PDM系統(tǒng)在制造業(yè)中的應用分析
一、 引言
隨著CAD、CAM和CAPP等計算機單元技術，CIMS工程在制造企業(yè)的應用和推廣，實施PDM已成為制造企業(yè)信息管理的需要，更是企業(yè)贏得未來市場競爭的戰(zhàn)略需要。本文將就PDM系統(tǒng)在制造業(yè)中的應用（產(chǎn)品配置、實施方面的問題）進行探討。
二、PDM在制造業(yè)中的作用
PDM在制造業(yè)中的應用，主要可以起到如下幾個方面的作用。
1. CAD/CAPP/CAM等單元技術的集成平臺
隨著計算機應用的日益廣泛和深入，人們發(fā)現(xiàn)，只有當CAD系統(tǒng)一次性輸入的信息能在后續(xù)環(huán)節(jié)（如 CAPP、CAM）中一再被應用才是最經(jīng)濟的。目前，PDM系統(tǒng)是最好的3C集成平臺，它支持分布、異構(gòu)環(huán)境下的不同軟硬件平臺、不同網(wǎng)絡和不同數(shù)據(jù)庫，不同的CAD/CAPP/CAM系統(tǒng)都可以從PDM中提取各自所需的信息，再把結(jié)果放回PDM中，從而真正實現(xiàn)了3C的無縫集成。
圖1 CAD/CAPP/PDM集成示例
如圖1所示，通過DHPDM的內(nèi)嵌式PICKUP模塊（CAD圖紙信息提取工具）可以方便、高效地實現(xiàn)圖紙批量入庫，為目前國內(nèi)許多企業(yè)急需解決的大量舊圖紙入庫問題提供了可行的手段，減少了圖紙入庫的工作量和工作強度，同時縮短了實施PDM項目的周期。按照提取模塊（PICKUP）定義好的規(guī)則從CAD圖紙中提取標題欄和明細表信息，通過分析零部件裝配關系，可以實現(xiàn)自動在PDM內(nèi)創(chuàng)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。在這些獨立信息系統(tǒng)的集成過程中，CAD與PDM的集成是整個環(huán)節(jié)中最重要的一環(huán)，其關鍵在于要保證CAD與PDM中數(shù)據(jù)變化的一致性。DHPDM通過與CAD系統(tǒng)之間建立共享產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)互操作，保證了CAD中的修改與PDM中的修改的互動性與一致性，實現(xiàn)了PDM和CAD的緊密集成。目前，大恒PDM可以實現(xiàn)與AutoCAD及其多數(shù)二次開發(fā)CAD系統(tǒng)的緊密集成。
2. 企業(yè)技術部門信息傳遞的橋梁
PDM是溝通產(chǎn)品設計、工藝部門和MRPⅡ、ERP之間信息傳遞的橋梁，使MRPⅡ、ERP從PDM平臺自動得到所需的產(chǎn)品信息，如材料清單BOM等，ERP也可通過PDM這一橋梁將有關信息自動傳遞或交換給3C系統(tǒng)。
3. 企業(yè)已有資源的資源庫
PDM的電子資料庫和文檔管理提供了對多種數(shù)據(jù)的存儲、檢索和管理功能。
4. 構(gòu)造企業(yè)CIMS的集成框架
在關系數(shù)據(jù)庫基礎上開發(fā)的具有對象特征的PDM系統(tǒng)由于其技術的先進性和合理性，成為新一代信息集成平臺中最為成熟的技術。
三、PDM系統(tǒng)的基本功能和體系結(jié)構(gòu)
PDM是以產(chǎn)品數(shù)據(jù)為中心，集成并管理所有與產(chǎn)品相關的信息、過程、人與組織的軟件。PDM依據(jù)全局信息強調(diào)共享的觀點，為不同地點、不同部門的人員營造了一個虛擬協(xié)同的工作環(huán)境，它是所有信息的主要載體，在產(chǎn)品開發(fā)過程中，可以對它們進行創(chuàng)建、管理和分發(fā)。從PDM在制造業(yè)的實施情況分析，其功能主要應包括以下幾個方面。
1. 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理
產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)化是產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的一個重要特征，通過產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)化，可以很方便地對所有的產(chǎn)品信息進行查詢、生成物料清單和提供最新的零件使用情況等。
