产品数据管理(PDM)的关键技术

【导读】
摘要:论述了产品数据管理技术的产生背景和研究内容,提出产品数据管理系统的功能组成与结构模型,研究了产品信息库模型、系统集成工具、系统可适应性、产品信息一致性维护等
   摘要:论述了产品数据管理技术的产生背景和研究内容,提出产品数据管理系统的功能组成与结构模型,研究了产品信息库模型、系统集成工具、系统可适应性、产品信息一致性维护等产品数据管理关键技术及其发展方向。
 
   在产品设计和制造的过程中会产生很多信息(如图1所示),这些在产品生命周期内产生的与产品相关的信息统称为产品数据。兴起于20世纪80年代的产品数据管理(PDM)技术为并行工程(CE),虚拟制造(VM)和计算机集成制造(CIM)等先进制造技术的实施提供了面向产品、高度集成的产品数据管理平台,它是先进制造技术的核心技术之一,是企业应用先进制造技术的必要条件。笔者论述了PDM系统的主要功能,指出PDM的关健技术及其研究方向。
 
图1产品数据
 
1 PDM技术产生背景
   计算机技术出现后,在产品设计和制造过程中得到广泛应用,CAD(计算机辅助设计),CAM(计算机辅助制造),CAPP(计算机辅助工艺规划),CAE(计算机辅助工程)和MRPⅡ(制造资源规划)等各种计算机辅助(CAX技术极大地提高了人们处理产品数据的能力。另一方面,从产品数据存储、流动和管理的角度来看,设计与制造手段的计算机化又给企业带来了许多新问题。
 
   产品设计和制造过程中,企业各部门间需要传递大量信息(如图2所示)。传统生产模式中,纸介质是最直接、最自然的信息交流手段—工程师将需要表达的信息记录在图纸上,然后传递给其他人员。CAX技术出现以后,工程师们开始用计算机完成设计任务,以文件存储设计结果。
 
图2企业的信息流
 
   起初沿用传统的信息交流方式,即将电子信息输出到纸张,然后传递给其他人员。逐渐地人们发现这种方式的缺点:

   (1)造成不必要的重复工作。例如,设计部门使用CAD系统完成设计以后,在输出设备上生产图纸.工艺部门再根据图纸,将与制造有关的信息送入CAPP系统进行工艺设计(如图3所示),在这个过程中很大一部分工作是重复进行的。

   (2)信息交流具有滞后性,造成不必要的返工。
 
图3传统的信息交换模式
 
   导致这些现象的根本原因,是高效率的信息处理能力与落后的信息交换手段之间的矛盾。现代企业中,产品模型通过应用CAX技术建立,其特点是产品数据数字化,产品信息以文件的方式存在。以计算机网络为基础、传递“电子文件”是现代企业信息交流的主要特征。传统信息管理手段已经无法满足以CAX技术为基础的生产方式需要,人们开始研究新型生产模式下产品数据的管理技术,即PDM技术。
 
2  PDM系统的功能与结构
   PDM系统的逻辑结构如图4所示,可以看出PDM系统有以下一些特点:
   (1)PDM系统可以分为两部分,即面向信息集成的系统集成工具和面向用户的PIN功能模块,其核心是单一的产品信息模型。
 
   (2)产品数据包括了产品生命周期内各阶段的信息,这些信息在物理上是分布的。系统集成工具通过合理的提取、过滤和转换产品信息,实现CAD,CAPP,CAM和MIS系统间的信息集成。
 
   (3)计算机网络是PDM系统的基础.只有在建立了网络以后,PDM系统的实现才有意义和可能。
 
   (4)与以前的CAX技术不同,PDM不是信息处理技术。PDM将与产品生命周期有关的信息集成到一起,用统一的逻辑结构进行储存和管理,实现产品数据的共享、交流和重组,从而为高效率的电子信息交流提供一个面向产品、高度集成的管理平台。
 
