（机械制造及其自动化专业论文）产品数据管理技术研究与原型系统开发.pdf

f 。 浙江大兰堡主堂竺笙苎 主i 三 摘要 y p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) 技术是c i m s 工程和并行工程的“使能”技术，是企业集 成化信息平台。p d m 系统能有效地提高企业的管理水平和产品开发能力。本论文分析了我国制造 企业对p d m 系统的需求，对p d m 的若干关键技术进行了深入的研究，并开发了p d m 原型系统。 本论文各章节的主要内容如下： 第一章分析了我国制造业在信息化过程中所面临的新问题，论述了p d m 系统在企业信息化 中的地位及p d m 系统的实施策略。 第二章阐述了p d m 系统的体系结构和功能模块，对p d m 系统中的数据管理和工作流管理进 行了较深入的研究。 第三章采用面向对象的方法阐述了产品数据管理中的有关对象，建立了文档管理对象模型和 产品结构管理对象模型，并采用统一建模语言( u m l ) 进行了描述，对如何利用这些对象管理文 档和零部件的版本以及表达产品的结构和零部件的装配关系作了说明。 第四章研究了基于p d m 系统的集成技术，分析和比较了封装、接口和完全三种系统集成模 式。给出了各种c a x 系统间的信息交换方法。分析了s t e p 标准的体系结构和组成，提出了基于 s t e p 标准的集成产品信息模型的建立方法和步骤。 第五章开发了基于三层c s 结构的p d m 原型系统，该系统实现了产品数据管理的基本功能， 即文档管理和产品结构管理。本章对系统的开发过程包括系统分析、系统设计和系统实现作了说 明，并着重介绍了数据库设计、中间层组件设计和客户端设计的方法和过程。 最后，总结了全文的主要研究内容和成果并展望了未来的研究方向。卜一) 、l r j0 关键词：产品数据管理产品数据模型面向对象集成s t e pu m l并行工程 三层c s 结构c o r b a a b s t r a c t p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e m ) i s “e n a b l i n gt e c h n o l o g y ”o fc o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ( c e ) a n da ni n t e g r a t e di n f o r m a t i o np l a t f o r mo fe n t e r p r i s e p d ms y s t e mc a l lu p g r a d et h el e v e lo fm a n a g e m e n t a n dt h ea b i l i t yo fp r o d u c td e v e l o p m e n ti no n ee n t e r p r i s e a f t e rt h ea n a l y s i st h ed e m a n d so fa p p l y i n g p d mt om a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e so fo u rc o u n t r y ，s o m ek e yt e c h n o l o g i e so fp d m a r es t u d i e di nd e t a i l a n dap d m p r o t o t y p es y s t e mi sd e v e l o p e d i nt h ed i s s e r t a t i o n t h em a i ne f f o i t sa n dc o n t r i b u t i o n so f t h i sd i s s e r t a t i o na r ea sf o l l o w s ： i nc h a p t e r1 ，i ti ss u m m a r i z e dt h en e wp r o b l e m sa n dt h ep o s i t i o no fp d mi nt h em a n u f a c t u r i n g e n t e r p r i s e so f o u rc o u n t r yd u r i n gt h ep r o g r e s so fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ，a n dt h es t r a t e g i e so f a p p l y i n g p d m s y s t e ma r ea l s od i s c u s s e d i nc h a p t e r2 ，t h ea r c h i t e c t u r ea n df u n c t i o n a lm o d u l e sa b o u tp d m s y s t e ma r ea n a l y z e d t h ew a y so f d a t am a n a g e m e n ta n dw