PDM系统结构与主要功能

【导读】
PDM系统的内部构造是层次化的,PDM系统建立在操作系统、网络环境和关系型数据库的基础之上。PDM的体系结构由四层构成,它们是用户界面层、功能模块及开发工具层、框架核心层和系
2.1 PDM系统结构
2.1.1 PDM体系结构

   PDM系统的内部构造是层次化的,PDM系统建立在操作系统、网络环境和关系型数据库的基础之上。PDM的体系结构由四层构成,它们是用户界面层、功能模块及开发工具层、框架核心层和系统支撑层。如图2-1所示。
 
图2-1 PDM系统体系结构
 
   1、系统支撑层;以目前流行的关系数据库系统为PDM的支撑平台,通过关系数据库提供的基本数据操作功能,如存、取、删、改、查等操作,支持PDM系统对象在底层数据库的管理。

   2、框架核心层:提供实现PDM各种功能的核心结构与架构,由于PDM系统的对象管理框架具有异构操作系统、网络、数据库的特性,用户在使用PDM系统的各种功能时,实现了对数据的透明化操作、应用的透明化调用和过程的透明化管理等。

   3、功能模块及开发工具层:除了系统管理外,PDM为用户提供的主要功能模块有电子仓库与文档管理、工作流程管理、产品结构与配置管理、零件分类与检索、工程变更管理、集成工具等。

   4、用户界面层:向用户提供交互式的图形界面,包括图示化的浏览器、各种菜单、对话框等。通过PDM系统提供的图形化用户界面,用户可以直观方便地完成管理整个系统中各种对象的操作。它是实现PDM各种功能的手段、媒介,处于最上层。
 
2.1.2 PDM的功能结构
   当前国内外有多家厂商从事PDM的开发与研究,并有很多种PDM产品问世。这些产品虽然在功能上有一定差异,但就其核心功能上来看并未发生改变,主要围绕PDM的电子仓库与文档管理、产品结构与配置管理、版本管理、工作流与过程管理、零件分类管理、工程变更管理等,目前企业实施PDM也主要集中在实现这些应用功能上。一个PDM系统一般包括的功能结构,如图2.2所示。
 
图2-2 PDM的功能结构
 
   1、文档管理;这一功能是PDM的核心,它主要包括:文档的检入和检出;按属性搜索的机制;文档动态浏览;分布式文档管理;文档安全机制等。

   2、产品结构与配置管理:它是以电子仓库为底层支持,以物料清单(BOM)为其组织核心,把工程数据和文档联系起来,实现产品数据的组织和管理,并向用户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述。

   3、工作流/过程管理:这一功能是用来定义和控制人们创建和修改数据的方法,它主要包括:面向任务或临时插入或变更的工作流管理:规则驱动的结构化工作流管理;图形化工作流设计工具等。

   4、零部件分类和查询管理:提供零部件的分类和成组技术管理。应用分类与查询管理功能可以很容易地查询、存取、浏览设计的信息,诸如文件描述、作者、部门、版本号和零件与项目问的连接关系等。

   5、项目管理:对项目、任务进行管理,并对项目的开发过程及其进度进行管理与监控。

   6、系统及权限管理:包括用户、工作组、角色、角色分配、权限、安全级别等内容,文档和图纸必须得到安全控制以防止非法删除、拷贝和修改。电子仓库是PDM系统的基础,一般建立在关系型数据库基础之上,能够保证产品数据的安全性和完整性,并支持各种查询和检索功能,是其它功能模块的基础。




 
2.2电子仓库与文档管理
2.2.1文档管理的对象

   在产品的整个生命周期中与产品相关的信息是多种多样的,这些信息以文件或图档的形式存在,统称为文档。它们包括一般说明性文字,如设计任务书、产品设计说明书等;工程设计与分析数据,如二维图纸、三维模型等;以及规范数据如设计规范、工艺规程等。企业中的文档主要包括了以下内容:

   (1)原始档案。包括合同、产品设计任务书、需求分析、可行性论据报告和产品设计说明书等文件。

   (2)设计文档。包括工程设计与分析数据。在工程设计数据中,一部分是各种设计过程的规范和标准,以及产品的技术参数:另一部分是设计过程中生成的数据。另外,还有产品模型数据、产品图形信息、各类测试报告、验收标准及加工NC代码等。

