船舶行业产品数据管理(PDM)解决方案

【导读】
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
2.1 PDM概述
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,Product 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“Ford2000”、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。




 
2.1.3 PDM的原理
    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。
 
图2-1 PDM原型框架图
 
    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。
 
图2-2 PDM的体系结构模型

    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:

    ①项目的创建、修改、查询、审批、统计等功能;

    ②项目人员组织机构定义和修改;

    ③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:

    ①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,如部件、零件、文档等;

    ②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;

    ③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。
 
图2-3 工作流的执行过程
 
    (3)工程图档管理。①产品数据库划分;②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:

    ①PDM系统与操作系统、数据库软件的开发环境作同步的更新;

    ②必须能够对所有的存储信息作版本的管理;

    ③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;

    ④必须能够浏览各种形式的信息;

    ⑤必须能够与用户所使用的CAD/CAM/CAE软件完全集成;

    ⑥必须能够对所有的信息作流程的追踪和管理;

    ⑦必须能够对所有的信息作安全性的控管;

    ⑧必须好学好用。





2.1.6 PDM与船舶企业信息的集成
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地管理。不同的CAD/CAM系统都可以从PDM中提取各自所需的信息,再把结果放回PDM中,从而真正实现CAD/CAM系统集成。图2-4描述了PDM平台上CAD/CAPP/CAM集成系统中的信息流动过程。
 
图2-4 PDM平台上CAD/CAPP/CAM的集成
 



2.1.6.2 PDM与ERP的集成
    生产、供应、经营、人事、财务、物资6大部门是船舶企业的经营管理与决策部门。目前,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)已经成为现实。PDM作为CAD/CAM的集成平台,用计算机技术完整地描述了船舶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是沟通产品设计工艺部门和管理信息、系统及制造资源系统之间信息传递的桥梁,是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。ERP也可通过PDM这一桥梁将有关信息自动传递或交换给CAD/CAM系统。PDM系统与ERP的集成如图2-5所示。
 
图2-5 PDM与ERP的集成




 
2.1.6.3 PDM是CIMS的集成框架
    所谓“集成框架”,是在异构、分布式计算机环境中能使船舶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。信息集成平台的发展经历了计算机通信、局域网络、集中式数据库、分布式数据库等阶段。随着CIMS技术的不断深入发展和应用规模的扩大,企业集成信息模型越来越复杂,对信息控制的有效性、可靠性和实时性要求越来越高,迫切需要寻求更高层次上的集成技术,提供高层信息集成管理机制,提供运作效率。

    目前,国内外的技术人员对新一代信息集成平台做了大量的研究开发工作,也推出了多种平台,典型的是面向对象数据库及面向对象工程数据库管理系统。虽然这些面向对象技术已部分商品化,但还没有在企业中得到全面应用和成功实施。具有对象特征的数据库二次开发环境,由于其开放性、可靠性等方面明显不足,无法胜任CIMS大规模实施应用的需求。

    而在关系数据库基础上开发的具有对象性的PDM系统由于其技术的先进性和合理性,近年来得到了飞速发展和应用,成为新一代信息集成平台中最为成熟的技术,是支持并行工程领域的框架系统。PDM不仅向ERP自动传递所需的全部产品信息,而且ERP中生成的与产品有关的生产计划、材料、维修服务等信息,也可由PDM系统统一管理和传递。因此,PDM是企业的集成框架。PDM与企业CIMS的集成框架如图2-6所示。
 
图2-6 PDM与企业CIMS的集成框架

 



2.1.7 PDM技术的发展趋势
    随着现代科技飞速发展,任何企业要想建立一个大而全的体系都越来越难,任何企业都要经常与其他企业进行联合,甚至许多来自不同的职能部门临时组织在一起,组成所谓“虚拟企业”,共同完成某项生产任务。新的生产方式要求人们对于企业功能的分析思路和方法也有所改变。新技术的发展是产生新一代PDM产品的推动力。Internet的广泛普及,给企业传统经营管理方法带来巨大冲击,如何面对网络时代的挑战,已经成为了企业信息化进程中必须面对的问题。

    PDM技术发展趋势有以下几个方面:
    (1)Web使能技术
    Internet/Intranet技术的迅速发展、日益普及已经对企业信息化的开发和应用产生巨大的冲击。PDM技术也必将向Internet/Intranet方向发展,并充分利用网络技术优势,使它更具有扩展性和共享性。

    在传统C/S体系结构中,数据库应用的客户端软件包含两个主要功能:一是处理数据,根据用户的动作向数据库服务器发出数据请求,并返回数据结果;二是控制处理的结果显示。因此,在客户端的软件中包含处理数据的逻辑和结果显示的功能,数据的处理和结果显示紧密结合。而这种密切的联系,使得用户需求的任何变化(包括处理逻辑或用户界面)都会导致整个程序需要重新编译、安装、最终导致C/S数据库应用系统可维护性变差。

    而在Web系统中,服务器上的文件通过HTML语言决定了它在Web浏览器上的显示。浏览器只是解释这些HTML的标记,使得产生处理的结果和结果的最终显示分离出来,从而克服了C/S结构的局限性,尽管它本质上也是C/S模型。导致截然不同结果的原因是客户端软件和服务器端软件功能划分的不同。

