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《CAD/CAM技术》课程论文指导老师：学生：学号：机电工程学院2011年11月1产品数据管理系统的发展及应用摘要产品数据管理(PDM)技术由于具有帮助企业管理与控制企业数据并缩短产品上市时间的强大功能而受到国外大中型制造企业的广泛重视,它可提供现代企业信息管理所必需的数据管理、配置管理与过程管理等工具,因而在CIMS、并行工程等先进制造系统中得到广泛应用。本文重点阐述了PDM技术的产生背景、基本概念、体系结构、主要功能、应用领域及其基本功能,回顾了产品数据管理技术的发展过程,讨论了该技术在未来几年内的发展趋势。并提出了在产品数据管理技术发展中应当注意的几项关键技术。关键词:产品数据管理(PDM)；体系结构；发展趋势；关键技术1引言产品数据管理(ProductDataManagement简称PDM)是以产品结构为中心来组织管理CAD/CAM/CAE数据、文档、审批等产品信息，并对产品开发和工作流进行控制的系统。PDM是在20世纪90年代初才开始在国际市场上形成软件产品的一种新技术，它是在CAD/CAM/CAE和EDM的基础上逐步发展起来的，主要归因于国际上许多大型企业逐渐接受PDM并把它作为支持企业经营过程重组、并行工程,ISO9000认证等的使能技术。1984年一些行业的领头羊如波音、休斯、奔驰、摩托罗拉等公司纷纷投入巨资实施PDM以作为保持企业竞争力的主要手段。而今，随着CAD/CAM及CIMS技术的迅速发展和应用，PDM变得越来越重要，成为当今最热门的技术之一。PDM对我国企业尤为重要.我国企业信息化过程中存在的问题有：(1)信息共享程度低，企业的计算机辅助工具是一些离散孤立的系统，产品数据存储于不同的计算机系统，由于支持的文件格式和应用环境的差异，无法在设计、工艺和制造部门间有效地进行信息共享和传递。(2)信息反馈慢，传统技术文件是纸介质且管理手工化，因此设计部门无法及时收集工艺和制造部门反馈的新信息。(3)产品开发方式陈旧，长期以来，产品开发沿用传统的顺序工程方法，遵循“概念设计→详细设计→过程设计→加工制造→实验验证→设计修正”的流程，导致从设计到制造到设计修改的大循环，劳动量大且开发周期长，难以满足激烈的市场竞争要求。(4)设计重用度差，对CAD、CAM、CAE数据沿用对纸质文件的管理方法，缺乏迅速有效地检索产品数据文件的手段，造成不必要的重复设计。2PDM在一定程度上解决了上述问题。2产品数据管理的概述及其发展状况产品数据管理是IT的一个新的领域，在近几年来具有越来越重要的战略意义。没有PDM系统，制造企业和工程服务商已经很难维持其中长期的竞争能力。如今与产品制造有关的文档编制过程变得越来越长，而且成本也越来越高。很多企业都采用了许多高度现代化的IT工具，但是，这样做所能缩短的周期和降低的成本仍与最初期望的目标相距甚远。采用了各种计算机应用系统以后，每一步工作的效率确实得到了大幅度的提高，这是有目共睹的，问题在于如何才能利用信息系统提高企业的整体效益。产品形成过程通常缺乏统一、完整的信息和通信网络，由此而造成了误解、错误以及过程效率低下等情况。在IT的支持下，制造企业可以改善进产品开发和整个产品形成过程的运作情况。对于生产计划和部分生产控制，采用PPS/ERP系统以后可以获得明显的效益。长期以来，人们开发了各种用于物料管理、生产计划管理、销售管理、财务管理、生产控制、人力资源管理等标准管理软件，但是，迄今为止还缺少一个能够覆盖产品规划和开发、计算和仿真、试验、工艺装备设计和工艺过程规划、制造和装配、质量检验等部门的技术信息系统。这一缺憾可以利用产品数据管理的方法得以弥补。PDM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。