o r k f l o wm a n a g e m e n ta r es t u d i e di nd e t a i l i nc h a p t e r3 ，t h ea u t h o ra n a l y z e st h eo b j e c t sn e e d e di np d m s y s t e m a tf i r s t ，a n dt h e ne s t a b l i s h e st h e o b j e c tm o d e l sa b o u td o c u m e n tm a n a g e m e n ta n dp r o d u c ts t r u c t u r em a n a g e m e n t a l lt h e s em o d e l sa r e d e s c r i b e db yu m l ( u n i f i e dm o d e ll a n g u a g e ) i nt h ee n d ，a l le x a m p l ei si l l u s t r a t e dt os h o wh o w t h e s e o b j e c t se x p r e s st h ep r o d u c ts t r u c t u r e i nc h a p t e r4 ，t h ei n t e g r a t i o nt e c h n o l o g i e sb a s e do np d m s y s t e ma r es t u d i e d ，a n dt h e nt h r e es y s t e m i n t e g r a t i o nm o d e sa r ed i s c u s s e d t h e s et h r e em o d e sa r ee n c a p s u l a t i o nm o d e ，i n t e r f a c em o d ea n dw h o l e i n t e g r a t i o nm o d e t h ea r c h i t e c t u r ea n dm a i nc o n t e n t so fs t e ps t a n d a r da r es t u d i e d ，a n dt h e nt h es t e p s a n dm e t h o d o f b u i l d i n gi n t e g r a t e dp r o d u c ti n f o r m a t i o nm o d e l b a s e do ns t e ps t a n d a r da r ep r o v i d e d i nc h a p t e r5 ，ap d m p r o t o t y p es y s t e mb a s e do nt h r e e - t i e r sc sa r c h i t e c t u r ei sd e v e l o p e d i tc a n s a t i s f yt h eb a s i cn e e do fp r o d u c td a t am a n a g e m e n ta n dc a l lb eu s e df o rd o c u m e n tm a n a g e m e n ta n d p r o d u c ts t r u c t u r em a n a g e m e n t a tt h ee n do ft h ed i s s e r t a t i o n ，t h ec r e a t i v er e s e a r c ha c h i e v e m e n t sa n dt h ed i r e c t i o no ff u t u r e r e s e a r c ha r es u m m a r i z e d k e yw o r d s ：p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ( p d m ) ，p r o d u c td a t a m o d e l ，o b j e c t - o r i e n t e d ，i n t e g r a t e ，s t e p u m l ，c e ，t h r e e - t i e r sc sa r c h i t e c t u r e ，c o r b a 1 1p d m 技术及其发展 1 1 1p d m 基本概念 第一章绪论 到目前为止，p d m ( p r o d u c t d a t a m a n a g e m e n t ，产品数据管理) 尚无一个完整确切的定义”】。 这一方面是由于p d m 包含的技术内容太多、太广，另一方面也是由于与p d m 相关的技术内容在 不断发展和变化。按照专门从事p d m 和c i m 相关技术咨询业务的国际公司- - c i m d a t a 公司的定 义，p d m 是管理与产品相关的下列信息和过程的技术i l j ： 1 ) 与产品相关的所有信息，即描述产品的各种信息，包括部件信息、结构配置、文件、c a d 档案、审批信息等。 