产品数据管理（PDM）技术概述

1产品数据管理系统(PDM)发展及现状

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1.1PDM技术的基本概念及产生的背景

产品数据管理 (PDM)是以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关数据、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。它继承并发展了CIM(Computer   integration   Manufacture)等技术的核心思想，在系统工程思想的指导下，用整体优化的思想对产品设计过程进行描述，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。其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，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。

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，新技术的引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己经日益成熟，但各自动化单元自成体系，彼此之间缺乏有效的信息沟通与协调，这就是所谓的“信息孤岛”问题。

进入 20世纪末，以信息技术为主要特征的高新技术飞速发展，推动了技术进步和经济全球化，加速了技术革新、管理革新，企业面临的商业环境和市场环境发生了根本的变化。具体表现在以下几个方面：

（ 1）技术进步和高新技术的应用，信息量急剧增加。

（ 2）全球化市场与全球化竞争。

（ 3）用户对产品的需求呈现多样化和个性化。

（ 4）产品更新换代加快，生命周期缩短，人们对交货期的期望越来越高。

（ 5）生产方式的多样化。

但很多企业在技术、管理、技术与管理的协调发展以及适应新的生产模式和管理模式等方面还存在一些问题，影响了企业的竞争能力和向现代企业的发展。这些问题具体表现在：

（ 1）设计手段和加工技术落后。

（ 2）管理落后，特别是技术先进性与管理落后的矛盾日益突出。CAD技术的全面推广，大大提高了设计质量，减少了差错，降低了返工率，大大提高了企业的产品开发能力和市场竞争力。但另一方面，却给数据管理带来了更多的困难，数据管理的落后更为明显，主要表现在：信息共享程序低、信息传递速度慢、文档管理落后、设计方式陈旧及应用集成效率不高等方面。

（ 3）新的生产模式，如CIMS、并行工程、精益生产、敏捷制造等，对信息管理技术提出了更高的要求，不仅要求支撑技术能够支持多学科领域专家协同工作，而且要求把产品信息和开发过程有机地集成起来，做到在正确的时间，把正确的信息以正确的形式送达到正确的人手中。

由于以上诸多方面对信息管理的需求，许多企业己经意识到：实现信息的有序管理将成为他们在未来竞争中保持领先地位的关键因素。产品数据管理（ TI PDM）正是在这一背景下产生的一项新的信息管理思想和技术。

1.2PDM在中小企业应用现状

对于大多数中小型企业，一般来说，引进国内外大型 PDM 软件，实施一个中等规模的 PDM项目，需要大量资金作为软件费用和实施费用，而且一般要很长时间才能够交付使用。另外，在实施过程中，还需要企业提供管理及技术人员配合项目的进展，有时出于项目需要，还要增加额外投资用于购买各种硬件设备，所有这些因素，对于国内一般的中小型企业来说，无论在时间上还是在资金上，都难以承担，这是目前国内外大型PDM软件在中小型企业客户群中很难寻找到用户的重要原因。对于大多中小型企业，更希望能充分利用企业现有的资源进行PDM系统的开发。

2产品数据管理系统（PDM）简介

2.1PDM系统的体系结构

PDM系统的体系结构可分为四层，它们是用户界面层、功能模块及开发工具层、框架核心层和系统支撑层，如图2-1。

1、用户界面层：向用户提供交互式的图形界面，包括图示化的浏览器、各种菜单、对话框等，用于支持命令的操作与信息的输入输出。通过PDM提供的图示化用户界面，用户可以直观方便地完成管理整个系统中各种对象的操作。它是实现PDM各种功能的手段、媒介，处于最上层。

图 2-1PDM系统体系结构

2、功能模块及开发工具层：除了系统管理外，PDM为用户提供的主要功能模块有电子仓库与文档管理、工作流程管理、产品结构与配置管理、集成工具等。

3、框架核心层：提供实现PDM各种功能的核心结构与架构，由于PDM系统的对象管理框架具有屏蔽异构操作系统、网络、数据库的特性，用户在应用PDM系统的各种功能时，实现了对数据的透明化操作、应用研究的透明化调用和过程的透明化管理等。

