（轮机工程专业论文）基于pdm的图文档管理系统的研究与开发.pdf

摘要 i 基于 pdm 的图文档管理系统的研究与开发 摘要 船舶设计具有周期长，信息量大，管理复杂的特点。随着制造业信息化的发展， 企业在实现了计算机辅助绘图设计的目标之后，又构成了一个庞大的电子图文档群。 使用先进的管理工具，对日益增长的工程图纸进行科学的管理已迫在眉睫。然而传统 的图文档管理，只注重对静态数据的管理，而缺乏对动态数据设计过程的管理。产品 数据管理（pdm）就是从工程图文档管理发展而来，后来逐渐成为了一门管理所有与 产品相关的信息和所有与产品相关的过程的技术。 本文将 pdm 思想应用于图文档管理系统中，开发了一个适用于计算机集成制造 环境的，基于产品数据管理的新一代图文档管理系统。基于 pdm 技术的图文档管理 系统打破了静态管理的模式，实现了图文档从设计到报废整个生命过程的动态管理， 完成了与 autocad 的技术接口，实现了无缝连接。 本论文主要包括以下几方面的内容： 简述图文档管理的现状， 提出了船舶企业开发先进的图文档管理软件的重要性。 较系统地阐述了产品数据管理（pdm）技术，提出了将 pdm 思想应用于图文 档管理系统中，研究并开发一个基于 pdm 的图文档管理系统。 系统共分为：项目管理、图档管理、文档管理、数据查询、消息管理、报表打 印六大模块。详细介绍了各个模块的功能和特点。 对系统开发中涉及的一些关键技术，如 autocad 二次开发、树形控件的应用 及系统的安全性等提出了详细的实施方法。 基于 pdm 技术的图文档管理系统是对现有图文档管理模式的一次大胆挑战，对 图文档管理技术的发展有着深远的理论研究意义和实际应用价值。 关键词：产品数据管理，图文档管理，autocad 二次开发，vba abstract ii the research and development of engineering drawing management system based on pdm technology abstract ship building is of long cycle, enormous information and complicated management. with the development of informatization, more and more electronic engineering drawings come into existence. in order to manage them, the use of advanced means is important. but the conventional drawing management system pays more attention to the management of static data only and is short of the management of dynamic design flow. product data management begins with drawing files management and develops a kind of technology about managing all information and processes related to the product. under the guidance of pdms theory, a new engineering data management system, which is based on the product data management, and is suited to computer integrated manufacture environment is developed. this system breaks through the localization of static management pattern, implement the dynamic management on the whole lifecycle of product from designing to end product, and realize the interface of cad. the content of this dissertation is listed as follows: this paper introduced the current status of engineering drawing and point out the importance of development of advanced engineering drawing management. expatiate the technology of pdm and point out the idea of applying pdm to the system. the system