运 输距离得到更显著的缩短，交货期也能够得到进步的缩短。同时计 算机通信技术的发展，信息高速公路的建立，使全球性的集成制造有 了实现的可能。这些技术的发展和环境的变化使企业面临着全球性竞 争的境况。 ( 5 ) 产品更新换代加快，交货期成为主要的竞争因素当今世界竞争的主 要推动力是时间。产品成本和质量当然是竞争的主要支柱，但是以时 间为基准的竞争将是个突出的特点，时间成为决定竞争胜负的最关 键因素。据调查，约3 0 - - 一5 0 的市场占有率属于产品首先上市的企业。 图1 1 所示的是，产品投放市场的时间与产品价格成本比之间的关系。 价格，成本 圈i - 1新产品价格成本比与投放市场的时间 间 ( 6 ) 市场的动态多变与二十年前的市场相比，世界市场的动态变化已成 为企业生存环境变化的主要特征。今天畅销的产品由于市场环境的变 化，明天就可能成为滞销产品。市场的动态多变对企业生存压力的重 大影响已经成为越来越多人们的共识。 1 1 2 制造业当前存在的主要阔题 利用现代的制造和管理技术，去解决目前制造业中存在的问题。首先要认 识到存在的问题。这些问题具体有如下几点： r 1 ) 产品的生产成本过高国际市场由卖方市场进入买方市场后，市场决 定了产品的价格。这时，企业的利润便取决于产品的成本。而由于产 品品种多而批量小，无法通过大批量生产的方式降低成本。尤其是注 塑件生产企业生产用模具，属于典型的单件或小批量订货生产，成本 高，而且模具的成本将摊派到注塑件成品中，若产品生产数量少，则 相对价格会更高。同时，为了满足顾客特殊需求而设计的新零部件， 由于企业中没有成熟的资源保障它们的顺利生产难免在生产过程中 浙江人学顺1 1 学位论丈基于p d m 的产品开发流程重组及企业p d m 实旖研究 出现返工。这两个方面的因素造成了注塑件企业产品成本过高，影响 了企业的经济效益。 ( 2 ) 产品质量难以保证由于企业中零部件没有实现标准化和规范化，可 变型的产品模型较少，缺少有效的产品信息管理的工具( 如p d m 系统) 等原因，设计人员在完成订单过程中无法充分利用以前的设计成果， 导致“新”零件和模具不断的被设计出来，流入生产过程。这些新零 部件的产生是影响产品质量的根源。一方面，是产品设计周期变长； 另一方面，在加工制造时，操作人员必须要经历从不熟悉到熟悉的过 程，这可能是一个牺牲质量的过程。 ( 3 ) 产品创新能力低下，企业缺乏竞争力，难以适应新市场的变化生产 企业在由少品种、大批量生产模式到多品种、中小批量生产模式的转 变过程中，由于产品本身固有的特点和企业长期以来形成的管理模式 和生产模式的局限性，在日益国际化的市场竞争和多样化的客户需求 面前，企业无法向市场提供客户满意的创新产品，导致企业在国际市 场的竞争中缺乏竞争力和灵活性，市场适应性较差。 ( 4 ) 产品开发周期长由于产品结构同益复杂，功能不断增强，新产品的 平均丌发周期却从1 9 7 8 年的1 5 年上升到1 9 9 4 年的4 2 年。产品开发 周期对产品的上市时间、总成本及企业效益均有重要的影响。同时， 新产品的丰富，使得产品生命周期越来越短。 1 2p d m 技术及产品开发流程重组的研究意义 1 2 1 p d m 产生的背景及作用1 7 1 1 3 9 j 1 1 5 l c a d c a m c a p p c i m s 技术的发展给制造业的所有应用领域带来了巨大的 变革。在我国，c i m s 工程的成功实施也给我国的制造业带来了前所未有的机 遇。从“甩图板工程”的成功实施，到“大学领先奖”和“企业领先奖”的先 后获得，大量事例都展示了我国c i m s 应用已取得的巨大成就。然而，制造业 的信息化应有其更深刻的内涵，应给我们带来更大的经济和社会效益。企业的 c i m s 应用之所以还受到阻碍，是因为制造业信息化过程中存在着一些现实问 题，可将其概括为如下几点【1 9 l ： ( 1 ) 信息共享程度低企业现有的计算机辅助工具大都是一些离散孤立的系 统，这些软件产生的数据通常互不兼容，即这些数据常常以不同的格式 和介质存储。