PDM的企业CAD/CAPP/CAM信息集成

【导读】
摘要:产品数据管理(PDM)是当前国际上流行的热门技术。本文通过对企业实际需求和PDM技术的研究分析,提出了基于PDM的系统集成思想及体系结构,并对相关技术进行了探讨。
摘要:产品数据管理(PDM)是当前国际上流行的热门技术。本文通过对企业实际需求和PDM技术的研究分析,提出了基于PDM的系统集成思想及体系结构,并对相关技术进行了探讨。
 
 
    产品设计、制造与产品的整个生命周期存在着大量的产品数据,如项目计划、设计数据、产品模型、工程图纸、技术规范、工艺资料、NC程序、电子表格、视频及音频文件以及有关零件的各种信息。这些产品数据或存储于图纸、文件或文档中,或作为经验数据存储于工程技术人员的头脑中。它们涉及到企业的各个部门,如计划、设计、生产、采购、财务、质量和销售等部门,为了引用这些数据,不得不将大量类同的数据,以不同格式存储于不同的介质上,互相独立,可靠性差。
 
    大部分企业仍然以纸介质为基础的方法来管理、控制和协调以计算机为基础的数字化信息,乃至整个企业的产品开发过程。这种依靠人工的管理方法,不仅费工费时,而且容易出错,造成部门、人员之间“扯皮”,工作效率低,企业每天大约有2/3到3/4的设计、管理工程技术人员为了相互沟通而开会、讨论、等待或处理各种信息。据英国的调查,由于工程设计到制造控制系统缺乏产品数据的统一管理,导致产品构形时间增加20%,成本上升10%。所以,产品数据管理是当代企业管理的瓶颈,是当前制造企业信息技术应用的研究和软件开发的热点。

    产品数据管理(Production Data Management,简称PDM)是在20世纪90年代初出现的一种新技术。计算机辅助技术(如CAD、CAPP、CAM等)、网络、数据库和系统的成熟与普及,为PDM的发展奠定了基础,成为实现并行设计及产品的无纸设计/制造的一种支撑技术。企业对PDM技术的需求也越来越大的原因主要有:1)CAD是离散的系统。由于其支持 的文件格式和应用环境的差异,而难以进行信息交换,使企业的信息共享度低;2)基于纸介质的传统技术文件造成文件的重复性设计,且信息传递速度慢;3)现行的大型关系数据库无法实现各类以CAD/CAPP/CAM为基础的信息集成,则必须借助于PDM技术。





1 PDM的体系结构
    PDM技术是集成工程数据管理(EDM)、文档管理(DM)、产品信息管理(PIM)、技术数据管理(TDM)、技术信息管理(Tm)、图像管理(IM)以及其它产品信息管理,管理所有与产品相关的信息(包括工程规范、电子文档、扫描图象、CAD/CAE/CAM文件、产品结构、产品定单、供应商状况等)和过程(包括工作流程、审批/发放过程、工程更改单等)的技术。它提供产品全生命周期的信息管理,并可在企业范围内,为企业的设计与制造建立一个并行化的产品开发协作环境。

    PDM原型系统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,协调控制工作流程和项目进展,建立一个并行化的企业产品开发环境,其体系结构如图1所示。
 
图1 PDM系统体系结构




2 PDM的管理
    管理是PDM系统主要的功能。利用PDM主要可实现电子资料室(Data Valut)及文档管理、产品配置管理(Product Configuration Management)、工作流程管理、人员的组织管理、分类及检索功能和项目管理,其管理功能主要分为以下4个部分。


2.1实现电子资料室及文档管理
    PDM文档管理的对象可以是:原始档案(包括合同、产品设计任务书、需求分析、可行性论证报告和产品设计说明书等)、设计文件(包括工程设计、分析数据、产品模型数据、产品图形信息、各类工作报告、验收标准及NC代码等)和工艺文件(包括标准化和规范化的工艺数据、标准工艺规程及在工艺规划过程中所产生的相关信息和工艺知识)等,其管理的模型既可以是图形文件、数据文件、文本文件,也可以是表格文件,甚至是多媒体文件。
 
    由于PDM处理文件或保存文件的完整性,采用所谓“打包”方式,故可完成对不同格式文件的转换和管理建立完整的产品的生命周期内描述对象的文件,利于查询检索,支持CAD/CAPP/CAM。电子资料室是PDM的核心。在PDM管理下,当产品相关文档存储于不同介质时,必须通过电子资料室进行权限控制,保障文件的安全和集中修改。