has six main parts ,which are project management part, drawing management part, document management part, message management part, information inquiring part and report form printing part. the key technologies are discussed in detail in this dissertation about the system development ,which includes secondary development of autocad, application of treeview control component, system security. the system give a challenge to conventional drawing management system and has theoretical significance and practical value. key words: product data management; engineering drawing management; secondary development of autocad 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1.1 课题的背景及意义 随着计算机科学技术的日益普及， 计算机已经迅速进入到我国的船舶行业并 且得到了飞速的发展。随着在国民经济各个领域的大量应用，计算机应用软件逐 渐体现其优势。在船舶领域，计算机应用软件在计算机辅助设计/制造等方面大 显神通， 使得船舶设计与生产的效率得到大大提高， 给我们带来巨大的经济效益。 船舶行业图文档管理是指利用软件管理技术，使用面向对象的编程语言，通过数 据库技术，动态地实现船舶设计图文档的计算机管理。通过对图档库的创建、图 纸归档、图档的查询与检索、与 autocad 的无缝链接、用户管理、系统设置、权 限管理、统计报表及打印等功能实现对图文档的动态管理。随着计算机及图纸管 理技术的发展，全面地解决动态过程中的图文档管理，逐渐从以图文档静态管理 向图文档动态管理发展； 同时图文档的科学管理是船舶企业面向信息化社会及满 足 wto 需要的一项重要基础建设工作。它不仅有利于图文档的科学管理，而且其 动态管理有利于为新产品开发提供快捷的资源库，直接提高产品的竞争力。 1.1.1 图文档管理现状 随着以信息技术为代表的新技术的飞速发展， 船舶行业正面临着信息化管理 的必然趋势，需要存储和传输的信息量的深度和广度是以前所无法比拟的。而其 中的工程设计部门作为该行业的知识库和智囊单位，对信息技术的研究、实践、 推广等等方面都处于首当其冲的地位。同时，cad 技术经过近 40 年的发展，在 产品的设计与制造领域发挥了不可估量的作用。它广泛应用于船舶行业，改变了 传统的设计制造方式，使船舶企业取得了显著的经济效益。autocad 作为 autodesk 公司开发的通用计算机辅助绘图设计系统，因其强大的功能、使用的 便利和良好的开放性，成为国内最为流行的通用 cad 平台。autocad 使船舶工程 设计人员真正实现了甩开绘图板完成设计，工程图的绘制已不在绘图板上进行， 而是绘制在计算机里。 但是，在企业甩掉绘图板，实现了计算机绘图的目标的同时，大量的图纸构 成了一个庞大的电子图档文件群，这些图纸文件一般都分散在各自的工作站上， 给产品的团队开发以及图纸文档的数据共享增加了相当的难度。据调查，现在国 内船舶企业大都采用传统的图文档管理模式，即设立专门的资料管理室，将已归 第一章 绪论 2 档的 cad 系统设计的工程图样制成图纸，保存在资料室里。由于图档积累越来越 多，造成检索十分困难，加上长期存放引起质变，降低了图纸再利用的价值，给 图纸管理带来了巨大而繁重的工作量。另外，由于存放空间越来越大，也增加了 土建方面的投资17,19,21,22,25。而对于尚未归档的图纸文件，则是先将设计好的 cad 电子图纸绘制成纸质图纸，然后再沿袭传统的手工方式，交由相关的校对和审核 人员进行校对和审核。大批图纸的审批、校验、发送等流程必须通过手工完成。 一张图纸从设计到完成，要经过设计、校对、审核等多道工序，而图纸定型后， 相关人员还有借阅、借用。图纸在工作人员手中流传，速度慢、效率低，且易造 成图纸损坏。图纸数量有限，一旦多人借阅同一张图，就会发生资源冲突，延缓 设计进度。手工图文档管理不仅效率低，而且无法实现诸如版本管理，设计流程 跟踪等工程应用中必须解决的问题12。 计算机的应用，只是将计算机作为绘图板使用，并没有改变船舶企业落后的 图文档管理方式，导致 cad 的效率得不到充分的发挥1。由此可见，落后的图文 档管理日益成为制约船舶企业工作的一个重大瓶颈， 开发面向船舶行业的先进的 图文档管理系统，有效地管理“海量”的图文档成为当务之急。 