   (3)工艺数据。工艺数据是指CAPP系统在工艺设计过程中所使用和产生的数据,可分为静态与动态两类。静态工艺数据主要是指工艺设计手册上已经标准化和规范化的工艺数据,以及标准工艺规程等:动态工艺数据主要指在工艺决策时所需的规则,主要分为选择性规则和决策性规则两大类。

   (4)生产管理。生产管理指的是对产品生产过程的计划与管理。生产中的数据可分为两类:一类是基础数据,这类数据比较稳定;另一类是动态数据,这些数据有一定的时间性,且相对比较独立,不受其他数据存在与否的影响。

   (5)专用文件。如电子行业的电气原理图或布线图、印刷电路板图和零部件结构图等。
 
2.2.2文档分类
   文档具有不同的分类方法,有按照文件的来源进行划分的,有按照文件的动静态特征进行划分的,比较典型的是按照文档存在的状态进行划分,将其分为五种类型:

   (1)文本文件。它存储了一般说明性文字,由文字处理软件生成。

   (2)图形文件。它存储了产品模型的设计信息和基本属性,其中包括机器或零部件的立体模型、二维零件视图和装配视图、几何尺寸、视图比例、产品的材料、重量和数量、技术要求以及设计物料清单等。它主要是由CAD软件产生。

   (3)数据文件。它存储了所有在图形文件中没有描述的产品数据,有些在图形文件中已经描述的产品属性数据也会出现在这种文件之中。这些数据包括各种物料清单;产品原材料的各种性能指标、产地、价格、供应厂商;在设计、制造过程中进行分析、模拟、检测和验收所产生和制定的数据;各种标准、设计规范、工艺规程等数据;生产统计、库存数量以及各种报表等。这些数据往往以二维表格的形式进行存储。目前这类数据绝大多数都是利用数据库管理系统进行管理。

   (4)程序文件。它存储了各种加工程序、管理程序和其它应用程序。

   (5)多媒体文件。它存储了用多媒体手段制作的产品信息。这些文件含有真实感的图像、声音和动画效果,主要用于产品的宣传、产品的加工、使用以及维护的培训指导。
 
2.2.3文档管理的功能
   文档管理的功能包括以下几个方面;

   (1)文档对象的浏览与导航。该功能可按对象属性进行文档查询,即可根据文档的类型、名称、状态、所属的项目、文档所有者等属性进行查询。对文档对象的浏览,既可以查看文档的属性概况以作总体浏览,还可以利用PDM系统的文本编辑器打开该文件,浏览文件的具体内容,并在权限许可时直接进行修改。在有其他载体编辑器的情况下,还能浏览图形文件、多媒体文件等。文档对象的浏览与导航能满足PDM用户方便、快捷地查询并获取所需要的当前或过去的技术资料,减少重复设计,从而大大缩短系列产品以至新产品设计的时间。

   (2)文档的分类归档管理。该功能提供按照不同类型的文档进行分类查询、分类归档,使各类文档在系统中不再是杂乱无章的,而是按照文档类型有序管理,一方面缩短了信息查询时间,另一方面使得相关产品信息的描述更直观、更清晰。

   (3)文档的版本管理。在产品设计过程中,经常存在设计修改的情况。例如,CAD对产品零部件结构的修改,将引起材料明细表文件的改变,进而影响CAPP产生不同的工艺规划,还会带来制造等其他方面一些连锁变化。在这种情况下,如何保证前后数据的一致性是非常重要的问题。通过文档的版本管理,可将文档的每一次变化设置为不同的版本,建立不同版本问的对应关系,以保证在特定的时间阶段对应特定有效的数据。

