产品数据管理在制造企业中的应用分析

作者：哈尔滨金融高等专科学校 赵丹丹

欢迎访问e展厅 展厅 3 PDM/PLM/CAPP展厅 图文档管理系统, CAPP... 摘要： 信息技术的发展，推动各类应用软件的发展，对于制造企业来说，信息技术的发展更是推动其产品的研发以及制造周期，产品数据管理的发展与现状是制造企业信息技术革命的关键因素。 关键词：产品数据管理； 制造； 分析 二十一世纪经济发展的基本方向是全球化、信息化。信息化已经成为各国抢占经济发展的主要途径，同时也是我国经济发展战略的重要组成部分。我国的制造业水平与世界发达国家相比，存在20年左右的差距。随着制造业竞争环境和发展空间的变化，我国将面临更为直接的国际竞争。同时，发达国家的发展可能会造成这一差距的进一步扩大，用信息化技术提高制造业的竞争力已经成为我们必然的选择。相对于发达国家，我国制造业信息化起步晚，但是在信息时代，工业化的过程是可以缩短的，英国实现工业化用了大约200年，日本实现工业化用了100多年，而韩国实现工业化只用了30多年，究其原因，主要是韩国抓住了世界产业结构调整和新科技革命的机遇。我国现在面临着与当年韩国类似的机遇，应该充分利用后发优势，大力推进以制造业信息化为代表的国民经济观，以信息化带动工业化，以工业化促进全社会信息的发展。 一、产品数据管理的发展 从20世纪80年代初开始出现至今，产品数据管理的发展过程可以分为三个阶段： 第一阶段配合CAD工具的PDM系统，早期的PDM产品诞生于20世纪的80年代初。在当时，CAD已经在企业中得到了广泛的应用，设计员在享受CAD带来好处的同时，也不得不将大量的时间浪费在查找设计所需信息上，对于电子数据的存储和获取的新方法需求变得越来越迫切。针对这种需求，各CAD厂家配合自己CAD软件推出了第一代PDM产品。但主要局限在工程图纸管理，只能跟专用的CAD软件集成，并没有解决“信息孤岛”的问题。 第二阶段专业PDM系统，这一阶段以SDRC公司的Metaphase和UGS的iMAN为典型代表。这是经过许多专门开发和推广的产品。主要实现了PDM作为企业设计和工艺部门的基础数据平台，各种CAX应用都可以通过该平台集成。目前正在使用的大部分是此类产品。 第三阶段PDM的标准化阶段，1997年2月国际OMG组织公布了基于CORBA的PDM Enabler 草案基础，这是PDM领域的第一个标准，使得PDM开始走向了标准化。此阶段一个代表产品是PTC公司推出的新一代PDM产品Windchill，它是一个完全建立在Internet平台和Java技术基础的产品。 二、国内外产品数据管理现状 产品数据管理是目前快速成长的技术，其发展极为迅速，并且为广大企业所接受。CIMDATA在2005年4月对外发布了一份研究报告，报告显示，2004年度全球PDM市场为160亿美元，预计到2009年的平均复合增长率为8%，达到250亿美元 。 1、产品数据管理的国外现状 从应用企业和投资规模来看，从早期应用PDM技术的企业主要集中在美国，到现在的北美、欧洲、亚洲等，纷纷加大PDM技术的投资和实施。从应用范围来看，从最初PDM起源的制造行业，到现在的石油、医药、电力、交通、建筑、保险、通信及软件开发行业都开始采用PDM技术来进行数据管理。 从PDM产品、功能和产业来看，PDM技术在国外的发展已趋于成熟，其商品化的PDM软件有EDS/Unigraphs公司的iMAN，IBM公司的Product Manager，Motaphase Technology公司的Metaphase，Autodesk公司的Workcenter，Smart Solution公司的Smarteam等。这些软件实现的功能有：系统管理、文档管理、项目管理、过程管理、数据的查询检索、生命周期及版本管理、产品结构配置、图像的浏览/批阅、通讯管理、数据的传递与交换、用户管理以及与CAD/CAPP/CAM和ERP等的信息集成。