计算机软硬件系统和网络技术的高速发展为工程图纸的信息化管理提供了 逐步转向以电子化存储、网络化传输为主要工作方式的条件。建立基于计算机网 络技术和数据库技术的工程图文档管理系统可以对图文档进行有效的计算机管 理，实现数据处理方式由人工处理向计算机处理的转变。从而可以解决先进的设 备和技术与落后的管理之间的矛盾。 目前国内企业计算机图纸管理一般有下面几种状况 11： （1）手工管理 完全凭设计人员的记忆，图纸文件在经过多次备份后，有时 连设计人员自己都无法区分那些是有用的，那些是不用的。长此以往，混乱将被 累积，并最终导致不可收拾的局面。也有些企业略做改进，由设计人员将图库文 件登记在册， 这样同样不便于管理和交流， 多的时候， 同样会导致管理上的混乱。 （2）分散图文档的数据库管理 这种方法是利用企业内部网络，由设计人员 将图纸文件所在位置提交给数据库服务器， 真正的图纸文件仍存放在各个工作站 上，靠文件夹的共享来实现图纸文件的交流共享。当图纸文件被改名和移动位置 后，该系统将无法取得文件。况且，这种靠共享文件夹来实现数据交流的方式， 是无法完成多种访问权限的控制管理。 图文档的管理从功能上来看主要解决两方面的问题： 图文档的静态管理和图 文档的动态管理。静态管理实际上是工程图文档的档案管理，主要解决工程中图 纸的查询、矢量化扫描等问题。动态管理解决的是工程中面向设计的图文档流程 管理问题，实现工程图档从创建、审批、修改、到最后入库的整个生命周期的管 理 16。 纵观目前市场上各种图文档管理软件，都以“档案”管理为目标市场，在一 第一章 绪论 3 定程度上为图档管理提供了暂时的解决方法，但是这些都是对图档完成“静态” 管理，无法解决面向设计过程的、动态地图档管理。同时这种软件，并不适合我 国船舶行业，主要在下述方面尚有不足之处： （l）图档管理软件往往不是由相关设计部门的工程人员设计编写的，在实 际应用中常常出现一些难以解决的问题。比如软件设计太理想化、图纸管理人员 在实际操作和管理中不但不能减轻负担，反而造成其他不必要的麻烦等问题。 （2）图文档的管理方式 现有的面向机械行业的图档管理软件大多以“产品 部件零件”的方式来管理与之相关的图文档。而我国船舶行业则是以项目为 主线，并按照专业设置船体科、机装科、电装科、甲装科、内装科、外装科，依 照这些科室的设置来对图文档进行归类和管理。 因此现有的图文档管理软件几乎 不能用在船舶行业。 （3）图文档生命过程的管理。现有图文档管理软件只能对归档图档信息进 行查询、整理等静态管理，无法实现图档审批、更改的生命过程的动态管理。 （4）数据的安全性管理。管理人员和用户对于图档，除了查、改、删等基 本操作外，还需对于某些操作进行更为详细划分和描述，比如对于管理人员的校 对、审批权限，就应该进行详细划分，而这些以往软件很难细化到。 （5）权限管理。对于图档管理软件，权限的管理非常重要。不同的管理人 员及不同的角色都应该细化其不同的权限功能。 （6）与 autocad 之间实现无缝连接。目前很多图档管理软件不能实现与 船舶设计行业单位现有的autocad操作平台或二次开发的专业化的autocad软件 之间的相互通信，难以进行紧密联系和数据交流。 1.1.2 图档管理软件发展动态 国外的计算机应用技术和 cad 技术的研究和应用都领先于国内， 图档管理软 件的研究己经处于一个比较先进的水平。许多著名的大公司和厂家（包括通用、 ibm、hp、西门子等）都曾经研发并推广过图档管理软件。国外图档管理软件给 图档管理带来新的管理思想，给图档管理带来质的飞跃，同时也带动了工程图纸 行业的规范化、信息化发展。 国外经验和国内实践证明，图档管理不是“静态”地实现图档管理，而是要 “动态”地实现图档管理 16。通过对图档的资源化管理，以应用为中心组织资源 管理，实现图档的收集、分类、检索、资源积累、修改、共享和安全。同时在图 档的建立、图纸归档、图档的查询与检索、用户管理、系统设置、权限管理、统 计报表及打印、用户备份等中体现图档“管理”与“应用”的密切关系，利用面 向对象技术、数据库技术实现图档的“动态”管理将是图档管理技术未来发展和 应用的主流趋势。 所以， 目前市场上流行的图文档管理软件并不适用于船舶行业， 第一章 绪论 4 根据船舶行业的特殊性，打破静态管理的模式，开发针对于船舶行业的动态管理 模式的图文档管理系统势在必行。 1.1.3 基于 pdm 的图档管理系统 pdm（产品数据管理）是一门以软件为基础，以产品为核心，实现对产品相 关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术。 从技术的角度，pdm 是一种管理技术，管理所有与产品相关的信息和过程的 技术；从软件系统的角度，pdm 是一种管理软件，提供帮助工程师以及其他人员 管理产品资料与开发步骤的一种软件系统，提供数据、文件、文档的更改管理、 版本管理、产品结构管理和工作流程管理等基本功能。