PDM的产生、发展与基本原理

1、CAD/CAM/CAE一体化技术第七讲 PDM概述PDM的的产生与与发展PDM的的基本原原理PDM的的定义PDM系系统的功功能PDM系系统的技技术PDM软软件PDM系系统的应应用PDM的产生在20世世纪的60、70年代代，企业业在其设设计和生生产过程程中开始始使用CAD、CAM等技术术，新技技术的应应用在促促进生产产力发展展的同时时也带来来了新的的挑战。对于制制造企业业而言，虽然各各单元的的计算机机辅助技技术已经经日益成成熟，但但各自动动化单元元自成体体系，彼彼此之间间缺少有有效的信信息沟通通与协调调，这就就是所谓谓的“信息孤岛岛”问题。在这种种情况下下，许多多企业已已经意识识到：实现信息息的

2、有序序管理将将成为它它们在未未来的竞竞争中保保持领先先地位的的关键因因素。PDM的产生产品数据据管理(ProductData Management，PDM)正是是在这一一背景下下产生的的一项新新的管理理思想和和技术。PDM可以定定义为以软件技技术为基基础，以以产品为为核心，实现对对产品相相关的数数据、过过程、资资源一体体化集成成管理的的技术。PDM明确以以产品为为管理的的核心，以数据据、过程程和资源源为管理理信息的的三大要要素。PDM进进行信息息管理的的两条主主线是静态的产产品结构构和动态态的产品品设计流流程，所有的信信息组织织和资源源管理都都是围绕绕产品设设计展开开的，这也是是PDM系统有有

3、别于其其他的信信息管理理系统，如管理理信息系系统(MIS)、物料料管理系系统(MRP)、项目目管理系系统(Project Management)的关键键所在。数据、过过程、资资源和产产品这间间的关系系PDM的产生作为20世纪末末出现的的技术，PDM继承并并发展了了CIM等技术术的核心心思想，在系统统工程思思想的指指导下，用整体体优化的的观念对对产品设设计数据据和设计计过程进进行描述述，规范范产品生生命周期期管理，保持产产品数据据的一致致性和可可跟踪性性。PDM的的核心思思想是设设计数据据的有序序、设计计过程的的优化和和资源的的共享。经过近些些年来的的发展，PDM技术已已经取得得了长足足的进步步

4、，在机机械、电电子、航航空/航航天等领领域获得得了普遍遍的应用用。PDM技术术正逐渐渐成为支支持企业业过程重重组（BPR）、实施施并行工工程(CE)、CIMS工程程和ISO9000质质量认证证等系统统工程的的使能技技术。PDM的发展PDM技技术的发发展可以以分为以以下三个个阶段：配合CAD工具具的PDM系统统、专业PDM产品品产生和和PDM的的标准化化阶段。PDM的发展-配合CAD工具具的PDM系统统早期的PDM产产品诞生生于20世纪的的80年年代初。在当时时，CAD已经经在企业业中得到到了广泛泛的应用用，工程程师们在在享受CAD带带来好处处的同时时，也不不得不将将大量的的时间浪浪费在查查找设

5、计计所需信信息上，对于电子子数据的的存储和和获取的的新方法法需求变变得越来来越迫切切了。针对这这种需求求，各CAD厂厂家配合合自己CAD软软件推出出了第一一代PDM产品品，这些些产品的的目标主主要是解解决大量量电子数数据的存存储和管管理问题题，提供供了维护护“电子绘图图仓库”的功能能。第一一代PDM产品品仅在一定程程度上缓缓解了“信息孤孤岛”问问题，仍然普普遍存在在系统功能能较弱、集成能能力和开开放程度度较低等等问题。PDM的发展-专业PDM产品品通过对早早期PDM产品品功能的的不断扩扩展，最最终出现现了专业业化的PDM产产品，如如SDRC公司司的Metaphase和UGS的的iMAN等就就是

