第五节 PDM与企业信息集成

第五节 PDM与企业信息集成

在前面我们介绍过，PDM是企业信息集成的纽带。在信息集成方面，PDM软件具有举足轻重的作用。下面我们将主要介绍PDM在信息集成中的功能。

　　1.5.1 PDM与CIMS

　　CIMS的核心是集成，但集成的内涵是不断扩展的。从初始的信息集成发展到今天的过程集成（如并行工程），并进一步要求企业间的集成（如敏捷制造等）。就工程系统而言，不同层次的集成，对支持环境及信息共享的方式的要求可能不一样，但总的说来，面临的工程信息及其相互关系越来越复杂，对管理工具的要求越来越高。 传统的CAD/CAM或CIMS环境中，由于缺乏有效的工程数据管理手段，普遍存在对大量工程图纸与技术文档管理不善、设计数据查找困难、重用性差、经常发生错误，以及产品明细表(BOM)、管理与产品模型、技术文档管理脱节；缺乏有效的版本、状态控制手段等问题。 随着并行工程、虚拟制造、敏捷制造等先进制造技术的引入，面临的工程信息管理问题更为复杂，表现为：①内容繁杂，不仅包括产品信息，还包括产品开发过程描述信息及其管理、控制信息，以及支持产品优化设计的资源信息和各种工程知识信息，支持协同工作的多媒体信息等。②数据对象之间关系复杂，既有层次关系，又有网状关系。信息发布与版本控制要求严格，不仅需要支持信息预发布、发布和信息反馈，还应支持对象的状态跟踪、版本控制以及工程更改等。③异构计算机环境的屏蔽与应用集成功能要求强，屏蔽不同硬/软件环境，如不同计算机、OS、网络、数据库与图形界面等。要求提供应用系统集成环境以及产品开发团队管理与集成化、并行化过程管理环境——支持集成化、并行化过程管理，保证团队成员能方便地交流、共享信息，协同工作。

　　90年代初，PDM技术的兴起为上述问题的解决提供了强有力的支持工具。我们知道，是一门管理所有与产品相关的信息(包括电子文档、数字化文件、数据库记录等)和所有与产品相关的过程(包括审批/发放过程、工程更改过程等)的技术，它是一门集数据库的数据管理能力、网络通讯能力与过程控制能力于一体的工程数据管理综合技术，PDM系统包含的主要应用功能有：文档控制、产品结构与配置管理、工作流与过程管理、变更控制等，它提供产品设计、制造和技术支持服务所需的大量数据跟踪与存储功能，进而控制产品信息的处理和使用，管理产品的开发过程。

　　PDM在企业的应用，不仅可以有效地将从概念设计、工程分析、详细设计、工艺流程设计、制造、销售、维护，直至产品报废的整个生命周期与产品相关的数据予以定义、组织和管理，使产品数据在整个生命周期内保持一致、最新、共享及安全。同时，还为CAx/DFx应用提供统一的集成运行平台，是连接CAD/CAPP/CAM系统、MIS系统、MRPII/ERP、车间管理与控制系统的桥梁与纽带。 通过PDM系统的有效实施与管理，可及时提供给设计人员正确的产品数据，避免繁琐的数据查找，提高设计效率；保证产品设计的详细数据能有序存取，提高设计数据的再利用率，减少重复劳动；有效控制工程更改，决策人员可以方便地进行设计审查；可以进行产品设计过程控制，提供并行设计的协同工作环境；有利于整个产品开发过程的系统集成（包括供应商、MRPII、销售、支持与维修服务等）。

　　1.5.2 PDM在CAD/CAPP/CAM集成系统中的应用

　　随着计算机技术的推广和应用，企业自动化程度不断提高，国内许多企业已在产品设计、制造及管理方面使用了CAD、CAPP、CAM和CAE等技术，对信息的管理变得更加重要，管理落后的问题日益突出。随着技术的进步，信息的数量及更新速度是以往所无法比拟的。不同的设计人员对这些信息的掌握和运用是不同的。如何使用好这些信息，提高设计质量，将数据管理、网络通讯和数据控制结合在一起，有效管理与产品有关的信息，是目前企业对信息管理的迫切要求。