為了減輕日益增大的成本壓力，縮減設計周期，一部分制造企業(yè)采用了產(chǎn)品標準化和變型設計的方法以提高產(chǎn)品設計開發(fā)的效率，即產(chǎn)品配置。產(chǎn)品配置是編制產(chǎn)品結(jié)構(gòu)清單的一種手段，它特別適用于多規(guī)格品種、零部件通用性強的系列化產(chǎn)品。產(chǎn)品配置模塊能夠使企業(yè)的各個部門在產(chǎn)品的整個生命周期內(nèi)共享統(tǒng)一的產(chǎn)品配置，并且對應不同系列的產(chǎn)品定義，生成相應的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)表。為此需要做兩步工作，第一步是開發(fā)能夠支持變型設計的零件，第二步是構(gòu)建一個變型的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)。
PDM系統(tǒng)可以作為產(chǎn)品變型配置的主要工具，為了滿足配置功能，PDM系統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理模塊必須與一個規(guī)則庫相連，在一個變型的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（變型配置）中，還必須包括規(guī)則對象和選擇對象。
一個由變型配置派生的、與訂單相關的產(chǎn)品配置，是通過一系列選擇準則來定義的。根據(jù)規(guī)則對象，對變型配置中必須具有的構(gòu)件和/或可以具有的構(gòu)件進行選擇，最后得到與訂單相關的產(chǎn)品配置?？梢园凑毡?所示將各種規(guī)則簡單地羅列在決策表中。
表1 作為變形配置的決策表
按照表1就可以表示相關聯(lián)的If-Then聯(lián)系。決策表由四個區(qū)域組成，條件區(qū)中包括了所有用來檢驗決策情況的條件，在通常情況下，在條件區(qū)中還不能完整地表達一個條件，為此，在條件說明區(qū)的每一列（規(guī)則列）中可以對條件進行必要的說明。在活動區(qū)包括了根據(jù)條件所需執(zhí)行的各種活動，同樣，在活動說明區(qū)的每一列（規(guī)則列）中也可以根據(jù)需要對活動進行必要的說明。
例如在叉車制造企業(yè)，產(chǎn)品具有小批量、多品種的特點，牽涉到配置的內(nèi)容相當廣泛：其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)按整車可分為內(nèi)燃車和電瓶車,按傳動方式可分為機械傳動、液力傳動和靜壓傳動,按動力形式可分為柴油、汽油、液化氣,按輪胎可分為充氣胎和實心胎，且輪胎在數(shù)量上還有單、雙胎的區(qū)別。另外配置還涉及到起重量范圍、起升高度系列、門架的形式、工作裝置選配等多方面，以門架為例，首先根據(jù)整車的起重量確定門架的型式，其次具體的結(jié)構(gòu)形式又可分為兩節(jié)門架、三節(jié)門架、基本型門架、全自由門架等,門架的起升高度從3m到6m,最后門架管路的接頭形式還有公制螺紋和英制螺紋。產(chǎn)品的這種錯綜復雜的關系，必須要求PDM系統(tǒng)要有功能強大的產(chǎn)品配置功能，才能最終解決制造業(yè)所面臨的實際問題。
2. 圖文檔管理
圖文檔管理以產(chǎn)品為中心，它把產(chǎn)品結(jié)構(gòu)映像為管理對象，每個對象都包含與之相關的所有信息和過程。也就是說，每個對象的所有相關數(shù)據(jù)，如設計圖紙、說明書、NC代碼、AVI文件、工藝文件等在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹上會“掛”在相應的零件和裝配體上。
3. 工作流程管理
工作流程管理包括設計審批流程管理和更改流程管理。不同的企業(yè)可以依據(jù)企業(yè)的工作習慣預先指定審批步驟，確定各個工作階段的先后次序及對應的審批人員和角色，同時規(guī)定審批通過的規(guī)則，可以是全部一致同意、多數(shù)同意，也可以是一票同意或否決等模式，這些由企業(yè)自己選擇。更改流程管理類似于審批流程管理。
4. 動態(tài)權限設置
企業(yè)投入大量的物力和財力研制出的新產(chǎn)品的技術資料是企業(yè)的寶貴財富和命脈，為了保護這些數(shù)據(jù)，必須加以嚴格的權限控制。合理安排人員的角色及其權限勢在必行，PDM的權限動態(tài)設置模塊就應運而生了，在這個模塊中，系統(tǒng)管理員可以對合法用戶的信息加以維護，它包括用戶自身信息的定義、修改以及用戶身份、狀態(tài)等信息的管理。從而使用戶動態(tài)獲得權限。
5. 工程變更管理
工程變更是在制造業(yè)的生產(chǎn)過程中經(jīng)常出現(xiàn)的重要活動，特別是在航空、航天、汽車等領域。工程變更必須有規(guī)范的過程約束與流程控制，所以與流程管理是緊密聯(lián)系在一起的。工程變更包括工程變更請求和工程變更指令兩部分內(nèi)容，變更請求只有通過提交流程管理部門進行審核與審批后才能實施。原信息修改后，要求通知到相關人員，并要求修改相關受影響的信息。