这些数据还可能存储于不同的计算机系统中。包括大型机、 小型机、工作站和个人计算机等，甚至可能还未联网，从而形成了一系 列所谓的“自动化孤岛”。其结果是大部分企业仍然用纸质文件为基础的 方法来管理和协调整个企业的产品开发直到制造过程，从而无法在设计、 工艺和制造部门之间有效地实现信息共享和传递。 浙江人学顺| 学位论史基于p d m 的产品开发流程重纰及企业p d m 实施研究 ( 2 ) 信息传递速度慢大部分企业的现有信息传递主要通过书面文件、报表 及电话联络方式，无法及时收集工艺和制造过程中的反馈信息，不能实 时反映制造过程中的变化，更谈不上随时跟踪整个产品设计和制造的进 展情况。 ( 3 ) 业务管理落后虽然企业采用计算机辅助工具在一定程度上实现了绘图 和设计的计算机化，但是有关产品的其它技术资料依然采用手工管理的 方式。各种格式的图形、数据、文本等文件还是沿用过去对纸质文件的 管理方法，对文件缺乏有效的版本管理和检索手段都造成了设计的重用 程度较差。 ( 4 ) 设计方式陈旧产品开发长期以来沿用传统的顺序工程方法，遵循“概 念设计一详细设计一过程设计一加工制造一实验验证一设计修改”的流 程。由于浚方法在设计的早期不能全面地考虑设计下游的可制造性、可 装配性等多种因素，造成设计改动量大、产品开发周期长、成本高，难 以满足激烈的市场竞争的需求。 ( 5 ) 支撑技术不配套，缺乏产品数据的集成管理在数据管理方面，企业仍 然停留在使用大型商用关系数据库的层次上，由于这些数据库不能有效 地管理图形、图象等非结构数据，更无法实现过程管理、配置管理以及 对应用工具的集成，从而不能满足企业在异构与分布式计算机环境中实 现信息集成、功能集成和过程集成的目标。 ( 6 ) 应用集成系统效率不高几乎任何两个不同的应用软件都不可直接分享 和交换信息与数据。c i m d a t a 公司指出：“目前，在企业中每天大约有1 3 到l 4 的设计、管理工程技术人员不是专心于自己的本职工作，而是丌 会、讨论、等待或处理各种信息。” ( 7 ) 现有c a d 系统的智能性依然较差1 1 0 1基本上还停留在将用户已经在脑 海中的设计意图反映为计算机文件的层次上，尽管这一功能因为特征、 参数化等功能的实现而越来越强；但进行设计的定量分析、自动提出设 计建议的功能则较弱或根本没有。而对于一个设计用户来说，后者往往 比目口者更为重要。c a d 系统需要个相应的设计知识库作支持。 ( 8 ) 用户水平参差不齐企业的信息化过程必然涉及到大量的用户，这些用 户的专业方向各不相同，计算机应用水平也参差不齐，如何最大限度地 降低“木桶原理”在企业信息化过程中的影响非常重要。 ( 9 ) 随着i n t e m e t 的迅速发展、企业兼并与企业的全球化联盟出现带来的企 业规模的扩大，跨国企业集团的不断涌现，企业信息化中的多语种需求、 多平台问题以及时差等矛盾给国际间的信息共享、产品协同开发带来的 困难也同益突出。 实践需求，市场驱动永远是推动技术发展的永恒动力。为了解决这些问题， 技术界和工业界提出了大量的解决方法： 4 浙江人学倾i 学位论殳 基于p d m 的产品开发流程重组及企业p d m 实施研究 ( 1 ) 从改善设计着眼提出的方法，包括质量功能部署( q u a l i t yf u n c t i o n d e p l o y m e n t ，q f d ) 口”、面向制造的设计( d e s i g nf o rm a n u f a c t u r i n g ， d f m ) 、面向装配的设计( d e s i g nf o r a s s e m b l y ) 等面向x 的设计【 】| 4 2 和统计设计方法等； ( 2 ) 从改善管理着眼提出的方法1 2 6 】，包括准时制造( j i t ) 、全面质量管理 ( t q c ) 、精益制造( l p ) 、最优生产技术( o p t ) 和基于活动的成本 预算( a c t i v i t y b a s e d c o s t i n g ，a b c ) 等【6 2 】： ( 3 ) 新的系统方法论【2 6 1 【”i ，包括并行工程( c e ) 、企业业务流程重组( b u s i n e s s p r o c e s sr e e n g i n e e r i n g ) 和敏捷制造( a g i l e m a n u f a c t u r i n g ) 等。 