2 ) 与产品相关的所有过程，即对这些过程的定义和管理，包括信息的审批和分配。 1 1 2 p d m 的发展 p d m 系统最初起源于c a d 工程图的管理。随着c a d 系统广泛、有效的使用，c a d 文档的 数量急剧增加，因此迫切需要一个功能强大的管理工具对这些文档进行有效的管理。工程图管理 系统就是在这种背景下产生的。最早的工程图管理系统主要是基于文件系统的，稍后采用了数据 库系统。随着数据处理技术的发展和制造企业计算机技术的广泛应用，迫切需要使用一个统一的 数据管理系统对不同应用系统所产生的各种数字化文档进行有效管理。在c a d 应用领域，还对 该系统提出了支持面向图形单元的产品建模方法的要求。采用这种建模方法的前提条件是建立 c a d 标准件库。在实际应用中，该系统还应该具备零件管理功能，包括对零部件的分类和事物 特性表进行管理。在产品开发和设计过程中还提出了对各种不同的计算机应用系统进行时间方 面的协调和进度控制的要求所以，又开发了工作过程控制的方法。为了满足上述各种要求，于 是就逐渐形成了用来进行数据和过程管理的各种构件，最终组成了完整的技术信息系统。国际上 将这种技术信息系统称为产品数据管理( p d m ，p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) 系统”“。 8 0 年代初，很多已经广泛深入计算机工程应用领域的企业发现，企业的发展正受到以纸质文 件为基础的数据系统的严重阻碍。这主要表现在：信息共享程度低、信息传递速度幔、业务管理 落后、应用集成系统效率不高。据英国的调查p “，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2 0 ，成本上升1 0 。针对产品数据管理的这种需要，8 0 年代后期出现了第一代 商品化的p d m 系统。这些p d m 系统的基础是数据库系统，通常这是一种商品化的关系型数据库 管理系统( r d b m s ) ，用来保存零部件的记录和相关文件。p d m 系统提供数据安全性、文件贮 存、变更控制、分类、告知和应用集成等多种功能，并简化工程过程( 包括产品开发、资源配置、 加工制造、计划调度等等) 。早期的p d m 系统大多是针对“下游”的工程过程，即从最初将产 设计发布给制造开始，经过制造过程，一直到产品废弃为止，在此期间，用p d m 系统来采集和 管理工程产品数据。这是因为制造部门一直把降低产品成本和改进整个制造过程当作奋斗目标， 不少企业也在积极推广应用准时制造( j i t ) 、全面质量管理( t q c ) 和基于活动的成本预算( a b c ， a c t i v i t y b a s e d c o s t i n g ) 生产方式，这些都离不开对产品数据实行有效和科学的管理。就工程产 品数据而言，既涉及由设计发布给制造的最初数据，又涉及由制造执行工程变更( e c o ) 这一过 程的数据。因此，早期开发的p d m 系统都是以制造为目标。这些系统的主要工程过程管理能力 分成“发布管理”和“变更管理”两大类。 然而在最近几年，产品生命周期的其他方面也成为改进的目标。对大多数制造企业来说， 产品上市时间已经成为一个非常突出的问题，它关系到企业的生存与发展。对应这些新的目标， 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，从最初的产品概念设计一直 到产品废弃为止。这些系统在多变的概念设计阶段以及在更好地确定工程变更中支持并行工程实 践，并且具有工作流程的管理功能。通过这些新的p d m 系统，用户可以共享最新的、预发布的 工程数据，而且按照预定的规则。可以智能、灵活地控制这种数据的流动。这一代p d m 产品以 s d r c 公司的m e t a p h a s e 为典型代表。目前市场上占据主导地位的p d m 产品主要是第二代产品。 随着虚拟企业、敏捷制造等先进制造技术的发展，企业对p d m 系统的要求也发生了变化。 要求p d m 系统能支持企业间的产品数据交换和分布式的产品数据管理。另一方面随着i n t e m e t 技术、j a v a 和分布式计算技术的迅速发展，为开发新一代分布式企业间的p d m 系统提供了技术 支持。1 9 9 7 年p t c 公司推出了新一代p d m 产品w i n d c h i l l ，它是一个完全建立在i n t e m e t 平台、 c o r b a 和j a v a 技术的基础上的产品。w i n d c h i l l 的出现使人们近年来关于新一代p d m 产品的构 想变成了现实川。 1 , 2 我国制造企业面临的问题及p d m 在企业信息化中的地位 近几十年来，制造业竞争的焦点己从早期的降低产品成本的竞争，发展到7 0 年代提高企业 整体效率及产品质量的竞争8 0 年代全面满足顾客在交货期、质量、价格和服务等方面要求的竞 争，发展到9 0 年代乃至下世纪初创新能力的竞争。2 1 世纪初制造业面l 临的新形势是”q ：知识一 技术一产品的更新周期越来越短：产品的批量越来越小；顾客对产品功能、性能和质量的要求越 来越高：有能力参与全球竞争的企业越来越多；世界上一般水平的产品和一般水平的制造能力严 重过剩；人口老龄化问题越来越严重；环保意识越来越强，实现绿色制造的呼声越来越高。