冷观PDM
冷观PDM
孟繁晶
0、引言
产品数据管理（ProductDataManagement，PDM）是二十世纪八十年代出现的一门信息管理技术，它主要解决了企业中大量产品数据存储与管理的问题。然而，随着IT技术与管理理念的不断发展，PDM的内涵与外延又不断得到拓展，并得到了各大企业的关注与支持。
我国对PDM技术的广泛关注始于九十年代中期，一方面国内许多企业开始认同并实施PDM，另一方面国内各大高校及软件公司开始研究与开发自己的PDM系统，一时间PDM成为关注热点。时至今日PDM登陆中国近七八个年头，国内企业实施PDM是忧喜参半，一部分企业成功地实施了PDM系统，提高了企业的综合竞争能力，在市场上获得较大的收益；更大部分企业却在PDM实施中陷入了困境。
目前企业对PDM技术开始持冷静、谨慎的态度，由高潮期开始过渡到了冷却期。此时此刻，让我们来冷静地思考PDM技术，或许可以从中得到一点启示。
1、PDM的产生
在20世纪的60、70年代，企业在其设计和生产过程中开始使用CAD、CAM等技术新技术的应用在促进生产力发展的同时也带来了新的挑战。对于制造企业而言，虽然各单元的计算机辅助技术已经日益成熟，但各自动化单元自成体系，彼此之间缺少有效的信息沟通与协调，这就是所谓的“信息孤岛”问题。在这种情况下，许多企业已经意识到：实现信息的有序管理将成为它们在未来的竞争中保持领先地位的关键因素。
产品数据管理(ProductDataManagement，PDM)正是在这一背景下产生的一项新的管理思想和技术。PDM可以定义为以软件技术为基础，以产品为核心，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明确定位为面向制造企业，以产品为管理的核心，以数据、过程和资源为管理信息的三大要素。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，所有的信息组织和资源管理都是围绕产品设计展开的。
作为20世纪末出现的技术，PDM继承并发展了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，规范产品生命周期管理，保持产品数据的一致性和可跟踪性。PDM的核心思想是设计数据的有序、设计过程的优化和资源的共享。
2、PDM定义
PDM发展至今，PDM的概念也在不断的发展，下面是有代表性的几种定义。
nCIMdata公司主席EdMiller的定义：PDM是一门用来管理所有与产品相关信息（包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等）和所有与产品相关过程（包括过程定义和管理）的技术。
nGartnerGroup公司的DaveBurdick的定义：PDM是为企业设计和生产构筑一个并行产品开发环境(由供应、工程设计、制造、采购、销售与市场、客户构成)的关键使能技术。一个成熟的PDM系统能够使所有参与创建、交流、维护设计意图的人在整个信息生命周期中自由共享和传递与产品相关的所有异构数据。
nUGS公司的定义：PDM系统是一种软件框架，利用这个框架可以帮助企业实现对与企业产品相关的数据、开发过程以及使用者进行集成与管理，可以实现对设计、制造和生产过程中需要的大量数据进行跟踪和支持。PDM技术可以认为是对工程数据文档、文档管理、产品数据管理、技术数据管理、技术信息管理、图像管理以及其他产品定义信息管理技术的一种概括和扩展。
3、PDM的发展
谈到PDM的发展，首先让我们回顾一下数据管理的发展。
PDM技术的发展可以分为以下三个阶段：
1）配合CAD使用的早期简单的PDM系统
早期的PDM产品诞生于20世纪的80年代初。随着CAD在企业中的广泛的应用，工程师们在享受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，对于电子数据和文档的存储和获取的新方法需求变得越来越迫切了。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，这些产品的目标主要是解决大量电子数据的存储和管理问题，提供了维护“电子绘图仓库”的功能。主要表现形式为各类文档管理或图纸管理软件系统等。
2）产品数据管理（PDM）
