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煤气排水器制造系统中的产品数据管理技术
发布时间: 2022/8/21
  随着计算机技术和信息技术在煤气排水器制造业的应用,产品信息、设计信息和设计工作的管理与产品开发的自动化之间出现了矛盾。许多企业发现他们正被大量的数据所包围,各个自动化孤岛之间的信息不能充分共享,经常出现数据文件传递的滞后、信息一致性无法保证、文件检索和管理困难等问题。
  煤气排水器企业强烈需要一种有效的管理系统来对全企业范围内的产品数据进行有效管理。为了解决煤气排水器产品开发过程中的工程图样、技术文档等管理问题,文档管理系统首先得到了开发和应用,文档管理系统解决了CAD文件由计算机管理的问题。随着CAx技术的发展以及并行产品开发的需求,产品数据管理(PDM)技术的应用逐渐扩展到产品开发过程中的三个领域:工程图样和电子文档的管理,材料明细表(BOM)和设计过程的管理,面向煤气排水器产品设计、生产管理、产品制造的集成平台。
  1.PDM概述
  1)PDM的概念
  到目前为止,PDM尚无一个确切而又完整的定义。通常认为,PDM是一门管理所有与产品相关的信息和所有与产品相关的过程的技术。与产品有关的信息包括:CAD/ CAE/CAM文件、材料清单、产品配置、事务文件、产品订单、电子表格、生产成本、供应商状况等;与产品有关的过程包括设计的组织者、设计人员、加工工序、加工路线、权限的审批与分配、安全、工作标准和方法、工作流程、机构关系等。
  PDM以软件为基础,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。PDM明确定位为面向制造业,以产品为管理的核心,以数据、过程、资源为管理信息的三大要素。
  2)PDM的特点
  PDM进行信息管理的两条主线是静态的产品结构和动态的产品设计流程,基本上所有信息组织和资源管理都是围绕产品设计展开的,这也是PDM系统有别于其他信息管理系统的关键所在。尽管PDM在技术实施和功能上存在一些差异,但是目前的商用 PDM系统在组织方式上大体一致,具有如下特点:①PDM继承发展了CIM等技术的核心思想,在系统工程思想的指导下,用整体优化的观念对产品设计数据和设计过程进行描述,规范产品生命周期,保持产品数据的一致性和可跟踪性;②PDM采用面向对象的开放式体系结构,提供系统功能扩展和标准接口;③采用煤气排水器客户/服务器(C/S)结构,为多用户协同工作提供了一个方便灵活的运行方式;④支持多种数据存储,如分布式数据存储、元数据存储等;⑤有与之无缝集成的某种CAD/CAM软件;⑥支持多种硬件平台、多种操作系统以及多种通信协议;⑦PDM已经逐渐成为支持业务过程重组(BPR)、实施并行工程(CE)、CIMS工程和IS0质量认证等系统工程的使能技术。
  2.PDM的体系结构
  根据PDM系统的功能,PDM系统的体系结构可以分为三层(图24)。
  第一层是网络层。该层相当于物理层,由计算机、操作系统、通信网络、异构分布式数据库及数据库接口等组成。目前流行的通用商业化的关系型数据库是PDM系统的支持平台。关系型数据库提供了数据管理的最基本的功能。由于商用关系型数据库侧重管理事务性数据,不能满足产品数据动态变化的管理要求,因此,在PDM系统中通常采用若干个二维关系表格来描述煤气排水器产品数据的动态变化。PDM系统将其管理的动态变化数据的功能转换成几个,甚至几百个二维关系型表格,满足面向产品对象管理的要求。
  
  图24 PDM系统的体系结构
  第二层是系统服务层。该层相当于逻辑层,由通信服务、计算服务、描述服务、安全 一服务、数据服务等功能模块组成。通过一致的接口提供一种与实际地点无关的方式访问分布式网络层的功能,还提供访问存储在不同物理设备上的数据的功能,以及描述整个系统的产品信息的管理数据的公共视图。
