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PDM技术应用中的信息标准化问题

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1 引言

20世纪70年代前后，CAD(Computer Aided Design)和CAM(Computer Aided Manufacturing)技术在企业的设计与生产过程中得到广泛应用。然而，这些新技术的应用在促进企业生产力迅速发展的同时，也带来了许多意想不到的新问题。例如，对于制造企业而言，虽然针对各部门的计算机辅助技术已经日益成熟，且自成体系，但由于彼此之间缺乏有效的信息共享与利用机制，往往在企业中形成各种相互隔绝的“信息化孤岛”。在这种情况下，实现信息的有序管理就成为各个信息化企业在激烈的市场竞争中保持领先优势的关键因素之一。产品数据管理PDM(Product Data Management)技术以及相应的应用软件系统正是在这一背景下应运而生的。PDM系统最早出现在20世纪80年代中期，其最初目的在于解决企业大量工程图纸和技术文档的计算机管理问题。此后不久，PDM系统逐步扩展到产品开发过程中的三个主要领域，即设计图纸与电子文档管理、产品结构与技术状态管理，以及工程发放与变更管理。特别是，随着集成式产品开发IPD(Integrated Product Development)和并行工程思想受到企业界的广泛重视，对整个产品开发过程进行时间协调和进度控制的要求日益得到加强，PDM系统又增加了过程管理的功能。作为一项仍在蓬勃发展的管理思想和信息管理技术，21世纪以来，PDM技术的内涵不断得到丰富和拓展。

2 PDM技术及其应用系统的概念与基本原理

PDM是一项以软件技术为基础，以产品（产品结构、产品订单和供应商状况）为核心，管理所有与产品相关的数据、过程（工作流程、审批与发放过程、工程更改单）和资源的一体化集成管理思想和技术。具体地说，PDM技术是对工程数据管理EDM(Engineering Data Management)、文档管理DM(Document Management)、产品信息管理PIM(Product Information Management)、技术数据管理TDM(Technology Data Management)、图像管理IM(Image Management)、技术信息管理TIM(Technology Information Management)以及其他产品定义信息管理技术的一种概括和拓展。基于PDM技术的产品、过程、数据和资源关系如图1所示。从图1不难看出，PDM技术能够提供产品全寿命周期的信息管理，并可在企业范围内为产品设计和制造建立一个并行化的协作环境。

图1 基于PDM技术的产品、过程、数据和资源关系模型

相应地，PDM技术的应用软件系统明确定位为面向制造企业，以产品为信息管理的中心内容，以数据、过程和资源为信息管理的三大要素。PDM系统进行信息管理的两条主线分别是静态的产品结构PS(Product Structure)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着产品设计展开的，这也正是PDM系统区别于其他诸如企业管理信息系统MIS(Management Information System)、制造资源计划MRPⅡ(Manufacturing Resources Planning)、项目管理PM(Project Management)系统和企业资源计划ERP(Enterprise Resources Planning)的关键特点所在。

PDM系统的基本原理是，在逻辑上将各个CAX“信息化孤岛”集成起来，利用计算机系统控制整个产品的开发与设计过程，通过逐步建立虚拟的产品模型，最终形成完整的产品描述、生产过程描述以及生产过程控制数据。特别是，技术信息系统TIS(Technology Information System)和MIS的有机集成，构成了支持整个产品形成过程的信息系统，同时也形成了现代集成制造系统CIMS(Contemporary Integrated Manufacturing System)的技术基础。通过建立虚拟的产品模型，PDM系统可以有效、实时、完整地控制从产品规划到产品报废处理的整个产品寿命周期中的各种复杂的数字化信息。

