制造业PDM技术的分析与思考 - 文章

制造业PDM技术的分析与思考

作者：南京林业大学羊玢

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摘要：本文对PDM的产生、发展、功能、发展趋势和关键技术分析等方面进行了阐述，并对PDM实施的准备工作、实施的关键步骤及相关问题等作了讨论，提供了企业实施PDM的相关方法。
关键词：产品数据管理（PDM），发展，功能，实施

1 引言

随着计算机应用的迅速发展，采用计算机辅助技术和先进的信息管理技术是企业更新改造、提高产品竞争力的必有之路。PDM的应用能缩短产品设计周期，减少工程设计修改，加快产品投入市场进度，削减总成本。据国外资料统计，PDM的应用能使产品设计周期缩短25%，减少工程设计修改4%，加快产品投放市场进度50%～80%，总成本削减25%以上。国外的一些汽车、飞机公司实施PDM系统后均大大提高了企业的效益。国内据对机电工业近500家企业调查，新产品开发周期平均达24个月，其中单件、小批量产品的生产技术准备周期约占供货期的32%，有的高达60%，采用PDM技术后，可缩短生产周期50%～80%。CIMS示范应用企业使用PDM新技术后，对减低产品开发成本、提高设计能力等均取得了明显的效益。随着中国信息化进程的发展，国内应用PDM系统的企业也越来越多，PDM产品的开发与应用进入了快速发展时期。如何更好地实施PDM，这是大家都在关注的问题。PDM在我国尚处于起步阶段，有关PDM实施的专业咨询十分匮乏，从而使PDM的实施受到很大的限制。同时，不少人对PDM的认识尚存在一定的误区。

本文介绍了PDM的产生、发展、功能、发展趋势、技术分析及实施的方法，对于全面认识PDM，企业实施PDM有一定的参考意义。

2 PDM的发展趋势

2.1 PDM的发展趋势

据PDMIC的调查结果，目前PDM的服务器平台以HP和SunSeries为主，其次是Windows；客户端则Windows系列最多，其次是SunSeries和HP；后台数据库或者集成数据库几乎都是成熟的关系型数据库（RDBMS），以Oracle独霸天下，其他数据库相对Oracle来说占的比例很少，也有一定的面向对象的数据库（OODBMS），主要是Objectivity；大多数PDM系统采用TCP/IP协议。

随着技术的发展，企业在使用现有PDM系统的同时，又希望能有更新更完善的PDM系统，不仅要与ERP集成，还要与CAD、CAM集成，在网络时代还要向Web技术发展，在跨地区、跨国的大型企业中，希望能实现企业级的管理，强调单个特征和功能的“技术工具包”也要向“问题解决方案”的系统发展。

(1) 提供企业信息建模方法论和相应工具的支持。PDM不只是一个简单的技术模型，实施PDM必须站在企业管理的高度，并给企业提供相应的方法论，建立一个正确的信息模型，为系统的实施打下坚实的基础。

(2) 广泛应用面向对象的系统分析和设计技术。面向对象的方法因其抽象性和封装性的特征，能更好地确定系统的范围和目标，并能很好地适应未来的发展，因此，未来的PDM系统的开发将广泛应用面向对象的方法。

(3) 基于Internet/Intranet平台的PDM的产品。国际互联网Internet的运用已遍及全球，随着其应用的深入，未来企业的商务活动将越来越多的在Internet和企业Intranet平台上进行，作为企业信息平台的PDM，如何适应这一发展，已成为亟需解决的问题，所以，未来PDM产品的开发将越来越多地基于Internet/Intranet平台。

(4) 从传统的客户机/服务器结构转向三层结构。客户机/服务器结构的出现使计算机应用获得巨大的发展，但随着应用的深入，其固有的缺点和弊端也显露出来：网络资源的消耗大，系统的安装、配置、升级、维护、培训将耗费大量的人力和物力。三层体系结构是二层体系结构的发展和延伸，它把系统的从逻辑上分为三层：用户服务层、应用处理层、数据存取层，由它们实现灵活的分布式计算环境。三层结构的思想是从Internet技术发展而来，它的中心特征是每个应用程序的主要部分在一共享的应用程序服务器上执行，而不是分散在每个客户机上运行，即系统应用都集中在应用处理层，客户端只负责结果的显示，系统的改动只须在应用处理层修改即可。