   (4)文档的安全控制。文档在计算机中存放是否安全,是否会由于意外事故而丢失,会不会有非法的复制、修改和调用,即保密性如何,这是文档管理的主要问题。PDM通过将文档放置于不同的电子仓库中,对不同的用户赋予不同的操作权限,使得他们只能在规定的权限下处理规定范围内的文档,保证各类文档不被非法盗用和修改,从而保证文档在计算机中的安全性。其次PDM可以将提供给其他用户共享的文档,放置在专用的共享电子仓库中,只有对共享电子仓库具有查询权限的用户才能看到相关的资料。此外,为了防止意外事故造成不必要的损失,系统还提供定期数据备份的功能。
 
2.2.4电子仓库
   PDM系统管理的是企业的产品数据,这些数据是由企业的各个部门的人员,根据各自的工作任务,利用各种应用软件产生的。它们被存放在各种文件之中,这些文件具有不同的文件格式,最初存储于个人的文件夹之中。PDM系统要确保数据的一致性、完整性和安全性,就要把这些文件统一存放起来,置于PDM系统的控制之下。这个任务是由电子仓库来承担的。
 
   电子仓库是PDM最核心的模块,一般建立在关系数据库的基础上,它是一个逻辑单元,连接数据库和数据使用界面。它一般由管理程序、数据库管理系统和专用存储区组成,如图2.3所示。它的作用是:把各种文件存放在专用存储区中或从专用存储区中取出文件,并在存取过程中由管理程序产生这些文件的元数据(Meta data)。
 
图2-3电子仓库
 
   元数据是管理数据的数据,用于资料的整理、查找、存取、集成、转换和传送。它包括:指向文件实际存放地址的指针,文件的操作状态和版本状态,文件的分类信息,文件使用权限信息及其它的控管信息等。元数据在信息寻找时提供设定查询条件的属性。元数据存储在数据库中,支持PDM系统所执行的功能,保证数据的安全性和完整性。
 
   电子仓库的工作原理是:当把文件存入时,首先在数据库中产生一条记录,用以记录这个文件的各种信息,例如文件名称、作者、存入日期、文件状态标志等等。然后,把这个文件存入到专用存储区中,再把文件的地址指针存入记录。当把文件取出时,PDM先到数据库中找出这个文件的记录,然后根据记录中的地址指针找到这个文件,拷贝这个文件交给操作者,并且更改这个文件的状态标志。每当进行这些操作时,PDM都要对操作者的操作权限进行检验。PDM根据操作者的操作权限和被操作文件的状态对文件进行管理。




 
2.3产品结构与配置管理
   产品结构与配置管理是PDM系统的一个重要组成部分,是产品生命周期中与各种功能和应用系统建立直接联系的重要工具。作为产品数据组织与管理的一种形式,产品结构与配置管理是以电子仓库为底层支持,以BOM(Bill of Material,物料清单)为组织核心,把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来,实现产品数据的组织、管理与控制,并在一定的目标或规则的约束下,向用户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述,如设计视图、装配视图、制造视图、计划视图等。
 
2.3.1产品结构
   产品是由一系列互相关联的零部件组成,因此产品可以按照零部件进行分解,部件再迸一步分解成子部件,直到零件为止,由此形成的分层树状结构,成为产品结构树。在产品结构树中根节点代表产品(或部件),枝节点和叶节点分别表示部件(或子部件)和零件。
 
   在如图2-4所示的例子中,产品汽车是根节点,汽车由发动机、底盘等组成,所以发动机、底盘等是汽车的下一层节点。发动机由发动机轴等组成。发动机轴是零件,不能再分支出节点,所以发动机轴节点是叶节点。
 
图2-4产品结构示意图
 
   一个产品的装配图中的物料清单BOM(Bill Of Material)反映了产品的具体结构,描述了产品结构中各零部件的层次关系,零件的数量、材料、自制件还是外购件等信息。
 
2.3.2产品结构管理
   企业人员在产生和修改产品数据的时候,经常需要查阅产品资料。而要在大量的产品资料中,通过计算机文件系统找出自己所需要的资料要花费大量的时间。当某个零部件进行了修改,所有使用了这个零部件的产品资料都要进行相应的修改。这就需要在所有产品资料中进行“此零部件被哪些部件采用”的查询。这种查询不是仅仅依靠查询文件名所能做到的。在企业中,还有许多与查询产品资料直接相关的问题。如何组织、管理产品数据,成了现代企业提高生产效率所必须解决的问题。产品结构管理就是组织、管理产品数据的一种有效形式。
 