同时由于PDM技术的兴起和发展，已经产生并形成了一个相关的新产业，涌现出一大批软、硬件供应商。 从效益与效果来看，企业应用PDM系统的效益显著，PDM软件的功能不断增强，覆盖的范围越来越广，国外许多大公司纷纷投入巨资实施PDM项目，建立支持并行工程的产品开发框架。例如美国通用汽车公司采用了EDS公司的PDM软件——iMAN构造其新产品开发环境在设计开发新型豪华Aurora型车的时候，把分析部门、设计部门和制造部门的人员组织在一起，成立Aurora团队，将原来串行、分散的设计活动并行化、集成化，最终大大缩短了设计周期，且价格比日本的同类豪华车型低2000美元；大宇、劳斯莱斯集团采用PTC公司的Optegra软件作为集成框架，该软件具有AutoCAD、CATIA、Pro/E等CAD/CAM软件的接口，支持并行设计，给两大汽车企业带来了巨大的效益；美国SDRC（Structure Dynamic Research Company）的Metaphase是企业级产品数据管理软件，它覆盖了通用PDM软件的各大模块，并且拥有或正在开发多个CAD软件的接口，在飞机制造业中的波音公司、汽车行业中的福特、马自达、奔驰、雷诺等公司获得了广泛的应用。英国贸易和工业部的一项调查结果表明，通过使用PDM系统，企业可以减少10%的工程成本，缩短产品开发时间20%，减少开发过程修改40%，节约产品上市时间50%以上，加快对订单改变的反应速度30%。 从管理上看，PDM的运用不仅是引进一种信息技术，而且更是一场管理变革，是运用信息技术的管理思想和管理方式向传统管理模式的挑战。在美国的波音公司运用PDM技术整合波音777飞机的设计、生产中，打破了原有的组织结构，PDM技术通过纵横交错的网络体系使得信息传递方式由阶层型变为水平型，与此紧密相联的组织结构也从尖顶的“金字塔型”转向“扁平型”和“网络型”，原来起上传下达作用的中层组织走向消亡。同时PDM所带来的严格的内部控制和实时的业务处理，使波音777飞机无需模型和样机，通过数字化预装配等虚拟制造技术，无需做出样机，一次成功，这在飞机制造史上是一个创举，同时采用并行工程的协同工作小组，在一架波音777飞机设计工作中由多专业人员构成的协同工作小组达238个。对于波音777飞机设计制造是在一个连接美国、加拿大、日本、英国的广域网上实现异地设计和异地制造，每天传递5000个文件，每周（按5天计）传递6000本100万汉字书的信息量，实现了无图纸生产和异地生产，整个设计、制造过程完全是数字化传递。这些使企业管理在组织结构、内部控制、业务处理方面都发生了重大变革。 从应用发展趋势来看，PDM技术作为支持企业重组和并行工程的使能技术，又由于PDM系统现有的软件因开发商不同，各自考虑的侧重点也不一样，因此作为信息集成中的理想平台和基础框架，在今后的发展中将会更多的考虑基于并行工程的企业信息集成和标准化与通用化的要求。同时PDM所涉及的领域已经超出了设计、工程部门的范畴，逐步向生产、经营管理部门延伸，成为企业全局信息集成的平台。PDM由于越来越多的企业通过实施PDM提高了它们的竞争力，企业实施PDM已经成为一个必然的趋势。 2、产品数据的国内现状 虽然我国出现了这些PDM产品，但由于我国的PDM系统在设计、开发系统初期，受到国外软件影响多，对国内企业了解少，对技术关注多，对应用以及所引起的管理变革重视少，加之推出较晚，在规模上与国外的产品尚有一定的差距。在管理应用上，托夫勒（A.Tlffler）曾指出，信息技术的应用不仅是技术本身的问题，更多的是组织和管理上的问题，因为它会引起组织权力结构的变化。