技术信息系统和管理信息系统的有机集成，构成了支持整个产品形成过程的信息系统，同时也建立了CIMS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开始直到产品报废处理的整个产品生命周期中的各种复杂的数字化信息。PDM系统最初起源于CAD工程图的管理。随着CAD系统广泛、有效的使用，CAD文档的数量急剧增加，因此迫切需要一个功能强大的管理工具对这些文档进行有效的管理。工程图管理系统就是在这种背景下产生的。最早的工程图管理系统主要是基于文件系统的，稍后采用了数据库系统。随着数据处理技术的发展和制造企业计算机技术的广泛应用，迫切需要使用一个统一的数据管理系统对不同应用系统所产生的各种数字化文档进行有效管理。在CAD应用领域，还对该系统提出了支持面向图形单元的产品建模方法的要求。采用这种建模方法的前提条件是建立CAD标准件库。在实际应用中，该系统还应该具备零件管理功能，包括对零部件的分类和事物特性表进行管理。在产品开发和设计过程中，还提出了对各种不同的计算机应用系统进行时间方面的协调和进度控制的要求，所以，又开发了工作过程控制的方法。为了满足上述各种要求，于是就逐渐形成了用来进行数据和过程管理的各种构件，最终组成了完整的技术信息系统。国际上将这3种技术信息系统称为产品数据管理（PDM，ProductDataManagement）系统。2.1基本特征产品数据管理是一种利用数据模型对制造企业的产品形成过程进行管理的方法。产品数据管理的目标是，利用一个集成的信息系统来产生为进行产品开发设计和产品的制造所需要的完整的技术资料。因此，PDM系统利用模块化的结构对产品的整个形成过程进行控制并对在该过程中形成的或需要处理的数据和文档进行管理。PDM系统通常是一个面向对象的信息系统，它将所有的信息定义为对象。此时，不论是工程图、项目或者过程，都被描述为对象。PDM系统的重要功能有：数据和文档管理、过程管理和应用系统的集成等。通过过程接口或数据接口集成各种不同应用系统的能力，是进一步使用已有应用系统的基础。PDM系统能够对已集成的应用系统所产生的文档进行管理，并且在必要时将有关的数据分配给相应的数据处理系统，当然，此时还应该考虑到当前用户的访问权限。过程管理主要对产品开发和设计过程进行控制。PDM系统向人们提供了管理和使用静态的、长期保持不变的例行业务流程（如技术文档的更改过程和发放过程等）以及动态的、与具体项目有关的产品开发过程的技术手段。一个功能完备的PDM系统应该能够同时满足这两方面的需要。为了有效地实施PDM系统并最好地发挥其效益，企业还必须将其组织方式改变为面向产品和面向项目组的结构化组织方式。2.2PDM的功能PDM系统为企业提供了一种宏观管理和控制所有与产品相关的信息的机制和框架，从用户的角度可将PDM功能简化为用户功能和公共实用功能两部分，前者主要是指为用户提供充分利用PDM系统的能力，通过图形化的用户界面与用户进行信息交换并执行用户指定的操作。具体有：数据仓库文档管理、过程管理、配置管理、零部件分类库管理和项目管理。后者是为使用这一系统提供配套支持功能，它直接与操作环境有接口，并把它的功能和用户隔开，通过剪裁使系统工作在不同用户特定的环境中，其主要功能有:数据传输和转换、图像信息处理、系统管理。2.3PDM系统的体系结构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(Client/Server)体系结构和面向对象(ObjectOriented)的设计方法，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，以实现产品全生命周期的信息管理，协调控制工作流程和项目进展，在企业范围内建立一个并行化的产品开发协作环境。系统总体结构如图（1）所示。4图（1）PDM系统的体系结构2.4PDM技术的发展趋势PDM技术发展趋势有以下几个方面:(1)因特网/企业内部网技术在PDM系统中的应用越来越深入基于因特网/企业内部网平台及Java语言开发结构灵活、用户界面友好的PDM系统已成为一种趋势。