6、第二二代PDM产品品的代表表。与第第一代PDM产产品相比比，在第第二代PDM产产品中出现了许许多新功功能，如对产品品生命周周期内各各种形式式的产品品数据的的管理能能力、对对产品结结构与配配置的管管理、对对电子数数据的发发布和更更改的控控制以及及基于成成组技术术的零件件分类管管理与查查询等，同时软件件的集成成能力和和开放程程度也有有较大的的提高，少数优优秀的PDM产产品可以以真正实实现企业业级的信信息集成成和过程程集成。第二代代PDM产品在在技术上上取得巨巨大进步步的同时时，在商商业上也也获得了了很大的的成功。PDM开开始成为为一个产产业，出出现了许许多专业业开发、销售和和实施PDM的的公司。P

7、DM的发展-PDM的的标准化化阶段1997年2月月，OMG组织织公布了了其PDMEnabler标准草草案。作作为PDM领域域的第一一个国际际标准，本草案案由许多多PDM领域的的主导厂厂商参与与制订，如IBM、SDRC、PTC等。PDMEnabler的公公布标志志着PDM技术术在标准准化方面面迈出了了崭新的的一步。PDM Enabler基基于CORBA技术公用对对象请求求代理（调度）程序体体系结构构（CommonObjectRequestBrokerArchitecture），缩缩写为CORBA，是对象象管理组组织（ObjectManagementGroup）对对应当今今快速增增长的软软硬件的的

8、协同工工作能力力的要求求而提出出的方案案。简而而言之，CORBA允允许应应用程序序和其他他的应用用程序通通讯，而而不论他他们在什什么地方方或者由由谁来设设计就PDM的系统统功能、PDM的逻辑辑模型和和多个PDM系系统间的的互操作作提出了了一个标标准。这这一标准准的制订订为新一一代标准准化PDM产品品的发展展奠定了了基础。PDM技技术的发展历历程PDM基本原理理在逻辑上上将各个个CAX信息化化孤岛集集成起来来，利用用计算机机系统控控制整个个产品的的开发设设计过程程，通过过逐步建立产品品模型，最终形形成完整整的产品品描述、生产过过程描述述以及生生产过程程控制数数据；从而有效、实实时、完完整地控控制

9、从产产品规划划到产品品报废处处理的整整个产品品生命周周期中的的各种复复杂的数数字化信信息。PDM是是一种帮帮助工程程师和其其他人员员管理产产品数据据和产品品研发过过程的工工具。PDM系系统确保保跟踪设设计、制制造所需需的大量量数据和和信息，并由此此支持和和维护产产品。-CIMdata定义义PDM将将产品品从设计计到消亡亡的整个个生命周周期内的的数据,按照一一定的数数学模式式加以定定义、组组织和管管理,使使产品数数据在其其整个生生命周期期内保持持一致、最新、共享和和安全。从产品来来看，PDM系系统可帮帮助组织织产品设设计，完完善产品品结构修修改，跟跟踪进展展中的设设计概念念，及时时方便地地找出存

10、存档数据据以及相相关产品品信息。从过程来来看，PDM系系统可协协调组织织整个产产品生命命周期内内诸如设设计审查查、批准准、变更更、工作作流优化化以及产产品发布布等过程程事件。产品的生生命周期期包括产产品从概概念设计计、计算算分析、详细设设计、工工艺流程程设计、加工制制造、销销售维护护直至产产品消亡亡的各个个阶段。PDM的的定义产品设计计过程管管理(含含会议纪纪要、方方案);产品工艺艺辅助设设计及工工艺数据据管理;生产中的的数据反反馈和版版本管理理;材料定额额、工时时定额的的管理及及产品设设计成本本预算;二次开发发接口:MRP、CIMS;为企业的的生产管管理定制制各种数数据查询询与输出出接口;技

11、术部门门流程管管理;配置管理理;并行设计计和并行行异地设设计。PDM的的基本模模块PDM是是一种管得很很宽的的软件，凡是最最终可以以转换成成计算机机描述和和存储的的数据，它都可可以兼收收并蓄，一概管管之。诸诸如：产品结构构和配置置；零件定义义及设计计数据；CAD几几何造型型文件和和绘图文文件；工程分析析及验证证数据；制造计划划及规范范；NC编程程文件；图像文件件（照片片、造型型图、扫扫描图等等）；产品说明明书；软件产品品（程序序、库、函数等等零部部件）；各种电子子报表、成本核核算、产产品注释释等；项目规划划书；多媒体音音像产品品；硬拷贝文文件；其他电子子数据等等PDM与企业数数据PDM涉涉及的