九十年代初中期，出现了专业化的PDM产品，如SDRC公司的Metaphase、IDS公司的iMAN、IBM公司的PM、SmartSolution公司的SmarTeam等等。与第一代PDM产品相比，在第二代PDM产品中出现了许多新功能，如对产品生命周期内各种形式的产品数据的管理能力、对产品结构与配置的管理、对电子数据的发布和工程更改的控制以及基于成组技术的零件分类管理与查询等，同时软件的集成能力和开放程度也有较大的提高，少数优秀的PDM产品可以真正实现企业级的信息集成和过程集成。
第二代PDM产品在技术上取得巨大进步的同时，在商业上也获得了很大的成功。PDM开始成为一个产业，在国外已经出现了许多专业开发、销售和实施PDM的公司。
3）产品协同商务（CPC）或PDM标准化
l997年7月，OMG组织公布了其PDMEnab1er标准草案。作为PDM领域的第一个国际标准，本草案由许多PDM领域的主导厂商参与制订，如IBM、SDRC、PTC等。PDMEnabler的公布标志着PDM技术在标准化方面迈出了崭新的一步。PDMEnabler基于CORBA技术，就PDM的系统功能、PDM的逻辑模型和多个PDM系统间的互操作提出了一个标准。这一标准的制订为新一代标准化PDM产品－CPC的发展奠定了基础。其中比较典型的是由PTC公司和MatrixOne公司提出的产品协同商务（CPC）解决方案，它是一个完全建立在Internet平台、CORBA和Java技术的基础上的产品。之后，各PDM公司相继推出个各自的CPC版本或CPC解决方案
4、PDM主要管理功能
4.1电子仓库及文档管理
电子仓库（DataVault）是PDM的核心，它一般建立在关系型数据库系统的基础上，主要保证数据的安全性和完整性，并支持各种查询和检索功能。通过建立在数据之上的相关联指针，建立不同类型的或异构的产品数据之间的联系，实现文档的层次与联系控制。用户可以利用电子仓库来管理存储于异构介质上的产品电子文档。
电子仓库通过权限控制来保证产品数据的安全性，面向对象的数据库组织方式能够提供更快速有效的信息访问，实现信息透明、过程透明，而无需了解应用软件的运行路径、有效版本以及文档的物理位置等信息。所有描述产品、部件和零件的数据都由PDM统一管理,自动集中修改。
4.2产品配置管理
产品配置管理（ProductConfigurationManagement）以电子仓库为底层支持，以材料清单（BOM，BillofMaterial)为组织核心，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。产品对象之间的联系不仅包括产品、部件、组件、零件之间的多对多的装配联系，而且包括其它的相关数据，如制造数据、成本数据、维护数据等。产品配置管理能够建立完整的BOM表，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。
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，如设计视图、装配视图和工艺视图等。
产品配置功能还提供用户根据一定的产品配置规则对整个产品结构树进行配置，生成相应的产品。产品配置规则主要有：状态配置规则、版本配置规则、有效性配置规则和变量配置规则。其中变量配置规则直接反映了“面向订单”的生产模式，是目前企业的首选配置方案。
4.3工作流程管理
工作流程管理(WorkfloworProcessManagement)主要实现产品设计与修改过程的跟踪与控制。包括工程数据的提交与修改、管理和监督、文档的分布控制、自动通知等。它是项目管理的基础，主要管理当一个用户对数据进行操作时会发生的情况、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。修改后的产品数据经提交、审批及最后登记变为新版本的产品数据。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重组，以获得最大的经济效益。审批流程管理和更改流程管理是典型的工作流管理。
4.4分类及检索功能
PDM系统需要管理大量的数据，为了较好地建立、使用与维护这些数据，PDM系统提供了快速方便的分类技术。它与面向对象的技术相结合，将具有相似特性的数据与过程分为一类，并赋予一定的属性和方法，使用户能够在分布式环境中高效地查询文档、数据、零件、标准件等对象。分类功能是实现快速查询的支持技术之一。常用的分类技术有:使用智能化的零件序号、成组技术、搜索/检索技术、零件建库技术。