在下 世纪初，以敏捷制造为代表的先进制造技术将是制造业快速响应市场需求，不断推出新产品。 赢得竞争，求得生存和发展的主要手段。 目前，我国的制造技术与国际先进水平相比还存在着阶段性差距。具体表现为以下几个方面： 1 ) 产品开发设计方法和技术手段落后 现代工程设计理论和方法在国际上已基本形成体系并在实际生产中得到广泛的应用，而我国 大多数企业仍停留在经验设计和仿造阶段，在产品开发设计的技术手段方面有明显的差距，无法 及时开发出市场需要的。具有创新性和独占性的新产品。这是我国制造企业当前面临的一个极其 2 塑垩查兰堡主兰垒笙兰兰二主! i 垒 严重的问题。美国制造业的新产品贡献率已达到国内生产总值的5 2 左右( 1 9 9 5 年) ，而我国仅 为59 ( 1 9 9 7 年) t 6 | ，严重影响了企业的国际竞争能力。 此外，我国技术来源主要依赖国外技术，根据对“七五”期间开发成功的5 3 种典型产品技 术来源的分析，3 4 来自于国外。1 9 9 4 年对近几年开发成功的9 2 种典型产品技术来源的分析表明， 5 7 仍来源于国外。企业技术创新能力低下，是把“引进”作为长期依靠的必然恶果。 2 、小而全、大而全的“庄园式企业”严重制约了制造业的发展 以机械工业为例，美国、西欧诸国、日本企业的专业化水平为7 5 9 5 ，而中国仅为1 5 - - 3 0 。 按市场份额计算的机械工业市场集中化指数c r l 0 ，美国为5 8 4 ，日本为5 3 4 ，而中国仅为 7 5 。长期计划经济所造成的小而全、大而全的“庄园式企业”缺乏快速响应市场需求的能力， 3 ) 管理落后 我国多数大中型企业总体上仍未形成稳定、科学和有效的管理体系，为数众多的企业尚处于 经验管理阶段，企业效益无法提高。据统计”1 ，1 9 9 7 年末，全国工业企业产成品资金占用5 9 2 1 亿元，比上年末增长11 7 。企业亏损问题依然严重。1 9 9 7 年末全国独立核算企业亏损额达1 3 4 1 亿元，比上年末上升11 1 ，其中国有企业亏损7 4 4 亿元，上升8 2 。 4 1 产品质量有待进一步提高 虽然我国近年来在制造业大力推广了全面质量管理、质量工程和i s o9 0 0 0 认证，并取得了不 少成绩，但总的看来，产品的质量还有待于进一步提高。 5 ) 制造工艺与技术装备陈旧落后1 6 1 i 9 】 工业发达国家早在5 0 、6 0 年代就已普遍采用了优质高效低耗的工艺及装备，实现了柔性自 动化，目前正向集成化、敏捷化方向发展。而我国大多数企业目前还采用较落后的制造工艺与技 术装备进行生产，优质高效低耗工艺的普及率不足1 0 ，数控机床、精密及高效设备不足5 ， 从而严重影响了企业的生产效率和产品质量的提高。1 9 9 8 年我国平均劳动生产率为o 2 6 3 万美元， 而美国、日本和印度分别为9 3 7 万美元、1 0 4 7 万美元和0 3 4 万美元；工业增加值率，1 9 9 8 年只 有2 5 左右，西方国家般都在4 0 以上；技术进步对产值增长速度的贡献为3 4 ，西方国家一 般都在6 0 以上。 6 ) 成套、成线能力及集成、优化能力不足 长期以来，由于制造业存在着上述的诸多问题，我国对于大型和先进的自动化生产线基本都 依赖引进。经过几个五年计划的引进，虽然培养了一批队伍，掌握了一些单元技术，目前已经可 以设计和生产部分在自动化生产线上应用的自动化装备，但并未完全掌握系统综合和成套成线的 高附加值技术，致使不少行业依赖于工业发达国家的现象依然严峻。 总之，我国制造企业目前的总体水平大体上相当于工业发达国家6 0 年代水平，部分达到7 0 年代末8 0 年代初水平，少数达到9 0 年代以后国际先进水平，总体上存在2 0 年左右的差距。为 了保证我国国民经济的持续发展。缩小或消除与工业发达国家的差距，必须采用跨越发展的方式， 采用高起点的示范带动和由点到面的模式，大力发展作为制造业主体技术的先进制造与自动化技 术【8 2 】。 3 塑! 三盔兰堡圭兰丝笙苎一三三兰! ! i 垒 作为先进制造技术的重要组成部分的p d m 技术对提高我国制造企业的竞争，提高产品开发 水平和管理水平有着重要的意义。在十五”8 6 3 计划先进制造与自动化技术领域立项建议书中， 把基于c o r b a 的c i m 集成平台与集成框架，企业级产品数据管理技术作为系统集成与优化技术 专题中基础应用的关键攻关技术，把新型的p d m 系统作为目标产品原型。 1 2 1 我国制造企业面临的新问题 在过去的几年里，国家科委推广了计算机辅助设计与制造( c a d c a m ) 技术，在“八五” 期间初步打下c a d 应用工程的基础上，又继续把c a d 应用工程列为国家“九五”重中之重的项 目1 8 4 1 。我国c a d c a m 技术的迅猛发展，对加速我国企业的技术进步，提高企业的市场竞争力具 有至关重要的作用。同时，随着c a d 系统的推广应用，企业面临着新的问题，主要表现在以下 几方面： l 、文档管理落后 i ) 文件查询 一个产品要产生大量的文件和图样，另外，一个系列的新产品必然承袭老产品的约8 0 成果， 所以要经常查阅老的设计图样。一个企业每天都要产生大量的异构产品数据，他们都为改善企业 的总体生产能力起这关键作用。