    在C/S数据库应用中,服务器不能控制它返还给客户端的是中间结果;而在Web浏览器/服务器模式中,服务器控制返回的结果同时控制了这些结果在浏览器上如何显示。正在发展的三层应用模式则融合了Web服务和C/S数据库应用的优点。通过Web平台,采用E-mail、电子公告栏、新闻组等先进的通讯手段可以迅速地在企业员工之间、企业之间方便地获取信息,节省企业开支。

    Internet/Intranet在企业应用中需要解决的关键技术是产品图形信息的传输,解决图形在网络上的传输速度问题才能使Internet/Intranet在企业中得到广泛应用。目前,已经有多家CAD厂商支持适用于网上图形传输的数据格式CGN,前台通过浏览器,采用ActiveX、Java等技术实现图形在浏览器中的浏览和输出。因此,PDM向三层发展将是必然趋势之一。

    (2)技术的应用及信息模型的标准化
    由于PDM系统所要管理的数据类型及数据模型的复杂性,要求系统有良好的开放性,采用O―O方法建立系统模型与信息模型,并提供面向对象的建模工具和开发工具,支持用户的二次开发。另一方面,由于各系统功能不一样,其信息模型也不一样,即使是相同的功能,不同系统信息模型差别也很大,如何实现PDM系统信息模型的标准化,为不同系统之间提供信息交换带来方便成为当务之急。

    (3)PDM与ERP/MRPⅡ的功能渗透
    一方面,PDM与ERP/MRPⅡ分别服务于工程设计与生产制造。PDM系统源于CAD/CAM应用与工程设计的需要,所以它管理的重点为工程信息。而ERP/MRPⅡ系统源于制造业的经营与生产活动的管理,包括经营、生产、物料需求的计划与制造资源的需求计划的管理。两者的桥梁纽带为BOM表。

    目前,二者之间通过互相集成,互为补充,构成完整的企业信息系统。另一方面,二者之间又互相渗透。PDM厂商首先将工程BOM与制造BOM统一到PDM系统中进行管理,同时将经营计划、生产计划集成于PDM系统中,而ERP/MRPⅡ系统也在设法将PDM系统的功能归入其中。

    (4)过程管理与配置管理功能的强化
    为了适应产品设计与制造过程中复杂变化过程的需要,各厂商竞相开发出独立的工程流程管理模块,而且功能不断变强,以满足工程更改、并行化设计所必需的过程管理的需要。以配置模块为核心,将数据管理、工作流程管理与变更控制集于一体,形成更为强大的PDM系统。

    (5)PDM产品层次化、行业化和客户化的发展
    PDM系统的实施是一项复杂的系统工程,不同规模、不同发展阶段的企业对PDM系统有不同程度的需要;在各个行业中,由于产品、生产方式、管理模式的不同,许多行业有特有的功能需要。PDM产品应当更好地支持客户化开发,对于从系统模型的改变,系统功能模块的开发到系统配置的整个流程要有很好地支持。解决好这个问题才能真正完成PDM技术的应用转化。





2.2 PDM技术在本图文档管理系统中的应用
    从以上PDM的介绍中可以看出,PDM在制造业特别是在船舶行业中有着不可估量的应用前景。PDM技术之所以具有如此广阔的前景,其突出特点就是它能够管理所有与产品相关信息和所有与产品相关的过程。将PDM过程管理的思想应用于图文档管理系统中,打破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的过程,对现有图文档管理系统的开发是一个崭新的尝试。

    参照“PDM的功能”一节,PDM技术在此图文档系统中的应用主要体现在以下几个方面:
    (1)项目管理功能的实现
    大多数船舶企业在设计过程中都以一个个具体项目为核心,几个项目同时进行,围绕项目进行设计生产。因此,在系统中采用了项目管理的方法,根据项目安排任务、分配人员、设置人员权限。项目管理功能的实现保证了系统的安全性,同时也使得管理更为容易和方便。

    (2)过程管理
    对于此图文档管理系统,如果把“图纸”看成“产品”,那么每一张图纸从设计到入库甚至删除的整个过程就可以看成一个“产品”从产生到消亡的一个生命周期。系统引入了PDM过程管理的思想,对AutoCAD进行了二次开发,再加上“消息管理”模块的开发,实现了图档的审批和更改过程的控制管理,即实现了图档生命周期的管理。

    (3)图档管理
    通过OLE技术与AutoCAD绘图系统的有效集成,用户可以方便地在图纸管理及CAD绘图系统中切换,并能够把图纸标题栏及BOM表信息提取到数据库。这些信息对系统地后续开发起到了关键性作用。

    (4)设计检索
图纸的基本信息及用户的基本信息都以“树”的形式呈现给用户,实现了信息的分类和查询。

    (5)工具和集成
    此图文档管理系统与AutoCAD、Excel、Word等系统有机封装在一起,实现了不同应用系统之间信息的共享和对数据的管理。





2.3 总结
    本章从PDM的定义入手,系统的论述了PDM的体系结构、功能及PDM与船舶企业信息的集成,最后在此基础上阐述了PDM技术在本图文档管理系统中的应用。




  • 2019-08-01 10:03
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