  第三层是应用层。根据PDM系统的管理目标,在应用层建立相应的功能模块。一类是基本功能模块,包括项目管理、工作流管理、数据与文档管理、图像管理、设计的再利用与零部件管理、产品结构与变更管理、查看与注释等;另一类是系统管理模块,包括系统管理和工作环境。系统管理主要是针对系统管理员如何维护系统、确保数据安全与正常运行的功能模块。工作环境主要保证各类不同煤气排水器的用户能够正常地、安全地、可靠地使用PDM系统,既要方便、快捷,又要安全、可靠。
  3.PDM的主要功能
  目前存在的典型PDM系统的功能有强有弱,侧重点和适用面各不相同。但总体上看,PDM必须提供五大功能,即数据和文档管理(data and document management)、过程和工作流管理(process or workflow management)、产品结构与配置管理(product structure and configuration management)、设计检索与零部件分类库管理(design retrieval/component libraries management)和项目管理(project management)。
  1)数据和文档管理
  数据和文档管理是PDM提供的最早、也是最完善的功能。数据和文档管理模块管理的对象是各种文件或文档、产品数据以及相应的属性和版本方面的信息。
  该模块的基本功能包括:①产品数据对象、有关文件的检人/检出(Checkin/ Checkout)使用;②分布式文件管理/分布式数据库管理,包括远程登录管理、互联的电子仓库管理以及具有元数据和物理文件功能的虚拟电子仓库的管理;③安全保密功能,包括限制用户权限、防止合法用户误操作等;④动态浏览和导航机制;⑤属性管理,包括数据相关属性的创建、删除、修改和查询机制;⑥数据和文档的版本管理。
  2)过程和工作流程管理
  过程和工作流程管理主要实现产品的设计与修改过程的跟踪与控制。它主要管理当一个用户对数据进行操作时会发生什么、人与人之间的数据流动以及在一个项目的生命周期内跟踪所有事务和数据的活动。这一模块为产品开发过程的自动管理提供了保证,并支持企业产品开发过程的重组,以获得最大的经济效益。
  该模块的主要功能包括:①面向任务的工作流管理;②图示化的工作流程的定义和修改编辑器;③工作流程的异常处理和过程重组;④具有触发、警告和提醒机制;⑤提供与电子邮件的应用接口。
  3)产品结构与配置管理
  煤气排水器产品结构与配置管理允许用户定义所有与产品相关的数据,建立数据与数据之间的关联,提供建立和编辑产品结构树的基本功能,还能控制相关数据的更改,从而保证了产品数据的一致性和完整性。在产品生命周期的不同阶段,通过产品的结构配置,可以提供不同的产品结构视图。通常有三种产品结构配置功能,即产品版本配置(revision configuration)、时效配置(effectivity configuration)和变种配置(variant
configuration)。
  产品配置管理(product configuration management)以电子资料室为底层支持,以材料清单BOM为其组织核心,把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来,对产品对象及其相互之间的联系进行维护和管理。产品配置管理能够建立完善的BOM表,并实现其版本控制,高效、灵活地检索与查询最新的产品数据,实现产品数据的安全性和完整性控制。此外,产品配置管理能够使企业的各个部门在产品的整个生命周期内共享统一的产品配置,并且对应不同阶段的产品定义,生成相应的产品结构视图。
  该模块的主要功能包括:①BOM表的创建、自动生成和编辑;②产品结构的图示化浏览和查询;③产品结构的多视图建模和管理;④支持产品数据的版本管理;⑤基于规则的配置管理;⑥提供与MRP、MRP一1I、ERP等系统的集成接口。
  4)设计检索与零部件分类库管理