   产品结构管理功能主要是按照产品结构组织产品数据,使用户能够定义产品结构,按照产品结构的层次关系把产品、部件和零件关联起来,把它们与描述它们的数据资料关联起来。以此支持对产品数据的查询,支持自动创建物料清单。
 
   产品结构管理的主要功能包括以下几点:
   (1)产品结构层次关系管理
   产品结构层次关系管理是指对单一、具体产品所包含的零部件的基本属性的管理,并维护他们之间的层次关系。利用PDM系统提供的产品结构管理功能可以有效、直观地描述所有产品相关信息。
 
   在产品结构树中,每个零件、部件对象都有自己的属性,如零(部)件标识码、名称、版本号、数量、材料、类型等等。在PDM中查询零部件时,可以按照单个或多个属性进行单独或联合查询,以获得零部件的详细情况,如按照类型为“外购件”的属性查询,可得到采购部门关心的信息。
 
   (2)基于产品结构的文档关系管理
   在产品的设计、制造、销售和维护过程中都使用和产生大量的技术文档资料,通过产品结构能有效地定位与检索与产品及过程有关的技术文档。产品结构也是销售部门确定客户定制产品的构形依据,维修服务部门通过产品结构了解所需要的零配件等。
 
   (3)产品结构设计方案管理
   通常产品的设计过程是个连续、动态的过程。一个设计对象在设计过程中不断修改,会产生许多设计方案。方案不仅包含了设计对象在当时的全部信息,而且还反映了该方案的设计对象和与其相关联对象的联系,例如,零部件对象方案与文档版本的关联性。一个对象的多个方案间应该有联系,并且还应最终确定一个满意的方案。
 
2.3.3产品配置管理
   单一形式的材料明细表和简单的版本管理并不能满足企业复杂产品信息管理的需求,BOM作为企业进行设计、生产和管理的核心,不同部门的需求有不同的形式。比如在生产部门中,他们只需要知道需要自己生产的零部件的制造BOM表;对于采购部门需要包括原材料及标准件、外购件信息的采购BOM表;财务部门更关心的是反映零部件成本核算情况的财务BOM表,设计部门作为产生BOM表的源头,应该提供涵盖以上各方面信息的、最为全面的设计BOM表。
 
   设计BOM表信息与其他BOM信息的关系相当于集合概念中的全集与子集的关系。另外,产品设计中的同一产品不同批次及同一批次的不同阶段(如设计、制造与装配等),需要有不同的BOM描述。为了满足上述要求,必须将产品结构中的零部件按照一定的条件进行重新编排,得到特定条件下特定的产品结构,称为配置。其中的条件称为配置条件。用各种不同的配置条件形成产品结构的不同配置,称为产品结构的配置管理。
 
   产品配置管理是对产品结构管理的扩展,能够很好的满足对产品多样性管理的要求。它也很好的体现了一种设计的方法学:对一个产品的设计首先是进行功能的分解,然后决定实现这些功能的部件,最后对各个部件进行具体的设计。产品配置管理的目的是为了提供这样一种能力;根据用户给出的配置需求,基于单一、通用的产品结构(或产品族结构),选配出完全或部分满足需要的零部件及其产品结构。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、装配视图和工艺视图等。




 
2.4工作流程管理
   不论做什么工作,都有一个工作过程。这个工作过程可以分解为各个工作步骤,每个工作步骤完成若干个操作。各个工作步骤之间,根据所要完成任务的性质,有一定的先后顺序。所以,为了完成某项任务,按照一定顺序进行一系列工作的过程称作工作流程。
 
   工作流是针对工作中具有固定程序的常规活动而提出的一个概念。通过将工作活动分解成定义良好的任务、角色、规则和过程来完成执行和监控,达到提高生产组织水平和工作效率的目的。工作流技术为企业更好地实现经营目标提供了先进的手段。
 
   工作流管理模块定义并控制数据操作的基本流程,管理当用户对数据进行操作时人与人之间或活动之间的数据流向。以及在一个项目的生命周期内跟踪所有事务和数据的流动。工作流管理按照管理的范围和功能进行划分,一般可分为2种:工作流程管理与任务管理。
 