但是，所有这些解决方法都离不开对产品数据实行有效和科学的管理，产 品数据管理( p d m ) 也就应运而生了。目前制造业较为流行的c n p 系统模型( 如 图1 - 2 所示) ，更是将p d m 放在了企业信息管理的核心位置上。 图1 - 2c “p 系统模型 实施p d m 工程虽然要投入大量的人力物力，但成功实施p d m 后带来的好 处也是显而易见的，具体包括1 4 5 】【“心i ： ( 1 ) 缩短产品上市时间，这是其最大的优点。之所以能够如此，是因为p d m 具有以下功能： 在需要数据的时候可以立即查询并得到这些数据： 与并行工程技术的结合使p d m 能支持并行任务管理； 允许授权的小组成员随时访问所有的相关数据，并保证这些数据总是 属于最新的版本； 可以随时得到不同的数据版本。 ( 2 ) 提高设计效率。这是因为p d m 有以下几个功能： 能向工程师提供正确工具，以使数据访问更加有效； 设计人员能把更多的时间用在实际的设计上，因为p d m 几乎完全避免 了设计工程师处理信息的空载时间，而这些时间以前往往要花费设计 人员2 5 - 3 0 的时间； 多种查询手段提高了零件设计的重用性，避免了“重复投入”。 浙江人学顺【岸位论史基于p d m 的产品开发流程重组及企业p d m 实旆研究 ( 3 、提高设计质量，因为p d m 具有功能： 参加同项目的每一个人都能共享同一份数据； 元数据库和电子仓库的结合确保了产品数据的安全和可靠性； 可跟踪与某一产品有关的所有数据、文档和测试结果，减少重复工作 和潜在的设计错误； 利用电子邮件等工具允许用户之间交流想法，通过协作方式解决问题； 促进建立适应i s 0 9 0 0 0 验证和全面质量管理( t q m ) 的环境。 f 4 ) 人机交互友好性增加。许多不同功能、不同类型的应用程序被集成在一 个p d m 系统中使用。p d m 下的工作环境比普通工作环境更加以一种以 用户为中心、以数据为中心的方式进行工作。 ( 5 ) 更好地控制项目。p d m 系统的项目管理功能能使项目负责人牢牢控制项 目的规划、进展情况。 f 6 1 实现了数据完整性。整个p d m 系统只有一个中心数据仓库，全部的主 文件和历史变化记录可绝对保持准确和安全。 1 2 2 产品开发流程重组的必要性1 1 2 1 1 2 7 1 1 4 0 由于市场越来越全球化，更多的国家进入世界市场，技术进步的不断加快， 竞争形势也随之发生了变化，这就要求生产企业在设计适合市场的产品和服务 时采取日益灵活的行动方式l 。为了使竞争力一直盛而不衰，确保和继续发展 创新能力，企业就要求有新的、扩展的具有适应能力的方法和工作方法以改进 产品开发流程。 研究产品丌发流程的目的在于能够改进产品开发流程。p d m 技术的实施， 使得并行工程的运用和对产品开发流程重组技术的实施有了一个很好的支持平 台。使我们可以在认识产品开发流程的基础上，对它做出改进。以达到缩短产 品开发时间降低产品开发成本，改善各职能部门问的协调，提高组织的学习 能力，并保证产品开发过程能反映顾客的需求。 在p d m 技术平台支持下的产品开发主要包括和考虑的领域有：产品开发过 程重构、产品生命周期、整体的组织方法、创新技术的引用、人的思考和工作 方式、团队工作等。但是对这种集成的产品开发模式的各要素、特征和内容的 共识至今仍未确立。 在欧洲，对产品生命周期考虑较多【9 】。工作重点放在缩短产品开发时间 上。 