（机械设计及理论专业论文）大规模定制下产品配置与数据管理技术的研究.pdf

浙江大学硕上学位论文摘要 摘要 大规模定制( m a s sc u s t o m i z a t i o n ) 是近年来广受关注的新型生产模式，被认为 是二十一世纪制造业发展趋势。它能以接近大规模生产的效率和成本，提供能满足不 同客户需求的产品和服务。其中，大规模定制设计( d e s i g nf o rm a s sc u s t o m i z a t i o n ， d f m c ) 是大规模定制实施关键。 以此为背景，本文主要研究了大规模定制设计的理论体系，并对其使能技术( 产 品配置设计) 与信息支撑技术( 产品数据管理) 这两个关键技术进行详细研究。具体 分为以下几点： 1 阐述了生产模式发展趋势与大规模定制生产模式的必然性及生产特点。从基本概 念、体系结构、设计方法与设计进程四个方面对大规模定制设计理论体系作了深 入研究。在此基础上，提出了一个大规模定制设计集成框架，探讨了产品族规划、 产品信息建模、产品定制设计的实现策略。 2 深入研究了产品配置的基本原理、配置知识表达与推理策略。在探讨大规模定制 下产品配置的体系架构与配置过程的基础上，利用面向对象的g b o m ( g e n e r i c b i l l o f m a t e r i a l s ，g b o m ) 与约束，将大规模定制下的配置问题转化为生成式约 束满足问题( g e n e r a t i v ec s p ) ，并采用基于事例推理( c a s eb a s e dr e a s o n i n g ，c b r ) 的方法，提高了配鼍的通用性与求解效率。 3 阐述了产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，p d m ) 技术的相关概念、在企业 中地位与各功能模块。探讨了大规模定制环境下p d m 的系统架构、功能实现与系 统集成的特色。 4 介绍基于上述理论研究基础上开发的p d m 系统的系统特点、功能实现与关键实现 技术。以摩托车制动器为实例，介绍了大规模定制下进行配置设计的过程。 关键词：大规模定制大规模定制设计产品数据管理产品配置 浙江大学硕士学位论文 日录 a san e wm a n u f a c t u r em o d e ，m a s sc u s t o m i z a u o nh a sd r a w nw i d e l ya t t e n t i o n a n db e e nr e g a r d e da st h ed e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fm a n u f a c t u r i n gi nt h e t w e n t y - f i r s tc e n t u r y m a s sc u s t o m i z a t i o nc a np r o v i d et h ep r o d u c t sa n ds e r v i c e f u l f i l l i n gv a r i o u sc u s t o m e r s r e q u i r e m e n t sw h i l ew i t ht h ee f f i c i e n c ya n d c o s to fl a r g e s c a l ep r o d u c t i o n d e s i g nf o rm a s scu s t o m i z a t i o n ( d f m c ) i st h ek e ye l e m e n to f m a s sc u s t o m i z a t j o n b a s e du p o nt h ef a c t sm e n t i o n e da b o v e 。t h et h e s i sf o c u s e so nt h et h e o r e t i c s y s t e mo fd f m ca n dt w oc e n t r a lt e c h n o l o g i e s ：p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ( p d m ) a n dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o n i na d d i t i o n 。