4、系统支撑层：以目前流行的关系数据库系统作为PDM的支持平台，通过关系数据库提供的数据操作功能支持PDM系统对象在底层数据库的管理。

PDM的体系结构应具有以下特点：

（ 1）对计算机基础环境的适应性。

一般而言， 清软英泰 PDM系统是以分布式网络技术、客户机/服务器结构、图形化用户接口及数据库管理技术作为它的环境支持。与底层环境的连接是通过不同接口来实现的，从而保证了一种PDM系统可支持多种类型的硬件平台、操作系统、数据库、图形界面及网络协议。

（ 2）PDM内核的开放性。

PDM内核的开放性体现在越来越多的PDM产品采用面向对象的建模方法和技术来建立系统的管理模型与信息模型，并提供对象管理机制以实现产品信息的管理。在此基础上，提供一系列开发工具与应用接口帮助用户方便地定制或扩展原有数据模型，存取相关信息，并增加新的应用功能，以满足用户对PDM系统不同的应用要求。

（ 3）PDM功能模块的可变性。

由于 PDM系统采用客户机/服务器结构，并具有分布式功能，企业在实施时，可从单服务器开始，逐渐扩展到几个、几十个，甚至几百个。用户在选用功能模块时，除必需模块外，其他模块可根据需求裁剪。

（ 4）PDM的插件功能。

为了更有效地管理由应用系统产生的各种数据，并方便地提供给用户和应用系统使用，就必须建立 PDM系统与应用系统之间更紧密的关系，即基于PDM系统的应用集成。这就要求PDM系统提供中性的应用接口，把外部应用系统封装或集成到PDM系统中，作为PDM新增的一个子模块，并可以在PDM环境下方便地运行。

2.2 清软英泰 PDM系统的主要功能

PDM系统的功能有两种划分方法，一种是按面向应用与系统支持的功能划分，将其分成电子仓库、面向用户的使用功能（包括文档控制、变更控制、配置管理、设计检索与零件库和项目管理等）和实用化的支持功能（包括通知与通信、数据传输数据转换、图像服务、系统管理等）；另一种是按软件功能模块划分，可划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、浏览和圈阅等，前五项功能是PDM系统应用具备的基本功能。本论文按照后者来介绍一般PDM系统的主要功能。

1、电子仓库和文档管理

所谓电子仓库，是在 PDM中实现某种特定数据存储机制的元数据(管理数据的数据)库及其管理系统。它保存所有与产品相关的物理数据和文件的元数据，以及指向物理数据和文件的指针。该指针指定存放物理数据的数据库记录和存放物理文件的文件系统与目录。在产品的整个生命周期中与产品相关的信息是多种多样的。这些信息以文件或图档的形式存在，统称为文档。通过文档管理，可以让企业很好地组织、管理、控制文档的建立、修改、发布和存档工作。企业人员也可以更加方便、快捷、有效地查找和引用所需要的各种数据和信息。

清软英泰 PDM的电子仓库和文档管理提供对分布式异构数据的存储、检索和管理功能。在PDM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。电子仓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。

2、用户管理

就是对使用 PDM系统的所有用户进行管理，具体包括用户注册，用户权限控制，用户角色确定，用户密级确定等。用户管理一般通过建立组织一角色一权限模型来实现。

3、工作流与过程管理

工作流和过程管理 WPM(Workflow   and   Process   Management)是一个关于产品数据是如何建立和修改的主动的过程管理。它对任何工作流的形成进行过程控制或在过程开始后的任务控制。它用来定义和控制人们创建和修改数据的方法。它提供了路线、驱动事件的动作、查寻、检查、存取控制、恢复和对象的编辑等。这一功能为产品开发过程的自动管理提供了必要的支持。

用户可以建立串行或并行的工作流程，技术人员可以并行地协调工作。当用户打开自己的任务箱时，就可以看到最新的工作任务清单，项目负责人可随时查看整个项目的执行情况。 WPM的处理重点是与产品数据相关的任务。通常WPM具有下述三种主要功能：初始工作管理，当设计师准备进行某项设计工作时，除了必要的设计要求和初始设计思想外，与设计工作相关的一些文档、表格等数据，诸如：外购件手册、标准件手册、各种元器件手册等等提供给设计人员，其他设计人员的设计数据也能够及时得到查询，最大限度地满足设计人员的设计需求。