　　1.5.2.1 PDM的构架、功能及在集成系统中的应用

　　PDM是一种数据管理和信息集成软件，作为计算机工业中发展最快的技术之一，PDM主要在企业中组织存取、控制所有的产品数据，将与产品整个生命周期相关的产品结构、开发过程和开发人员的信息都管理起来，它能有效地将产品从方案设计、理论设计、详细结构设计、工艺流程设计、生产计划制定、产品销售、维护直至产品淘汰的整个生命周期内各阶段的相关数据进行定义、组织和管理，保证产品数据的一致性、完整性和安全性，使设计人员、工艺员、材料采购人员和营销人员都能方便地使用有关数据。它是企业重构和发展的一项必不可少的重大基础结构技术。企业的各项先进管理计划的实施，如企业经营过程的重构、并行工程、ISO国际质量体系认证等也都离不开PDM。 PDM系统的构造框架可分为应用框架和数据框架。这种构架突出强调了系统的功能、界面、标准、方法及结构。

　　1.应用框架 应用框架涉及PDM系统内部应用的设计和构造，它由三层组成：应用层、系统服务层和网络层。 应用层为用户提供各种应用功能及一致、友好的用户界面。它包括三个应用组件：

　　(1) 环境管理层全面控制应用功能单元的执行情况，为整个系统提供过程集成。

　　(2) 应用功能单元层提供用户执行各种功能所需要的能力。应用功能单元与其他应用一起构成整个系统应用。

　　(3) 应用服务单元层为系统应用的开发和执行及集成各种非PDM系统应用提供应用服务。应用服务单元独立于应用功能单元，以避免受应用技术变化的影响及减少软件开发费用和时间，提高代码可重用性，并在各应用间共享数据。

　　系统服务层通过一致的接口以独立的方式提供访问分布式网络层的功能。它为存储在不同物理设备上的数据提供一致的逻辑表述。系统服务层独立于应用层，以避免数据位置变化时受到影响。它为用户提供一致的接口并允许应用层单元是可移植的、可互用的，它对功能和数据的物理位置是透明的。

　　使用系统服务层可保护在应用层软件上的投资。它允许改变数据表述而不影响应用层软件。系统服务层有五个组件：

　　(1) 通讯服务层提供独立于通讯网络单元的数据传输服务，它通过通讯网络单元传输数据。

　　(2) 计算服务层为系统中的各种计算设备提供接口。它还具有提供监视计算资源使用情况的能力。

　　(3) 表达服务层为所有输入/输出设备提供不依赖于设备的接口。为远端设备通过网络提供通讯服务调用。

　　(4) 安全服务层为系统所有单元提供安全和管理功能。如检查、验证、访问存取控制、数据传输及存储保护等。

　　(5) 数据服务层为数据存储设备提供不依赖于设备的接口，这些设备通过网络进行物理配置。为远端设备提供通讯服务调用。对于客户机/服务器体系，为应用提供不依赖于物理存储设备的一致的数据逻辑视图。数据服务必须支持在数据框架中所描述的逻辑数据框架组成的主要单元。

　　网络层提供基本的计算和通讯服务功能及对输入/输出设备的访问功能。这些设备包括数据存储设备和交互式终端及由通讯设施互联的各种计算机。这一单元最有可能由于技术的提高而产生变化。因而通过系统服务层提供的标准界面，其特征对于应用层单元必须是不可见的。网络层有三个组件：

　　(1) 输入/输出层提供从系统中发送和接收数据的功能。其硬件允许对各地的计算机系统进行操作。

　　(2) 计算层执行计算机指令，管理、控制指令和过程的执行情况。

　　(3) 通讯网络层提供在计算机间和I/O设备间传输数据的功能。该组件包括硬件设备和物理传输媒介，它们将计算机和各种硬件联成一个分布式计算环境。

　　2.数据框架 数据框架涉及逻辑数据结构的建立。PDM系统内部各应用间的数据基于这一框架实现共享。通过建立和维护一个基于整个企业公共数据模型的应用，以减少数据转换器的使用。这一策略对应用框架内各单元提出了各种要求。数据框架和应用框架构成了一个完整的PDM体系结构。数据框架也分三层：应用层、概念层、物理层。 应用层展示用户的数据视图。组成这一层的数据模型称为应用数据模型。几个应用可共享同一应用数据模型。应用间的数据共享通过下列方式完成：