t h et h e s i sp r e s e n t st h ei m p l e m e n t a t i o no f p r o d u c tc o n f i g u r a t i o na n dw e b - b a s e dp d m i nm a s sc u s t o m i z a t i o ne n v i r o n m e n t r e s e a r c hm a i n l yi n c l u d e s ： 1 p r e s e n tt h ed e v e l o p m e n tt e n d e n c yo fm a n u f a c t u r em o d ea n dt h ei n e v i t a b i l i t y a n dm a n u f a c t u r ef e a t u r e so fm 3m a n u f a c t u r em o d e s t a r t i n gf r o mt h eb a s i c c o n c e p t s ，s y s t e mc o n s t r u c t i o n ，d e s i g nm e t h o da n dd e s i g np r o c e s s ，c o n d u c t d e e pr e s e a r c ho nt h et h e o r yo fd f m c f u r t h e r m o r e ，p r e s e n tap r o d u c td e s i g n i n t e g r a t e da r c h i t e c t u r e ( p d i a ) f o rm a s sc u s t o m i z a t i o n ，w h i c ha c c o r d sw i t ht h e s p e c i f i cs i t u a t i o no fc h i n e s ee n t e r p r i s e s f i n a l l yd i s c u s st h ei m p l e m e n t a t i o n s t r a t e g i e so fp r o d u c tf a m i l yp l a n n i n g p r o d u c ti n f o r m a t i o nm o d e l i n ga n dp r o d u c t c u s t o m i z e dd e s i g ni np d i ae n v i r o n m e n t 2 l u c u b r a t et h ef u n d a m e n t a lc o n c e p to fp r o d u c tc o n f i g u r a u o n k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o na n dk n o w l e d g er e a s o n i n g s t u d yt h es y s t e mf r a m e w o r ka n d c o n f i g u r a t i o np r o c e s s o f p r o d u c tc o n f i g u r a t i o n i n m c b ya d o p t i n g o b j e c t - o r i e n t e dg b o m ，c o n v e r tc o r d i g u r a l x ) np r o b l e mi n t og e n e r a t i v ec s p a d d i t i o n a l l y ，t h r o u g ho o m b i n i n gi tw i t hc a s eb a s e dr e a s o n i n g c o m p l e t eh y b r i d r e a s o n i n gs t r a t e g y w h i c hs e p a r a t e sm o d e le x p r e s s i o nf r o mr e a s o n i n gp n n c i p l e a n dg r e a t l yi m p r o v e st h ee f f i c i e n c ya n dg e n e r a l i z a t i o no fp r o d u c t c o n f i g u r a t i o n 3 p r e s e n tt h er e l e v a n tc o n c e p t so fp d m 。s t a t u so fp d mi n e n t e r p r i s e s i n f o r m a t i o n a im e n a g e m e n ta n df u n c t i o nm o d u l e so fp d m b a s e do nt h e s e d i s c u s st h es y s t e mf r a m e w o r k ，f u n c t i o ne x t e n s i o na n ds y s t e mi n t e g r a t i o ni nm c e n v i r o n m e n t 4 aw e b - b a s e dp d ms y s t e mi sd e s c r i b e d t h ep d ms y s t e m sa r c h i t e c t u r e c h a r a c t e r ，f u n c t i o nr e a l i z a t i o na n dk e yt e c h n o l o g i e sa r