从工具的角度，pdm 是在 数据库基础上的一种软件技术， 是介于数据库和应用软件之间的软件集成和开发 平台，可以集成或封装多种开发环境和工具，是企业全局信息集成的理想平台； 是支持企业过程重组、实施并行工程和 cims 工程的使能技术；同时也是一个面 向对象的电子资料室，能够集成产品生命周期内的全部信息。 pdm 的最大特点把与产品整个生命周期相关的信息统一管理起来，将所有与 产品相关的信息和过程集成在一起。与产品有关的信息包括 cad/cae/cam 的文 件、材料清单（bom） 、产品信息、事务文件、产品订单、供应商状况等。与产品 相关的过程包括有关的批准和使用权、工作标准和方法、工作流程、机构关系等 所有过程处理程序。pdm 能有效地将产品数据从概念设计直至消亡的整个生命周 期内及其各阶段的相关数据，按照一定的模式加以定义、组织和管理，使数据在 其整个生命周期内保持一致、最新、共享及安全，它能使最新的数据为全部有关 用户应用 3,4,5,6,7。 经过认真调研，我国船舶行业图档的生命过程如图 1-1 所示。 为了实现图档全生命周期的管理，本文将 pdm 过程管理的思想应用于此系 统中，开发一个面向我国船舶行业的基于 pdm 的新一代的图文档管理系统。系 统能够对图档生命过程的各个阶段进行实时的管理和跟踪。 同时根据船舶行业的 实际情况，采用按专业划分科室的结构作为图纸归档的方式。此系统的开发打破 图档建立 图档校对 图档归档 图档审核 图档修改 图 1-1 船舶图纸生命过程流程图 第一章 绪论 5 了现有图文档静态管理的现状， 实现了图文档从设计一直到入库甚至删除整个生 命周期的动态管理，能对设计过程实时管理、监控，以实现对图文档完整和高效 地管理。 系统的开发和应用， 不仅能够改变我国船舶行业落后的图文档管理现状， 而且对于我国图文档管理系统的研究与发展是一个崭新的尝试， 具有十分深远的 意义。 1.2 课题的来源 课题来源于某船厂的委托项目 中间产品为对象船舶产品建造壳舾涂一体化 生产设计 。此项目要求按产品导向型造船模式，实质就是从船体、舾装、涂装 一体化按区域对产品作业任务进行分解和组合，并按区域划分各类作业任务，形 成船体以分段、舾装以托盘（单元）作为组织生产设计的基本作业单元进行船舶 生产设计。本课题是建立面向船厂、船研所的图文档管理系统，基于 c/s 模式实 现生产设计的图文档的计算机管理，改变目前船厂、船研所落后的图文档管理现 状。 1.3 课题的主要工作 本课题的主要任务是针对我国目前船舶企业图文档管理水平较差的实际情 况， 以 pdm 技术思想为指导， 开发出面向船舶企业的基于 pdm 技术的图文档管理 系统。论文研究的内容包括： （1） 对船舶企业的实际工作情况进行了调研， 详细了解图文档管理的过程， 认真分析国内外图文档管理的现状及图文档管理软件的发展动向， 指出了现有图 文档管理系统静态管理模式的缺陷，提出将 pdm 技术应用于图文档管理系统中， 开发基于 pdm 技术的图文档管理系统的思想， 使图文档的管理与图文档产生的过 程结各起来。 （2）系统地阐述了产品数据管理（pdm）技术。详细介绍了此 pdm 的定义、 发展背景、体系结构、功能及 pdm 与船舶企业的信息集成。在此基础上提出了将 pdm 技术与本图文档管理系统相结合， 简要介绍了 pdm 技术在本图文档管理系统 中的应用 （3）对图文档管理系统的软件开发方法进行了选择，确定了在 microsoft windows 2000 server 操作系统下，采用 visual basic 6.0 作为开发客户程序 的前台开发工具和 sql server 作为后台支持的数据库， 基于国际上先进的客户/ 服务器体系结构来开发本系统的方案。 （4）构建了图文档管理系统总体结构和框架。将系统设计为 6 大模块，分 别是系统管理模块、图档管理模块、文档管理模块、消息管理模块、数据查询模 块和报表打印模块。详细介绍了系统各个模块的功能和特点。 （5）对系统开发中涉及的一些关键技术，如 autocad 二次开发、树形控 件的应用及系统的安全性等提出了详细的实施方法 第一章 绪论 6 1.4 本章小节 本章简述了课题的来源，课题的背景和意义，在此基础上提出本文的研究内 容。 第二章 产品数据管理（pdm）技术概述 7 第二章 产品数据管理（pdm）技术概述 2.1 pdm 概述 2 2.1.1 pdm 的定义 企业信息化是将企业的生产过程、物料移动、事务处理、现金流动、客户交互等 业务过程数字化，通过信息系统和网络环境加工生成新的信息资源，供给各层次的人 们，以做出有利于生产要素组合优化的决策，使企业资源合理配置，适应瞬息万变的 市场经济竞争环境， 以达到获取最大的经济效益的目的。 产品数据管理 （pdm， project data management,以下简称 pdm）技术是企业信息化的重要组成部分，pdm 在提高 企业效率、提高企业竞争力方面的杰出表现，使得越来越多的企业开始应用或者准备 实施 pdm。 pdm 是指企业内分布于各种系统和介质中， 关于产品及产品数据信息和应用的集 成与管理，包含了所有与产品相关的信息。