(5) 系统的开放性。PDM是集成的技术，集成是其重要的特征。作为企业信息集成平台的PDM，必须管理企业各种应用系统产生的数据，使应用系统之间达到信息的交流与共享。但随着企业计算机应用的深入，将会有更多不同应用系统产生的信息让PDM进行管理，所以，PDM要适应未来的发展，必须为更多的应用系统提供标准化的接口。

(6) 支持快速定制和开发客户化系统。因PDM系统和企业自身的情况密切相关，因此实施PDM系统并不是经过简单的培训就可以，它必须有一个复杂的客户化过程。目前因PDM系统的标准化和企业管理的规范化正在逐步完善，所以，现在PDM的实施还处在“量身订做”的阶段，开发周期很长，耗费大量的人力和物力。由此可以看到，进行客户化系统将是未来的研究方向之一。

(7) 分布式技术。基于网络的分布式计算机技术也是近年来获得很大进步的技术之一，以分布式计算机技术为基础，基于构件的系统体系将逐渐取代模块化的系统体系结构。在分布式计算机技术的标准方面，一直存在两大阵营，一个是以OMG组织核心的CORBA（Common Object Require Broker Architecture）标准，另一个是以微软为代表的基于DCOM的ActiveX标准。目前这两大标准的竞争仍然没有结束，许多商品化软件同时支持这两个标准。

2.2 当前PDM技术研究热点及方向

当前对PDM的研究主要有：Web技术、分布式计算技术在PDM上的应用、数据集成、联邦式PDM和分布式PDM等。

（1）Web技术。在PDM系统中通过Web技术，使PDM技术和Internet技术结合，可以实现统一的用户界面，并可以通过Internet实现全球化的虚拟企业的信息管理，达到全球化的信息查询、浏览、创建与更新。与Web技术相对应的计算机模式和网络通信成为PDM系统非常关键的问题。

(2)分布式计算和服务。分布式数据库和Web技术的应用，以及企业所处的分布式计算环境和应用系统的异构性，常常需要进行不同计算模型和应用系统之间的互操作，目前还没有得到很好地解决，CORBA虽然有众多厂商支持而成为其中的主流，但目前要统一这几种标准是不可能的。目前大多数采用的方式是：如果PDM和应用系统都基于CORBA实现，则各系统间的互操作可方便地实现，对于不是通过CORBA实现的系统，可以通过API进行应用功能的封装，实现为CORBA对象，完成与其他应用系统的交互。

(3)数据集成。目前，PDM和应用工具之间的集成深度越来越深，从初期的封装、接口正走向无缝集成。怎样实现全生命周期的产品信息共享是应用集成技术研究的一个热点，PDM一方面需要和不同的应用系统集成，另一方面PDM系统之间也要进行数据互操作和数据集成。虽然PDM系统与ERP系统之间的界限已越来越模糊，越来越重叠，但二者若在产品的生命周期中的不同阶段发挥主要作用，每个系统依然是一个相对独立的实体。目前企业迫切需要PDM与ERP系统及其他管理软件的集成。

(4)联邦式PDM。不同的PDM系统之间可以进行数据互操作、数据统一或相互管理构成的系统就是联邦式PDM。对于跨地域的大型企业，不同地域的子部门常常有自己独立的、适应自己业务的PDM系统，各个部门之间的多套PDM和PDM系统之间的数据互访问就需要联邦式机制来解决问题，联邦机制可以提高产品数据和信息管理的同意性和共享能力。