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。c a d 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。为了生产力进步发展， 人们希望借助计算机把大量的图样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。 2 ) 版本管理 c a d 技术使得各种文本和图形资料的修改变的非常方便，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文档就成为至关重要的问题。这就要求 计算机详细记录设计、加工过程中的原始资料及相应的更改信息，用不同的版本来描述当前有效 的数据。 3 ) 安全保密 产品全部数据存放在计算机内，这些数据易受到非法的调用、复制、修改，泄密，所以迫切 需要解决数据的安全性和保密性问题。安全性和保密性问题已成为资料管理中的核心问题。为避 免发生不可挽回的损失，要求计算机系统的管理人员能够根据备类人员所担任的不同职责，分别 赋予不同的权利，使之仅能处理一定范围的资料。同样，对资料也应设计不同的密级，保证各类 资料不被非法修改和盗用。 4 ) 数据共享 原来的资料节约制度已不适应c a d 技术的发展，现在，全部数据以电子文件形式在计算机 网络上交流，这就要保证数据在权限控制的范围内，随时可以送到需要该数据的人的手中，真正 实现数据共享。那么如何解决信息的传递和数据共享? 设计人员如何充分利用原有的设计成果? 这些也是急需解决的问题。 4 2 、计划管理 1 ) 审批发放 c a d 技术对原来的计划管理也带来了很大的冲击，例如对计算机文件无法沿用手工签字的方 法来进行校对和审批及控制文件的发放。现有的手工审批制度在用c a d 设计的图形文件面前， 变得毫无办法，人们不得不把计算机中的二维试图绘制成工程图样，然后再去审批，这就大大地 降低了计算机所创造的高效率。这是迫切需要解决的问题。 2 ) 状态标识和信息传递 企业信息化以后，全部设计工作都是在计算机上进行的。在计算机外部无法了解各项任务的 进展状况。要了解各项任务的进展情况、出现的问题和协调各类人员之间工作都离不开计算机内 部的信息。 3 ) 纪录备案 各种审批纪录，重要的操作，关键性的决策都要长期保存，以各查询。 3 、产品配置管理 每一个新产品必然承袭了老产品的部分成果，同时，新产品本身又由若干分系统组成，相互 之间还有一定的约束关系。如何从宏观上把握一个大型复杂产品的整体结构，也是摆在c a d 技 术应用面前的重大课题。把一个产品或一个组件，按照内部的所有的零部件数量、性质及相互关 系编组，称为配置。产品配置存在如下问题： 1 1 结构关联 产品由很多的零部件组成，如一部汽车约有8 0 0 0 - 1 0 0 0 0 个零件，一架飞机约有2 0 万1 0 0 万 个零件组成，面对数量如此之多的零件，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各项工作中，很难获得准确的数据。企业各类人员要查询有关产品的资 料，要花费大量的是时间。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 系统内各零部件之间的约束关系一目了然，是企业一项重要的工作。 2 、统一的材料清单( b o m ) 不同部门有不同形式的材料清单b o m 表，企业要花费大量的时间和成本才能完成这些报表， 而使用计算机可以自动生成最新的各类材料定单。另外如果设计和制造的材料清单不致，就会 造成反工和浪费。因此在计算机中要随时保持最新的设计更改状态，并且要保证b o m 的一致性。 3 ) 系列产品 承袭老产品，开发新产品，就要构造新的约束关系。因此，在计算机内同一个零件可以不同 的版本，分别对应系列产品中的不同型号。例如不同发电机组用不同版本的图样来代替，就可组 成不同容量的电站系统。如何管理各零件的有效范围也是企业面临的新问题。 4 、更改管理 传统的更改系统完全依靠人工管理，难免会发生各种各样的差错。计算机技术在以下几方面 改善更改管理水平： 1 ) 更改程序要求制定严格的更改管理制度，避免发生纰漏。 5 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 2 ) 更改影响要求自动搜索某项更改所设计的范围，并及时给有关人员发送电子邮件，提请 关注某项更改可能会引起的影响。 3 ) 自动更改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。数据库中的改 变应确保相关引用系统的数据也自动更改。 4 ) 材料统计保证统计工作得到最新的结果。 综上所述，如果企业对这些产品数据缺乏有效的管理和版本控制，就不可避免地要发生错误 的数据，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，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，各级领导也很难根据未 经加工整理的原始数据快速作出决策。这在美、英等发达国家是有痛苦教训的，7 0 年代中、到 8 0 年代初，美、英等国的企业开始大量应用计算机。