因此，信息技术应用紧密结合企业管理变革，面向市场需求、跟踪先进技术、培育典型企业，促进PDM系统的持续发展，是现代企业管理思想与现代信息技术相结合的产物，所代表的将不仅是管理手段的升级，更重要的则是管理思想和管理制度的创新。在国内据对机电部工业近五百家企业调查，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%。 三、产品数据管理在制造业的应用分析 产品数据管理（PDM）技术是一种制造模式新概念，与其它先进制造技术相比，无论在考察问题的角度和范围、解决问题的手段和方法以及工程目的，都有其特点。PDM管理技术继承并发展了工程数据库、产品数据交换、企业业务重组等核心思想，强调产品数据与工作流程的集成，以产品数据和过程为中心，科学合理地对企业业务过程、产品过程集成在一起进行统一管理，为工程技术人员提供一个协同的工作环境，保证产品数据在其生命周期内保持一致、最新和安全。 1、PDM中核心问题的解决 PDM是以整个企业作为整体,跨越整个工程技术群体,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,与其它应用系统建立直接联系的重要工具，是以动态优化方式处理产品开发过程中的问题，力图使产品开发人员从一开始就能考虑到产品从概念设计到产品报废的整个产品生命周期中的所有因素，包括质量、成本、作业调度以及用户需求。产品结构是整个信息化系统管理的核心数据。为此有效解决产品结构和产品配置、流程管理、文档管理和系统的封装与集成是至关重要的。 产品结构和产品配置是对产品信息进行组织和管理的形式，它们紧密相关。只有有效、合理地组织产品结构，才能使产品的配置顺利进行。由于对产品的特性需求最终是通过实际的产品结构来实现的，因此产品配置的结果是具体的产品结构视图。产品结构管理一般采用视图控制法——在产品结构的不同使用场景中，通过各种不同划分方法，对产品结构进行管理和描述。每个视图是一个管理对象，视图对象间可以根据一定的规则进行构件信息和结构信息的传递。每个构件可以与多个视图相关联，这样便能从同一个产品的复合数据结构生成不同的视图。例如，在产品设计时，设计人员产生了面向功能模块的设计视图；生产制造部门可以在设计视图的信息基础上，结合生产的实际情况，加入工艺方面的相关信息，通过资源的优化组合，产生一个制造视图；采购人员根据需要，在制造视图的基础上，产生关于外购件的采购视图。 产品结构管理具有根据设计和生产的需要创建和操纵BOM表的功能。PSE提供图形化定义、存取、修改产品结构件及建立产品结构树并浏览相关信息的功能。它还包括产品结构中使用对象的版本管理。每一产品结构定义了在产品的特定版本中使用的部件零件的关系模型，而每一个部件或零件与相关文档相关联。通过与三维CAD软件的集成，TCEng支持由UG等软件中直接导入产品结构。 流程管理用于定义和控制企业的工作流程，使企业中文档的流动更方便快捷。通过电子化的方式可以有效地控制文档的流转和文档的状态。流程管理模块提供了特有的流程管理界面来对流程进行管理，用户可以方便地得知自己进行的工作在整个流程中的位置，以及已经完成的流程中其它人的意见。用户也可以使用图形化的工作流程定义工具，方便地定制企业中的实际业务流程。 PDM的文档管理强化了对分布异构数据的存储、检索和管理功能。在PDM系统中，数据的访问对用户来说是完全透明的，用户无需关心电子数据存放的具体位置，以及自己得到的是否是最新版本，这些工作均由PDM系统来完成。电子资料库的安全机制使管理员可以定义不同的角色并赋予这些角色不同的数据访问权限和范围，通过给用户分配相应的角色使数据只能被经过授权的用户获取或修改。同时，在PDM中电子数据的发布和变更必须经过事先定义的审批流程后才能生效，这样就使用户得到的总是经过审批的正确信息。