在美国，工作重点放在改进员工间的合作方面0 j ，因此同时也改善了 信息流和设计管理】。 在1 9 9 6 年9 月1 9 2 0 同德国马格德堡举行的“集成产品丌发”国际专题研 讨会2 上，与会者提出各种观点，但提到最多的是集成问题、用创新技术全面 6 溉i 夫学够 t ：学世论史壮于p d m 的产品开发流程重组及企业p d m 实蔚研究 支持开发过程以及考虑产品生命周期的方面。总之，研究并改进产品开发流程 对制造型企业以及注塑件生产企业改善产品开发流程、实现降本增效、提高产 品及企业竞争力是一条有效途径。 在本文的第二、第三章中，研究了产品开发流程中产品结构数据管理、丌 发项目管理、开发人员模型、任务流程模型，而后引入并行工程哲理和业务流 程重组技术，依据p d m 系统的支持对企业以及注塑件生产企业开发过程进行 分析和改进。 1 3p d m 技术的现状及发展趋势 t 1 d 4 1 d 5 1 【仃i d 9 1 【5 7 1 1 3 1 目前p d m 的发展状况 八十年代初，那些已经广泛深入计算机工程应用领域的大公司发现，公司 的发展f 受到以纸质文件为基础的数据系统的严重阻碍，由此产生了对产品数 据管理系统( p d m ) 的需求。但由于当时市场上买不到p d m 系统，这些公司 不得不自己着手寻找解决方案，这就产生了第一代p d m 系统，也就是说，p d m 系统最早是在制造公司内部产生的一种应用系统。 第一代p d m 系统大多是由那些一直在从事c a d c a m c a e 业务的软件公 司推出的。其典型代表有c v 公司的e d m 系统，e d s 公司的i m a n 系统以及 稍后成立的p t c 公司的p r o p d m 系统。这些p d m 系统的主要管理目标均是本 公司的c a d c a m c a e 软件产生的数据，因此，这些公司推销p d m 系统的目 标主要对准现有的用户，并且经常利用p d m 系统来促销它们的c a d c a m ，c a e 软件。 第一代p d m 系统的特点决定了其管理的对象大多是针对产品生命周期的 “下游”过程，即从产品设计发布开始，经过制造过程，直到产品废弃为止。 其主要工程过程管理能力分为“发布管理”和“变更管理”两大类。发布管理， 即管理数据从无到有的过程，针对那些由设计发布给制造的最初数据；变更管 理，即管理数据从旧到新的过程，针对那些制造部门执行工程变更单这一过程 的数据。 自九十年代以来，产品生命周期的其它方面也成为改进的目标。应当说， 对于整个产品生命周期来说，多数的工程任务是在最初的产品设计概念发布到 制造之间的这段时间中完成的。如何改进这段时间工程任务的质量，加快设计 速度，对提高企业的市场竞争能力至关重要。结合并行工程的概念，一些公司 开发了第二代p d m 系统。第二代p d m 系统支持整个产品生命周期，从最初的 产品设计一直到产品废弃为止。第二代p d m 系统的一些典型代表有： s d r c 公司的m e t a p h a s e 系统，其主要功能包括对象管理、生命周期管理、 产品结构管理、产品配置管理、零件族管理和图象管理同时提供了一 个集成工具箱和应用接口： 7 浙江人学坝i 学位论史箍于p d m 的产品开发流程囊组及企业p d m 实施研究 e d s 公司的i m a n 系统，其主要功能包括产品信息管理、系统管理、应 用程序封装管理、产品结构管理、工作流管理、图象管理和系统运行平 台管理，特别地，以i m a n 为基础的u g m a n a g e r 系统还提供了与u g 软件的特殊接口： c v 公司的o p t e g r a 系统，其主要功能包括电子仓库的支持、登录交互操 作器、与c a d c a m 的接口、应用协议接口、产品配置管理、应用服务 管理、文档管理、产品结构管理和产品变更管理； 此外还有s h e r p a 公司的s h e r p ap d m 系统、i b m 公司的p r o d u c tm a n a g e r 系统等等，这些产品基本上代表了目前在p d m 领域的应用水平。 