到8 0 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。 同时，企业新的生产模式( 如c m i s 、并行工程、虚拟产品开发、精良生产、敏捷制造等) 的出现，对信息管理技术提出了较高的要求，不仅要求支撑技术能够支持多学科领域的专家群体 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，做到在正确的时候，把正确的信息， 以正确的形式送给正确的人。以便人们及时做出正确的决策，并且要让各级领导可以根据权限透 明地调用所需的信息，这是目前管理层次对信息管理的要求。这些都需要企业级的p d m 系统对 企业产品数据进行管理。 1 2 2p d m 在企业信息化中的地位 p d m 是c i m 的集成框架，是并行工程的“使能”技术，是企业信息传递的桥梁。下图1 1 说明了产品数据管理在企业信息化中的地位【”1 。 图1 1 产品数据管理在企业信息化中的地位 6 塑鎏查兰堡圭兰垡笙苎 兰= 兰! ! 鱼 p d m 系统在企业信息化中主要起到了以下三方面的作用： 1 、p d m 是c a d ，c a p p ，c a m 的集成平台 企业在产品设计中，一般都用到一种或多种c a d 系统，例如用a u t o c a d 进行二维工程设 计，而用u g 或p m e 等进行三维建模。因此，产品的设计信息往往需要多种c a d 系统来描述。 但由于s t e p 技术尚未全面推广，还不能完全解决不同c a d 系统之间的数据交换。 在工艺设计规划中，由于不同企业有不同的规范，即使在同一企业中，不同的工艺人员也有 不同的经验。他们设计的工艺规划也会存在很大的差异性。为了保证生产的正常进行，企业中往 往采用传统的、成熟的工艺规划。在c a p p 中，不仅需要产品的设计信息，还需要相关的工艺信 息。工艺规划本身就很复杂，而c a p p 系统又几乎无法从c a d 系统中直接获取它所需要的设计 信息，这也就是c a p p 系统至今尚未形成真正有效的商品化的软件产品的原因。由于c a p p 无法 和c a d 紧密集成，即使在许多c a d c a m 一体化的软件中，有关的工艺信息仍需要用手工通过 交互的方式进行信息的交换，所以通用的3 c ( c a d c a p p c a m ) 集成遇到了无法逾越的障碍。 p d m 系统可以把与产品有关的信息统一管理起来。并将信息按不同的用途分门别类地进行有 条不紊的管理。c a d 、c a p p 、c a m 之间无须直接交换信息，不同的c a d c a p p c a m 系统都从 p d m 系统中提取各自所需要的信息，再把结果放回p d m 系统中，从而真正实现了3 c 的集成。 2 、p d m 是企业信息传递的桥梁 过去手工设计时，全部技术图纸资料均由资料宣统一管理。设计部f i n n 企业计划管理部门之 间的信息是用纸介质的图纸、技术说明书和更改单等通过人工进行传递。自从采用c a d 技术以 后，大部分资料存放在计算机内。原来的资料借阅制度已不适应c a d 技术的发展，如何解决信 息的传递和数据共享也是需要解决的问题。p d m 系统作为3 c 的集成平台，是沟通设计部门和 m i s 及制造资源规划系统m r p i i 之间的信息传递的桥梁，m i s 和m r p i i 从p d m 的集成平台可以 自动得到所需的产品信息，如材料清单b o m 等，无需用人工从键盘重复输入。 3 、p d m 是企业全局信息的集成框架 所谓“集成框架”，即在异构、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。因此，集成框架应该具有良好的开放性和扩展性，并能提供合适 的应用集成接口。p d m 系统恰好满足了这种要求。p d m 在突出产品数据管理的基础上，正逐步 完善其作为制造业领域集成框架的功能，为c i m s 应用的实施提供更强有力的自动化环境。 1 3p d m 在先进制造技术中的地位 在“十五”8 6 3 计划先进制造与自动化技术领域立项建议书中把基于c o r b a 的c i m 集成平 台与集成框架，企业级产品数据管理技术作为系统集成与优化技术专题中基础应用的关键攻关技 术，把新型的p d m 系统作为目标产品原型p ”。 面对竞争的压力，企业一直把上市快、质量高、成本低和服务好( t q c s ) 作为竞争的目标。 如何把企业的计算机辅助设计、制造、管理和质量保证等技术子系统有机地集成在一起、人组织、 7 浙江大学硕士学位论文第一章绪论 经营管理和技术的集成，以及产品全生命周期中的信息流、价值流和物流的集成优化，相应地转 变制造管理模式，如并行工程、敏捷制造、拟实制造和企业经营过程重组( b p r ) 等，是实现t ( t i m e ， 交付时间) 、q ( q u a l i t y ，质量) 、c ( c o s t ，成本) 、s ( s e r v e r ，服务) 的根本方法【4 】【5 h 1 2 i 。 然而，要解决这一系列的集成问题，只采用原来的集成支撑工具：网络、数据库已不能满足 现在的集成需要。