   PDM的管理作用一是结构性的,即从企业管理的角度看,它能够向企业各部门提供面向产品的管理方式,直观方便地全面管理、紧密跟踪和实时查看与产品有关的电子信息,并且确保这些信息的一致性和实时性;二是时间性的,即从产品生产的过程看,它为产品的设计、审查、批准、更改、工作流优化和版本管理提供了有力保障。
 
3 关键技术及其解决途径
3.1 信息的集成化
   如图4所示,产品信息模型是PDM系统的核心,通过合理定义产品信息模型结构及其操纵语言,让所有用户均使用同一数据模型完成其工作,不仅可以避免数据冗余,而且容易保持产品数据的一致性和完整性。可以STEP标准为基础进行产品信息模型的研究。
 
 
   系统集成工具是信息交流的“交通枢纽”,其作用是以产品信息模型为中心,在应用系统间进行数据转换,包括:
 
   (1)CAI)系统之间的几何信息转换;
 
   (2)基本几何信息与几何特征的转换;
 
   (3)设计信息与制造信息的转换;
 
   (4)设计信息与管理信息的转换。
 
   信息集成的主要研究方向有:
   (1)标准化。目前已经制定的与产品数据有关的数据交换标准有DXF,IGES和STEP等。不仅产品信息模型结构应该标准化,产品信息的存取方式也应该标准化。应该制定一套能够涵容所有产品信息及其操作模式的标准,这是彻底解决信息集成问题的根本出路;
 
   (2)智能化。传统的CAD软件应用历史约有30年,目前仍被大量采用,因此这类软件的信息集成是PDM研究中不可回避的问题。传统CAD数据模型是基于几何元素的,很难存取除几何信息外的其他产品信息,信息集成工作非常困难,必须引入智能化技术。
 
3.2 产品信息的快速浏览、查询与圈阅
   PDM系统为企业各类人员提供了快速浏览和查询产品信息的集成平台,其功能包括:
 
   (1)建立面向产品的文件管理方式。
   一个企业需要管理数以万计的数据文件,这些文件存储在众多的计算机上(分布),文件结构互不相同(异构),因此通过文件/目录方式管理产品信息非常困难。PDM系统围绕产品信息内在的逻样关系,向用户提供了一个面向“产品结构”的信息管理平台,其逻拜结构见图5。
 
 
   (2)产品信息的快速查询
   用户给定被查询信息的关键字(如图号)及其内容,迅速找到与该信息有关的产品数据。应用数据库查询技术,这部分功能比较容易实现。
 
   (3)异构文件的快速浏览
   在实际应用中,某个产品的产品数据往往由不同类型(异构)的文件组成。PDM系统提供了快速浏览异构文件信息的功能。其主要工作是建立与各应用软件的信息转换接口。数据交换标准、DLL(Dynamic Linking Library)技术和OLE(Object Linking and Embedding)技术为实现异构文件的快速浏览提供了道路。
 
3.3 权限管理
   在产品研制过程中,不同人员拥有不同权限,如总工程师可以修改总体设计方案,其他人则不能。在新型生产模式下,由于信息的保存和管理完全由计算机处理,因此容易发生产品泄密、设计被随意更改等严重问题。利用网络系统和数据库管理系统的权限设置功能可以实现产品信息的权限管理。
 
3.4 版本管理
   产品设计活动具有继承性,一般情况下总是通过改进原先设计来实现新的需求。同时产品设计活动又具有反复性,产品性能的改进不可能一次成功,总是曲折向上。对于当前时刻的产品设计来说,该产品每个历史阶段产生的产品数据都可能是有用的。因此,PDM管理的不仅仅是当前时刻的产品数据,而应该包含从产品诞生到当前时刻内产生的所有与产品有关的数据。
 
   如图6所示,开发是一个循环过程。产品研制出来后,用户会提出修改意见,设计人员需要改进其设计,以满足用户新的需求。只要产品有用户使用,这种椭环就不可能结束。某一次循环由用户提出需求开始,到企业生产出满足需求的产品结束。把一次循环中生成的产品数据称为该产品一个版本"的产品数据。
 