3 PDM原型系统的体系结构

PDM系统可以集成并管理与产品有关的信息、过程、人员和组织，包括四个层次，即图纸文档的电子化管理层次、部门级的数据管理层次、企业级的数据管理层次和企业间（可能是行业级，也可能不是行业级）的数据管理层次。从我国制造企业的组织结构特点看，企业间的数据管理是面向行业推行PDM技术及其应用系统的关键问题之一。基于Corba和Web平台的PDM系统以整个企业为一体，跨越所有工程技术群体，是促使产品快速开发和业务过程快速转化的“催化剂”，也是在分布式企业管理模式基础上，与其他应用软件系统直接联系的核心环节。一般来说，PDM原型系统以网络环境下的分布式数据处理技术为支撑，采用客户机/服务器和Internet/Intranet体系结构以及面向对象的设计方法，在企业级实现产品全寿命周期的信息管理，协调、控制工作流程和项目进展，从而在整个企业范围内建立一个并行化的产品开发与协作环境。基于PDM原型系统的体系结构如图2所示，包括项目管理、工作流程管理、工程图档管理、产品技术状态与更改管理、对象与图像管理，以及系统集成工具等基本功能。

图2 PDM原型系统的体系结构

4 PDM系统的技术特点及其可以为信息化企业解决的有关产品数据的关键问题

从我国制造企业进行信息化改造的现状看，企业的信息化进程都或多或少受到以下技术问题的困扰：一是信息共享程度低；二是信息传递的速度慢；三是业务流程管理落后；四是产品的设计方法与手段落后；五是支撑技术不配套。PDM系统的应用不仅可以有效地克服上述各种不利因素，而且可以帮助信息化企业解决如下关键问题：

(1)产品数据的压缩问题。在多数情况下，CAD与CAM技术的应用使企业“新生”了许多产品数据。这些数据不仅占用了企业的大量存储设备，而且还吞噬了企业有限的网络宽带资源。这样，企业不仅要由此不断添加新的存储和网络设备，而且还损失了宝贵的办公效率。PDM系统可以将每一个进入系统的数据压缩到原先的1/5~1/10左右，从而显著节约存储资源。

(2)产品数据的归档问题。长期以来，限于网络操作系统所提供的有限功能，企业只能将产品数据分门别类地归档到文件服务器上，并指定专人负责文档归档工作。随着信息技术的广泛应用，归档操作变得烦琐乏味，甚至不堪忍受。PDM系统提供了更为便捷的产品数据归档方法，只要用户提供必要的工程信息，该产品数据就可以有条不紊地进入应用服务器的产品数据库中，从而真正实现“谁负责，谁归档”产品数据归档功能。

(3)产品数据的统一编码问题。推行统一编码是企业信息化的基础。从理论上讲，产品编码的实质是解决产品数据的分类问题。产品零部件的有效分类恰恰是PDM系统要解决的主要问题。由于先前的编码标准基本上是基于纸型介质建立的，使用人员通常需要翻阅手册，并进行人工协调才能完成某项具体的编码工作。在这种情况下，企业推行统一的编码规则有时相当困难。由于PDM系统提供了有效的编码管理和辅助生成工具，企业可以轻而易举地将编码规则定义到产品数据库中，以便使用人员随时在网络上查找和浏览。而且，通过代码辅助生成工具，使用人员可以在具体应用软件中直接对生成的产品数据进行编码，保证了编码的正确性。

(4)产品数据的安全问题。传统的企业产品数据表现在纸型介质上，企业通过制定严格的档案归档、保存、借阅和保密制度，来确保企业产品数据的安全。然而，企业信息化以后，电子化的产品数据很容易受到内部人员或网络黑客的攻击（包括恶意破坏和盗窃）。传统的文件控制与管理系统很难全面解决企业产品数据的安全问题。PDM系统以大型网络数据库为基础，通过动态性角色管理和内置的浏览工具，界定出用户对数据的创建、浏览、复制、更改和删除的5种权限，能够确保数据的安全。

(5)PS的管理问题。PS是一个跨越企业各个组织部门和经营阶段的核心概念，是PDM系统联结CAD、CAE(Computer Aided Engineering)、CAM、CAPP(Computer Aided Process Planning)和MRPⅡ等应用软件系统的纽带和桥梁。传统的基于纸型介质的文件管理方法虽然可以按照PS进行文件归档，但是PS概念并没有得到切实的使用。例如，目前市场上流行的基于卡片式理论的档案管理系统，由于缺少产品结构这样的概念，只能按照线性模型进行数据组织。PDM系统以PS概念为核心组织工程数据，使企业的工程数据可以在明确的PS视图下呈现出清晰的层次关系，便于进行基于PS的查询、修改和数据组织工作。