分类管理是将全厂生产的所有零件按其设计和工艺上的相似性进行分类，形成零件族。每一零件族中诸零件具有相似的设计和制造特性，为提高单件、小批量生产的经济效益开辟了新的途径。
4.5项目管理
项目管理是在项目实施过程中实现其计划、组织、人员及相关数据的管理与配置，进行项目运行状态的监视，完成计划的反馈。项目管理是建立在工作流程管理基础之上的一种管理。到目前为止，项目管理在PDM系统中正在不断完善，许多PDM系统只能提供工作流程活动的状态信息。
5、PDM的体系结构
从PDM系统的实现技术上讲，大多数PDM系统都采用了客户/服务器的体系结构，需要有数据库技术保证数据的存储和管理，需要有网络技术提供数据的通信和传递。1993年关于信息系统的泛太平洋会议上，电子咨询系统公司产品信息管理中心的ScottTsao曾给出了产品信息管理系统的一个完整描述，并提出了一个包括应用和数据两个方面的产品信息管理系统体系结构，如图2所示。
图2 PDM的体系结构 计算输入/输出通信网络网络层通信服务计算服务描述服务安全服务数据服务系统服务层应用服务单元应用功能单元环境管理器应用层应用层概念层物理层数据体系结构应用体系结构
应用结构分成三个层次：1)应用层。它提供给系统用户一个一致、友好的用户界面。它由环境管理器、应用功能单元和应用服务单元三个功能组成；2)系统服务层。它提供通过一致的接口以一种与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一致的数据逻辑描述。它由通信服务、计算服务、描述服务、安全性服务以及数据服务五个功能组成；3)网络层。它提供通过网络连接的分布输入/输出设备、计算机之间基本的计算和通信服务。它由输入/输出、计算、通信网络三个功能组成。
数据体系结构也分成三个层次：1)应用层。它描述了特殊应用所使用的数据用户视图，应用之间的数据共享通过数据交换、视图映射实现。2)概念层。它描述了整个企业中产品信息管理数据的公共视图。3)物理层。它描述了存储在企业网多个设备中的数据的数据管理员视图，还提供分布式存储和分布式查询信息
6、企业对PDM的需求
随着CIMS应用示范工程和CAD应用工程在全国的实施以及CAD技术的广泛普及，CAD的应用已经成为现代企业的重要组成部分。由于CAD技术的全面推广，激发了采用先进设计技术与落后管理手段的矛盾，一系列新问题又摆在了企业的面前。
企业外部的挑战：
产品更新换代加快，交货期已经成为主要的竞争因素 当前世界竞争的主要推动力是时间，以前的市场驱动变成了如今的时间驱动，交货期已成为企业最关心的事情。与此相适应，企业的战略应转变为在最短的时间内开发和生产出最新的产品。因此产品的更新换代加快，交货其不断缩短。
用户需求多样化 用户需求的多样化和个性化逐渐成为世界的潮流。顺应用户的需求，迅速做出反应，成为企业是否具有竞争力的又一体现。
多品种小批量生产比例增大 企业间的激烈竞争使得原有的卖方市场转向买方市场。为了适应用户的多样化和个性化的需求，企业已经单一品种、大批量生产变为现在的多品种、小批量生产，力争可以最大程度满足用户的各种需求，并以最快的速度相应市场变化。
企业内部的问题：
业务管理落后 一个产品要产生大量的文件和图样，一个系列的新产品必然承袭老产品的约80%的成果，需要经常查阅老的设计资料。而大多数企业中，资料管理仍然采用落后的手工管理，占用大量的人力资源和空间资源。另外，缺乏有效的变更管理和版本控制以及快速有效的检索手段，都将造成设计成果复用性差。
信息共享程度低 现有的计算机辅助工具是一些离散孤立的系统，生成的各种数据不能统一、有效地管理起来，而是分散在企业内部中异构介质上，存取困难，造成了企业中信息共享程度低。
信息传递速度慢 在大部分企业中，信息传递主要采用书面文件、报表以及电话等地效率方式，贻误了时机。正如世界上三大信息咨询公司之一CIMdata指出的：目前，在现代企业中，每天大约有三分之二到四分之三的设计，管理工程技术人员不是专心于他们自己的本职工作，而是开会、讨论、协调、调度、等待或在处理各种信息，促使他们之间相互理解。由于工程设计到制造控制系统缺乏产品数据的统一管理，导致产品构型工时增加20%，成本上升10%。所以产品数据管理是当代企业管理的瓶颈，已逐步引起工程技术界的普遍注意，并开始对它进行研究和开发。
然而，PDM系统正好一起强大的功能妥善地解决地了以上问题，为企业更好的实施CIMS和并行工程提供了底层支持。PDM能够描述复杂的数据结构类型和结构，动态地定义和修改数据模式和严格的约束管理等。实施PDM可以：