在PDM系统中,通过Web实现全球化的信息查询、浏览、创建与更新已逐渐成为现实,并以此来支持全球化的虚拟企业的信息管理。当然,由于因特网技术在PDM系统中的应用给产品数据管理的安全性带来了更大的挑战,PDM厂商如何给用户一个数据安全感将是一个难题。(2)面向对象技术的应用及信息模型的标准化由于PDM系统所要管理的数据类型及数据模型的复杂性,要求系统有良好的开放性,采用O-O方法建立系统管理模型与信息模型,并提供面向对象的建模工具与开发工具,支持用户的二次开发。另一方面,由于各系统功能不一样,其信息模型也不一样,即使是相同的功能,不同系统信息模型差别也很大,如何实现PDM系统信息模型的标准化,为不同系统之间提供信息交换带来方便成为当务之急。目前,支持产品数据共享的国际标准有STEP(Stan2dardfortheExchangeofProductData),这一标准试图对整个产品数据模型进行标准化,基于STEP标准开发全企业的通用产品模型仍有相当的难度,同时STEP标准覆盖的内容与PDM覆盖的内容仍有较大的差别,所以，STEP如同IGES、DXF、TIFF等一样,目前主要用于图形信息查看和圈阅,还不能作为建立全企业信息模型的标准。(3)基于CORBA与对象连接与嵌入(ObjectLinkingandEmbedding,OLE)/元件对象模型(ComponentObjectModel,COM)的应用集成5以PDM作为企业集成框架,将新旧应用系统与PDM系统集成起来是建立企业信息系统的重要组成部分,基于CORBA标准与OLE/COM标准,建立标准的中件(Middleware)模块,为PDM系统与应用系统集成提供更为方便的手段。(4)PDM与MRPⅡ的功能渗透一方面,PDM与MRPⅡ分别服务于工程设计与生产制造。PDM系统源于CAD/CAM应用与工程设计的需要,所以它管理的重点为工程信息。而MRPⅡ系统源于制造业的经营与生产活动的管理,包括经营、生产、物料需求的计划与制造资源的需求计划的管理。两者的桥梁纽带为BOM表。目前,二者之间通过相互集成,互为补充,构成完整的企业信息系统。另一方面,二者之间又在互相渗透,PDM厂商首先将工程BOM与制造BOM统一于PDM系统中进行管理,同时将经营计划、生产计划集成于PDM系统中,而MRPⅡ系统也在设法将PDM系统的功能归入其中。(5)过程管理与配置管理功能的强化为了适应产品设计与制造过程中复杂过程变化的需要,各厂商竞相开发出独立的工作流程管理模块,且功能不断变强,以满足工程更改、并行化产品设计所必需的过程管理的需要。以配置管理为核心,将数据管理、工作流程管理与变更控制集于一体,形成更为强大的PDM系统。3PDM技术的应用PDM技术的应用领域十分广泛,现在主要是集中在制造业领域,机械、电子、汽车等行业均已开始实施PDM技术,在这些行业中,PDM系统对企业的产品数据进行统一管理,并且在产品开发的整个过程中协助管理者对开发过程进行有效管理。在此基础上,PDM系统还可以作为CIMS系统集成的基本框架,可以把CIMS系统的其他子系统,如CAD/CAPP/CAM子系统、MIS子系统、MRPⅡ子系统等,通过系统集成工具和接口有效地集成在一起,构成一个完整的CIMS系统,在全企业范围内实现数据的共享。除制造业领域,PDM技术还可以应用于工程项目中,如建筑、桥梁等;还可以应用于基础设施和公用事业中,如机场、海港、铁路运营系统、后勤仓储等。随着PDM技术的不断发展,其应用的领域也会逐步扩大。3.1PDM发展中的关键技术从PDM的发展趋势中可以看出,PDM的发展离不开其他技术的应用,其中有几项技术尤为关键：3.1.1成组技术成组技术,是在零件设计和制造中充分利用相似性原理将零件加以分类的方法。在PDM系统中,由于要管理的产品数据非常多,合理的分类就显得非常重要。电子仓库中各种信息的编码分类,零件库中零件族的管理,都要用到成组技术的原6理和方法。在PDM中,利用成组技术将具有同类性能特征的产品