p d m 系统作为系统集成框架，是企业内各类应用系统进行信息集成、功能集成 和过程集成的软件系统，通过企业建模，支持企业过程重组。现在企业要在激烈的竞争中赢得市 场，必须对企业的业务过程进行重组，将以前串行的开发过程尽量并行起来，将传统的串行设计 工作模式变为并行工作模式。 p d m 基本原理是，在逻辑上将各个c a x 信息化孤岛集成起来，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c i m s 的技术基础( 如图1 2 ) 1 6 3 j 。 图1 2 产品数据管理是c i m 哲理的核心组成部分 8 1 4p d m 应用现状与实施策略 1 4 1p d m 的应用现状 p d m 的应用领域十分广泛，包括机械、电子、汽车、航空航天以及非制造业等。p d m 的应 用除了美国、欧洲以外，在其他地区发展也十分迅速，如亚洲的日本、韩国和南美的巴西等。p d m 系统的文档管理、变更控制、配置管理与信息跟踪等方面得到广泛的应用，并把其作为支持企业 重组、并行工程的“使能”技术。目前全球范围内大的商品化p d m 软件不下1 0 0 种，但主要的 p d m 系统限于几家，包括s d r c 公司的m e t a p h a s e ，p t c 公司的i n t r a l i n k 和w i n d c h i l l ，e d s u g 公 司的i m a n ，i b m 公司的p r o d u c t m a n a g e r 。d o c u m e n t u m 公司的d o c u m e n t u m ，e i g n e r & p a r t n e r 公 司的c a d i m e d u ，a d r as y s t e m s 公司的m a t r i x , a u t o d e s k 公司的w o r k c e n t e r 等。各种p d m 产品虽 然在功能、系统结构和使用方法等方面各不相同，但都表现出一些共同的趋势，主要有如下几方 面： 1 )提供企业信息建模方法论和相应的工具支持： 2 )广泛应用面向对象的系统分析和设计技术； 3 ) 基于i n t e m e f f l n n a n e t 平台发展p d m 产品 4 ) 系统的开放性； 5 )支持快速定制的客户化系统。 为迅速提高我国企业计算机应用水平，促进科技进步和我国新技术的发展，国家科委把“c a d 应用工程技术开发与应用示范”项目列为“九五”重中之重项目。我国c a d 应用推广正沿着“甩 图版一集成化产品工程信息一网络系统集成- - c i m s ”的技术路线，分阶段、有步骤地全面展开。 目前国内大部分企业的c a d 应用尚处在未起步和“甩图版”的初始阶段，实施p d m 能够满足企 业在“甩图版”和消灭蓝图之后，规范基础信息、发挥网络效益、共享工程数据，从而促进c a d 应用上层次、上台阶的需要。 我国从九十年代初开始研究和开发p d m 系统，1 9 9 7 年国家技术研究中心也立项开始了p d m 商品化项目的招标，国内近年来有关p d m 的研究和产品开发正在迅速发展，比较成熟的商品化 p d m 系统主要有：浙大的g s - p d m 、清华的g h p d m s 、华软公司的i n t e l p d m 、同创p d m s 、凯 思p d m s 等。相比国外的同类产品，国内的p d m s 产品普遍存在功能不够完善、开放性差等缺点， 要想真正和国外产品竞争，必须在功能、稳定性、开放性和引入新思想新技术等方面做进一步的 努力。 随着计算机应用的迅速发展，采用计算机辅助设计技术和先进的信息管理技术是企业技术改 造、提高产品竞争力的必由之路，p d m 是其中重要的、关键的技术。企业对p d m 系统的需求和 p d m 系统的销售额在荚国近几年达3 0 的增长速度，近5 0 的企业希望采用p d m 技术。据美国 c i m d a t a 公司的统计，1 9 9 3 年全世界制造业p d m 软件及服务的市场贸易额达3 5 2 亿美元，1 9 9 4 9 年达4 7 8 亿美元，提高3 6 ，1 9 9 5 年达6 8 4 亿美元，1 9 9 6 年达8 5 亿美元。1 9 9 9 年达到1 6 亿 美元，2 0 0 0 年超过1 9 亿美元”“。 国内企业对p d m 系统的需求也是越来越迫切，我国是一个具有百万企业的大国，随着全社 会信息化进程的推进，制造业中越来越多的企业认识到了在集成环境下由p d m 系统来组织存取 和管理产品数据的重要性。预计在今后五年内，我国将有3 0 的企业使用p d m 系统p 。 在国外，p d m 系统已经有了成功实施的事例。波音公( b o e i n g c o m m e r c i a la i r p l a n eg r o u p ) 在运用m s 3 ( 企业成功方程式) 仔细评估后，结论是要扩大市场占有率及降低成本以达到业绩目 标之要求，白1 9 9 4 年起，即陆续投入超过4 0 0 万美元来搭建其跨企业的p d m 系统，此系统已成 功降低了2 5 的开发时间。福特汽卓( f o r d m o t o r sc o m p a n y ) 为达成2 l 世纪的企业目标，提出f o r d 2 0 0 0 方案，以提升整体竞争能力，其中与电脑工程技术有关的部分叫c 3 p ，意指 c a d c a m c a e ，p i m 。