最近几年罩，在产品适应能力、用户界面、功能性、体系结构和平台支持 方面，p d m 技术都得到了迅速地发展。从目前的发展形势来看，p d m 技术在 其开发及实际应用中是相当成功的。这主要表现在以下几个方面 17 i ： p d m 产品市场在快速地增长。制造企业，特别是一些大型公司在p d m 上的投资一直快速增长。据统计，1 9 9 4 年世界范围的p d m 软件与服务 的投资超过4 亿美元，比1 9 9 3 年增长了近3 0 ，预计今后5 年的年增长 率将接近3 5 。 实施p d m 的国家和地区在不断扩大。早期实旖p d m 的企业大部分都在 美国。但在最近几年，在欧洲、北美、环太平洋地区( 尤其是日本和韩 国) 和其它许多国家，在p d m 上的投资都在不断增加，显示出p d m 的 实施呈现国际化趋势； 供应厂商在源源不断地涉足p d m 产业： p d m 的应用范围在扩大。从本质上说，p d m 适用于各种产业部门。但由 于离散制造工业是p d m 的发源地，制造企业直是p d m 的主要应用部 门。现在，随着p d m 技术的发展，其它一些部门如化工、电力和航天等 也开始投资p d m 。这种用户的多样性也进一步促使p d m 技术更趋成熟。 1 3 2 1p d m i i 系统【1 5 1 【1 6 1 企业界还正在寻求更多更新的技术去提高竞争优势。其中许多企业正在发 展下一代的产品数据管理系统( p d mi i ) 来提高“创新动力”。随着现代企业在 密切的供应链中范围的扩大，在大企业中所有分散的子公司必须在产品创新过 程中进行有效的互相协作机会大大增多，包括最初的概念设计。不仅要有效的 连接产品设计数据，而且要连接制造过程工序和其它产品升级设计的变化信息。 p d m 原有功能已不能满足企业要求。 p d m i i 是一个新的视界，受到g a r t n e r g r o u p ( s t a m f o r d ，c t ) 和i b m ，d a s s a u l t 8 浙江人学坝f + 学位论殳基于p d m 的产品开发流程垂f l l 及企业p d m 实施研究 s y s t e m s 和e n o v i a ( c h a r l o t t e ，n c ) 公司的支持。它的目的是为了从整个产 品的开发过程中获取质量、时间和成本利益。这个视界集成了三个独立的单元： 虚拟产品开发管理( v i r t u a lp r o d u c td e v e l o p m e n tm a n a g e m e n t ，v p d m ) ，传统 的p d m 以及e r p 系统。全球的企业，包括a l e n i aa e r o n a u t i c a ，b o e i n g ， b o m b a r d i e r ，c h r y s l e r ，v o l v o ，w i l h e l mk a r m a n n ，现在正在开始实施p d mi i 的 解决方案。 直到最近，智能设计中的变动只能依靠在物理原型上的模拟变动来实现。 v p d m 是在设计周期之前就提供了产品的知识库，此时的产品设计经验最少和 设计变动成本最小。这种方式被称之为将“认识曲线移到生命周期的左边( 即 周期的初期) ”。p d mi i 的总体目的是将认识曲线尽可能的移到产品开发周期的 初期。有了v p d m ，制造业的工程师们可以在设计计划实施之前或并行开展生 产计划，能通过v p d m 系统模拟产品生命周期内的一切过程，预先了解发现问 题所在，并加以解决和避免，因为更快地获取产品数据而使开发更为有效。v p d m 同时使用先进的工具实现数字化模型，行为模拟和可视化，使工程师更早的发 现失效现象和制造难点。 通过在概念设计层面的有效协作上，v p d m 可以使设计圈内外的人士共享 设计思想。