  利用对现有设计进行革新创造出更好的产品是企业发展的一个重要方面。PDM的设计检索和零件库管理就是最大限度地利用现有设计资源,为新产品开发提供支持。
  该模块的主要功能包括:①按照购买信息、工程信息、库存信息等不同规则组织零部件的分类结构;②支持现有的各种零部件标准;③支持新标准定义功能,由于应用煤气排水器企业往往存在自己的特殊分类标准,因此必须提供用户自定义新标准的功能;④零部件图示化查询功能;⑤支持对各种技术文档的分类,文档包括二维图纸、三维模型、工程分析文件以及各种技术规格说明等。
  5)项目管理
  项目管理涉及项目任务的指派、项目分解期限的指派、项目资源的分配、人员组织结构、人员角色分配、用户信息库、瓶颈分析、触发提醒等内容。一个功能很强的项目管理器能够为管理者提供每时每刻项目和活动的状态信息,通过PDM与流行的项目管理软件包接t:l,还可以获得资源的规划和重要路径报告能力。到目前为止,项目管理在PDM系统中考虑的还不多,许多PDM系统只能提供工作流程活动的状态信息与过程监控。
  该模块的主要功能包括:①项目的创建、删除和属性修改;②项目参与人员的机构组织定义及角色指派;③项目基本信息及进展情况的浏览;④项目所需资源的规划与管理;⑤项目有关工作活动的审查、审计项目进度管理与进度报告。
  PDM除了提供上述五大类功能外,通常还包括四类系统化功能,分别是:分布式通信功能(提供系统与Internet/Intranet的接口、支持网络数据的Web浏览、支持电子协作、电子邮件功能)、数据转换功能(支持IGES(初始化图形交换规范)、STEP(产品模型数据交换标准)、SGML(标准通用标记语言)、XML、HTML等国际标准或主流工业标准)、图形服务功能(浏览常见格式的图像文件、图像的缩放与平移、不同格式图形数据之间的相互转换、多种圈阅和标注实体的创建与删除、标注实体的属性管理、标注文件的存储和打印等)和系统集成功能(提供API函数、提供外部应用程序定制工具、提供与第三方系统的集成接口等)。
  4.PDM的应用
  1)需求分析
  常见的PDM软件从功能上可以分为三类:一类是以文档的管理和数据管理为重点,主要用于文档管理;另一类以设计过程管理及产品数据管理为重点,主要面向设计过程;第三类是面向软硬件的集成平台,主要解决企业级的信息集成和过程集成。PDM软件的选择应从企业的实际需要出发,重点考虑企业的现状、企业对PDM系统功能的需求、对PDM系统信息的需求以及对PDM系统性能的需求。
  当前,大多数企业的现状是设计图纸和文档管理混乱、缺少协同设计环境、缺少适合企业需要的项目管理软件,以及缺乏适合企业需要的信息分类编码。煤气排水器企业引入PDM正是为了解决上述问题,规范和强化企业技术信息的管理。
  企业对PDM系统功能的需求通常需要考虑产品信息库、标准件管理、图档管理、工作流管理、网络环境支持,以及人员管理等几个方面。企业对PDM。系统信息的需求主要考虑三个方面:信息共享需求、信息分布式管理需求以及外部信息接口要求。企业对 PDM系统性能的需求主要考虑系统的实用性、一致性、可靠性、安全性、可扩展性、易维护性等几个方面。
  图25是一个具体企业在PDM需求分析的基础上给出的PDM系统总体功能体系结构实例。在总体功能体系结构的指导下,再分步骤、有层次地完成系统管理、图纸和文档管理、产品结构管理、零件族管理、工作流管理等各子系统的设计。
  2)PDM的实施原则
  实施PDM是一项涉及面广、技术难度大、开发周期较长、投资强度大、关系企业长远发展的大型系统工程项目。因此,在PDM实施的整个过程中,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。一般来说,PDM的实施分为实现文档管理、实现产品设计过程的管理和实现企业级的管理三个层次。在上述实施过程中,应遵循下列原则:①注意系统的实用性、可行性和先进性相结合的原则。PDM的开发和实施必须坚持效益驱动,讲究实用,尽量采用先进、成熟的技术;②强调系统的开放性和适用性。PDM系统是一种典型的开放式系统,因此,系统应能适应环境的不断变化和技术的不断发展,便于突出重点、分步实施、阶段见效;③强调系统的可靠性和安全性。系统的崩溃以及重要数据的丢失都将给企业造成巨大的损失;④注意采用有效的系统集成方式。PDM系统的核心是集成,包括信息集成、软件集成和系统集成。Nllt,建议采用成熟的集成技术,以求快速见效;⑤遵循有限目标、分期实施、逐步发展的原则。
  