企业的产品开发效益取决于有序和高效地 设计、制造和发送产品，产品数据管理有助于达到这些目的。从产品来看，pdm 系统 可以帮助组织产品设计，完善产品结构修改，跟踪进展中的设计概念，及时方便地找 出存档数据以及相关产品信息。从过程来看，pdm 系统可以协调组织整个产品生命周 期内（诸如设计审查、批准、变更、工作流优化以及产品发布等过程）的事件。 pdm 将所有与产品相关的信息和所有与产品有关的过程集成在一起。 与产品有关 的信息包括任何属于产品的数据，如 cad/cae/cam 的文件、物料清单（bom） 、产 品配置、事务文件、产品订单、电子表格、生产成本、供应商状况等。与产品有关的 过程包括相关的加工工序、加工指南和有关标准及使用权、工作流程、机构关系等所 有过程处理的程序。它包括了产品生命周期的各个方面。pdm 能使最新的数据为全部 有关用户使用，包括工程设计人员、数控机床操作人员、财会人员及销售人员都能按 要求方便地存取使用有关数据。 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实现问题相结合的产物，是计算机技术与企业文化相结合的 一种产品。产品数据管理是帮助企业、工程师和其他有关人员管理数据并支持产品开 发过程的有力工具。 产品数据管理系统保存和提供产品设计、 制造所需要的数据信息， 并提供对产品维护的支持，即进行产品生命周期的管理。 pdm 是一项不断发展的应用技术。pdm 是一个相对较新的概念，尽管类似的概 念已经存在很长一段时间了，但真正可用的商业化 pdm 系统的出现是在 20 世纪 80 年代初期。随着技术的进步，用来定义 pdm 基本功能的术语也在不断发展。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 第二章 产品数据管理（pdm）技术概述 8 资源管理都是围绕产品设计展开的，这也是 pdm 系统有别于其他信息管理系统，如 管理信息系统 （mis） 、 企业资源计划系统 （erp） 、 项目管理系统 （project management） 的关键所在。pdm 也是以整个企业作为整体，能跨越整个工程技术群体，是促使产品 快速开发和业务过程快速变化的使能器。另外，它还能在分布式企业模式的网络上， 与其他应用系统建立直接联系的重要工具。 由上可知，pdm 并不是一个技术模型，而是一种可以在不同行业、不同企业中 实现的技术，且与企业文化密切相关。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 “ford 2000” 、 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 融会于企业文化之 中，pdm 的生命力，也正在于此。 2.1.2 pdm 发展的背景 1.企业需求旺盛 近几年来，pdm 是产品制造工业中增长最快的一种技术。据美国 cimdata 公司调 查，全球的 pdm 软件和服务市场年增长率以 30的速度增长。在接受调查的企业中 有 48都要实施 pdm，而且有数个公司已准备出售其 pdm 解决方案。其中包括硬件 公司、文件/图像管理供应商、系统集成商、独立咨询公司和 cad/cam 供应商。pdm 市场之所以这样快速的增长，是因为市场需求的急剧上升。目前已经有越来越多的企 业认识到使用 pdm 来组织、存取和管理设计、开发及制造数据的重要性。 2.制造业面临的挑战 制造业发达是一个国家经济强盛的标志。随着科学技术的进步，电子、信息及自 动化技术的广泛应用，使生产得到了巨大的发展，市场竞争亦变得越来越激烈，竞争 推动着整个社会飞速前进，同时给企业造成了严酷的生存环境。企业要力争在最短时 间（t）内、消耗最少的资金（c） 、生产出满足需求（q）的产品。市场的需求在不断 变化，对产品的机构、性能的需求越来越苛刻，从而使新产品的研制变得越来越复杂。 然而，产品的频繁更新对企业本身来说也带来一些问题：需要在再设计（redesign） 、 企业业务流程再造（bpr）等包括设备改造及制造商不断投资，其中开发费用基本上 与时间成正比，即开发周期越长，投资越多。这种因素也促使企业采用各种手段缩短 产品开发周期。因此，世界各国的企业都面临着严峻挑战：如何缩短复杂产品的开发 周期以占有市场，降低成本；如何适应快速变化的市场需求，对企业进行重组，不断 以高质量、低成本、快速开发的新产品在竞争中求生存和发展，已成为企业共同追求 的目标。为了达到上述目标，企业不断强化了在产品设计开发过程中采用计算机辅助 技术，产品数据管理技术是其中的手段之一。 第二章 产品数据管理（pdm）技术概述 9 3.企业信息化过程中的问题 随着制造业的不断发展，随着各种先进技术的运用，企业产品开发周期在缩短， 但信息量却在成倍增加，这说明信息在企业中已占据越来越重要的位置。 企业逐渐实现信息化，标志着企业的进步与发展。信息化最有效的应用在于支持 企业目标的实现，信息由企业创建，成为一种新的企业资源，其利用程度（信息创建、 流动的速度与重用的程度）及有效的管理（存取、版本）就成为企业信息化的新任务。 