缩短上市时间：在需要数据的时候立即得到这些数据，加快任务的完成；支持并行工程；允许授权小组的成员随时访问所有相关的数据，并保证这些数据总是属于最新的版本。
适应多品种小批量生产方式：通过产品结构和配置管理为用户提供了一种系列产品的有效管理方法，并可以快速地响应市场的需求，是“面向订单”的生产方式得以实现。
提高设计效率和提高生产效益，降低产品成本：在传统的数据管理上，设计人员在处理信息上花费了约25%～30%的时间在寻找信息、检索信息、等待图样的复制件、新数据的存档等。实施PDM，使相关人员在需要数据的时候提出请求，在经过权限验证后即可获得，无需等待，提高了设计效率，同时也提高了生产效益。
提高设计与制造的准确性，提高产品质量：PDM系统可以使产品数据随时保持在最新的状态，并且通过变更管理保证数据的正确性、完整性和一致性，从而避免了设计上的重叠或不一致。
保护数据完整性：PDM系统提供权限控制和变更管理确保了产品数据的准确和安全。
更好地控制项目：项目管理功能提供用户对项目的进展情况进行实施监控，确保项目顺利进行和如期完成。
实现全面的质量管理：PDM系统可以建立适应ISO9000系列验证和全面质量管理（TQM）的环境，通过在产品全生命周期内的工作流程管理确保了产品的最终质量。
综上所述，实施PDM系统可以提高企业的综合竞争能力，提高产品TQCSG指标，使企业在竞争中处于不败之地。
7PDM的应用
目前，PDM在企业中的作用已经普遍为大家所认同，1995年CIMdata公司对所有实施PDM的公司所做的情况调查表明，98%的公司宣称如果有机会的话，他们将追加PDM资金的投入扩大实施范围，提高技术层次，一致认为PDM的价值是积极的，值得的。许多企业则把PDM作为贯穿整个企业的骨架，是企业保持竞争力的战略决策。CIMdata公司总裁EDMiller先生强调，对于一个企业来说，实施PDM已经不是需要不需要的问题，而是在什么时候实施的问题。根据CIMdata公司1998年2月预测，1998年PDM产值约为13亿美元，并将在2002年以前保持每年18%的增长率。
PDM应用范围：航空业、食品饮料业、汽车业：组装与零件业、制药业、一般机械业、发电业、电子电机业、营造业、电脑制造业、交通运输业(空，陆，水)、国防工业、电力、自来水、电信事业、石油、天然气开采业、设计与管理顾问业、化工业、中央与地方政府。
国外的应用情况：
美国Boeing商用飞机公司的DCAC/MRM计划。整个项目采用美国SDRC公司的Metaphase的PDM系统作为平台支撑系统，并结合在开发Boeing777飞机时提出了并行产品定义（ConcurrentProductDefinition）、开发737X提出的集成产品开发团队
（IntegratedProductDevelopmentTeam）等先进的制造观念，自上而下地认真贯彻实施，取得了巨大的成功。目前，Boeing公司在世界航空界不仅使经济大户，更是产品数据管理技术实施和并行工程思想等先进制造技术应用的领头羊。
福特汽车公司的开发2000系列提出的C3P（CAD/CAE/CAM/PIM）计划也采用产品数据管理系统作为支撑平台。
美国国防部的先进技术研究计划（DARPA,DefenseAdvancedResearchPlanAgency）,也包括产品数据管理方面的内容。
欧洲共同体高技术研究与发展计划（ESPRIT）也在欧洲的企业中推广和应用产品数据管理和相关的一些技术。
日本的智能制造计划IMS(IntelligenceManufacturingSystem)也包含产品数据管理系统的实施。
国内应用情况：
在国内，由于CAD技术的推广受到了前所未有的重视，已由技术萌芽期进入全面应用时期，个别领域（如工程设计）已开始进入成熟期。工程设计单位CAD普及率已达到80%，机械行业的骨干企业CAD普及率达到30%。开始甩图板的企业、公司和设计院所已超过万家，同时CAD人才的队伍也在逐步发展壮大。随着CAD和CIMS工程的推广，企业对于产品数据管理的关心程度也在日趋增加，他们不仅希望利用CAD进行绘图设计，而且意识到应该对整个企业的运作过程与信息进行统一管理。目前在这方面已经进行实施的企业有：北京人民印刷机械厂、华宝空调厂、海儿冰箱厂、上海鼓风机厂、沈阳飞机设计所等单位。
张旋(zxsoft)
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