(6)技术部门的过程管理问题。随着多维（二维和三维）CAD技术的广泛应用，企业技术部门的绘图工作全部在计算机上完成以后，原先基于纸型介质的工作驱动与协作方式，在某种程度上制约了技术部门生产效率的改善。如何寻求一种适合企业的电子流程管理方法，成为信息化企业正在面临的一个普遍性难题，也是PDM系统所必须解决的关键问题之一。通过构建一个面向企业技术部门的工作流程管理模块，PDM系统能够为信息化企业提供一个按照自身情况定制工作流程的框架。这样，企业利用内嵌的浏览工具就可以完成整个工作过程的浏览与批注任务。

(7)产品数据的检索问题。过去，企业的图纸、报表和文件都保存在档案部门，使用部门必须办理相应的手续才能得到相关的资料，过程复杂低效。现在，多数企业建立了计算机网络，但是基于传统文件或卡片式的线性管理只能提供有限的检索条件，无法提供诸如“用于何处”等类型的检索方式，因而很难满足工程部门的需要。根据国外的一项调查结论，技术人员40%的时间消耗在资料的检索和等待中。PDM系统提供了多种查询方式，使得技术人员不仅可以按照图形或文挡的属性查询，而且可以按照PS的相互关系查询。通过建立有效的安全管理制度，在既定的安全范围内，可以最大限度地满足技术人员对企业资料的查询需求，确保“正确的人，在正确的时间，得到正确信息的正确版本”。

(8)产品数据的处理问题。制造企业的工艺设计、生产组织、物资供应、物流管理以及对外协作等经营活动，都或多或少需要使用基于PS的数据信息，其表现形式为企业现行的各种表格。PDM系统提供了交互式自定义表格工具，可以生成任意复杂的企业表格，并可以提供多种统计、汇总与展开方式。这样，基于产品数据库生成各种表格，不仅数据正确一致，而且工作效率和工作质量都能得到提高。

(9)工程与生产领域的集成问题。我国许多制造企业的计算机应用一般是以部门为单位发展起来的，企业的工程设计与生产、销售部门常常运行各自的应用软件系统，如CAX与MRPⅡ就可能分别在企业的不同部门运行。由此，技术部门产生的电子数据若被生产部门使用，则通常存在二次输入问题。这一非增值过程的失误将导致严重的后期产品配套问题，包括缺件、多件或参数错误等。PDM系统可以将用户定制的表格数据转为多种文件格式，包括Excel、Access、dBASE、FoxPro、TEXT等。这样，工程与生产部门的数据集成就可以通过程序接口实现，避免了电子数据的二次输入问题。

(10)工程信息的提取问题。现在，多维CAD软件已成为多数制造企业进行产品定义和设计的主要工具。PDM系统可以将CAD文件中包含的各种工程信息自动提取到系统中，从而显著提高企业的设计工作效率。

5 面向PDM技术应用的信息标准化问题

按照图2中建立的PDM原型系统的体系结构，要使企业的PDM系统有效运行，并实现行业（包括具有行业特征的集团型企业）内部不同企业之间信息的异地共享，就必须首先解决好以PS定义为核心的信息标准化问题。与PDM技术及其应用系统有关的信息标准化问题可以从纵、横两个方向加以描述。从纵的方向看，如前所述，与PDM技术应用有关的信息标准化涉及四个层面：一是图纸文档的电子化管理层面；二是企业部门级数据管理层面；三是企业数据管理层面；四是行业（企业间或集团型企业级）数据管理层面。与这四个层面相关的标准化问题包括制定针对不同层次数据管理要求的各种企业标准、行业标准甚至国家标准。从横的方向看，与PDM技术应用有关的标准化问题包括如下5个方面：

(1)与PS定义、描述及分类编码有关的标准化。通过制定行业或企业层面的PS规范，以及面向不同产品的PS分类与代码标准，确定对PS、物料清单BOM(Bill of Material)的管理要求。

(2)与技术状态管理有关的标准化。通常，技术状态管理既涉及过程管理，又涉及TDM管理，包括对产品研制全过程中的功能基线、研制基线和产品基线的建立和管理，技术状态的标识、批准和发放，技术状态的更改和控制，技术状态的记录和跟踪，以及技术状态的审核等。