信息共享程度。企业的计算机辅助工具大多是一些离散孤立的系统。由于这些互不兼容的 软件产生的数据格式不一致，存储介质亦是各种各样，再加上人员组织管理的不同，这一切使得 企业无法在管理设计、工艺和制造部门之间以及相关企业间甚至企业与贸易伙伴间有效地传数据 信息，实现信息共享。企业应采用更为先进的方法来管理和协调整个产品开发到制造的过程。 提高信息传递速度。大部分企业的信息传递主要是通过书面文件、报表及电话联络方式。 设计开发的上游部门无法及时与下游部门进行信息交换与共享，各部门不能及时地了解设计开发 过程中的变化，因而产品地研制开发时间较长。企业应采用有效手段来跟踪检查整个产品的设计 和制造的进程。 有效的信息管理。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，但仍然是依赖纸质文档的管理，因而不能有效地利用已有的设计资源。 相适应的基础设施。 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、图像等非结构数据，更无法实现过程管理、配置管理以及 对应用工具地集成，从而不能满足在异构与分布计算机环境中使企业内各类应用实现信息集成、 功能集成和过程集成。 提高应用集成系统效率。在产品开发设计过程中，几乎任何两个不同的应用软件都不可直 接分享或交换产品数据信息。cimdata 公司指出，目前在企业中每天约有 1/31/4 的设计、管理工 程技术人员不是专心于自己的本职工作，而是开会、讨论、等待或处理各种信息。调查表明，由 于设计制造缺乏产品数据的统一管理，导致产品工时增加 20，成本上升 10。因此提高应用集 成系统的效率，其核心在于各应用系统间的可互操作性。 4.问题解决的途径 针对上述存在的问题，企业在已有的一定的计算机辅助工具的基础上，需要有一个统一的工 具从宏观上将各种应用软件集成起来，并对其产生的大量数据统一管理与控制。要用先进的信息 管理手段支持团队的异地协作，保证产品数据的安全、可控，并可以跟踪产品开发进度及适应数 据的频繁修改等。也就是说，随着各自动化“孤岛”变大变强，它们也就把自己置于更大的海洋 之中了，相互之间不彻底的沟通已大大限制了他们能力的发挥，各自动化“孤岛”间的集成已势 在必行。 第二章 产品数据管理（pdm）技术概述 10 没有产品数据管理系统时，数据流可能很复杂，一些关键的数据可能存储在好几个地方，这 使得检索更加繁琐，难以保证数据的一致性。而产品数据管理系统则将上述问题简化，并可解决 一系列相关的问题，为 cims 和并行工程的实施奠定良好的基础。 总之，由于计算机技术的全面发展和普遍应用，使得产品开发的各个阶段过程计算机化，推 动了产品数据管理的应用和发展。 5.产品数据管理的形成 产品数据管理技术是从 cad/cam 和工程设计领域产生出来的。自 20 世纪 80 年代 中期以来，人们就已经初步认识到了产品数据管理的作用。最初，是以协调制图的存 储和检索的文件管理方式建立系统来跟踪由 cad/cam 产生的绘图；接着，加进修订功 能以便使用者能更好地管理设计变化；其后，又增加了将图形文件与产品结构中相关 信息链接起来的能力。由于那时需求尚比较单一及片面，因此人们根据自己的理解、 自身特点及所面对的应用问题，有的强调绘图文件的管理，有的着重与 mis 软件的衔 接，有的希望解决一些工作流管理的问题，也有的急于将重要的研发数据纳入到数据 库之中。 进入 90 年代中后期，人们逐步认识到产品数据管理的重要性。目前，由于新的制 造模式的发展与应用，如 cims、并行工程、虚拟制造等，人们已经认识到产品数据管 理对企业作为一个集成系统运行的重要性， 可以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。 产品数据管理实际上是企业信息化发展到一定阶段的必然结果。企业产品开发的 各专业领域自动化到一定程度，必然要遇到信息集成的问题，一般的系统难以承担此 任。唯有产品数据管理系统才能以前所未有的更大更完整的视图展示产品、过程与人 员的关系。它横跨企业的产品设计开发全过程直至产品全生命周期，它纵向深入到产 品结构的各个层面直至产品零件的各个侧面。它从信息共享等方面的服务；特别是在 支持设计重用方面它能发挥明显的优势。产品数据管理系统则是按照产品数据管理思 想实现的软件。 产品数据管理的内涵是集成并管理与产品有关的信息与过程。产品数据管理在企 业范围内为设计与制造建立一个并行化产品开发协作环境。它视整个企业为一体，可 跨越整个工程技术群体，是加速产品开发的使能器。它也是在分布式企业挂历模式的 基础上，与其他应用系统建立直接联系的重要工具。产品数据管理依据全局产品信息 强调共享的观点，扩大了产品开发建模的含义。它为不同地点、不同部门的人员提供 了一个协同工作环境，使其可以在同一数字化的产品模型上一起工作。 2.1.3 pdm 的原理 第二章 产品数据管理（pdm）技术概述 11 产品数据管理系统是集成并管理与产品有关的信息、过程和人与组织的软件。