而这些数据都能够在 WPM中产生并传递过来；工作流程管理，是对产品数据及其引用传递和流动的过程的管理。在此可以建立串行或并行的工作流程，将产品研制过程中的审、批、签流程以及产品更改的审批过程全部通过电子程序有序进行。当用户打开自己的任务箱时就能看到最新的工作任务清单，审、批、签等人员可按预先制定的流程进行签署并可在备注栏附上签署意见，项目负责人则可随时查看整个项目的执行情况。它使得成千上万的PDM系统的用户的个体对产品数据的处理结果和流动更加具有条理化，知道下一步该做什么；工作历史管理，工作历史管理提供了一种审查记录数据，帮助用户了解产品项目开发过程中的历史情况。在现有产品开发工作流程的基础上，制定新的产品项目的工作流程和过程，工作历史记录可以作为重要依据。

4、产品结构与配置管理

产品结构的定义为：相互关联的一组零件按照特定的装配关系组装起来即构成部件，一系列的零件和部件有机的装配在一起则构成产品。将产品按照部件进行分解，部件再进一步分解成子部件和零件，直到零件为止，由此形成的分层树状结构，称为产品结构树。产品结构与配置管理是产品数据组织与管理的一种形式，它以电子仓库为底层支持，以材料明细表为其组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，实现产品数据的组织、管理与控制，并在一定目标和规则约束下，向用户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述，如设计视图、装配视图、制造视图、计划视图等。

5、项目管理

一个功能很强的项目管理能够为管理者提供 “每分钟”项目和活动的状态信息，通过PDM与流行的项目管理软件包括接口还可获得资源和规划及重要路径报告能力。但是，目前在PDM系统中项目管理考虑较少，许多PDM系统只能提供工作流活动的信息。

6、应用工具集成

清软英泰 PDM是管理所有与产品相关的数据，而被管数据是由不同的系统产生，数据的类型不同，数据的模型不同，怎样保证这些数据的一致性和完整性是一个很重要的问题。必须把这系统集成到PDM中，由PDM管理框架对数据进行统一的控制和管理。

7、其他的管理功能

除了以上六大基本功能外， PDM系统也不同程度的提供了扫描与成像、浏览与圈阅功能。这些功能可以更加完善PDM的作用。

2.3中小型企业采用PDM的益处

据国外资料统计， PDM的应用能使产品设计周期缩短25%，减少工程设计修改14%，加快产品投放市场进度50%～80%，总成本削减25%以上。对于国内企业来说，实施PDM已经不是需不需要的问题了，而是什么时候实施的问题了。因为PDM为企业带来以下的益处：

1、提高设计效率，缩短产品上市时间

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，允许授权的小组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。一般来说，设计人员在处理信息上就花费了约 30%一70%的时间，如寻找信息、检索信息、等待图纸的复制件、新数据的存档等。PDM几乎完全避免了这种空载时间，PDM向工程师提供正确适当的工具，使设计人员不再需要知道到什么地方去寻找发布的设计或其它数据，只要一经要求就能得到这些设计或数据，大大地缩短设计过程，提高了设计效率和生产效率。

2、提高设计与制造的准确性，减少工程变更

根据美国的一项调查表明，如果在产品概念设计阶段的一次改变成本为 1美元，那么在设计、模拟和分析阶段将升至10美元，原型测试阶段升至1000美元，制造阶段升至10000美元。显然，在一开始的设计阶段选择合适的技术、提高准确率对压缩成本是至关重要的。使用PDM系统后，凡是参加同一项目的每一个人都能用同一数据来工作，并且一直保持最新的数据，甚至当人们在并行工作的时候也是这样，使工程变更减少。

3、更好地利用富有创造力的团队精神

采用 PDM系统后，可以建立起跨地区、跨部门、跨专业的“虚拟团队”，打破了空间和部门的限制，使企业能更好的利用人力资源，允许人们互相交流想法，并利用有效、通畅的信息传递工具来传递这些想法，这样能够促进通过协作方式解决问题。

4、更好地管理工程变更

PDM系统允许在数据库里生成和保存任一设计的多个修订版本和改型，而且每个版本和修订版都要“签字”和“标注日期”，消除对现有设计的任何分歧，提供完整的变更审查线索。

