怎么利用PDM实现机械制造业的信息集成-创新互联

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1．1PDM的体系结构

软件技术的发展使PDM体系结构日趋先进，当前基于Java、Web，采用C/B/S三段式的体系结构己成为清软英泰TIPDM的发展方向。当前先进的PDM系统普遍采用Web技术及大量业界标准，其体系结构如图1-1所示。

 

图1-1PDM的体系结构

整体可分为五层，底层平台层、核心服务层、应用组件层、应用工具层和实施理念层。

3．1．1底层平台层

主要指异构分布的计算机硬件环境、操作系统、网络与通信协议、数据库、中间件等支撑环境。当前PDM软件底层平台的发展主要有两个特点：

一是适应能力不断扩展，能够支持越来越多的软硬件环境，PDM厂商一直致力于推出适应更多平台的PDM系统。在硬件环境上，从最简单的用户终端PC机到高端的工作站和服务器都可以运行相应的PDM系统。

二是底层平台朝廉价方向发展。操作系统上，Unix依然是大多数PDM使用的主要服务平台，但由于成本低廉、界面友好、操作方便等原因PC/Windows正在悄然扩张的己的领地。很多大型PDM如Mctaphasc、IMAN、PM等其服务器端还是运行在Unix环境下，但都相继推出了各自的微机版。而像Windchill等新生贵族更是以PC/Windows为主要平台，后来才推出Unix版本。

由于企业级TIPDM系统庞大的数据量、高的性能要求，因此底层数据库几乎无一例外都集中于Oracle、SQL Server、Sybase等大型数据库，尤其是Oracle是很多PDM系统的选或独选数据库。此外，PDM软件几乎都支持TCP/IP、IIOP、Net BIOS和HTTP等局域网和广域网标准协议。

1．1．2PDM核心服务层

清软英泰PDM软件产品一般指的就是核心服务层和PDM应用组件层，因为二者功能上有所不同，所以分别讨论。在C/S结构下，核心服务层一般就是服务器端，客户端软件就属于PDM的应用组件，在C/B/S结构下，二者都运行在服务器端，但在软件产品购买安装等方面会有所不同，核心服务是必须的，而应用组件可以选用。比如Metaphase的对象管理框架、Windchill的Windchill Foundation、IMAN的eServer等都属于各自的核心服务层。

核心服务层实际上就是一组对象模型，它主要完成三个功能，一是向下连接并操纵数据库，二是向上为PDM应用组件提供基本服务，三是为应用软件提供应用编程接口(API)以集成应用软件。此外，有些PDM软件在核心层中还加入了Web处理机制。

1．1．3PDM应用组件层

PDM应用组件实际上就是由调用TIPDM基础服务的一组程序(界面)组成并能够完成一定应用功能的功能模块。比如说工作流管理应用组件，就是由工作流定义工具、工作流执行机、工作流监控工具等组成的完成工作流程管理的功能模块。各PDM厂商都不断丰富自己的应用组件(如图一)，像Metaphase提供了包括生命周期管理器、更改控制管理器、产品结构管理器、产品配置管理器、零部件族管理器、用于同CAX/DFx/ERP/CSM/EC/SCM等应用软什焦成的Metaphasc应用集成接口、可视化工具、协同设计支持工具、数字样机等大量丰富的应用组件。

统一的用户界面也归入了应用组件层，几乎所有的PDM都支持通过Web方式访问和操纵PDM，较新的如eMatrix、Windchill等C/B/S结构的PDM都是以Web浏览器为客户端，而Metaphase、IMAN等也相继推出了各自基于Web的客户端。

1．1．4应用工具层

应用工具主要指CAx/DFx等工程设计领域软件、Word等办公用软件以及所有PDM以外的其它应用软件，PDM通过多种方式与这些应用软件实现集成。

1．1．5实施理念层

PDM归根结底不是企业的经营管理模式而只是一种软件工具，这种软件工具只有在先进的企业运作模式下才能发挥其作用，因此PDM的实施几乎都离不开CE(并行工程)、CPC(协同产品商务)、VM(虚拟制造)、SCM(供应链管理)、IS09000等先进的管理理念和质量标准。只有在这些先进思想的指导下，PDM的实施才能确保成功并发挥较大的作用。另一方面，PDM实施又是这些先进理念得以成功贯彻的最有效的工具和手段之一。