v p d m 提高了一个公司在创新和从新产品中获得更多收入的能力。 如果企业是根据订单组织生产的，那么e r p 几乎可以成为主要的决策系统。 事实上，一个e r p 系统可能可以提供足够的传统的p d m 的效用去使企业放弃 p d m 系统的使用或对已有p d m 系统更长远的升级提高。因为这样的企业可能 并没有或不需要增强最初的新产品创新设计能力，所以一个成熟的p d mi i 不适 合这样的企业。 但是如果企业生产的产品是其独创的，即根据预见市场开发创新产品的话。 p d mi i 可以提供一个比现存的e r p 和c a d 系统更强大的工具。当e r p 系统 可以用于产品制造建模，但没有支持产品变形设计的功能。e r p 系统维持一个 固定的产品定义，不能理解概念设计时的创新理念。而p d mi i 因为对产品开发 的支持更靠近产品生命周期的初期阶段，这对于产品的成功开发，降低开发成 本以及因修改而带来的修改成本有了更好的支持。p d mi i 创造了额外的制造效 率，效益和生产量。 1 3 2 。2 基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的p d m 系到1 明【5 7 】 基于i n t e m e t i n t r a n e t 和j a v a 语言开发的结构灵活、用户界面友好的p d m 系统已成为一种趋势。在p d m 系统中通过w e b 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。 同时，基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的p d m 系统能很好地实现跨平台操作。在华翔 c i m s 工程中p d m 系统实施时部分c a d 端的p d m 系统难以安装，主要原 因是安装的u gi i 系统是构架在u n i x 平台上。目前，国内p d m 供应商很少能 9 浙江人学砸1 。学位论文 桀于p d m 的产品开发流程重组及企业p d m 实施删究 提供集成u n i x 平台的p d m 系统，这使得解决跨平台性也是未来p d m 的发展 方向。 基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的p d m 系统安装时只需将它安放在主机上( p d m 服 务器) ，不需要在各客户端同时安装p d m 客户端程序。各客户端通过浏览器访 问p d m 服务器以获取产品数据。基于i n t e m e t i n t r a n e t 的p d m 系统在技术上有 很多方法可供使用。如通过h t m l 主页实现与p d m 系统的通信。根据用户的 输入启动一个公共网关接口( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ，c g i ) 程序，该c g i 程序访问保存有所需数据和文档的p d m 服务器，而另一个c g i 程序根据所得 到的p d m 信息动态地创建一h t m l 主页，并在该主页上显示用户所期望得到 的结果。现在，a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e ) 技术正在代替c g i ，用a s p 写成的 服务器端程序可起到与c g l 程序相同的作用，动态地生成主页送还到浏览器端。 另外，还可以在h t m l 主页中嵌入j a v a 的a p p l e t 程序，利用a p p l e t 程序可直 接与服务器端通信。再有，一种完全不同的基于c o r b a 技术的方法。在这种 情况下，w e b 客户端通过h t t p 和c o r b a i i o p ( i n t e m e ti n t e r 0 r bp r o t o c 0 1 ) 与w e b 主机( p d m 服务器) 通信。