为 了达到在其支持范围内对产品整个生命周期内数据统一的管理，保证在正确的时间将 正确的数据以正确的方式传给正确的人。pdm 框架系统必须符合以下五条基本规则。 规则 1：覆盖产品生命周期。 规则 2：在产品数据生成、使用和交换过程中，保持产品模型数据的唯一性与完 整性 规则 3：产品数据可交换性与可重用性。产品数据必须要能够在产品各活动间流 动，方能保证高效率地进行产品设计应用。 规则 4：安全性。产品数据不但要做到“在正确的时间，把正确的数据，以正确 的方式，传递给正确的人，帮助做出正确的决定，还要保证数据不被超越权限地读写， 造成难以挽回地损失，特别是在网络环境下，更要避免数据被非法攻击，此外还有计 算机系统本身的安全维护问题。 规则 5：数据抽象规则。数据抽象是指数据的使用者平时与数据保持有一定间隔， 这间隔就是标准访问界面的方法。如同在计算机内存取一组数据要经过操作系统，访 问文件先要经过文件管理系统，操作数据库数据要经过数据管理系统一样。隔离使数 据的操作者集中精力来解决其所面临的问题，而不必分心去考虑相应的数据如何地被 操作。产品数据管理亦是如此，它亦起到数据抽象地作用。 2.1.4 pdm 的体系结构 作为并行工程等先进制造技术的框架使能技术，产品数据管理系统是集成并管理 与产品有关的信息、过程和人与组织的软件。pdm 覆盖产品的整个生命周期，能有效 地将产品数据整个生命周期内及其各个阶段地相关数据，按照一定地数学模型加以定 义、组织和管理，使产品数据在其整个生命周期内保持一致、共享及安全、它能很好 地面向企业的生产组织， 有效管理与产品数据相关的过程， 促使企业提高其产品质量， 缩短研制周期，提高工作效率，加快产品投放市场速度，从而提高产品的竞争能力。 如图 2-1 所示，pdm 原型框架系统是以网络环境下的分布式数据处理技术为支撑，采 用客户/服务器体系结构和面向对象的设计方法， 实现产品全生命周期的信息管理， 协 调控制工作流程的项目进展，在企业范围内建立一个并行化产品开发协作环境。 第二章 产品数据管理（pdm）技术概述 12 产品数据管理系统是一个与企业实际紧密结合的应用软件系统， 面对不同的企业， 要求软件有很好的适应性、开放性和重用性。面向对象技术的逐步成熟为开发这样一 个系统提供了有力的支持。而企业中产品设计过程往往是在一个分布式的异构环境中 进行的，因此，还要求该软件系统能够处理分布式事务和实现异构的计算机环境下的 透明调用机制。 为了能更好的与企业紧密结合，我们在产品数据管理系统的框架结构（图 2-1） 的基础上给出了产品数据管理框架系统的体系结构模型（图 2-2） 。该结构模型分为两 部分：应用结构和数据结构，此模型定义了整个系统的设计原理、功能组成、各应用 组件的关系及它们如何与其它系统集成。应用结构部分定义了系统的功能组成及各组 件与框架间的集成模型。该部分的结构包括以下四个层次： 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 品的全部图纸记录，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。多张表格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 用户 用户接口层 系 统 集 成工具 项 目 管理 工 作 流 程管理 数据仓库和 图文档管理 产品配置与 更改管理 人/组织 管理 网络及数据库接口层 操作系统、网络、分布式数据库 cax 系统 mis 系统 pdm 功能模块 图 2-1pdm 原型框架图 第二章 产品数据管理（pdm）技术概述 13 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操作系 统上运行 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的人机界面工具，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、图像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 、正确和安全的管理。 应用服务单元 应用功能单元 环境管理器 应用层 通信 计算 服务 描述 安全性 数据 服务 计算 输入/输出 通信网络 硬件层 系统服务层 网络层 应用层 概念层 物理层 应用结构 数据结构 图 2-2 pdm 的体系结构模型 第二章 产品数据管理（pdm）技术概述 14 从以上的 pdm 定义和体系结构，不难发现，pdm 系统为企业提供了管理和控制 所有与产品相关的信息的体制，它是一组集成的应用，可在产品的设计、生产、市场 营销和支持上提高工作人员的工作效率，能即时地给企业决策者提供全面、可靠、准 确的信息来支持企业决策。 可以从以下几个方面来理解 pdm： 从产品来看，pdm 系统可以帮助企业组织产品设计（包括需求分析、设计规划、 产品建模） ，完善结构修改（包括产品结构管理与配置、产品版本控制） 、跟踪进展中 的概念设计，及时方便的查找存档数据以及相关产品信息。 