   (1)工作流程管理:对于产品的设计开发,往往是对其设立一个项目,在项目的下面又分解成几个任务,然后再进一步细化。在一个项目中,小到一张工程图纸的审批、发放或更改,大到零部件设计、分析、制造,都是面向群体工作的,同时依照一定的流程行事。例如,一张图纸需要根据设计意图由设计师生成实体模型并成图,然后交给同组工作人员进行审核,未发现问题。再交由项目负责入审批、签字,最后正式发布给其它部门(如生产、组装部门),并交由图档管理部门归档。在同一个企业中,类似这样有一定约束的工作流程数以百计,千变万化,即使是工程图纸的审批、发放,对于不同部门,不同性质的图纸,其流程也不一样,更何况PDM系统的工作流管理要面向不同企业,所以工作流的定义和管理工具必须有很好的灵活性,以适应各企业自身的组织、经营、管理风格I硐。
 
   (2)任务管理:设计人员在零部件的设计过程中,往往需要对设计进行不断的更改。由于产品的设计不大可能由一个人完成,往往是一个设计组或者更多的单位协同设计的过程,因此在产品的开发过程中其他设计人员需要考虑他的设计思想。虽然每个人的任务不同,但是他们的工作都是交互进行的,一个人的设计改变了,其他人的设计也必须随之变化。当其中一个设计人员更改他的设计时,他必须通知每一个楣关人员。或者工作小组的负责人在认为你的设计不合理的情况下,那么设计人员必须重新考虑。任务管理的功能就是让整个工作群体在不孤立的情况下协调统一地进行产品的设计,不然产品的设计必然是混乱和低效的。当设计有所变化时,就必须以一定的方式(比如电子邮件)通知相关人员。
 
   工作流程管理的系统功能包括:定义并建立工作流程、运行并控制工作流程、查看流程中文档的状态等。定义并建立工作流的方法有:定义产品的开发流程、定义数据的审批流程、指派流程的用户。工作流程的运控器可以将每个参与人员的任务放到个人的工作任务列表里,每个参与人员从计算机中可查看到自己工作任务列表中列出的工作任务,在流程的规定下并行的工作。系统应该具有电子邮件接口,还能在用户开机时同时提示目前已有工作任务的消息。
 
   在工作流运行的过程中,任何授权的用户都能看到流程执行的情况、流程中文档的确切位置、浏览过程的历史以及执行的结果注释。管理员可以根据过程的 完成情况检查各个人员工作时间是否超期,以便做出相应决策。




 
2.5系统集成
   各企业的情况千差万别,用户的要求也是多种多样的,没有哪一种PDM系统可以适应所有企业的情况,这就要求PDM系统必须具有强大的客户化和二次开发能力。现在大多数PDM产品都提供了二次开发工具包,PDM实施人员或用户可以利用这类工具包来进行针对企业具体情况的定制工作。同时,PDM系统是企业信息化操作的平台,应具有与其它系统,例如与CAX系统、ERP系统等的集成功能。
 
   与CAX集成:通过结合CAX系统的开发接口和PDM提供的API函数,在二维CAX系统内部开发基于PDM系统的客户端程序。通过这个客户端程序可以实现CAX系统直接访问PDM内部存储的数据,直接从PDM内部提取装配结构信息和零部件信息,并自动生成在CAX图纸的明细表和标题栏上。同时,还可以在生成标题栏时,根据图纸上的信息,将新的装配结构信息和零部件信息自动反映在PDM系统内,实现信息互动,而且相关的图档也可以通过图档注册功能,从CAX系统自动挂接到PDM系统中的产品结构上。
 
   与ERP的集成:ERP是企业资源计划Enterprise Resource Planning的缩写, 是应用于生产与库存控制方面的一种先进的管理思想和管理方法,对于企业资源的管理具有整体化、集成化和智能化的特点。正在发展中的产品数据管理系统和企业资源管理系统(ERP)的集成,将很大程度地促进设计、生产、采购和销售等部门间的沟通和交流。
 

  • 2019-01-03 10:45
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