3 PDM技术分析

3.1 以PDM为基础构造企业信息平台

当今，企业信息化对于所有企业而言都不是全新的概念，都已经或正在进行实践。例如，无论是制造业企业的“甩图板”，还是其他企业的“办公自动化”，其实质都是企业信息化的组成部分。只不过随着信息化技术的发展完善，企业信息化需求的日益明晰，使得“企业信息化”的涵义更广泛、更深刻、更坚实。那么，到底什么是信息化，什么又是制造业企业的信息化呢？

首先，对于企业而言，应用任何一种技术手段的目的都是提高效率、增强核心竞争力、实现利润最大化，而作为一种技术手段，企业信息化也必须为这个最终目标服务。其次，信息化的核心是“信息”，而信息的实质是数据及其流程，因此，信息化的关键是企业中的数据及流程，信息化的本质意义是如何以企业数据和流程为着眼点，实现企业的长短期目标。因此，企业信息化是基于计算机网络环境，集成使用各类专业应用软硬件，实现企业的各种业务及其流程的自动化。

在实施信息化的过程中，一个根本问题往往被忽略掉，即制造业企业信息化的核心是产品数据的数字化和流程自动化，但是，产品数据既不是生产出来的，也不是计划出来的，而是设计出来的。所以，追根溯源，制造业企业信息化的基础是设计数据和设计流程，而PDM系统正是针对产品设计数据和设计流程的有效管理工具。因此，以PDM系统为基础，来逐步构造企业信息化的基本平台，不仅抓住了制造企业信息化的关键和重点，而且也具有实际的可行性。

(1) PDM系统在信息化中的基础性地位和桥梁作用。PDM系统有两个基本的核心功能：其一是管理研发部门的产品设计数据和设计流程，它解决了制造业企业信息化中的产品电子数据的来源问题。没有这些电子数据基础，企业信息化就无从谈起。其二是与企业生产、管理、供应和销售等部门的相关信息化系统集成。它解决产品数据或其他相关数据在整个企业内的电子化有序流动，实现整个企业的相关业务集成。近年来的实践已经证明，如果没有PDM系统的这种桥梁和纽带作用，像ERP等主要管理制造资源的系统一定会陷入“巧妇难为无米之炊”的尴尬境地。充分发挥PDM系统的这两个核心功能和作用，就可以为企业信息化打下坚实的数据基础和继承条件。

(2) PDM系统具有企业信息化中的共性技术和共性功能。在PDM系统的开发和应用过程中，根据实际所需的功能要求，会采用下列技术：电子文档管理技术；电子数据版本管理技术；人力和组织资源管理和权限控制技术；任务流程管理技术；电子文档流程管理技术。

这些功能需求及其应用技术不仅仅局限于PDM系统，其所代表的思想、技术和功能具有相当的共性，其他业务部门的信息化也会有相同的功能集成，也会集用与之相同（或相似）的技术。所以，这些功能和技术可以应用于其他业务部门的信息管理系统，成为企业信息化的共性技术和共性功能。

(3) PDM系统虽然定义在研发部门内部的产品设计数据和流程进行管理，但要实现高效、有序、统一的安全管理，就必然涉及部门内的人员、组织机构、数据、流程的定义和控制。而这些定义的方法、管理控制的机制以及实现的方法，虽然体现了最基本的管理思想和信息管理方法，使得这些应用模式可以在其他业务部门的信息化系统中复制或者借鉴，实现基本的信息管理思想和方法由局部到整体的统一与集成，也能保证管理的延续性和一致性。

(4) PDM系统采用了通用的标准开发工具。当前，成熟的PDM系统一般都采用下列开发技术和标准：面向对象编程技术；以组件对象模型和中间件技术为基础构造的分布式网络应用软件系统；通用数据库访问技术；三层或多层结构的服务器/客户机模式或服务器/浏览器工作模式。

这些技术和标准都是通用的底层开发技术和开发工具，代表了开发技术的现在和未来发展方向，这不仅可以保证开发技术的先进性，更为重要的是也从根本上保证了用这些工具开发的应用系统可以保持相当的生命力和开放性。所以，以用这些标准工具开发的PDM系统为基础，可在通用的技术平台上，实现企业信息化集成。