由于企业的情况千差万别，用户的需求也是多种多样的，为此，没有哪一种PDM系统可以适应所有企业的情况。通过TCEng系统所提供的强大的客户化和二次开发能力，系统管理人员经过培训后，在TCEng自动集成了UG NX软件基础上，系统管理员导入UG NX的建模标准文件来作为TCEng系统中的UG种子文件，定义Mapping文件来映射TCEng中ItemRevision的MasterForm的部分属性与UG NX种子文件图框的标题栏属性列；系统管理员在TCEng中封装MS Office软件作为系统数据对象工具，定义Ansys数据类型和应用该数据类型的工具，同时定义AutoCAD、CATIA数据类型和应用该数据类型的工具。在此基础上所完成的封装与集成是数据集成的最高境界，实现了数据的共享和唯一性，通过PV的应用，形成统一的产品数据模型，单一数据源。不管是在PDM环境还是应用软件的环境，其操作是针对同一个产品数据模型，中间没有转换环节，达到了产品数据的实时性。根据TCEng的过程管理功能和项目管理功能构造并行的产品设计流程，并对过程进行监控、跟踪、回朔，对设计结果进行预发布，使相关的设计人员及早参与设计，提高了设计质量，缩短了设计周期。 2、产品数据管理与企业产品生命周期的结合与协同 根据设计流程，将流程中某些节点任务进行并行处理，缩短文档传递时间；将设计过程中的下游人员纳入项目组织，通过系统及时通知其与产品开发相关的关键事件，建立产品数据的预发布机制，使得下游部门尽早开展项目工作；支持网络协同工作，通过网络组织多人对图、文档进行网上讨论、分析和圈阅，有助于设计人员、标准人员和工艺人员之间的技术观点及时沟通，减少设计失误。研发活动是企业所有活动的源头，而PDM系统是协同企业关键业务的核心架构。具体来讲，在PDM环境下的产品全生命周期数据管理协同运作主要分为四个方面，一是方案论证，在此阶段PDM保存了所有与产品相关的国家标准与行业标准，并作为PDM系统知识积累；二是系统设计，设计员从PMD中直接获得相关需求分析与标准规定等信息和知识，然后使用CAD/CAM/CAE软件以及所有与这些系统配合使用的补充性软件，以协同的方式研发产品；三是生产准备与加工制造，在生产准备中利用PDM中所提供加工产品所需原材料的技术状态的质量数据，并与加工制造中应用视图工具进行生产工艺以及模拟加工的进行，这对于集研发与生产于一体的航空工业企业是尤为重要的；四是产品测试与试车，在测试与试车中，访问产品数据，不断维护产品数据指标，提交反馈信息，进行PDM系统的自助服务，为下一轮产品研发沉淀知识。如上，整合与开发PDM系统的架构，把协同进行到底，在产品生命周期管理过程中，连接、整合各个系统，并借此把产品数据各应用部门的产品信息与制造核心流程互联互通，进而节省开发及制造产品所需的成本及时间，并尽可能地激发产品的创新，积累了大量的无形的知识财产。 产品数据管理是企业设计和工艺部门的基础数据平台，但现在PDM的应用早已超出了工程设计领域，随着信息技术突飞猛进的发展及其在企业研发、生产、销售和经营决策中的广泛应用，信息技术已渗透到组织设计、业务流程、战略和组织与外部的关系中，剧烈地推进和改变了企业管理方法及手段，导致了管理模式的深刻变化。中国制造业的创新思路，不仅仅是技术、管理、品牌和市场的问题，甚至是更深层次的社会文化问题。随着我国企业不断深入地应用计算机技术，PDM也在企业中引起了高度重视，企业对PDM技术产生了极大的兴趣产品数据管理（PDM）在实现企业的信息集成、提高企业的管理水平及产品开发效率等方面的意义是十分巨大的，我国许多大中型企业都已充分认识到了这一点，为此，分析与探索PDM，对推进PDM的应用具有很重要的意义。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (4/10/2010)