ei n t r o d u c e d t a k i n g m o t o rb r a k es y s t e md e s i g n ，t e s t i f yt h ef e a s i b i l i t yo fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o na n d 浙江人学硕士学位论文 目录 p d m i n m c k e y w o r d s ：m a s sc u s t o m i z a t i o n ，d e s i g nf o rm a s sc u s t o m i z a t i o n p r o d u c tc o n f i g u r a t i o n p r o d u c td a t am a n a g e m e n t 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 第一章绪论 【摘要】从生产方式的演变谈起，分析了大批量定制出现的必然性与特点。在概述大规模定制 设计、产品配置与产品数据管理等相关理论的基础上，分析了目前存在的问题，提出了论文的体 系结构和研究内容。 i i 大规模定制生产方式 随着世界经济的高速发展和人们生活水平的提高，制造业面临一个被消费者偏好 分化、变化迅速且无法预测的全球化的买方市场。传统的大规模生产方式对这种变化 束手无策，人类开始了研究和探索新的生产方式。在这种背景下，出现了大规模定制 生产方式。 i i 1 生产方式的演变 人类社会发展的历史是生产方式变革的历史m ，生产方式的变革由生产力决定。 科学技术对生产力发展的决定作用，推动生产关系的变革与社会进步。纵观人类社会， 生产方式的发展历程大体上可分为几个阶段，如图1 - 1 所示。 啦 种 产 黼 ，t 产 规 模 严晶数麓 图1 一l 制造业生产方式的发展趋势封 作坊式生产方式( d 勰p i d d d o n ) 。作坊生产是单件定制的生产方式，作坊主按照 客户的要求进行制造，产品定制程度高，但效率低、成本昂贵。单件生产方式、以第 二次社会的大分工为代表的作坊式生产方式与1 8 世纪盛行的以瓦特蒸汽机为代表的 机械作坊是作坊式生产方式的三个阶段。 浙江大学硕：t 学位硷文 第一章绪论 大规模生产方式( m a s sm a n u f a c t u r i n g ) 。1 9 1 3 年，以福特建立的汽车装配流水线为 代表的大规模生产方式的出现，形成了社会化的大生产，标志着生产方式的第一次巨 变。大规模生产方式以标准化、通用化、集中化为主要特征，通过高效的自动化专用 设备和流水线生产，缩短了生产周期、提高了生产效率、降低了成本、保证了质量。 这种模式推动了工业化的进程和世界经济的高速发展，为社会提供了大量的物质产。 品，促进了市场经济的形成。 先进生产方式( a d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gm e t h o d ) 。传统的大规模生产方式的核心思 想在于提高生产效率，因而围绕着制造的方方面面形成了配置企业内部资源和社会资 源的刚性系统，这种系统很难重新调整。随着世界经济的高速发展和人们生活水平的 提高，制造业面临一个被消费者偏好分化、变化迅速且无法预测的全球化的买方市场。 大量生产方式对此难以适应，为适应这种变化，全世界对开始了对先进生产方式的研 究和尝试。 二次大战后的半个多世纪里，各国结合自己的情况提出了许多新的制造概念和生 产方式。这些先进生产理念侧重于生产的不同环节，大大的推动生产力的发展。例如， 美国提出的对产品开发及其相关过程以组成多功能协同小组工作模式为特征的并行 工程( c o n e m u l te n g i n e e r , c e ) ，以简化组织和强调人的能动性为核心的精益生产( l e a n p r o d u c t i o n , l p ) ，以动态多变的组织结构和充分发挥技术、组织人员的高度柔性集成 为主导的敏捷制造( a g i l e m a n u f a c t u r i n g , a m ) ；日本提出的以提高决策自动化为目的的 并在整个制造过程中贯穿智能活动的智能错4 造( i n t e l l i g e n c e m a n u f a c t u r i n gd m ：德国提 出的以人为主体的第二代c m t ( m m ) 。此外，还有虚拟制造( v i a l | a l m a n u f a c t u r i n g , v m ) 、 仿生制造( b d 、绿色制造( g k 嘲m a n u f a c t u r i n g , g m ) 等先进的生产方式。 在这些先进的生产方式中，最具影响力的有： 精益生产但瑚np r o d u e f i o 日n , l p ) 。精益生产盛行于六七十年代的日本，使得二战后 的日本工业得到了飞速发展，大有赶超美国之势。精益生产从生产操作、组织管 理、经营方式等各方面，找出所有不能为产品带来增值的活动或人员并加以革除。 这种生产方式综合了单件生产和大量生产的优点，既避免了单件生产的高成本， 又避免了大量生产的僵化不灵活。