(5) PDM系统应用部门的信息化应用时间最早，应用基础最好，具备最主要的人才基础。无论是应用PDM系统，还是应用其他任何信息系统，最终都需要落实到人才能发挥其应有的效能。从制造业企业的发展历史来看，一般研发部门应用电子化辅助工具（如CAD软件）的时间最早，历史也最长。在这个过程中，必然已经培养出一批计算机高手、网络专家或者CAD能手，这些人都是企业信息化最宝贵的人才基础。而PDM系统的最初使用者也正好是他们，所以以这些高素质的应用人才为基础，不仅有利于PDM系统本身实施成功，而且可以为企业的全面信息化应用，做好人才储备。

综上可见，作为制造业企业信息化的有机组成和重要一环，PDM系统代表了信息管理系统的基本管理思想和方法，采用了通用的开发技术和开发工具，具有信息化的共性技术和共性功能，并按照制造业企业的核心——产品为纽带来集成相关应用系统。因此，以PDM系统为基础构造制造业企业信息化基础平台，不仅抓住了信息化的关键，而且也抓住了信息化的本质。这不仅极大地拓展PDM的发展空间，而且必将为企业信息化提供一条更为切实可行的成功之道。

3.2 基于PDM框架的应用集成体系

在产品的开发过程中，往往需要同时使用多种CAX工具。为了实现对产品的集成化开发，提高产品开发的效率，CAX系统自身需要实现信息集成。其主流方向是采用STEP的应用协议以及相关开发工具进行二次开发。同时CAX系统作为CIMS中的一个子系统，需要与其他子系统(如MRPⅡ、车间控制系统等)协调工作，实现信息资源的共享。所有这些都要求由一个应用集成框架来方便地实现对各种应用的集成。所谓集成框架就是能够方便地对企业内的各类应用实现信息集成、功能集成和过程集成的软件系统。因此，集成框架应该具有良好的开放性和可扩充性，并能提供合适的应用集成接口。PDM系统恰好满足了这种要求。可以说，PDM在突出产品数据管理的集成上，正逐步完善其作为制造业领域集成框架的功能，为CIMS应用的实施提供更强有力的自动化环境。基于PDM系统的应用集成框架的体系结构如图1所示。

图1 PDM应用集成框架体系

CAD/CAPP/CAM的集成是CIMS的核心，是覆盖产品设计、工艺规划设计、数控编程与加工等整个工程设计的自动化系统。它不是CAD系统、CAPP系统和CAM系统的简单叠加。通过数据接口技术和数据库集成技术，将应用系统、数据库和规则库等进行有效连接，从而实现3C的信息集成、网络集成和功能集成。因此，系统集成的关键是孤岛系统之间的数据交换技术和多数据库的集成技术。

4 PDM的选型和实施

4.1 PDM的选型

目前国内外已有许多著名的PDM软件，如EDS公司的IMAN、PTC公司的Winchill、IBM公司的Product Manager、CV公司的Optegra等，它们基本上代表了国内外在PDM技术上的最高水平。国内许多软件厂商也看到了PDM市场的巨大潜力，纷纷开发出自己的PDM产品，如浙江大天创瑞丰软件公司、华中理工大学的华中软件公司、清华大学的高华公司、中科院的凯思公司、南京的同创公司及东北大学的阿尔派公司等。同时，国内许多企业实施了PDM系统，如春兰空调厂、海尔集团、长虹、康佳等采用的PDM产品是美国EDS公司的IMAN，西安飞机设计所采用的PDM产品是IBM公司的PM，江西五十铃汽车制造厂、上海港口机械厂和苏州阀门厂等采用的PDM产品是华中软件公司的IntePDM。从效果看，有取得明显经济效益的，也有未能达到预期目标的。