　　（1） 数据交换层在不符合公共数据模型的应用间传输数据的过程。中间文件交换协议是不同应用数据模型间的桥梁。应用必须使用转换器以从协议中读写数据。

　　（2） 视图映射层在符合公共数据模型的应用间共享数据的过程。概念层的公共数据模型推动应用数据模型的发展。应用层和概念层的视图映射由接口软件提供。 概念层表达了贯穿整个企业的公共数据视图，它为所有需要在系统内部应用间共享的数据提供单一、一致的定义和描述。这种公共数据视图比应用层和物理层的视图更稳定。组成概念层的数据模型存储在数据仓库中。应用框架中各单元的配置、运行和管理所需的信息由数据仓库提供一致的定义。这些信息包括系统配置、应用信息和安全策略等。 物理层表达了数据库管理者的数据视图。这些数据存储在遍及整个企业网络的多个存储设备中，它包括记录或表的定义及在物理层和物理存储设备中移动数据的机制。物理层和概念层的视图映射由接口软件提供。物理层也提供下列信息：

　　（1） 存储分配层分割和复制数据以获得最佳系统性能。

　　（2） 查询分配层将查询和事物处理转换成任何数据服务单元都能理解的格式。 在集成化的开发环境下，PDM作为集成框架的功能非常重要，它使所构建的集成环境具有良好的可伸缩性，使企业可以按需要来定做各种特定系统。通过PDM可实现企业生产和管理上的优化组合，对于企业决策也能提供极大的帮助。 CAD/CAPP/CAM集成系统信息复杂、联系紧密。在目前情况下，不同系统之间的数据交换问题尚未完全解决。在不同企业中，有着不同的工艺规范，企业往往依据自身的条件及传统，采用比较成熟的工艺技术。CAPP系统不仅需要产品的设计信息，还需要产品的工艺信息。但在许多CAD/CAPP/CAM系统中，CAPP系统从CAD系统中读取相关信息的能力不足，许多工艺信息仍需用手工方式输入。

　　在产品开发与生产中，技术人员使用的是二维工程图纸，由于二维图纸的多义性，在设计及生产中不可避免地会出现错误。随着计算机及实体建模技术的飞速发展，以三维实体模型为基础的产品设计及制造成为大势所趋。CAPP、CAM、有限元分析、虚拟装配、运动分析等也需要产品的三维信息。

　　PDM系统可以把与产品整个生命周期有关的这些信息统一管理起来，它支持分布、异构环境下不同软硬件平台、不同网络和不同数据库。CAD、CAPP、CAM系统都通过PDM交换信息，从而真正实现了CAD、CAPP、CAM的无缝集成。 PDM的核心功能之一是支持工程设计自动化系统。它对下层子系统进行集中的数据管理和访问控制，通过过程管理提供工作流控制。基于PDM统一的总控环境下的各功能单元可实现多用户的交互操作，实现组织和人的集成、信息集成、功能集成和过程集成。

　　由于PDM的开放性，可实现产品的异地、异构设计。它对产品提供单一的数据源，并可方便地实现对现有软件工具及新开发软件工具的封装，便于有效管理各子系统的信息。它提供过程的管理与控制，为并行工程的过程集成提供了必要的支持。并行工程包括所有设计、制造、测试、维护等职能的并行考虑，PDM作为客户/服务器结构的统一信息环境，它提供了支持并行工程运作的框架和基本机制。以PDM作为集成框架的CAD、CAPP、CAM的面向并行工程的集成将更加有效。

　　1.5.3 PDM与企业信息集成

　　1.5.3.1 PDM的集成

　　(1)CAD/CAPP/CAM的集成 从CAD、CAPP、CAM发展来看，它们首先是各自独立发展，然后又彼此靠拢，并试图集成在一起，80年代以后，由于生成发展的需要，集成技术的研究已成为一个突出的问题。能否实现系统之间有效、可靠的集成，所涉及的因素很多。