在总结日本的成功经验和美国的教训后，美国 m i t 于1 9 8 9 年正式提出。 敏捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g , a m ) 。1 9 9 1 年，在里海大学提交美国国会的研究报 告中提出敏捷制造的概念。这是利用先进制造技术和信息技术对市场的变化做出 快速响应的一种生产方式，通过可重用的制造手段与动态的组织结构和高素质的 工作人员的集成，获得企业的长期经济效益。其基本原理为：采用标准化和专业 2 浙江大学顸十学位论文 第一章绪论 化的计算机网络和信息集成基础结构，以分布式结构连接各类企业，构成虚拟制 造环境；以竞争合作为原则在虚拟制造环境内动态选择成员，组成面向任务的虚 拟企业进行快速生。；系统运行目标是最大限度满足客户需求。 大规模定制( m a s sc u s t o m i z a t i o n ，m c ) 。在总结柔性自动化、精益生产、敏捷制造 等模式的基础上，出现了大规模定制生产方式。解决了生产批量虽小，但生产率 要高、质量要好、成本要低的矛盾。 1 1 2 大规模定制生产方式 新的市场竞争要求企业不但能提供优质的、能满足用户特殊要求的产品，而辟必 须快速、及时和价廉，传统按批量大小组织生产的原则已不适用这样需求。针对这一 矛盾，a l v i nt o f f c r 于1 9 7 0 年在未来的冲击( f u t u r es h o c k ) 中首先提出了大规模 定制生产状况。s t a nd a v i s 在其1 9 8 7 年所著完美的未来中首次提出“m a s s c u s t o m i z a t i o n 这个词语。1 9 9 3 年美国哈佛大学的p i n e i i 教授出版的专著m a s s c u s t o m i z a t i o n - t h en e wf r o n t i e ri nb u s i n e s sc o m p c t i t i o r b ) 给出了m c 的定义，指明 了m c 在工业发展中的地位，并通过各种案例介绍了大规模定制的策略、产品和服务、 业务过程等问题。1 9 9 7 年, a n d e r s o n 教授以案例为主线总结了与面向大规模定制的敏 捷产品开发相关的多样化、合理化、标准化等。国内学者祁国宁等5 1 指出大规模定制 的基本原理：相似性原理、重用性原理和全局性原理。充分识别和挖掘存在于产品和 过程中的几何相似性、结构相似性、功能相似性和过程相似性，利用标准化、模块化 和系列化等方法，减少产品的内部多样化，提高零部件和生产过程的可重用性；通过 产品重组和过程重组将定制产品的生产问题，全部或部分转化为批量生产问题；从精 益生产、敏捷制造、现代集成制造和成组技术等方式，从定制点后移方法、总成本思 想和产品全生命周期管理等方法中吸取有益的思想。 大规模定制旧以接近大规模生产的效率和成本，提供能满足不同的客户需求的产 品和服务，其核心是产品品种的多样化和定制化。这种管理新模式使人们摆脱了“鱼 与熊掌不可兼得”的困境：通过大规模定制，企业既可以降低成本，又可以满足用户 个性化的需求，为企业提供了战略优势和经济价值，成为企业竞争的新前沿。迄今为 止，大规模定制生产的巨大潜力和前景正在被工业界接受。表1 1 从市场情况、核心 战略、适用范围、目标、关键特征等方面比较了传统的大规模生产与大规模定制生产 f 7 ，3 l 一 3 浙汀大学硕 一学位论文第章绪论 表1 】大规模生产与大规模定制生产的区别 大规模生产大规模定制生产 市场情况卖方市场，企业推动需求；买方市场，市场拉动企业； 核心战略以产品为中心：降低蹦淬、提 以客户为中心：柔性和快述反 高稳定性和效率 应以实现核心产品个性化 适用范围需求稳定的统一市场动态变化的离散市场 如日用品、易耗品如电子产品、汽车等 目标 以几乎每个人都能承受的低以足够的变异性和用户化成 以足够的变异性和用户化成 本和低价格开发、生产、程度 本和低价格开发、生产、程度开发、生产、销售和目标销售、 丌发、生产、销售和目标销售、运送商品和服务运送几乎是 运送商品和服务 每个人正想要的商品和服务 关键特征稳定的需求 以消费者需求为导向 大而统一的市场 以信息技术和先进制造技术 低成本、一致的质量、标准化为支持 的商品和服务 以模块化、标准化为基础 产品开发周期长 以敏捷为标志，以多样化和定 制化为核心 1 2 大规模定制设计 据英国航空航天会( b r i t i s ha e r o s p a c ec o u n c i l ) 1 9 9 1 年研究州显示：产品设计成本 8 5 直接由设计决定。另方面，设计只占产品成本的5 0 o - 1 5 。可见，虽然产品设 计只占生产中的一环，但在整个生产起着举足轻重的作用。大规模定制生产方式的成 功离不开与其相适应的设计方法的成功。 大规模定制设计( d e s i g nf o rm c ，d f m c ) 的概念由t s 茁”1 于1 9 9 6 年首次提出，其 目标是在产品设计的早期阶段进行整体概念设计时考虑范围经济性和批量经济性；其 核心是在于构造满足一定范围市场需求产品族，进而根据不同客户需求，从产品族中 衍生出定制化产品实例；强调同时完成一组产品的设计；为了有效的实现大规模定制， 设计要求捕捉并定义个体客户对产品的需求，设计过程必须从传统的设计制造集成扩 展到销售、服务等部门。 