5、向全面质量管理迈进的重要一步

清软英泰 PDM系统可以建立适应IS09000系列验证和全面 质量管理 (TQM)的环境。TQM的很多基本原理，如通过“个人授权”来识别和解决问题都是PDM结构中所固有的、正规的控制、检查、变更管理过程和规定责任，也将有助于保证用户所选择的PDM系统能够与国际质量标准保持一致。PDM技术是企业重构和发展的一项必不可少的重大基础结构技术，企业各项先进管理计划的实施都离不开PDM ， PDM是推动当今企业重构或改革的一项主要使能技术，是企业提高自身竞争力必须具备的手段。目前许多企业都把PDM作为贯穿整个企业的骨架，这是企业保持竞争力的战略决策。

3基于Web技术的PDM系统的理论研究

3.1为什么要Web化的PDM

基于 Web技术，Internet代表了IT的一种趋势，它提供了全球化电子信息共享的机制。可以认为，Internet上的PDM是这种分布式配备的一种自然的延伸。Web浏览器本质上变成了一个新的客户端类型，它是跨所有的程序统一体。Internet和Web技术正在改造着PDM软件业务。在少许几年前，Internet性能仅仅只在工程公司管理信息的方式形成一条凹痕。而今天，基于HTML/Java的Web用户和基于Web的服务器访问日益变成为PDM系统的代名词。

Web技术具有以下特点：

1）TCP/IP通信协议在广域网和局域网上得到了广泛的应用，已成为工业标准。它为异构网络互联提供了平滑的技术支持。

2）浏览器作为各种系统通用的客户端软件，给用户提供了统一的图形化界面，减少用户在学习新软件方面所遇到的困难。

3）任何浏览器均支持WWW所用的HTTP协议和HTML语言。

4）Web浏览器上的Servlet可以与后端数据库相连，实现动态的网上消息发布。

5）Web是一种基于HTTP协议的客户机/服务器模式，具有速度快，可维护性好，成本低和功能灵活等特点。

通过 Web技术的使用，可以统一组织和管理企业内部不同部门间不同格式的信息，进而解决企业间以及企业中各部门的信息共享问题。通过Web在PDM系统中进行全球化的信息查询、浏览，来支持全球化、虚拟化企业的信息管理。

3.2基于Web的PDM系统的连接结构

同其他的数据库管理系统一样， PDM也遵循连接的结构。在1980之前广泛使用一层连接结构。一层连接结构的典型特点是它的自包含单片程序，由GUI、进程逻辑和保存的数据组成。接着，在1990年，出现了二层结构方法。这种结构将程序分成二个不同的层，并命名为客户层和服务器层。

用户界面和逻辑进程都驻留在客户层，同时与它相应的数据库驻留在服务器层。在一层系统之上两层系统的主要优点是使得客户端 “变瘦”。因此，与单层系统相比，二层结构允许更快的进程。然而缺点是在程序变得复杂时客户端可能仍然“太胖”。这将导致来自服务器的慢响应和进程。

在 1996年，发生了计算机网络的一个革命性变化 —— 三层或者多层结构。这是一个开放的、分布式的结构，它将 “胖”客户端分成为二个部分 —— 用户界面和逻辑进程。由此产生的结果是允许更快的响应和用户需求的进程的三层结构。这种三层系统的系统框图如图 2-2，万维网(WWW)是应用三层结构的一个典型例子：Web浏览器是客户层，数据库服务器是第三层，TCP/IP服务则是第二层。

图 2-2三层结构系统

3.3基于Web技术的PDM系统的优点

当 PDM系统转向三层结构时，我们可以看到Web技术和PDM方法在结构和概念模块上有许多相似之处。图2-3和表2-1给出了Web技术和PDM方法在结构和概念模块上的比较。

图 2-3PDM方法与Web三层结构的对比

  表 2-1Web技术和PDM技术的模块比较

Web最初开发出来就是为了提供给人们一种崭新的工作生活方式，使人们之间能够更好的交流和通讯，使工作和事务的处理能更好更方便地实施。PDM的基本出发点是要打破部门间的时空界线，加强各部门之间的协作，更好更有效地管理企业。Web技术的目标和PDM的基本出发点是完全吻合的，因此，Web技术是一个使能工具，可以用来克服前面所提到的障碍，改进PDM的能力和效率。