从过程来看，pdm 系统可协调组织和规范化管理诸如设计、审查、批准、制造、 数据变更、工作流优化，以及产品发布等过程事件。 从应用范围来看，pdm 可应用于电子文档、数据文件以及数据库记录等。适用的 领域包括：制造业产品、工程项目、工厂、设施、公用事业等。 2.1.5 pdm 的功能 通常，一个完整的 pdm 系统是一个非常庞大的系统，带有一个庞大的数据库， 具有多种管理功能，管理着大量的信息。这些功能主要有： （1）项目管理。项目管理的主要功能包括：项目的创建、修改、查询、审批、 统计等功能；项目人员组织机构定义和修改；在项目人员组织结构的基础上，实 现人员角色指派及其对产品数据操作权限的规定。 （2）工作流程和过程管理。 工作流程管理主要是实现产品设计与修改过程的跟 踪与控制。它管理以下内容：管理一个用户对数据操作时会发生什么、人与人之间的 数据流动以及在一个项目生命周期内跟踪所有事务和数据的活动。 在并行设计中，每一个版本的图纸的生成都伴随着创建、修改的过程，而每一次 的更改都有可能影响到其相关的图文档，所以需要不断地进行检查、修正、更新提交 和检查。要理顺这种错综复杂的工作流在当前的工作环境中相当困难，设计人员难以 调用到最新的数据，造成设计变更频繁，这是目前造成产品开发周期延长的一个重要 原因。因此，作为并行工程的使能技术，工作流管理是首要解决的问题之一。 工作流程管理涉及到加工路线（routes） 、规则（rules）和角色（roles） 。加工路 线定义了对象及所定义的对象的传送路径，其对象包括文档、形式、事件、部件和消 息等。规则定义了信息如何加工的路线和加工路线给谁，即工作流的下一步方向和如 何处理异常情况。工作流中的工作任务定义了作业的独立功能，由操作用户提供。工 作流程管理的功能主要包括：工作流程编辑器提供过程单元定义手段，并将过程单 元根据用户的制定连接成需要的工作流程，规定提交工作流程执行的设计对象，如部 第二章 产品数据管理（pdm）技术概述 15 件、零件、文档等；工作流程管理器接受工作流程编辑器提交的流程定义数据，建 立有关人员的工作任务列表，并根据流程走向记录每个任务列表的执行信息，支持工 作流程的异常处理和过程重组；工作流程工作服务根据工作流程的进展情况，向有 关人员提供电子审批与发放，进行用户通信和过程信息传递。工作流程的执行过程如 图 2-3 所示。 （3）工程图档管理。产品数据库划分；工程图档管理体系结构。工程图档管 理的主要功能包括提供图档信息定义与编辑模块， 即为用户提供图档管理的配置功能， 并根据用户定义的信息项完成图档基本信息的录入与编辑。 图档入库与出库模块：建立图档基本信息与图档文件的连接关系，实现图档文件的入库，并 将指定的图档文件从数据库中释放出来，传送到客户端进行操作。对于数据库中的图档文件，支 持 check-in/check-out 功能，保证文件的完整性和一致性。图档浏览模块：可以浏览和显示多种常 见格式的文件，如 dwg 的图形文件等等。 （4）设计检索。 对已有设计信息进行分类管理，以便最大程度地重新利用现有设计成果， 为开发新产品服务。 （5）工具和集成。pdm 系统是一个框架软件，它本身并不具备设计、计算等功能，它只是 用来管理其他应用系统产生的数据。为了能够使得不同的应用系统之间能够共享信息以及对应用 系统所产生的数据进行统一的管理，就必须把外部应用系统“封装”到 pdm 系统中来，并可在 pdm 环境中运行。一个优秀的产品数据管理软件的必要条件：pdm 系统与操作系统、数据库软 件的开发环境作同步的更新；必须能够对所有的存储信息作版本的管理；必须能够对存储的 信息作查询、关联性和整理与分析的工作；必须能够浏览各种形式的信息；必须能够与用户 工作流程编辑器 过程的定义与编辑 过程管理者 工作流程管理器 运行相关工作流程 过程重组 工作任务列表 工作任务列表 工作任务列表 用户 用户 用户 数据对象提交 图 2-3 工作流的执行过程 第二章 产品数据管理（pdm）技术概述 16 所使用的 cad/cam/cae 软件完全集成；必须能够对所有的信息作流程的追踪和管理；必须 能够对所有的信息作安全性的控管；必须好学好用。 2.1.6 pdm 与船舶企业信息的集成 5 2.1.6.1 pdm 是船舶 cad/cam 的集成平台 目前，已有许多性能优良的商品化的船舶 cad、cam 系统。这些独立的系统分别在产品设 计自动化、工艺过程设计自动化和数控编程自动化方面起到了重要的作用。但是，采用这些各自 独立的系统，不能实现系统之间信息的自动化传递和交换。即使是采用 iges 或 step 标准进行数 据交换，依然无法自动从 cad 中抽取 cam 所必需的全部信息。对于不同的 cam 系统，也很难 实现从 cad 到 cam 通用的信息传递。因此，目前船舶企业致力于把已经存在的 cad、cam 系 统通过工程数据库及有关应用接口， 实现 cad/cam 的集成。 而 pdm 系统是最好的 cad/cam 集 成平台。它可以把与产品有关