在买方市场环境下，大规模定制设计通过将产品族设计与快速定制设计分离，同 时满足了效率上的大规模和产品的定制化两个要求。企业针对一定市场，生产出一个 能覆盖细分市场的产品族；针对不同定位的客p i , t 单，利用产品族的可变性，快速生 成定制产品。 国内外在大规模定制设计方面研究主要集中在客户需求获取、产品族设计、产品 定制设计三个方面。 4 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 2 1 客户需求分析 大规模定制设计是以客户需求为驱动，获取和理解客户需求直接关系到d f m c 的 成败：c h r i s t i a n ( 1 9 9 9 ) 等1 指出倾听客户声音( v o i c e o f c u s t o m e r , v o c ) 的蘑要性，质量 功能部署( q u a l i t yf u n c t i o nd e p l o y m e n t ，q f d ) 是把客户需求转化成产品设计或工程特 征，并进一步转化成产品全生命周期信息，如零部件特征、工艺特征、生产要求等的 有力工具。c o o p e r ( 1 9 9 8 ) - - 等i ”1 提出了信息采集、信息转化、需求生成三阶段客户需求 获取模型。 l - 2 2 产品族设计 产品族是将“大规模”和“定制”联系起来的纽带，产品族设计是大规模定制设 计的核心思想。对产品族设计的研究随大规模定制的出现开始，在十多年的历史中， 研究工作集中在产品族模型表达、产品平台规划、产品平台下产品族开发等问题上： j i a o ( 1 9 9 8 ，1 9 9 9 ) 等”提出了一个三视图模型：功能视图( 主要表达功能要求的 分类) 、技术视图( 主要是建立物理产品模型，既体现功能要求又有设计参数表达) ， 同时建立功能要求到设计参数之问的映射) 、结构视图( 主要解决如何根据用户需求 定制产品) 。 m e y e r 和u t t e r b a c k ”4 1 对产品平台和产品族进行了定义：产品平台是产品族的基 础，是能够被某一系列产品共享、可重用的模块集合，一般具有相对稳定的结构。一 个有效的产品平台是产品族的核心，具有产品的共性特征，以通用的产品平台为基础， 并通过匹配能够满足顾客差异需求的、由个性模块组成的产品集合称为产品族。 s i m p s o n ( 2 0 0 1 ) 等”5 锵产品族定义成组满足一定范围市场需求的相关产品，这 些产品之间共享一组通用特征、组件、子系统，这些共享特征、组件、子系统在产品 变体之间保持为常数。 m e y e 越嗍( 1 9 9 7 ) ，认为产品平台是一种包含一组共享的零部件、子系统、一致的 接口及相似制造工艺的通用结构，强调利用产品平台和产品族缩短开发周期。 r a v i r 4u i 壕y 呔等“7 1 提出了一种基于变异的产品平台设计方法，通过最小的产品更 改设计来满足产品族内一定范围的性能要求。利用一种多目标决策模型( c o m p r o m i s e d e c i s i o ns u p p o r t p r o b l e m ) 进行产品族性能参数的优化建模，确定产品平台参数。在平 台基础上，进行非平台参数计算，并通过优化模型确定值，以满足不同客户对产品不 同的性能需求。 5 浙江人学硕士学位论文 第章绪论 1 2 3 产品定制设计 李敏i ”1 等依定制程度不同将大规模定制设计分为四类：已有产品结构和模块綦础 i 的产品配置设计；在已有产品结构和模块摹础上，根据用户需求对模块的尺i j 一进行 变化的产品变型设计；根据用户需求选择产品结构和模块的产品组合设计；用户需求 变化较大时的产品创新设计。前两种方法，即配置设计和变型设计，为产品定制设计 的范畴；后两种即组合设计和创新设计为产品族设计范畴。在产品定制设计中，又以 配置设计为研究热点。 大规模定制下，配置设计是定制设计的基础，变型设计是配置设计求解域的扩展。 面对着品种多而又批量小的客户需求，配置设计能将对订单的快速响应由变型设计上 升为适应性设计。 1 3 产品配置 产品配置是大规模定制设计的一个研究热点，也是人工智能的一个应用热点。国 内外学者就产品配置过程、知识表达与推理机制、通用产品配置器等进行了r 。+ 泛的研 究： m i t t a l 和f r a y m a n t 。j 认为，产品配置是给定：( 1 ) 不变的组件集合，其中每个组 件是由属性、连接该组件与其他组件的端口、描述连接到该端1 ：3 组件的约束以及其他 结构约束的集合所描述；( 2 ) 某预期配薰的功能描述；( 3 ) 最优化选择的可能标准。 构建：一个或多个配置满足所有的要求，其中配置是一个组件的集合与描述该集 合中组件间连接的描述，或者检测与需求的不一致性。 m a n n i s t ot 等采用面向对象的方法对实例化配置流程的相应关系进行定义，以 此对支持结变形的产品模型进行研究；s o i n i n m t 等1 配置存在论( c o n f i g u r a t i o no n t o l o g y ) 的观点，通过配置规则语言( c o n f i g u r a t i o nr u l e l a n g u a g e ) 对配置约束进行定义，实现基于知识表达与推理产品配置。 