PDM软件厂商在推销其软件产品的同时，也在推销它的理念，如清软英泰TIPLM倡导。而PDM软件又是一种只有通过实施才能完美地与企业结合并体现其价值地软件，因此，实施理念列在了PDM体系结构的最上层。

1．2PDM信息集成模型

PDM技术建立在网络和数据库基础上，将计算机在产品设计、分析、制造、工艺规划和生产管理、质量管理等方面产生的信息集成在一起，对产品整个生命周期内的数据进行统一管理。架构在PDM集成平台上的CAD/CAPP/CAM系统都可以从PDM中提取各自所需的信息，再把结果放回PDM中．真正实现了3C的集成，所以PDM是CAD/CAPP/CAM的

集成平台；企业资源规划(ERP)中的许多信息也来自CAD/CAPP/CAM系统，通过PDM系统可以及时地把相关信息传递到ERP系统中，ERP产生的信息也可通过PDM传递给CAD/CAPP/CAM系统。因此，PDM系统又是3C系统与ERP系统之间信息传递的桥梁。因此，PDM是实现企业全局信息集成与共享的关键，建立PDM信息集成模型主要考虑：

·PDM信息贯穿于产品生命周期的各个阶段：

·信息流动和控制都在数据库和网络支持下展开，并形成局部闭环，各环节的活动具有并发性；

·信息流对物流起着组织、管理和控制作用。

信息集成模型框架：见图1-2：

 

图1-2信息集成模型框架

在产品生命周期中，CAD用于产品的设计和分析，CAPP用于工艺过程的设计，CAM进行计算机辅助数控编程实现制造的自动化，ERP负责整个企业资源的管理。首先利用CAD工具进行产品设计，并逐渐建立起企业的基本信息库，将材料、刀具、工艺等与产品相关的基本数据纳入库中。CAPP系统从CAD系统中获取零部件的几何信息和加工信息，然后根据零部件的相似性，从标准工艺库中获取棚近的标准工艺，快述生成该零部件的工艺文件，实现CAD系统与CAPP系统的信息联接。

同样，CAM系统需从CAD和CAPP系统中，及时获得零部件的几何形状，工艺要求和相应的加工属性，生成正确的刀具轨迹和NC代码，实现CAM系统的功能。ERP管理客户的需求和销售，并且接受由CAD传递过来的BOM。可见，在产品生命周期中，信息传递是经常的和必备的功能。根据PDM信息集成模型，建立信息实体模型如图1-3：

 

图1-3信息实体模型

1．3用PDM支撑CAD/CAPP/CAM的信息集成

应用CAD、CAPP、CAM系统以后，计算机上迅速产生大量的电子文档，对于大型企业更是如此，如何保证电子文档的完整性、一致性和正确性是应用CAD、CAPP、CAM系统后所面临的一个大问题。大部分企业一般只是利用共享目录结构对电子文档进行简单的管理，没有权限控制、没有版本控制、没有层次结构、没有高效简便的查询手段、没有入库提交机制。这导致电子文档查询困难、共享程度不高，数据信息传递速度缓慢，利用率低下。许多企业的设计BOM、工艺BOM无法由CAD、CAPP系统自动生成，依然存在大量的手工劳动和重复输入。

我们知道．应用计算机系统的大效益来自于集成和共享。CAD、CAPP虽然可以显著提高设计、工艺效率，但如果不能实现集成和共享，那么他们所产生的效益还是有限的，这就是当前企业对CAD、CAPP应用效益产生疑惑的一个原因。由于CAD、CAPP、CAM这些计算机辅助技术是单独发展起来的，这些技术的应用多为分散孤立的单项应用，他们本身并不具备互相集成的能力，不能实现系统之间信息的自动化传递和交换，存在大量的二次重复输入问题，在企业实际应用中，就形成了许多自动化的信息孤岛。因此，用PDM信息集成模型实现CAD、CAPP、CAM的信息集成是十分必要的。