(3)与文档管理及文档分类编码有关的标准化。确定对分布式异构数据的存储、检索、管理等的要求、方法和基本原则，确保数据处于最新和正确的状态，以便在整个企业或行业范围内得到充分共享。

(4)与PDM系统的数据交换与集成接口有关的标准化。企业的电子数据可能是在不同的软件环境下生成的，要实现数据交换，对数据的格式必须进行规范化，接口必须协调和统一。通过制定行业或企业层面PDM数据交换与集成接口规范，可以确定PDM应用程序接口要求、数据格式及其与相关系统的数据交换方式。目前，与PDM系统的数据交换与集成接口有关的技术标准或规范已有不少，如ISO10303、AP203、AP207、AP210、AP212和AP214等。

(5)与基于PDM系统的协同工作环境有关的标准化。通过制定诸如技术状态管理标准、质量管理标准、异地协同设计工作规范、异地分布式PDM技术规范、异地产品虚拟装配规范以及集成式产品团队IPT(Integrated Product Team)管理规范，提升行业层面的协同工作水平，改善PDM系统的应用效率。

6 PDM技术及新一代PDM系统的发展趋势

随着市场竞争的不断加剧，缩短产品上市时间、降低生产成本成为企业所面临的严峻挑战。而虚拟企业概念的提出，更加要求企业具备一种信息基础环境，以便能够及时与其供应商和客户之间交换各种类型的产品数据。每个企业在产品开发过程中都需要进行全面有效的协作，它们不但要访问产品设计数据，而且要还需要访问制造过程中的数据，以及其他一些在产品寿命周期中涉及的有关产品信息。然而，传统的PDM系统局限于设计阶段的工程信息管理，无法很好地适应敏捷制造或是虚拟环境下的产品开发与制造过程的需要。由此，在虚拟企业概念下，面向产品寿命周期的PDM技术成为21世纪以来新的研究焦点。可以推断，新一代PDM系统的开发的方向将主要集中在三个方面，即电子商务与合作商务、虚拟产品开发，以及支持供应链管理。

(1)电子商务与合作商务方面。新一代PDM系统能够提供这样的功能，即在网上就可以得到产品数据信息，这为电子商务发展提供了重要基础。通过从产品及相关产品的技术状态中选择参数，就可以得到产品模型。这一领域的深入发展，将会使得网络完全能够提供产品/服务选择、建议准备和订购过程。合作商务是最先进的电子商务模式，它使得多个企业动态重组后能够在线合作，从而利用网络技术代替静态的网络供应链。

(2)虚拟产品开发方面。虚拟产品开发管理VPDM(Virtual Product Development Management)是在虚拟设计、虚拟制造和虚拟产品开发环境中，通过一个可以即时观察、分析、互相通信和修改的数字化产品模型，并行、协同地完成产品开发过程的设计、分析、制造、市场营销及服务。VPDM集合了Web、PDM、三维CAD和数字样机DMU(Digital Mock-up)技术，使企业具有更好的产品创新能力。在产品概念设计阶段具有高灵活性和不可预测性的环境下，VPDM为数据变化的管理提供了更典型的管理框架。此外，VPDM还可以作为一个知识库和渠道，将处于不同阶段的离散产品信息转化为连续的信息状态。

(3)支持供应链管理方面。随着网络技术不断得到深入应用，PDM系统作为标准的黑盒解决方案、较廉价的硬件、软件和网络技术，其利用率不断提高。PDM系统能够很容易地在虚拟企业中实施。在虚拟企业中，一个组织要与其供应商、合作伙伴和其他人共同加入到供应链中，工程信息需要在虚拟企业内不断交换。PDM技术中各个系统间的通信和数据交换，使得早在产品开发阶段，原始设备制造商OEM(Original Equipment Management)之间就能进行合作，并能随时在整个供应链中得到产品信息。