堇建华阱j 研究了产品族结构模型基础上的产品配置设计，利用g b o m 表达产品族 模型，采用基于约束和事物特性表的推理方法，将产品模型与配置器分离以提高配置 器的通用性。采用约束传播算法及模糊优选技术进行零部件类的选择和类的实例化。 阴向阳等口卸研究了面向大规模定制的产品配置中约束表达与求解，利用事务特性 表结合变量的方法表达约束，介绍了产品配置和产品结构联系与区别。 顾新建州研究了一种新的网上通用产品配置设计工具，提出了面向结构和面向功 能这两种型配置的方法。提出的变量配置方法从对用户功能的方面，还是无法完全满 6 浙江人学硕士学位论文 第一章绪论 足用户配置比较多样化的要求。 李涛1 等提出了基于产品特征分离的b o m 结构和产品功能结构b o m 与配置产。品 b o m 分离策略的模型实现方法。提出了基于知识和产品功能结构单元的产品族配置 模板，给出了产品族的配罱信息模型。 国内外已有着种类繁多的配霄软件，但没有一个商用的产品配置软件能满足各种 用户的需求： p d m 系统中产品配置管理模块，典型代表有) s 公司、p t c 公司和i b m 公司等。 美国u g s 公司产品i m a n 中的p s m ( p r o d u e ts t r u c t u r em a n a g e m e n t ) 模块，通过c a d 几何模型、分析结果、n c 代码与b o m 结构间的管理，建立起访问工程信息的逻辑 通道；针对不同b o m 的规则、变量条件，对不同b o m 进行比较，已达到零部件重 用、派生和替换机制；在选取适当零部件后在c a d 系统中“虚拟装配”。美国p t c 公司的w j n d 曲i l l 中的产品结果管理模块，通过建立不同试图的b o m ，与对零件的有 效结构化管理，相关文档的交叉引用，来完成产品配罱。美国i b m 公司的 p r o d u c t - m a n a g e r 中的配置管理模块，着眼与产品定义数据、产品结构、性能和变量及 有限性的确定和维护。 专用的配置系统，典型产品有d e c 、w e s t i n g h o u s e 等公司的配置系统。d e c 公司 的x c o n 是用于大型计算机系统配置的一个工具，通过获取需求信息并映射成相应的 部件信息，然后进行详细的配置和校验。将配置模型知识存储在部件信息库、规则库 中，知识娓表示形式采用框架描述和规则相结合的形式。v 7 是w e s l i n g h o u s e 电梯公 司的电梯配置器。其知识的表达采用框架、规则及参数约束网络相结合的形式。问题 求解分为两个阶段：分析及需求定义阶段，与配置阶段。在分析及需求定义阶段生成 一个部件参数束网络。在配置阶段，根据约束网络，采用p r o p o s e - a n d - r e v i s e 的方 法进行求解。m i 是一个配置单板机的实验性知识库系统【2 7 l ，采用框架与规则式表达 知识。配置模型知识存储在部件信息库、规则库，部件知识按功能层次分类，部件的 选择以规则的形式表示，通过关键部件的方法建立需求定义部件的映射。问题求解采 取类似于p r o d u c t - s h u e t u r e 的分类推理及p r o p o s e - a n d b a c k t r a c k 的方法。 1 4 产品数据管理 1 4 1 基本概念 随着计算机辅助的信息化设计和制造技术的广泛应用和深入发展，为企业纷纷开 始应用计算机技术和c a x ( c a d 、c a e 、c a p p 、c a m 等) 技术。这些应用系统的 7 浙江火学硕士学位论文 第一辛绪论 大量使用，在提高企业的产品开发能力和市场竞争能力，促进了生产力的发展，取得 了明显的效益的同时，带来了“信息爆炸”与“信息孤岛”这两个问题。企业各部门 使片j 不同的应用系统产生了海量的设计数据和信息，而产生了“信息爆炸”；这些自 动化单元之间缺乏有效的信息传递和转换，因而形成馆息孤岛”。面对“信息爆炸解 决“信息孤岛”的问题，已经成为制约企业发展的“瓶颈”。目前，p d m ( p r o d u c td a t a m a n a g e m e n t ) 是解决这个“瓶颈”问题的最好手段。p d m 能保证在正确的时间内，把 正确的信息以正确的形式传递给f 确的人，完成正确的功能m 2 9 3 叩”。 在数据库基础上发展起来的p d m 技术，是企业级应用软件业发展最快的一种技 术，它的应用给制造业带来自c a d c a m 技术应用以来最非凡的成就。美国著名咨询 公司c i m d a t a 的调查显示，全球p d m 软件和服务市场年增长率达3 0 0 , 4 。c i m d a t a 公 司的总裁e d m i l l e r 在( p d m t o d a y 一文中给出了p d m 的定义：“p d m 是- - f j 用来 管理所有与产品相关信息( 包括零件、配置、文档、c a d 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”。