PDM系统实现CAD、CAPP、CAM信息集成的思路是：以产品结构树为中心，统一管理CAD、CAPP、CAM文档及有关的产品数据，紧紧围绕产品结构树展开管理功能。

1．3．1PDM下CAD、CAPP、CAM信息集成模型

见下图1-4。

 

图1-4信息集成模型

1．3．2PDM系统支撑CAD、CAPP、CAM信息集成的功能框架

项目负责人在PDM系统中利用产品配胃功能建立产品结构树根节点，根据设计要求在根节点下建立部件节点，并将部件节点分发给责任工程师。产品配置可以手工建立，也可利用标准部组件建立。任务分派及流程管理以节点授权方式．在结构树上可视、灵活地进行。

责任工程师进入PDM系统后，显示任务清单，并可在相应节点下进行部件设计，建立组件节点，分发组件节点。在组件节点下可进行组件设计，建立支组件节点、零件节点，进行支组件、零件设计。CAD软件由PDM系统中启动．产生的数据文件直接“挂”在结构树的相应节点上，上下节点数据互相关联、自动协调。

工艺设计在相应节点进行，由PDM系统激活CAPP软件，产生的数据文件也“挂”在结构树的相应节点上，通过结构树，可直接共享CAD产生的设计图 纸、设计BOM等设计信息。

在设计过程中，结构树、图 纸、工艺文件、计算书、说明书等电子文档全部存储在服务器中，并与结构树上有关节点相关联。

系统应具备功能强大的分类查询功能，提供产品结构树多视图管理，如设计视图、工艺视图、标准件视图、借用件视图、按专业组显示、按设计人员显示等，不同的文档、不同状态的文档用不同的图标、不同的颜色表示。按节点显示图示化进度信息，能提示脱期预警信息。

经过审批流程的文档自动提交入库，入库文档的修改具备严格的流程控制，提供版本管理功能，能保存文件的不同版本。系统应具有严格的权限控制，保证数据的完整性、一致性和正确性。有权限者可随时查看、共享设计图 纸、工艺文件，了解工程设计进度、任务分派情况。

图 纸设计完成后，由设计BOM模块在相应节点自动生成零件清单、组件清单、总清单等，工艺卡片编制结束后，由工艺BOM模块在相应节点自动生成材料定额、工装一览表、各类明细表等。通过节点，可以方便地找到与该节点有关的所有信息。系统中预先建立标准件库、材料供应目录．提供方便快速的在线查询、调用功能，提供借用设计功能。

设计、工艺完成后，将产生一棵完整的结构树，在树上层次分明地存储一项工程或产品的所有设计图 纸、工艺卡片、设计清单、工艺清单，甚至可以包括计算书、说明书等产品技术资料，提供丰富的分类查询统计功能，这将显著提高技术资料的查找速度和利用率，技术信息可以方便地流转到下道工序，完工的节点数据提交档案部门管理，权限归档案部门所

有，档案部门进行归档登记，将节点数据复制到归档介质(如光盘)，在此基础上，实现产品技术文档的电子化归档。原有的CAD、CAPP文档应用BOM展开功能，自动进入清软英泰PDM系统，由PDM系统根据BOM信息生成产品结构树。图1-5所示是通过PDM实现CAD、CAPP、CAM信息集成的树形结构。

 

图1-5信息集成的树形结构

1．4PDM与ERP系统的信息集成

产品数据管理系统(PDM)和企业资源管理系统(ERP)的集成，将戏剧化地促进设计、生产、采购和销售等部门问的沟通和交流。事实上，PDM系统和ERP系统是被组织结构中不同的部门所控制。这些系统所控制的信息在很多方面是重合的，例如物料清单(BOM)的管理就一直是冲突的部分．需要相当多的手工干涉柬避免产生严重的错误。PDM和ERP的集成将促进不同功能的协调。减少手工干预并减少错误。

PDM管理与产品有关的从原理设计到产品废除之间的所有信息。而ERP系统被普遍认为是负责生产甚至是所有的业务运行。因为两种系统都有不同的侧重，问题出现了，特别是重合的部分。大的重合部分在条目的用户声明和born表的相关数据上。当两个独立的系统维护他们各自版本的关键数据时，发生冲突的可能性将一直存在。

