产品开发过程的协同技术研究

作者：李敏波 Wong Yoke San

欢迎访问e展厅 展厅 3 PDM/PLM/CAPP展厅 图文档管理系统, CAPP... 0、引 言 全球经济正从稀缺经济发展为过剩经济，顾客的要求越来越高，市场竞争越来越激烈。在这种情况下，企业为了增强竞争力，主动的采取大规模定制、全球化、外包和协作等策略，以获得更短的上市时间、更低的成本，来更敏捷的满足顾客不断变化的需求。Internet技术的发展，使得跨企业的产品研发平台成为可能。因此，协同产品商务是企业全球化和协作策略与Internet技术结合的必然结果。产品协同商务，是继ERP、CRM、SCM之后一个新兴的信息管理软件。 1、国内外主要协同产品商务（CPC）产品 1.1 TeamCenter系统 EDS公司通过收购UGS公司和SDRC公司，将这两家公司原有的产品线组合成新的CPC 产品—TeamCenter系统，它包括Engineering (I-man产品)，Manufacturing (E-factory server)，Visualization(Vis 产品)，Project(Inovie)，Community(E-vis)， Requirements(Slate)，Enterprise (Metaphase)，Solution Name (OOTB Express solutions)， Integrator(Accelis)系统。 IMAN在中国的用户包括沈阳航空发动机研究所、上汽泛亚汽车技术中心、上汽奇瑞、科龙、 柳州五菱、长虹、康佳、海尔、华宝、春兰、上海飞机制造厂、沈阳飞机设计所、北京人民印刷机械厂、上海汽车齿轮厂、上海离合器厂、上海汽轮机厂等。Metaphase 产品的用户：航天二院204所、上海日立、哈尔滨电机总厂。 1.2 Windchill系统 Windchill系统是PTC公司的CPC产品，也是目前国内市场占有率最高的PDM及CPC产品。Windchill 产品包括Windchill Foundation、Windchill PDM、Information Modeler、Windchill Info*Engine、ProductView等套件。PTC公司的Windchill产品的用户：一汽轿车、航天17所、信产部29所、信产部38所、上海大众汽车、华为公司、中兴通讯、广州地铁公司、联想集团、航天二院四部、航空640所、齐齐哈尔铁路车辆厂。 1.3 EMatrix系统 MatrixOne的产品eMatrix系统是全球第一个为产品开发及管理的工作团队提供广泛电子业务(e-Business)的解决方案。它使用Web来连接工作团队、过程和数据信息，系统包括工程中心、团队中心、需求中心、供应商中心、软件中心、配置中心、信息中心。eMatrix是一个完整的产品开发过程电子业务软件和服务系统，适用于各种产品的概念设计、需求管理、产品研制、变更管理、试验管理、制造过程、技术创新和程序管理等等。使用的行业包括航空航天、汽车机车、能源动力、机电制造、家用电器、IT产品、娱乐用品以及建筑和商业等。eMatrix自面市以来，已有300余家世界性企业使用，eMatrix产品的中国用户：上海汇众、上海贝尔。 1.4 SmarTeam系统 SmarT Solution公司成立于1995年，专注于PDM市场，为企业提供了从工作组到企业级乃至于供应链级的不同解决方案SmarTeam PDM产品。SmarTeam是专门为Windows环境而设计的，SmarTeam的优点在于实施迅速、学习周期短，以减少实施产品数据管理系统的成本，同时又提供一定的功能。SmarTeam的可扩展性，可以从简单的工作组起实施PDM方案，从而过渡到整个企业级。但由于SmarTeam是从图纸文档管理系统发展过来的，它在产品结构树和产品配置方面的功能较弱。SmarTeam产品的中国用户：上海烟机、厦门ABB、南京高速齿轮箱厂。另外IBM公司的Enovia、PM产品用户有西安飞机设计所、昌河飞机工业公司、成都飞机公司等。 目前国内公司还无法提供较完整的CPC产品，但有不少厂商可以提供从部门级到企业级的PDM产品：艾科斯特XTPDM系统、开目IntePDM系统、上海思普公司SIPM/PDM系统、清华英泰公司TiPDM系统和欧磊科技SmarGroup系统，这些公司的产品得到了国内大中型企业和设计单位的广泛应用。 2、产品开发过程的协同需求 20世纪80年代，企业的普遍关注点在于如何通过降低成本来获取利润，这个时期的企业普遍采用CAX技术。到了20世纪90年代，企业发现通过降低成本获取竞争优势的时间仅能维持很短的一段时间（如果设计效率10%-20%，取得的竞争优势只能持续1年多），这个时期的企业纷纷将注意力集中在如何缩短产品的开发周期，期望通过开发周期的降低获取更高的市场份额，企业缩短开发周期的手段实施是并行工程。