　　(2)PDM与ERP的集成 有关人、财、物、产、供、销的管理信息主要包括管理信息系统MIS和制造资源计划系统MERⅡ。目前，MIS和MRPⅡ以集成在一起，成为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模块。

　　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、估计成本、技术指标参数、加工方法、工装、设备需求、能力数据、BOM、工艺定额等。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。 ERP到CAD/CAPP/CAM之间传递的数据应含有：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、产品接收报告。 从计算机辅助质量管理CAQ到ERP的数据应含有：质量统计、质量检验信息、产品零件报废信息、产品质量报告。 从ERP到CAQ的数据应含有：质量目标、次品报告、用户质量信息、质量处理信息、质量成本信息、生产作业计划、进货计划、工装设备及加工人员情况及各项成本。 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MRPⅡ集成在一起。PDM就是企业全局信息集成框架。

　　1.5.3.2 PDM信息集成模式

　　(1)封装模式 产品数据的集成就是对产生这些数据的应用程序的集成。为了使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管理，只要对外部应用系统进行“封装”，PDM就可以对它的数据进行有效管理，将特征数据和数据文件分别放在数据库和文件柜中。 所谓“封装”是指把对象的属性和操作方法同时封装在定义对象中。用操作集来描述可见的模块外部接口，从而保证了对象的界面独立于对象的内部表达。对象的操作方法和结构是不可见的，接口是作用于对象上的操作集的说明，这是对象唯一的可见部分。“封装”意味着用户“看不到”对象的内部结构，但可以通过调整操作即程序来使用对象，这充分体现了信息隐蔽原则。由于“封装”性，当程序设计改变一个对象类型的数据结构内部表达时，可以不改变在该对象类型上工作的任何程序。“封装”使数据和操作有了统一的管理界面。

　　(2)接口和集成模式 对于包含产品结构信息的数据，还有其特殊性。因为“封装”不能了解文件内部的具体数据，而PDM的产品结构配置模块必须掌握产品内部的结构关系。PDM集成这类数据有下面两种不同层次的模式。

　　（1） 接口模式能够根据CAD装配文件中的装配树，自动生成PDM中的产品结构树。通过接口程序破译产品内部的相互关系，自动生成PDM的产品结构树；或者从PDM的产品结构树中提取最新的产品结构关系，修改CAD的装配文件，使两者保持异步一致。

　　（2） 集成模式通过对CAD的图形数据和PDM产品结构树的详细分析，制定统一的产品数据之间的结构关系，只要其中之一的结构关系发生了变化，则另一个自动随之改变，始终保持CAD的装配关系与PDM产品结构树的同步一致。PDM环境提供了一整套结构化的面向产品对象的公共服务集，构成了集成化的基础，以实现以产品对象为核心的信息集成。

　　利用PDM实现用户间的对象共享，应具有统一的数据结构。把PDM看做面向多种CAD软件的通用管理环境，采用标准数据接口来建立PDM的产品配置与多种CAD软件装配结构之间的联系，在同一PDM管理下，多种CAD软件共享同一产品结构。 PDM是CAD/CAPP/CAM的集成平台，是企业全局信息集成的框架。所有用户均在同一PDM工作环境下工作，实现了与站点无关、与硬件无关、与操作系统无关的全新的工作方式。

　　以PDM为支撑平台，集成企业各方面支持产品开发的各种信息，使得信息流动处于一种有序、可控的状态。不仅要保证信息的全面性，还要保证信息的可靠性、一致性。最终实现正确的信息在正确的时间到达正确的人，实现企业全局信息的集成； 要实现针对产品开发过程所需的各种CAx软件的集成，将CAD/CAE/CAM等软件纳入PDM，通过各种工具软件的集成实现高效并行的设计； 实现与企业内外的各种信息的交换和共享，如实现与企业内的MIS、MRPII等的数据交换，以及通过INTERNET等手段实现与企业外的信息输入、查询、共享等，及时获取信息，支持产品开发。通过PDM集成管理框架的支撑，将科学的系统方法、先进的管理思想和方法融入其中，以支持技术和产品创新。 

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