1．4．1PDM和ERP之间的区别和联系

PDM管理与产品相关的信息和过程，主要侧重于产品组成信息流的管理，同时，它还是一项重要的使能技术，根据所管理的产品逻辑信息的约束条件和某些过程条件，支持基于并行工程的产品形成过程，其代表功能有；数据存储和管理、产品信息结构和产品信息配置及管理、项目管理、工作流程管理、产品变更信息管理、标准件管理等。而ERP是对企业和制造有关的所有资源和过程进行统一管理的技术，侧重于制造领域物流的管理，其代表功能有；主生产计划、物料需求计划、原材料采购计划、车问作业计划、工装设备管理、财务系统管理、库存管理等。

因此，PDM和ERP系统成分都包含动态(过程)和静态(PDM中主要是描述产品的状态信息、几何拓扑以及信息间的逻辑关系，ERP中主要是设备、班组、车间、资金、库存等制造资源)两个方面，所以，为了实现以PDM为代表的信息领域和以ERP为代表的制造领域之间的集成，必须在全局信息共享和过程目标一致的基础上，充分满足PDM和ERP系统在静念和动态两个方而的要求。为了实现这一系统集成目标，首先必须对PDM和ERP在管理对象、作用领域、管理途径和方式等方面的区别和联系具有系统的认识。

PDM和ERP区别

·管理对象内容的区别

从PDM和ERP的概念可以十分清楚的知道，PDM的管理对象，是描述产品本身状态的信息和信息之问的逻辑关系，以及利用、再生、传递这些产品状态信息的过程及过程资源支持条件，如产品的方案论证过程、概念设计过程、详细设计过程、工艺制订过程等过程，以及这些过程开展中的人员配置、协作关系等。ERP的管理对象，则是参(用)于生产的制造资源(设备、物料、车间班组等)和资源利用的生产过程，主要包括：产品的零部件原料采购、加工、制造和装配、销售、服务等。所以，PDM和ERP管理对象的内容，在时间、地点、作用领域、以及相关支持工具、所采取的手段措施等方面存在区别。

·管理过程的区别

在PDM和ERP系统中，都包含“过程”概念，但是，“过程”这个概念在PDM和ERP系统中并非具有相同的含义。PDM的“过程”是和产品逻辑形成相关的过程，过程的产物是描述产品状态的“信息”，过程开展的支持对象是几何拓扑等状态”信息”和对这些信息进行利用和再生的脑力劳动的技术人员。ERP系统中的“过程”是和产品物理形成相关的过程，过程的指导信息是PDM中的过程产生的产品信息，过程的组织路线受产品状态信息逻辑关系的约束和指导，过程的产物是具体的产品或产品零部件实体，过程开展的支持对象主要是是实体“物质”(制造资源)和主要以体力劳动方式进行操作的“人”。

·管理对象内部之间关系的区别

PDM中管理对象之间的关系是：信息发展的载体是过程，过程的阶段产物足信息：ERP中管理对象之间的关系是：物质变化的载体是过程，过程作用和消耗的对象是物质。如果说ERP领域中也存在信息因素，那么，PDM中的信息主要是从概念角度拙述产品的几何、拓扑信息，而ERP领域中的信息主要是从物流配置方面对生产进行安排的一些资源信息。

PDM和ERP联系

以系统的眼光业看，PDM和ERP在以下几个方面有着密切的联系：

·过程作用对象之间存在着因果关系

ERP系统中的过程作用对象，即以物理形式出现的零部件或产品，是PDM系统中过程作用对象(从概念角度描述产品状态的几何或拓扑信息)以及过程作用对象之间逻辑关系的物质表现。

·过程的逻辑序列问存在着执行和验证关系

ERP系统中的生产过程序列足对PDM过程序列产生的信息逻辑关系的物理执行和验证。ERP系统中生产流程的优化基础，以及确定对应物料支持的理论依据，是PDM系统所管理的产品信息和信息逻辑发展、完善的逻辑路线。

·管理目标的一致性

PDM和ERP在管理目标上有着高度的一致性，PDM和ERP虽然管理的对象和过程存在区别，但是，其管理目标都是试图通过科学的调度和控制，减少失误和返工，在尽可能短的时间内、通过最少的资源耗费、用最为经济的手段和方式、保证产品的最早上市。