12、领领域很广广，它可可以管理理各种与与产品相相关的信信息，包包括电子子文档、数据文文件以及及数据库库记录。适用的的产品领领域包括括：制造业-汽汽车、飞飞机、船船舶、计计算机、家电、移动电电话等；工程项目目-建建筑、桥梁、高速公公路；工厂- 钢铁铁厂、炼炼油厂、食品加加工厂、制药厂厂、海洋洋平台等等；基础设施施-机机场、海港、铁路运运营系统统、后勤勤仓储；公用事业业-发发电电力设设置、无无线通讯讯、水煤气气供应、有线电电视网；金融- 银行行、证券券交易及其它行行业。值得指出出的是，面对如如此广泛泛的应用用领域，目前尚尚无一种种万能的的PDM系统可可以包罗罗万象地地适用于于它们。每个领领域都有有其自

13、身身的特点点及需求求，即使使同一领领域的单单位，使使用完全全相同的的PDM产品，也会遇遇到完全全不同的的实施问问题。这这正是实实施PDM应充充分考虑虑的问题题。PDM与工业领领域PDM在在企业的的信息集集成过程程中可以以被看作作是起到到一个集成框框架（Framework）的的作用。各种应应用程序序诸如CAD/CAM/CAE、EDA、OA、CAPP、MRP等等，将将通过各种种各样的的方式，如应用用接口、开发（封装）等，直直接作为为一个个个对象象（Object）被集成成进来，使得分分布在企企业各个个地方、各个应应用中使使用（运运行）的的所有产产品数据据得以高高度集成成、协调调、共享享，所有有产品研

14、研发过程程得以高高度优化化或重组组。PDM与企业信信息集成成PDM技技术的研研究与应应用在国国外已经经非常普普遍。目目前，全全球范围围商品化化的PDM软件件有不下下100种。这这些PDM产品品间虽然然有许多多差异，但一般般来说，大多具具有以下下一些主主要功能能：电子资料料库和文文档管理理产品结构构与配置置管理生命周期期（工作作流）管管理集成开发发接口PDM的的功能分析析PDM的的电子资资料库和和文档管管理提供供了对分布式异异构数据据的存储储、检索索和管理理功能。在PDM中，数据的的访问对对用户来来说是完完全透明明的，用用户无需需关心电电子数据据存放的的具体位位置，以以及自己己得到的的是否是是最

15、新版版本，这这些工作作均由PDM系系统来完完成。电电子资料料库的安安全机制制使管理理员可以以定义不不同的角角色并赋赋予这些些角色不不同的数数据访问问权限和和范围，通过给给用户分分配相应应的角色色使数据据只能被被经过授授权的用用户获取取或修改改。同时时，在PDM中中电子数数据的发发布和变变更必须须经过事事先定义义的审批批流程后后才能生生效，这这样就使使用户得得到的总总是经过过审批的的正确信信息。PDM的的功能分析析-电子资料料库和文文档管理理图1文文档管理理系统框框架图2PDM与与文档管管理图3工工艺卡示示意图产品结构构与配置置管理是是PDM的核心心功能之之一，利利用此功功能可以以实现对对产品结

16、结构与配配置信息息和物料料清单（BillofMaterials）的管理理。用户可以以利用PDM提提供的图图形化界界面来对对产品结结构进行行查看和和编辑。在PDM系统统中，零零部件按按照它们们之间的的装配关关系被组组织起来来，用户户可以将将各种产产品定义义数据与与零部件件关联起起来，最最终形成成对产品品结构的的完整描描述，传传统的BOM也也可以利利用PDM自动动生成。PDM系系统通过过有效性性和配置置规则来来对系列列化产品品进行管管理。有效性分分为两种种：结构构有效性性和版本本有效性性。结构构有效性性影响的的是零部部件在某某个具体体的装配配关系中中的数量量，而版版本有效效性影响响的是对对零部件件