企业不应该单单选择大或者功能全的软件，软件也不是越贵越好。选择PDM系统时，还应考虑PDM供应商的技术服务体系和能力，考虑与其他系统接口的能力（如：MRPⅡ、ERP等），是否具有支持应用程序集成的能力等。综合来说，一般应结合以下几个方面进行考察：满足功能要求；和企业CAD应用的水平适应；考虑和现有软件的集成性和接口问题；注重国外软件的国产化问题；注意软件运行的速度和硬件的配置。

4.2 PDM的实施

在我国，PDM应用刚刚起步，但也已得到企业界与各IT厂商的广泛重视，江铃汽车、昌河飞机、虹都集团、美的、西飞、海尔等大型制造企业和一批中小企业都在上PDM项目，但实施成功的却很少。其主要原因是PDM是管理软件而不是工具软件，PDM系统体现了当代的产品开发的管理模式，代表着一种先进的管理理念和企业文化。PDM的实施过程，是企业实现内部业务流程战略重组的过程。PDM重在实施，国外企业的管理模式与国内企业的具体实际有着区别，因此，国内只能借鉴国外的方法，总结国内企业的经验教训，整理出一种适合国内企业的实施方法。

4.2.1 实施定位

PDM系统依据其功能性、系统独立性、规模性和开放性等区别而大致分为两类：一种是面向设计团队（项目组），针对具体开发项目主要以一两种应用软件为特定集成内容，使用规模在几台至几百台计算机左右，运行在局域网络环境中的PDM产品，我们称其为“项目组级PDM”。另一种PDM产品是高层次的“企业级PDM”系统，它可按用户需求以任意规模组成多硬件平台、多网络环境、多数据库、多层分布式Server、多种应用软件一起集成的跨企业、跨地区的超大型PDM系统。我们认为，CAD应用历史较长，员工的业务水平、计算机技能普遍较高的企业，可直接引进企业级PDM系统，而对于大多数企业来说，应从引进“项目级PDM”开始。

4.2.2 实施PDM系统的准备

（1）企业人员PDM理念培训。在PDM的应用中特别要强调人的作用，它提供的是一种人机混合作业的优化运行模式。企业中的“人”是PDM实施的主体，企业只有从高层管理人员、中层干部和基层干部都有代表了解了PDM是什么，PDM能作什么，才能有效地了解到企业各阶层对PDM的期望，才能有效地挖掘出企业PDM需求与目标，从而保证PDM实施质量。

（2）企业高层人员的全力支持。PDM系统在技术部门的应用最初是由于大量应用CAX技术从而导致大量电子数据的产生。它必然引起企业文化以及基于这种企业文化之上的工作模式的变化。如果要保证这种趋势按照正确的方向发展，就必需得到企业领导者的认可和持续的支持。

（3）对企业的信息化建设进行整体规划。企业的PDM系统的建设过程将伴随着企业的产品设计部门的发展而长期存在，为了保证PDM能与企业今后的信息化建设以及未来的电子商务有机结合，一个比较稳妥的办法就是聘请有经验的咨询顾问，在咨询顾问的指导下对企业的现状以及今后的发展竞争调研和论证，指定出初步的企业信息化建设的规划，并在这个规划的指导下开展PDM系统的建设工作。

5 结论

随着计算机应用的迅速发展，采用计算机辅助技术和先进的信息管理技术是企业更新改造、提高产品竞争力的必由之路，PDM的实施为此提供了条件。国外实施PDM已经取得了较好的成果，国内的发展却不尽如人意。文中介绍了PDM的产生、发展、功能、发展趋势和技术分析等基本内容，重点讨论了PDM在我国的实施方法以及实现生产过程中产品数据的有序管理、减低产品开发成本、提高设计能力、保持产品数据的一致性和可跟踪性。在实施PDM系统的整个过程中，必须针对企业目前存在的问题以及财力和技术现状，围绕企业的发展规划和远景目标来组织实施。选择合适的产品与软件供应商，制定可行的实施策略，从部分应用开始，分步骤、分阶段地制定目标，一步一步地推广实施。

参考文献
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文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/15/2005)


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