新一代PDM系统将是完整意义上的供应链管理系统，它将能够提供两项功能，即工程仓库和工程合作。作为一个灵活、易适应且易运行的系统工程仓库，工程仓库管理着技术数据，并能够提供其它系统的有关参考信息。当前的市场发展趋向表明，PDM技术将是企业内部知识管理的一个重要部分。新一代PDM系统能够管理与信息技术知识密切相关的项目和过程。虚拟企业的工程合作需要有支持协同工作与通信的结构。计算机支持协同工作CSCW(Computer Supported Cooperative Work)解决方案将会集成到未来的PDM系统中，CSCW能够提供一个信息小组IT(Information Team)工具，这将有助于促进IT成员之间的联络。有了网络技术、协同工作、PDM、CAD系统和智能浏览器，就能够组织一个具有连接分布式开发环境功能的、在线交互式协商会议。与传统的电视会议相比，在线协商会议有一个很大的优点，即允许所有到会者同时进入和编辑产品三维模型和相关信息，并允许用不同的颜色，以文本/声音/图形形式给产品模型加上注解。

此外，新一代PDM系统的浏览器将能够显示产品的图形描述，并可以被没有CAD和技术知识的使用者操作和利用。这一新型的应用软件将能够在诸如个人电脑等较为轻便的机器上运行。浏览器使用相对较易用的界面，各种不同层次的人都可以理解和使用产品数据。这种可视化工具能够提供一个相对简单且较为廉价的途径来拓展PDM系统的价值。

在地理位置相对分散的集团型制造企业中，新一代PDM系统具有的工作流程技术是一个对开发过程提供全面、系统支持的重要工具。有了公布/预定合作模型，将不再需要预定义和结构化工作流程管理。在未来的在线会议中，多个设计者可以同时工作在相同的CAD模型上，这将使得设计工作更加高效率。CSCW技术提供了智能的、分布式虚拟合作结构。这一虚拟结构能够很快地反映产品的市场动态。

7 适应未来PDM技术与新一代PDM系统需要的信息标准化发展方向

为了适应未来PDM技术与新一代PDM系统的发展需要，信息标准化工作必须向技术发展与系统开发的上游推进，并与企业的技术、管理、组织与文化变革结合起来。由此，企业或行业的信息标准化工作必须与PDM技术框架的前沿性研究以及新一代PDM系统发展趋势结合起来，走“超前标准化”的道路。此外，从产品数据信息互联、互通和异地共享的角度来看，需要及早在尽可能大的范围内进行协调和统一，进行标准化和规范化，并尽快制定面向整个行业或企业的基础性产品信息分类与编码标准。特别是，随着企业产品信息集成向着更深层次、更广范围和更多业务领域延伸，新一代PDM应用系统将更加紧密地与ERP、产品寿命周期管理PLM(Product Lifecycle Management)、供应链管理SCM(Supply Chain Management)和客户关系管理CRM(Customer Relationship Management)技术及其应用系统结合甚至融合起来。由此，企业或行业的信息标准化工作必须适应信息技术高度集成发展的趋势，着力解决接口标准与管理规范的制定问题，避免PDM系统应用后期的大规模修改或是应用失败，确保企业的信息化进程持续健康地向前发展。

8 结论

在迅速发展的信息经济时代，PDM技术作为一项帮助制造企业在市场竞争中立于不败之地的关键技术，正在发挥越来越大的作用。PDM系统的应用正在许多方面改变着传统企业的信息化工作。PDM技术及其应用系统以产品为核心的特点决定了企业必须充分重视产品数据与流程信息的标准化工作。应用PDM技术，实际上就是要实现企业产品信息的完整性和规范化，达到管理制度的科学化。由此，开展信息标准化工作是企业或行业实施PDM项目不可或缺的环节。此外，随着PDM技术及其应用系统向纵深发展，企业或行业的信息标准化工作也必须向信息化工作的上游推进。

参考文献
1. 孙家广编著，《计算机辅助设计技术基础》，清华大学出版社，2000年9月。
2. 吴舜龄编著，《中国的信息化》，中国水利水电出版社，1997年9月。
3. 李孝全著，《国家战略与信息产业发展：韩国信息技术和产业发展透视》，经济科学出版社，2001年10月。
4. 李湘虹、庞景安等著，《信息化浪潮》，京华出版社，1998年2月。
5. 范玉青编著，《现代飞机制造技术》，北京航空航天大学出版社，2001年6月。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (12/29/2006)


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