·过程的支持条件有着先天的联系

即使在前文分析的区别中，我们也可以发现，产品抽象的几何拓扑信息，既是PDM领域过程开展的产物，也是ERP领域过程开展的活动指导基础和结果验证条件。所以强化PDM和ERP之间的联系，必须利用统一的产品几何拓扑信息对与之相关的过程进行沟通。

·企业的产品是这两个过程序列逻辑关系的祸合结果

PDM中的过程序列按照从整体到局部逐步细化的设计路线开展，而ERP中的过程序列按照从局部到整体的制造、装配过程来进行，而企业的最终产品币足这两个从不同路线和领域丌展的过程序列在时问坐标上的耦合结果。

随着PDM和ERP的发展，它们的部分功能也出现了相互重叠的区域，特别是产品结构BOM管理、产品零件的统计及管理等。

1．4．2PDM/BOM和ERP/BOM的信息集成模型

 

图1-6PDM/BOM和ERP/BOM的信息集成模型

1．5 PDM信息集成方法

(1)封装模式

产品数据的集成就是对产生这些数据的应用程序的集成。为了使不同的应用系统之间能够共享信息以及对应用系统所产生的数据进行统一管理，只要对应用系统进行“封装”，将特征数据和数据文件分别放在数据库和文件柜中，就可以对它们的数据进行有效管理。

“封装”，是把对象的属性和操作方法同时封装在定义对象中。用操作集来描述可见的模块外部接口，从而保证了对象的界面独立于对象的内部表达。对象的操作方法和结构是不可见的，接口是作用于对象上的操作集的说明，这是对象唯一的可见部分；“封装”意味着用户看不到对象的内部结构，但可以通过调用操作⋯程序来使用对象，这充分体现了信息隐蔽原则。由于运用“封装”，当程序设计改变一个对象类型的数据结构内部表达时，可以不改变在该对象类型上工作的任何程序。“封装”使数据和操作有了统一的管理界面。

(2)接口和集成模式

对于包含产品结构信息的数据，由于“封装”无法了解文件内部的具体数据，因而也无法掌握产品内部的结构关系。这时，可通过下列模式实现集成：

接口模式：根据CAD装配文件中的装配树，自动生成PDM中的产品结构树。通过接口程序破译产品内部的相互关系，自动生成PDM的产品结构树：或者从PDM的产品结构树中提取最新的产品结构关系，修改CAD的装配文件，使两者保持异步一致。

集成模式：通过对CAD的图形数据和PDM产品结构树的详细分析，制定统一的产品数据之间的结构关系，只要其中之一的结构关系发生了变化，则另一个自动随之改变，始终保持CAD的装配关系与PDM产品结构树的同步一致。

商品化的PDM软件环境一般能够提供结构化的面向产品对象的公共服务集，构成了集成化的基础，作为实现以产品对象为核心的信息集成的工具。

通过上述方式，清软英泰PDM可实现不同用户间的对象共享，把PDM看作面向多种应用软件的通用管理环境，采用标准数据接口来建立PDM的产品配置与多种应用软件装配结构之间的联系，在同一PDM管理下，多种应用软件共享同一产品结构。所有用户均在同一PDM工作环境下工作，实现了与站点无关、与硬件无关、与操作系统无关的全新的工作方式。

不同的PDM与ERP系统有不同的接口方法：

内部函数调用：

采用系统提供的API函数访问数据库，以便实现两系统之间交换信息。这种方法需要各系统提供访问底层数据库的函数和API接口，并且往往需要原系统开发人员的支持。但可以获得最高的效率。

直接数据库访问：

根据对两系统数据库的分析，直接对数据库及其属性进行访问，但一般商用系统的数据库都是加密的，实现这种方法需要了解系统数据库的结构。

中间文件交换：

两系统按照统一的文件格式和接口要求，利用系统提供的API函数，编制各自的导入/导出程序，实现两系统的信息交换。这种方式容易实现，但效率、安全性最低。

中间数据库：

采用中间数掘库表的方式存储两系统间共用的数据，并通过对数据库表操作的方式实现两系统的数据交换。

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