进入21世纪的企业发现，只有主动地采取大规模定制、全球化、外包和协作策略，迅速地开发出独特的个性化产品才能为企业带来更为持久的竞争优势。协同产品开发CPD正是这种认识的产物。 CPD蕴含了这样一个信念：协同创造价值。协同的范围随着空间的扩大分为企业内部的协同和企业之间的协同，从对企业战略目标的支撑而言，CPD是企业实现大规模定制战略、外包战略、全球化战略的使能工具，没有CPD的支撑，就无法有效地实现这些战略。越来越多的企业将产品研发和制造的一部分外包出去，自己仅保留最具核心竞争力的部分，在这种模式下，产品开发的全生命周期过程是由供应链中的一群企业所承担的，企业在产品上的竞争也转换成不同供应链在产品上的竞争。真正的协同是将整个供应链看成一个就产品而言的“虚拟企业”，将CPD的原则运用到整个供应链，不同的企业在这个“虚拟企业”就象是不同的业务单元，企业和企业之间的界限很模糊，这就是协同研发与制造。 本文着重研究了产品开发过程中的需求协同、项目管理、产品数据管理、供应商协同、协同设计，协同的范围从企业内部的协同扩展到企业与客户、供应商、合作伙伴之间的协同产品开发。通过对产品开发过程中协同活动的分析，获得协同产品开发平台的功能需求，指导CPD产品的开发。 2.1 需求协同 在产品开发过程中首先涉及到需求协同。产品供应商通过需求协同系统收集并获得来自客户的详细需求，包括产品订单的设计规范、价格、数量、材料、主要工艺、交货时间地点等，这些信息构成客户的询价单。产品供应商通过网络给客户提供产品的报价单，确定产品的加工、产品检验标准、交货时间地点等。在订单签定合同前，交易企业与客户往往需要就技术细节和产品价格进行多次网上交流和讨论，最终实现网上下订单。 2.2 项目管理 对于面向订单生产的企业，当需要对产品进行创新设计或改进设计时，设计部门需要建立产品的开发团队，按照项目管理模式对产品开发过程进行开发进度、任务分配、开发人员、项目成本等方面的管理。对于跨企业的设计项目，需要将合作伙伴、供应商纳入到项目管理中，统一进行开发任务的分配和开发进度的管理。在产品开发过程中，项目组成员需要频繁地交流信息，因此项目管理系统应该提供实时的消息发布和电子邮件功能。 2.3 产品数据管理： 产品数据管理PDM作为CPC（协同产品商务）以及CPD的基础和核心，它是产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源一体化集成管理的技术，PDM是企业产品数据管理框架和CAD/CAM/CAPP/CAE等应用软件的集成平台。PDM系统按照软件功能模块划分，可分为电子仓库和文档管理、工作流与过程管理、产品结构与配置管理、零件分类管理、工程变更管理、项目管理、电子协作、集成工具、浏览和圈阅，但PDM系统中的项目管理的功能较弱。在产品协同开发过程中，PDM系统提供产品数据的集中管理和发放，以便开发团队中的每个成员（包含合作伙伴和供应商）都可以根据其权限访问产品开发数据（设计要求、产品结构、产品数字模型、产品工艺规化等）。 2.4 协同设计及协同工作环境 多年来，制造企业通过使用CAD/CAM/CAE技术提高了产品设计和制造水平和效率；但现在，越来越多的大型企业要求其供应商参与产品的开发，因此这种跨区域的设计团队需要协同设计工具来帮助设计人员查阅产品零件或装配模型、运动仿真，交流设计思想。协同工作环境应具备以下功能： 1） 提供协同工作的环境和集成工具，设计人员能够实时、跨地区进行协同工作； 2） 提供可视化工具，查阅和操作产品模型； 3） 提供圈阅和标注功能，以便保留评阅者的意见。 当前的协同CAD/CAM系统有Weld、3D –Syn、WebSPIFF、CollIDE、CyberCut、DOME等系统，协同工作环境有UGS公司的DesignKNet和eVis、达索公司的Enovia及DMU、CoCreate OneSpace、Centric Software Innovation等 2.5 供应商协同： 为了更好地管理供应商，让供应商尽早参与产品的设计过程，企业通过供应商协同可以进行供应商设计任务分配、外购件的采购询价、采购管理、供应商基本资料管理；同样，供应商利用供应商协同获得供货需求，提供产品报价，供货记录管理。 3、协同产品开发平台CPD的框架及协同技术 如图1所示，协同产品开发平台的体系架构可以采用SUN公司的J2EE、微软的.NET、Browser/Server或传统的Client/Server技术架构，数据库系统可以使用Oracle, DB2,SQL Server等。