17、版本的的选择。有效性控控制有两两种形式式：时间间有效性性和序列列数有效效性。产品配置置规则也也分为两两种：结结构配置置规则和和可替换换件配置置规则。结构配置置规则与与结构有有效性类类似，控控制的都都是零部部件在某某个具体体的装配配关系中中的数量量，结构构配置规规则与结结构有效效性可以以组合使使用；可可替换件件配置规规则控制制的是可可替换件件组中零零件的选选择。配配置规则则是由事事先定义义的配置置参数经经过逻辑辑组合而而成。用用户可以以通过选选择各配配置变量量的取值值和设定定具体的的时间及及序列数数来得到到同一产产品的不不同配置置。PDM的的功能分析析-产品结构构与配置置管理PDM的的生命周周期

18、管理理模块管管理着产产品数据据的动态态定义过过程，其其中包括括宏观过过程（产产品生命命周期）和各种种微观过过程（如如图样的的审批流流程）。对产品生生命周期期的管理理包括保保留和跟跟踪产品品从概念念设计、产品开开发、生生产制造造直到停停止生产产的整个个过程中中的所有有历史记记录，以以及定义义产品从从一个状状态转换换到另一一个状态态时必须须经过的的处理步步骤。管理员员可以通通过对产产品数据据的各基基本处理理步骤的的组合来来构造产产品设计计或更改改流程，这些基基本的处处理步骤骤包括指指定任务务、审批批和通知知相关人人员等。流程的的构造是是建立在在对企业业中各种种业务流流程的分分析结果果上的。PDM的

19、的功能分析析-生命周期期（工作作流）管管理各企业的的情况千千差万别别，用户户的要求求也是多多种多样样的，没没有哪一一种PDM系统统可以适适应所有有企业的的情况，这就要要求PDM系统统必须具具有强大大的客户户化和二二次开发发能力。现在大大多数PDM产产品都提提供了二二次开发发工具包包，PDM实施施人员或或用户可可以利用用这类工工具包来来进行针针对企业业具体情情况的定定制工作作。PDM的的功能分析析-集成开发发接口PDM的的系统构构造方法法PDM系系统的基基本特征征开放与与集成企业信息息建模方方法面向向对象的的方法数据库技技术PDM的的技术分析析当前PDM产品品大多采采用分布布式的客客户机/服务器

20、器(client/server)结构：服务器端端负责公公共数据据的存储储、多用用户的同同步等功功能，客户端主主要负责责与用户户的交互互、客户户私有数数据的管管理等。PDM系系统的内内部构造造是层次次化的。PDM系系统建立立在操作作系统、网络环环境和分分布式数数据库的的基础上上。对象管理理框架是是PDM系统的的核心模模块，它它的重要要性一方方面在于于对象管管理框架架集中管管理了PDM系系统中的的全部信信息实体体，另一一方面对对象管理理框架是是整个PDM系系统信息息建模思思想的具具体体现现。所有有PDM涉及的的实体，如人员员、数据据、过程程以及实实体之间间的关系系最终都都是以对对象的形形式由对对象

21、管理理框架统统一管理理。对象象管理框框架为整整个PDM系统统提供了了统一的的数据管管理的基基石。建建立在对对象管理理框架之之上的是是各种PDM系系统的功功能框架架，包括括产品结结构管理理、产品品配置管管理、集集成工具具、工作作流管理理等。PDM的的技术分析析-PDM的的系统构构造方法法作为企业业产品数数据管理理的核心心，PDM系统统应当是是一个开开放性的的系统，开放主要要包括数数据的开开放、功功能的开开放和系系统建模模方法的的开放。开放性主主要表现现在可移移植性、可扩展展性、互互操作性性、可裁裁剪性等等方面。集成是是PDM系统的的基础功功能。所所谓集成是指指PDM系统提提供的一一组机制制，使之