p d m 技术所倡导的t ( t i m e t o m a r k e t ) 、q ( q u a l i t y ) 、c ( c o s t ) 、s ( s e r v i c e ) 目标对竞争压力日益加重的企业充 满着诱惑力盼”j 。 1 4 2 发展历程 2 0 世纪8 0 年代初，产品数据管理技术从c a d c a m 和工程设计领域产生。当时 主要是为解决大量工程图纸、技术文档以及c a d 文件的计算机化的管理问题，后来 逐渐扩展到产品开发中的三个主要领域，包括设计图纸和电子文档的管理、材料报表 ( b o m ) 的管理以及与工程文档的集成、工程变更请求指令的跟踪与管理。经过十 多年对产品数据管理技术需求及功能“盲人摸象”般的摸索，直到九十年代中后期， 伴随着新的生成模式的发展与应用，人们才逐步认识到产品数据管理对企业作为一个 集成系统运行的重要性。目前，制造业已普遍认为产品数据管理是适用于企业过程、 组织方式的技术，具有强烈的企业运行模式的背景。 从总体上讲，p d m 技术的发展可以分为以下三个阶段：配合c a d 工具的p d m 系统、专业级p d m 产品和产品全寿命周期管理。 1 配合c a d 工具的p d m 系统 早期的p d m 产品诞生于2 0 世纪的8 0 年代初。在当时，c a d 已经在企业中得到 了广泛的应用，工程师们在享受c a d 带来好处的同时，也不得不将大量的时间浪费 在查找设计所需信息上，对于电子数据的存储和获取的新方法需求变得越来越迫切 了。针对这种需求，各c a d 厂家配合自己c a d 软件推出了第一代p d m 产品，这些 浙江大学预l 学位论文 第一章绪跑 产：品的目标主要是解决大量电子数据的存储和管理问题，提供了维护“电子绘图仓库” 的功能。 第一代p d m 产品仅在一定程度上缓解了信息孤岛”问题，仍然普遍存在系统功 能较弱、集成能力和开放程度较低等问题。 2 专q t p d m 产品 通过对早期p d m 产品功能的不断扩展，最终出现了专业化的p d m 产品，如s d r c 公司的m e t a p h a s e 和u g s 的l m a n 等就是第二代p d m 产品的代表。 与第一代p d m 产品相比，第二代p d m 产品丌始成为企业设计、工艺数据管理和 流程管理的中心，出现了许多新功能，如对产品生命周期内各种形式的产品数据的管 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，同时软件的集成能力和开放程度也有较大的提高。随着 p d m 技术的发展，1 9 9 7 年2 月，o m g 组织公布了其p d me n a b l e r 标准草案。作为 p d m 领域的第一个国际标准，本草案由许多p d m 领域的主导厂商参与制订，如m m 、 s d r c 、p 1 等。 3 产品全寿命周期管理 随着p d m 管理技术的发展，所管理的数据也越来越多，包括从产品需求分析、 概念设计开始，到产品淘汰报废整个生命周期内的所有数据，由此时产品数据管理也 发展为产品全生命周期管理( p r o d l l c tl i f e e y c l el 恤g e m e n t , p l m ) 。从战略上说，p l m 是一个以产品为核心的商务战略。它应用一系列的商务解决方案来协同支持产品定义 信息的生产、管理、分发和使用，从地域上横跨整个企业和供应链，从时间上覆盖从 产品的概念设计、开发、生产、销售、售后服务一直到报废的全生命周期。从数据上 说，p l m 包括完整的产品定义信息，包括所有机械、电子的产品数据，也包括软件和 文件内容等信息。从技术上说，p l m 结合了一整套技术和最佳实践方法，如产品数据 管理、协作、协同产品商务、视算仿真、企业应用集成、零部件供应管理以及其他业 务方案。它沟通了在延伸的产品供应链上的所有o e i v l 、转包商、外协厂商、合作伙 伴以及客户。 目前，制造业典型的p d m 软件有【”，3 6 ”l ： p t c 的w i n d c h i l l 被认为是最先进的硎系统之一。它把客户月艮务器的能力与英特网易实施、易管 理和易使用的优点有机地结合在一起，全面支持整个产品生命周期中有关产品结构和 变化的管理和信息通讯。w i n d c h i l l 系统结构的各个层次基本上都是基于标准的 i n t e r n e t ，w e b ，j a v a 和0 r a c l e 技术的真正网络化的p d m 系统。 9 浙江人学硕士学位论文 第一章绪论 1 b 吖l y a s s a u l t 的p 解决方案 这是种3 d 的p l m 解决方案，采用开发的撼于组件的架构，包含了c a t l a 、 d e l m i a f d e n o v i a 等产品，基于统一的协同工作平台p p r ( p r o d u c tp r o c e s s r e s o u r c e ) 。依靠这套体系所提供的各种功能，企业可以在产品生命周期管理的兰个阶 段f 产品创新和新广+ 品的开发阶段、生产组装和规划变更管理阶段、维护管理阶段) 中 把握住流程，缩短产品到市场的时问。向市场提供更多的创新性产品、并与e r p 、c r m 和s c m 系统协同工作，降低开发、制造和维护成本，理顺供应链系统，提高客户满 意度。 