协同产品开发平台由产品协同开发门户、产品数据管理、需求协同、项目管理、协同设计工具、供应商协同组成。 需求协同提供一个网上的产品询报价系统，它要遵循传统的商业模式，可以提供多客户对一个厂商（N：1）或多客户对多厂商(N：N)的服务。需要根据产品或行业的特性制定相应的询价和报价的模板，而且系统应提供对询价单和报价单的查询和更改。供应商协同类似于需求协同，提供产品零部件的外包设计和采购，并管理与供应商相关的业务信息。 项目管理：当企业完成需求协同，有了明确的产品设计任务和指标后，就要启动项目管理，采用工作流系统对产品开发流程定义，通过项目管理对项目开发任务进行分配，制定开发进度。在产品开发过程中，随时掌握产品的开发进展。同时，项目管理系统应提供产品开发团队相互沟通的通讯机制，通过消息和电子邮件来传递信息。 产品数据管理PDM是协同产品开发平台的基础和核心。作为产品数据中心，PDM系统将提供产品开发过程中的产品几何模型、产品加工模型、产品仿真数据、产品工艺规划等的数据管理。同时，PDM系统可以实现CAX与PDM的集成，以及PDM与ERP系统进行集成，以便将产品的设计结构、零部件的基本信息传递到ERP系统中。为了使企业内部网之外的客户、合作伙伴和供应商能够访问产品数据，这需要PDM系统能够支持浏览器访问，或者PDM系统是基于B/S或J2EE体系架构，如PTC的Windchill，Enovia产品。而IMAN，Metaphase等一些传统的PDM产品采用C/S体系架构，无法满足协同数据管理的要求，这就需要对原有的C/S结构进行技术改造，增加Web服务和Web访问。 由于产品开发团队成员可能不在同一地点工作，彼此所用的CAD软件也可能存在差异，客户、供应商、合作伙伴通过协同设计工具可以实现跨地区实时或非实时浏览和操作产品几何模型、运动过程仿真，获得产品一些重要结构参数，并进行标记或填加意见。协同设计工具可以识别主流CAD软件的模型数据格式，将其转化为中立的数据格式，再经过数据压缩和简化，以较小的数据量通过网络传递到客户端显示。 由于不少公司的PDM系统、协同设计工具、项目管理是基于不同的技术架构、数据库、应用服务器，或者是收购不同公司的产品组合而成，每个系统都有自己的用户管理和权限管理。如果不能将这些系统进行统一管理和集成，每套系统都要建立一份用户组、角色、用户、权限。用户进入不同系统时需要重复登陆，面对各自的系统界面，许多信息和资料在不同系统之间不能共享和交换。因此，产品协同开发平台需要一个产品协同开发门户，将这些不同“结构”的应用系统进行集成，提供统一的系统访问入口、系统管理和用户管理。 4、 应用实例 数据存储工程与制造协同门户（Data Storage Engineering & Manufacturing Collabo- ration,www.dsemc.com ）是新加坡国立大学并行工程与后勤学实验室（LCEL）与新加坡数据存储研究所(DSI)合作开发的面向硬盘行业设计和制造过程的协同工作平台。它采用图一所示的体系结构，PDM选用EDS公司TeamCenter中的Metaphase系统，并在此基础上做了Web层的客户化开发，项目管理使用TeamCenter中的Project系统，协同设计工具采用hoops产品，系统门户是基于Elipva公司的epaf(elipva Portal Application Framework)产品开发了需求协同和供应商协同的功能模块，实现了统一的系统界面、用户管理、访问控制、并提供了工作流引擎、规则引擎、搜索引擎、虚拟社区、内容服务、频道服务等功能。 数据库统一采用Oracle，系统门户使用了iPlanet应用服务器，而Project系统使用了Tomcat应用服务器。整个系统都是采用J2EE技术架构，采用MVC(模型－视图－控制器)的设计思想。MVC是一个设计模式，它强制性的使应用程序的输入、处理和输出分开。使用MVC应用程序被分成三个核心部件：模型、视图、控制器，它们各自处理自己的任务，MVC设计模式带来更好的软件结构和代码重用。 面向数据存储行业的协同工作平台，同样适用于其他制造行业，如工模具、家电、机床、汽车等行业。构照协同产品开发平台的体系架构，根据各行业的特点，构建面向专门行业的产品协同开发平台或门户，只需修改需求协同中的需求条目、项目管理和采购管理中有行业特性的内容，而多数的协同模块和协同过程都是相同的。这些面向行业的协同产品开发平台或门户提供给企业联盟或虚拟企业进行协同产品开发，提高跨企业的产品联合开发的效率和质量，增强联盟企业的市场竞争力。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/22/2004)