在 PDM系统中，基于Web技术有许多的优点，部分总结如下：

1、对用户友好：基于Web的前端软件开发使得它们对用户友好并且更容易交互。这样，基于Web的PDM系统与别的系统相比仅需要最少的培训，因此，所有的系统实现的代价降低。简单廉价的Web浏览器在企业中连续地扩展了使用PDM的人，他们不能够再找到其它的同等方便的在线访问到这样一个广大的信息基础库软件。通过使用户变得快速积极，浏览器提供了一个“跳启动”在组织中获得使用PDM的成功，不然这些组织会失去这方面的热情。PDM使用的浏览器同于www中使用的（例如Microsoft   Explorer ， Netscape   Navigator等），它们是针对在Internet或者Intranet上访问数据。

2、较强的访问能力和应用能力：公司的数量的快速增长使人认识到利用web浏览器作为PDM界面有难以置信的高价值、容易理解和能够支持几乎所有的用户。这些浏览器运行在各种类型的计算机上，以Unix机器到PC和Macintoshes，提供跨平台的相同的界面和感觉。进一步地，这些Web浏览器的使用能够消除在每一台计算机上安装和维持特殊的“客户端”软件的需求。

3、有效地连接供应链：基于Web的PDM系统比不是基于Web系统上有许多的优点，因而它们与供应链的连接更有效，并且相应地导致改善供应链协同。这允许组织更容易地与他们的供应商和合作伙伴共享重要的信息。在基于Web的PDM中可以得到的信息将帮助公司——通过有效地通信任何新产品数据和产品变更数据到供应商从而使他们能够相互作用。

4、有效地连接几何位置上分离的组织：一个基于Web的PDM系统允许几何位置上分离团队在同一个项目中改变在不同的区域或者甚至不同的国家的人输入的数据。这种合作的类型将允许一个组织集中它的员工的专门技术；无论他们在世界的哪个角落，以最小的代价和中断那些介入。在世界不同地点的项目团队的能力还允许一个组织通过利用时间地域差别的优点来利用整天的24个小时。

5、使得虚拟组织成为可能：一个虚拟组织定义为一个临时的公司的联盟，它们拥有在特定的领域的专门技术，并且针对一个特定的项目集中起来。在项目结束以后，联盟解体并且公司返回到他们的日常的任务直到一个新项目产生为止。与具有严格的层次结构的传统类型公司相比，虚拟组织有许多优点。它主要是提供更大的柔性，并且共享项目团队的专门技术。对于一个成功的虚拟组织最重要的需求是分离的项目组之间有效的通讯。通过使用基于Web的PDM系统，全球通讯的效率能够极大地提高。因此，基于Web技术使位于一个广泛的区域的合作伙伴和工作者无缝地连接起来。

3.4基于Web的PDM系统的条件限制

第一，基于 Web的PDM系统受到目前的Web技术的限制，以及传输信息的速率限制。虽然在几何位置上分离的站点传输信息比传统的邮政服务或快件要快，但它还不能够和局域网（LAN）或者广域网（WAN）的速度相媲美。

第二，通过基于 Web的PDM系统，在传输数据或者信息的过程中并不完全消除错误。如果系统不正确地使用，相应于需要正确信息的错误仍然可能出现。如前所述，一个PDM系统能够导致产品上市时间的减少，由于产品开发和产品变更的步伐加快，人为错误的可能性也在增加。

第三，因为在企业和它的供应链之间的信息流增加，更多地会考虑到信息安全问题。对于一个项目在没有危及企业的安全和暴露商业秘密的条件下识别信息传输的等级是在 PDM系统中实施Web技术的关键步骤。这将依赖于供应关系的封闭性和需要有效的通讯的水平。

很明显， Web技术在许多方面类似于PDM方法。如果运行在Web结构上，PDM将变得更适应和更柔性。无论是PDM还是Web，如果适当地集成，将增强各自的能力和性能。一些基于Web的PDM系统缺点包括：目前的Internet没有针对CAD文件传送的足够大的带宽，在数据传送中出错的可能性和永远增加的在一个公司和它的供应链之间信息流的安全性问题。这些缺点在未来的年代里不可避免地对基于Web的PDM系统提出严峻的挑战。