其中p i m 即为p d m 。f o r d 在进行此方案特别成立一个p r o g r a mo f f i c e 专 负责导入及评估。据保守估计，目前虽仍在试作阶段，f o r d 在其总部( d e a r b o r n ，i l l i n o i s ，u s a ) 即 己使用超过8 0 0 0 个c a d c a ml i c e n s e s ，1 2 0 0 0 个p d ml i c e n s e s ，成效斐然。目前台湾亦已有较 多具有前景的企业也纷纷评估或导入p d m 系统f ”】。在国内，目前尚无真正成功的企业级应用。 但随着c a d c a m c a e c a p p 的软件在我国企业的不断应用，越来越需要实施p d m 系统来管理 大量的产品数据和把各个信息“孤岛”联系起来，实现企业级信息共享。 1 4 2p d m 系统实施策略 1 ) p d m 的实施是一项系统工程。应注意实施方法学，而非技术细节。p d m 的实施不是确定 一个简单的技术方案，它需涉及企业组织结构和开发过程模式的转变，是一个自顶向下的系统工 程，企业领导的态度将直接影响着p d m 实施的进度，同时也要不断更新企业员工的观念，尽可 能地减少实施过程的各方面阻力。 2 ) p d m 的实施可以建立在一定的c a x 应用的基础上，也可与c a x 技术同时上，但前提是 必须制定企业的整体规划和实施方案，c a x 必须站在一定的高度上，积极借鉴成功的经验。 3 ) p d m 实施前应根据企业的具体需求，做好系统规划。购置软件，确定分期实施的阶段目 标等，充分做好备方面的技术准备。 4 ) p d m 的投资是一个长期的过程，不可能只作一次性投资。它不仅是只购买一个软件，而 是包括大量的客户化工作，以及人员的技术培训和企业的过程重组等。 5 ) p d m 产品的选型应考虑软件的各个方面，如产品功能、系统开放性及系统集成能力，供 应商的技术服务。国内是否有实施该软件的成功范例等。 6 ) p d m 实施的初期不应该是包罗万象。应注重各阶段的实旖目标，先建立工作组级的p d m 系统，最后逐级的推广实现企业级的p d m 系统管理。 我国制造企业应针对自己的具体需求购置所需的p d m 系统，不应盲目跟风。因为p d m 系统 实施涉及面宽，投资高，见效慢，并且实施的失败将严重挫伤企业各方面的积极性，如若不能充 分认识其中的各种困难，最后的结果将是非常可悲的。 1 0 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 1 5 本论文的研究内容 如上所述，p d m 技术是并行工程和c i m s 工程的“使能”技术，是企业集成化的信息平台， p d m 系统能有效地提高企业的管理水平和产品开发能力，进而提高企业的竞争力和生存能力。本 论文在分析我国制造企业对p d m 需求的基础上，对p d m 的若干关键技术问题进行了研究，并致 力于p d m 原型系统的开发。 本论文分为六章，内容安排如下： 第一章绪论。介绍p d m 技术的发展，我国制造企业对p d m 的需求，p d m 在企业和c i m s 中的地位和作用以及p d m 应用现状和实施策略，最后介绍本论文的研究。 第二章p d m 的原理和功能分析。分析p d m 的原理和企业级p d m 的功能需求以及这些功能 的实现形式。 第三章面向p d m 的产品数据对象模型。用面向对象的方法分析产品数据管理中的对象，并 给出p d m 集成产品数据对象模型。 第四章基于p d m 系统的集成技术研究。研究基于p d m 的集成技术，比较三种集成方式( 分 装、接口和完全集成) 的实现方法和优缺点。最后研究s t e p 标准的体系结构和组成，给出基于 s t e p 标准的集成产品信息模型的建立方法和步骤。 第五章p d m 原型系统开发。开发基于三层c s 结构的p d m 原型系统，该系统能满足产品 数据管理的基本功能，能对文档和产品结构进行管理。 第六章结论与展望。全文总结和后续研究工作展望。 塑垩查堂堡圭兰垡兰苎 苎三兰：2 兰塑墨翌翌生丝坌堑 2 1 引言 第二章p d m 的原理和功能分析 p d m 是一种利用数据模型对制造企业的产品形成过程进行管理的方法。p d m 的目标是，利 用一个集成的信息系统来产生为进行产品开发设计和产品的制造所需要的完整的技术资料。因 此，p d m 系统利用模块化的结构对产品的整个形成过程进行控制并对在该过程中形成的或需要处 理的数据和文档进行管理。p d m 系统如何完成对数据和过程的管理? p d m 系统需要哪些功能模 块来满足这些管理的需求? 本章在介绍p d m 的概念后给出p d m 系统通常采用的两种体系结构。通过对p d m 系统功能 的分析，把p d m 的功能分为三大功能，即对静态产品数据的管理、对动态产品开发过程的管理 以及辅助功能，并详细研究p d m 系统是如何完成这些功能的。 2 2p d m 的概念 目前关于p d m 的定义尚有争论，如g a r t n e rg r o u p 公司的d b u r d i c k 在1 9 9