e d s 的p l m 解决方案 e d sp l m 解决方案中包括许多即开即用的产品以及面向特定行业的解决方案。 e d s 的p l m 解决方案包括一个产品家族。其中，u n i g r a p h i c s 产品家族通过建立在完 全在数字化的环境中的3 d 产品定义信息，提供了全面产品工程( t p e ) 解决方案支持离 散型产品的概念设计、详细设计，工程分析和产品验证；t 均m o m t c r 家族企业则支持 w e b - n a t i v e 环境中捕捉、管理、访问、集成，并利用不同类型的产品信息，这些信息 包括产品需求、项目数据、工程设计数据、零部件和文档以及产品配置。s o l i de d g e 家族提供一系列新颖的功能，帮助企业进行创新性的设计，并面向机床、工装以及机 电产品的设计，建立和维护了三维产品信息，它尤其注重解决由传统的2 d 设计向3 d 造型升级时的费用节省和易于使用等方面的问题。 s a p 的m y s a p s a p 公司的m y s a p p l m 能与该公司其他解决方案，如供应链管理、客户关系管 理、供应商关系、管理商务等良好集成，利用解决方案群可以完成整个产品和资产生 命周期的协同工程、定制开发、项目管理、财务管理、质量管理等任务。 国内p d m 系统 我国的p d m 产品的开发和应用始于9 0 年代初，总体上处于起步阶段。大多从面 向文档管理和面向简单的工作流程管理入手，侧重于将现有的人工管理转变为计算机 管理电子文档，并逐渐增加其功能，满足企业级产品数据管理的要求。目前，华中理 工大学的华中软件公司、清华大学的高华公司、中科院凯思公司、南京同创公司、浙 江大天公司和东北大学的阿尔派公司等都开发了自己的p d m 产品。这些产品都具有 一定的功能，相对国外的p d m 产品价格低廉，其管理模式更加符合国内企业的实际 情况，并且能结合企业实际提供深入、全面的技术支持和服务，这对中小企业来说是 一种合适的选择。 i o 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 4 3 发展趋势 1 1 网络技术在p d m 系统中的应用 网络技术的迅猛发展，为p d m 带来了活力：体系架构上，由两层c s 结构向三 层c s 结构，进而向b w s 结构的转变；w e b 环境下，p d m 系统中数据传递和管理 的安全性：通过w e b 实现全球化的信息查询、浏览、创建与更新，并以此来支持全球 化的虚拟企业的信息管理；基于网络平台和j a v a 语言开发的结构灵活、用，。界面友好 的p d m 系统已成为一种趋势。 2 ) p d m 与m r p 的功能渗透 p d m 与m r p 分别服务于工程设计与生产制造。p d m 系统源于c a d c a m 应用 与工程设计的需要，管理的重点为工程信息。而m r p 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。目前， 二者之问通过相互集成，构成完整的企业信息系统。另一方面，二者之间也开始相互 渗透。p d m 厂商开始将工程b o m 与制造b o m 统一在p d m 系统中进行管理，同时 将经营计划、生产计划集成于p d m 系统中，而m r p 系统也在设法将p d m 系统的功 能集成进来。 3 1 标准化 由于应用系统中各种描述对象的语占各不相同，造成系统之间互不兼容，信息描 述的标准化是p d m 系统提高适应性和促进系统集成的基础。为了避免不同应用系统 之间点对点的网型数据转换对多种数据转换接口开发的要求，国际上一些标准化组织 通过制定相应的标准。如美国的初始图形交换标准( i n i t i a l 胁p b i c se x c h a n g e s p e c i f i c a t i o n , i g e s ) 能有效地支持c a d c a p p 系统的图形信息交换。从1 9 8 4 年开始， 国际标准化组织i s 0 1 0 3 0 3 开发产品数据交换标准s t e p ( s t a n d a r df u rt h ee x c h a n g eo f p r o d u c tm o d e ld a t a ) ，以支持攘个产品生命周期的产品数据交换。目前，一些应用协 议已陆续开发完成并在工业中应用和实旎。s t e p 作为产品生命周期交换标准，用于 定义覆盖产品开发各个环节的信息模型和交换方法。其核心思想包括：层次结构概念 ( 应用层、逻辑层、物理层) 、e x p r e s s 信息建模语言定义产品数据模型、多种信息交换 途径等。 钔基于分布式对象技术的应用集成 由于当前协作应用环境及群体工作的复杂性，对于系统的开放性和集成性的需求 越来越迫切。以p d m 作为企业的集成框架，将新旧应用系统与p d m 系统集成起来是 建立企业信息系统的重要组成部分。而传统的系统应用开发仅仅是依赖客户h i 务器方 浙江人学硕士学位论文 第一章绪论 法，欠缺开放性和集成性，这样给系统开发人员增加了很多的负担。为了支持用户在 分布式异构环境f 协同工作，系统的开发应以分布式软件组件标准为基础。 1 5 论文体系结构 1 5 1