22、之能够和和其他软软件工具具和系统统协调工工作。从系统统之间的的关系看看集成可以以分为三三个层次次：工具具的集成成、信息息的集成成和应用用的集成成。PDM的的技术分析析-PDM系系统的基基本特征征开放与与集成面向对象象的思想想是软件件工程学学发展的的结果。从1970年年以来，人们从从思想理理论和设设计方法法学等各各个方面面对面向向对象的的技术进进行了广广泛而深深入的研研究，取取得了丰丰硕的成成果。面向对象象的思想想是以对对象的观观点表达达信息以以及信息息之间的的关系，对象代代表数据据和行为为的封装装，对象象之间通通过消息息传递信信息。目前，采用面面向对象象的分析析和设计计方法已已经成为为大型系系

23、统软件件设计开开发和实实施的大大势所趋趋。PDM的的技术分析析-企业信息息建模方方法面向向对象的的方法数据库技技术传统统的管理理系统大大多建立立在关系数据据库基础上。但是关关系系统统存在语语义不丰丰富、建建模手段段不足等等问题。为了解解决这些些问题。近年来来有关面向对象象数据库库、演绎绎数据库库、知识识数据库库的研究正正在不断断取得突突破，这这些发展展都将推推动PDM的的进步。PDM的的技术分析析-数据库技技术PDM的的最新技术分布式技技术Java语言基于WEB的PDM分布式技技术基于于网络的的分布式式计算技技术也是是近年来来获得很很大进步步的技术术之一。以分布式式计算技技术为基基础，基基于构

24、件件的系统统体系结结构将逐逐渐取代代模块化化的系统统体系结结构。在分布布式计算算技术的的标准方方面，一一直存在在着两大大阵营，一个是是以OMG组织织为核心心的CORBA标准，另一个个是以微微软为代代表的基基于DCOM的的ActiveX标准准。近年年来，OMG组组织在CORBA标标准的制制定和推推广方面面付出了了巨大的的努力，同时许许多CORBA标准的的产品也也在逐渐渐成熟和和发展；同时由由于微软软在操作作系统方方面的绝绝对统治治地位，ActiveX标准准在Windows系系列平台台上显得得更加实实用，相相应的工工具也更更加成熟熟。目前前这两大大标准的的争夺仍仍然没有有结束，许多商商品化软软件多

25、是是同时支支持两个个标准。PDM的的最新技术-分布式技技术Java语言Java从出现现的第一一天就成成为计算算机界的的一个热热点。Java语言具具有高度的可可移植性性、健壮壮性和安安全性等等优点，这些使使它一经经推出就就获得了了广泛的的支持。Java不仅仅仅是一一种新的的计算机机语言，同时还还是一种种移动式式的计算算平台。Java语言言的“一一次编程程，到处处可用”的特点点使它成成为了编编写网络络环境下下的移动动式构件件的最佳佳选择。将分布式式计算框框架和Java技术结结合起来来将是构构造网络络信息系系统最理理想的模模式。PDM的的最新技术-Java语言基于WEB的PDM系系统为了了满足电电子

26、商务务时代企企业的需需求，PDM系系统必须须架构在在Internet/Intranet/Extranet之之上，必必须提供供企业产产品开发发的电子子商务解解决方案案。这是是新一代代PDM技术和和系统PDMII（Product Development Management）的目标标，也是是解决国国内企业业采用PDM系系统时所所遇问题题的基础础。美国国MatrixOne公司的的eMatrix和PTC公公司的Windchill就就是这类类系统的的代表。这类系系统是跨跨越延展展供应链链的产品品信息和和生命周周期过程程管理的的全面解解决方案案。它们们使企业业能够以以Internet/Intranet的的发展速速度快速速超越其其竞争对对手，得得到重要要的战略略利益。PDM的的最新技术-基于WEB的PDM目前国外外已有许许多著名名的PDM软件件，企业业究竟选选择选择择那一个个软件，主要应应从能满满足使用用且投资资比较经经济为出出发点，即以能提高高产品的的质量、缩短产产品的开