p d m 系统与数据库管理系统之问的数据交 换同样也可以通过i i o p 进行。 基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的p d m 系统使虚拟企业的产品数据管理成为了可能， 同时也很好地解决了系统的跨平台问题。当然，p d m 系统必须能够向用户提供 更为丰富的功能。利用网络浏览器可以与p d m 服务器进行双向数据通信，实 现在i n t e r n e t 上的对产品数据信息和管理信息的管理。新一代的p d m 系统必须 完全建立在i n t e r n e t 技术的平台上，以j a v a 和c o r b a 为基础。这样，才能在 任意分布的客户( 浏览器) 服务器环境中，在对象之间进行无限制的通信。 总之，就目前的水平而言，p d m 系统可提高的地方还有很多。如支持i s 0 9 0 0 0 的质量认证、计算机辅助后勤管理( c a l s ) 等先进管理系统和思想；基于s t e p 的零部件库管理系统；在项目管理功能上进一步加强等等p 7 i 。 1 4 本文研究的主要内容 产品数据管理系统随着计算机及相关信息技术的发展而发展，它以网络和 数据库技术为基础，管理与产品相关的信息和开发产品所涉及到的技术。它提 供了对产品整个生命周期数据信息管理，为c i m s 中产品开发流程中的各功能 系统集成提供了中介，为先进产品开发技术的运用提供了平台，是一种使能技 术。本文结合h x c i m s 示范工程的实例，研究了基于p d m 的产品开发流程重 组和生产企业尤其是注塑件生产企业实施p d m 系统的问题。主要包括以下几 个方面的研究： ( 1 ) 分析了制造业面临着变化的环境和现存在的问题。阐述了p d m 技术产 生的背景和作用，阐明了对企业实施p d m 系统以及对其产品开发流程 研究的必要性。分析了p d m 系统的现状与发展趋势。 1 0 浙江大学碳1 二学位论史 摧十p d m 的产品开发流程霞组世企业p d m 央旌州究 ( 2 ) 提出了以四元组来描述产品丌发项目管理系统模型；提出了基于产品结 构树的产品结构数据模型，方便了p d m 系统对产品数掘的组织与管理； 提出了层次式的任务型组织结构来表达产品开发流程中人员组织模型， 该组织结构综台了功能型结构与部门型结构的特点，便于人员的安排和 任务管理；针对产品开发任务管理提出了层次式递归化的任务分解模 型，为p d m 的工作流管理模块的开发与应用提供了基础。 ( 3 ) 分析了产品开发流程重组的各使能技术；建立了产品开发过程的层次结 构，将开发过程划分四个功能层次，在此基础上建立了基于p d m 的开 发系统信息集成体系结构，提出了各功能层次内流程的重组方案：详细 地分析了注塑件企业产品开发流程的特点，结合并行工程原理和企业业 务流程管理技术，对注塑件企业进行产品开发流程重组，提出新的注塑 件开发流程方案；描述了重组后各子系统的功能模型和信息模型，方便 了p d m 系统对重组过程中产品数据及开发流程的管理。 ( 4 ) 提出切实可行的基于p d m 系统的产品开发流程中各功能系统的集成模 型，具体分为两个部分：是以p d m 系统为平台的c 3 p 集成模型；二 是以p d m 系统为中介的c a x 与m r pi i 系统集成模型。 f 5 ) 以h x c i m s 示范工程为实例，阐述了生产企业尤其是注塑件企业p d m 系统的软件选型、国内外p d m 软件的系统结构与系统功能的特点、p d m 系统实施步骤和方法以及实施中涉及到的p d m 需求分析、企业现状分 析、产品数据分析。 本文的总体构架，如图1 - 3 所示 技术与 方法 研究层 1 5 本章小结 图1 3 本文总体构架图 本章讨论了制造业面临的环境及其存在的主要问题，阐述了p d m 技术产生 浙江大学硕。学位论文基卡p d m 的产品开发流程重组