  图25 PDM系统总体功能
  体系结构实例 
  3)PDM实施的技术难点及解决方案
  PDM实施的技术难点主要集中在两个方面:一是产品信息集成与数据交换。当前,随着企业规模的扩大、产品种类的增多,企业内使用的各种软件的数量也日趋增加,导致信息数据结构类型增多,必然存在大量的数据信息的交换,随之出现信息的共享与反馈问题、异构的系统环境信息集成问题,以及信息的访问与检索问题。利用STEP技术,可以有效解决这些问题。然而,尽管STEP标准的推出为实现紧密集成创造了条件,但是鉴于STEP标准的复杂性和不完整性,通过STEP标准实现信息的紧密集成还需要一段时间。
  二是系统接口。与外部系统的接口设计是系统接口的难点。目前,煤气排水器企业与企业之外的系统接口主要是STEP和SGML/XML标准接口。系统与企业其他分系统2.N的接口主要涉及BOM表。为实现与其他应用系统的集成,增强系统的开放性,可以考虑按照 STEP标准BOM提供STEP中性文件方式和数据库共享方式两种数据通信机制。 STEP中性文件方式是指BOM文件参照与其相对应的完整BOM结构树由STEP标准实现;数据库共享方式是指系统通过提交和发放处理过程,将产品相关数据和文档信息存人公共数据库。这样,其他应用系统就可以访问到公共数据库中的统一产品的BOM数据,从而实现在数据库一级上的高度集成。
  5.PDM的发展趋努
  第一代商品化PDM产品大多数是CAD供应商开发的,是管理CAD文件的一个管理系统,主要功能是数据审批/发放管理和工程变更管理两类。它们只能与特定的CAD系统无缝集成,并不属于通用的PDM产品。近年来,PDM不断发展,具体表现在:①PDM产品市场在迅速扩大;②实施PDM的国家和地区不断增多;③供应商队伍庞大;@PDM的应用范围在不断扩大;⑤PDM系统朝着企业全局信息集成的方向发展。
  PDM采用了计算机技术和信息技术的最新成果,随着新技术的发展,PDM也将快速发展,其功能也将更加强大。PDM的发展趋势主要体现在:
  1)引入Web技术
  Internet和基于Web的技术为全球化电子信息的共享提供了基础。建立在Internet上的PDM系统被认为是分布式产品数据管理的自然扩展,Web浏览器也将成为各种分布式应用系统的通用用户接El。在PDM系统中引入Web技术具有用户接EI友好、适用性强、供应链的有效链接、分散企业的有效联合以及使虚拟公司成为可能等优点。
  2)传送安全性
  将文档译成密码,通过密码线传送,或在Web浏览器上使用安全/保险标志,以限制各种方式的随意访问。
  3)采用面向对象数据库技术
  由于PDM要有良好的开放性和结构体系,所以采用面向对象数据库技术已经成为PDM发展的必由之路。面向对象数据库技术作为PDM的底层支持,可以使PDM系统与其他系统的集成更具有开放性。
  4)配置管理
  配置管理(configuration management)将是下一代PDM产品的核心组成部分,它能更好地保证产品数据的完整性、合法性和有效性,更好地支持数据存取与变更管理、工作流管理和过程重构。
  5)与ERP的集成
  PDM与ERP在功能上存在部分重叠。PDM是在工程数据管理的需求驱动下发展起来的,而ERP主要服务于生产制造和生产活动的管理。两者管理的对象都是产品的设计和生产,所以随着技术的进步,PDM与ERP走在一起是完全有可能的。PDM与 ERP相互靠拢、相互渗透是发展的总趋势。