2.2实现产品配置管理
    产品配置管理(Product Configuration Management)是以电子资料室为底层支持,以材料清单(BOM)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,对产品对象及其相互关系进行维护和管理。产品对象之间的联系不仅包括产品、部件、组件、零件之间的多对多的装配联系,而且包括制造数据、成本数据、维护数据等其他的相关数据间的关系。
 
    产品配置管理能够对任何一个选定的项目或产品建立相关的文档与装配件间关系,以直观的图示方式展开整个项目、产品或选定的装配件的树状层次结构,形成相应的BOM,根据BOM进行分类、汇总、统计等不同的处理,高效、灵活地检索与查询最新的产品数据,实现产品数据的安全性和完整性控制。企业的各个部门可以在产品生命周期内共享统一的产品配置和不同阶段的产品定义,生成相应的产品设计图、装配图和工艺图等。


2.3工作流程管理
    工作流程管理(Workflow Management)主要用于对产品设计的修改、跟踪和控制,包括工程数据的提交与修改、管理与监督、文档的分布控制、自动通知控制等。工作流程管理主要着眼于产生和修改产品数据的方法,管理人与人之间的数据流动以及在项目生命周期内跟踪所有事务与数据的活动,解决任务对数据的影响问题;修改后的产品数据经提交、审批及最后登记变更为新版本的产品数据,为产品开发过程的自动管理提供保证,并支持企业产品开发过程重组,以获得最大的经济效益。

    工作流程管理包括任务管理和文档工作流程管理。任务管理是通过定义任务,确定任务的目标、内容和完成任务的人员或团队,并以直观的图示化方式进行任务的分解,确定任务的流程、任务之间的关系以及任务的启动条件,跟踪在项目进展过程中发生的所有事件和活动,监控任务的状态,控制项目的进展。文档工作流程管理则是对特定的文档所经历的处理步骤,建立不同类型的文档的处理流程模板,跟踪和控制设计过程中产品数据变化的历程。


2.4人员的组织管理
    人是产品设计与开发的主体,计算机只是辅助设计的工具,人是设计过程管理的要素,因此PDM要进行人员的组织管理。人员组织管理有静态的用户管理和行政机构管理,按企业要求管理所有用户以及相关的专业职能部门,也有动态的团队管理,即随着设计过程中任务的产生和分解,管理每个任务临时性的团体或执行者。

    进行人员的组织管理的一个主要作用在于对产品数据即文档处理的权限控制。除通过用户管理功能进行对人员的角色和帐号管理外,还对用户、机构、文档以及项目进行级别的定义和控制,并且对临时性权限要求进行授权管理,既严格全面又灵活方便。





3 PDM系统实施模型
    PDM系统实施的本质是“量体裁衣”的过程,“量”的是企业业务过程这个“体”,而“裁”出PDM系统这个“衣”,其模型方法分企业建模和PDM系统定制应用2个过程,“企业建模”是“定制应用”的关键和基础。企业实施PDM的关键就是如何将企业的各类应用系统集成,形成协调一致的企业信息系统。

    企业模型本质上是为了统一企业不同应用系统之间的语义,集成企业各级业务的信息。企业建模应进行需求分析,定义整体需求。为了实施PDM,企业模型必须从功能建模(实现把企业组织成互动的良好定义的单元集合和描述企业并行的业务过程及其执行的触发条件)、信息建模(用面向对象的方法描述企业数据和信息的需求,确定企业的关键信息,形成企业信息系统集成的依据)和组织建模(明确在满足功能模型的条件下所需要的企业组织结构)三方面来描述。

    在企业建模的基础上,通过对功能模型、信息模型和组织模型的分析,确定PDM系统解决的主要问题和主要方法,并根据企业现实分阶段、分层次地实施PDM系统,如图2所示。 
 
图2 产品数据管理模型




4 基于PDM的系统信息集成框架
    所谓“集成框架”,是在异构、分布式计算机环境中能使企业内各类应用系统实现信息集成、功能集 成和过程集成的软件系统。

    PDM以管好产品数据作为应用的立足点,在此基础上着手解决企业的功能集成和过程集成。同时它跨越了企业计算机应用的各个阶段(设计优化、数据优化、过程优化);也为企业有效组织和管理整个企业的产品数据、企业经营过程重构两方面提供了使能技术。由于PDM在数据管理上的优势,使得其在企业信息集成的实现上更容易、更现实。系统集成不能理解为只是联网和解决应用软件接口问题。基于PDM的系统集成包含信息集成、功能集成以及人/组织的集成3个重要内容,是一种优秀的有效的企业信息集成框架,如图3所示。 
 