3.5 工作流优化
   产品研制过程由多个工作环节组成(如图6所示),各环节之间有严格的先后顺序,这种先后顺序不能颠倒,否则将影响产品的质量和研制周期。另外,不同工作阶段需要不同的信息内容和参与人员。确保产品开发的正确顺序及在产品开发的特定时刻获取正确的信息、通知正确的人员加与,是PDM技术的一个重要问题。
 
3.6 PDM系统的可适应性
   产品数据管理模式既有普遍性,又有特殊性。PDM系统应该在解决共性问题的基础上,适应不同国家、不同行业、不同企业的各种管理模式。可以考虑引入专家系统中的重要概念—规则,将PDM框架系统与具体的管理模式分离。用户能够通过修改规则,使PDM系统本地化。
 
3.7 产品信息的一致性
   某个产品信息可能同时在几个文件中出现(如材料“信息,分别出现在计算模型、产品图纸等中)。这些信息相互关联,只是描述的视角不同。某些文件存储的信息是基础性的,称为原始信息。另外一些文件存储的信息是由原始信息经过提取和转换后得到的,称为派生信息。维持原始信息与派生信息之间的一致性是PDM系统的重要功能之一。
 
   有两种处理一致性问题的策略:
   (1)采用一体化数据库,即关联信息只在一个文件中存在定义,其他文件中存储对该信息的引用关系。
 
   (2)采用数据仓库技术,关联信息在所有文件中都存在定义,但是派生信息只能查询,不能修改。当原始信息发生变化时,系统自动更新与其对应的派生信息。前一种方案的特点是可靠、效率高,但有较大局限性,要求企业使用的应用软件是同一家公司的产品,往往被经济实力雄厚的大企业采用。第2种方案灵活性好,企业不需要更换原先使用的应用软件,可以平滑地过渡到PDM管理。
 
   一致性维护的主要技术难点有:
   (1)图形数据库中管理信息的快速存取。图形数据库是面向交互式图形系统设计的,具有很强的图形元素处理能力,但是不具备以字段方式存取和检索管理信息的能力。

   (2)零件几何形状的一致性维护。特征技术和尺寸驱动技术是解决该问题的关键。
 
4 PDM技术的研究现状及发展方向
   PDM技术的研究已经进入到成熟应用阶段,重要的理论研究成果有“产品数据交换标准STEP”和SDRC公司提出的“主模型技术”等,出现了一些商品化的PDM软件如(SDRC公司的Meta Phase,EDS公司的IMAN等)。
 
   目前PDM技术的研究集中在产品信息模型的定义、描述及操纵、系统集成工具、PDM系统的可适应性、产品信息的一致性维护等方面,以提高PDM系统的实用性和适应性。SDRC等一些著名公司正在编制PDM标准,任何符合该标准的信息系统可与其他位于虚拟企业网络中的PDM软件共享所有的产品定义数据。
 
   PDM技术的研究方向:
   (1)由简单的“项目组”级PDM系统向“企业级”PDM系统发展;

   (2)由单一的管理功能(例如图纸管理)向复杂的集成管理发展;

   (3)管理形式由集中式向基于网络的分布式发展;

   (4)由只能完成单一企业管理模式向灵活的、能够支持各种企业管理模式发展;

   (5)产品信息一致性的维护更加方便、可靠;

   (6)项目管理由简单的汇报工作流状态信息向决策支持例如提供关键路径、进行资源调度等)发展。
 
 

  • 2019-01-25 09:22
  • 我要分享:
声明:文章"产品数据管理(PDM)的关键技术"为XXX公司原创文章,转载请注明出处,谢谢合作!您所在位置:PLM系统 > PLM新闻 > PDM资讯 >

联系清泰代表

热门文章
热门标签