图3 企业全局信息集成框架

 
4.1 PDM是CAD/CAPP/CAM的集成平台
    CAD/CAPP/CAM集成的目的是实现产品设计、工艺设计、工程分析、工程模拟至产品制造过程的数据统一。而基于图形学发展起来的CAD技术和基于数控技术发展起来的CAM技术缺乏统一的设计思想,因此,实现CAD/CAM集成的关键是解决CAD/CAPP/CAM之间的数据交换与共享问题。目前,PDM系统是最好的CAD/CAPP/CAM集成平台。它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的进行有条不紊的管理。不同的CAD/CAPP/CAM系统都可以从PDM中提取各自所需要的信息,再把结果放回PDM中,从而真正实现CAD/CAPP/CAM集成。


4.2 PDM与ERP的集成
    人、财、物、产、供、销六大部门是企业的经营管理与决策部门。目前,人们已将信息管理系统MIS和制造资源规划MRPⅡ集成在一起,成为企业资源计划管理系统(ERP)。

    MIS具有企业经营规划、生产预测、生产成本核算、财务管理、人事管理、车间作业控制和设备管理等功能。制造资源计划系统MRPⅡ包括销售管理、主生产计划、物料需求计划MRP、生产作业计划、采购管理、能力需求计划、数据管理和库存管理等功能。ERP中的许多信息来自CAD/CAPP/CAM系统,除了图形数据外,还应包括:任务进度数据、估算成本、技术指标参数;开发方法数据、任务状态数据;工装、设备需求、能力数据、BOM、工时定额等。另外,ERP还有来自管理部门的产品数据、工艺数据、开工数据、变更数据;变更原因、库存信息、物料信息;产品测试结果、在制品状态;设备状态信息;加工能力信息。

    PDM作为集成平台,利用计算机技术完整地描述产品整个生命周期的数据和模型,是ERP中有关产品全部数据的来源。PDM是产品设计工艺部门和管理信息系统及制造资源系统间信息传递的桥梁,使MIS和MRPⅡ从PDM集成平台自动得到所需的产品信息,如材料清单BOM等,而无需再用人工从键盘一一输入。
 
    ERP也可通过PDM这一桥梁将有关信息自动地传递或交换给CAD/CAPP/CAM系统。从ERP到CAD/CAPP/CAM之间传递的数据应当包含:开发任务书、技术指标、时间要求、修改任务书、任务书审核、计划日期、产品验收报告等。要保证企业内的全部信息完整、统一,必须将产品信息与MIS和加强Ⅱ集成在一起。PDM是企业全局信息集成框架。


4.3基于PDM的系统集成特点

    1)较好地实现了对硬件、软件系统的集成;

    2)以网络为支撑,以数据库为核心,在PDM的集成框架上,把各工程应用系统有机地结合在一起,跨越各个应用过程;

    3)集数据库的数据管理能力、网络的通讯能力以及过程的控制能力于一体,能够实现在分布式环境中群体活动的信息交换与共享,并对设计过程进行动态调整和监控;

    4)以各工程应用系统为数据源,以网络下的分布式数据技术为支撑,以C/S方式工作;

    5)可支持多种数据库(Oracle、Sybase、Infomaix等),结合ODBC技术,Client端用户可同时对多种数据库直接进行操作。





5 结束语
    产品数据管理(PDM)是企业甩掉图板以后进一步实现CAD/CAPP/CAM集成、C蹦S和并行工程的集成平台。基于PDM的企业信息集成与实施是一项复杂的系统工程,它不仅受到外部环境的影响,还涉及企业各部门和生产过程的每一个环节,因此,应当根据企业的实际要求,做到开发与应用同时进行,边开发边应用,边应用实施边修改,将企业拥有的软件系统集成于框架之中,更好地实现信息与过程的集成与管理,最终实现企业内部产品数据和信息的共享,使产品开发活动跨出孤立企业的范围,实现更具灵活性的动态产品开发组织或联盟。 
 
 

  • 2019-07-12 16:12
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