6. 項目管理
PDM應提供用于項目計劃的工具，輔助企業(yè)進行項目的周詳計劃，幫助企業(yè)在計劃中明確項目的目標、任務間的制約關系，發(fā)現(xiàn)其中的缺陷，進行資源的合理調(diào)度。計劃工具可以通過甘特圖、圖形化的網(wǎng)絡圖等手段直觀顯示整個項目進度安排、資源調(diào)度以及任務間的約束關系。僅僅只有一個周詳?shù)挠媱?，對于成功的項目管理是不夠的，成功的項目管理還需要一個強有力的監(jiān)督、監(jiān)控手段來保證任務的有效執(zhí)行。
7. 外部集成工具
這是PDM的一項重要功能，它通過系統(tǒng)提供的接口，實現(xiàn)和第三方軟件的集成。
基于對PDM系統(tǒng)功能和實施的要求，PDM系統(tǒng)一般具有如圖2所示的四層結(jié)構(gòu)，并應該具有以下特點：
☆ 對計算機基礎環(huán)境的適應性；
☆ 內(nèi)核的開放性；
☆ 功能模塊的可變性；
☆ 插件功能。
圖２ PDM系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)
四、 PDM系統(tǒng)的實施
PDM技術要在企業(yè)中真正發(fā)揮作用，必須重在實施，必須按照企業(yè)的要求進行模塊的配置和系統(tǒng)的定制，所以PDM軟件必須具有可配置和可定制的特點。
PDM的實施是一項系統(tǒng)工程，它不僅涉及技術因素，同時涉及組織、管理等諸多因素。它要求企業(yè)進行有效的組織變革、管理變革與產(chǎn)品開發(fā)過程的變革，以適應這一技術的實施。PDM的實施須經(jīng)過需求調(diào)研→需求分析→初步設計→詳細設計→測試→完善這樣的階段過程。
很多PDM項目實施不好，有的是因為軟件的開放性和擴展性不好。例如，業(yè)務模型的修改必須修改軟件本身的源代碼。也有的是因為實施方法學的落后，例如，沒有預料到用戶在開始描述業(yè)務時考慮不夠周到，調(diào)研人員沒有很好地理解用戶的需求，調(diào)研人員的需求分析書寫得不清楚或是有歧義，導致其它人誤解或很難接手等等。
那幺，這就要求PDM系統(tǒng)首先要從軟件技術上或者說從開放性上對實施成功提供相應的保證，如組件技術的大量使用、開放大量的API等。更重要的是要有一套科學實用的實施方法學。根據(jù)我們的實施經(jīng)驗，應該包括以下一些方面。
1．明確PDM的定位和計劃達到的目標
企業(yè)通過應用PDM需要達到哪些目標，要同企業(yè)實際情況和未來發(fā)展戰(zhàn)略結(jié)合起來綜合考慮，定出切實可行的合理目標，不能把目標定得過高。
2.制定有效的實施策略，分階段、分步驟地制定目標
從功能角度看，目前市場上的PDM軟件大都具有圖檔管理和文檔管理、項目管理和過程管理、產(chǎn)品樹管理與配置管理、審批和批注、編碼管理和用戶管理、工具、電子郵件等功能。但要一次全部實施所有內(nèi)容是比較困難的，較好的辦法是從部分應用開始，如首先應用圖檔管理和文檔管理、過程管理、產(chǎn)品樹管理與配置管理等，其次，引入工具與電子郵件等，最后實施審批、產(chǎn)品樹管理和項目管理等內(nèi)容。
3.重視實施隊伍的組建，選擇技術力量雄厚、經(jīng)驗豐富的供應商
PDM實施包括產(chǎn)品設計師、企業(yè)領導和合作伙伴等的實施隊伍來實施才能投入使用。選擇技術力量雄厚的供應商對PDM是否能獲得成功有很大影響。因為企業(yè)在引人PDM之前，大都不具備有PDM實施經(jīng)驗和二次開發(fā)的人才，只有在供應商的協(xié)助下，結(jié)合企業(yè)在實踐中發(fā)現(xiàn)的問題，共同開發(fā)和完善，PDM才能真正發(fā)揮作用。
4.要爭得企業(yè)決策層的高度重視和全力支持
要買一套適用的軟件，培養(yǎng)一支精干的技術隊伍對于企業(yè)來說并不困難。然而涉及到企業(yè)固有的生產(chǎn)方法和管理制度的改造則不是技術人員所能做到的。PDM項目中，涉及到開發(fā)團隊的重組、產(chǎn)品信息的集成、流程的標準化等各個方面的管理問題，標準化數(shù)據(jù)庫的組建需要多個設計組的支持，過程管理需要全體員工的配合，只有爭取決策層的大力支持，把實施PDM與企業(yè)改制和改革相結(jié)合，才能避免走彎路。PDM的重要性和實施難點也就在于其管理上的特殊之處，因此，如果企業(yè)領導在立項時還未充分意識到這一點，PDM項目要取得成功是非常困難的。
5.重視PDM使用者的培訓
企業(yè)中的員工培訓和學校中的授課是不同的，大多數(shù)員工對培訓的內(nèi)容只是一時的熱情，同時也不會主動花大量的精力去把它吃透或徹底搞清楚。PDM是一項技術，但首先是一種管理思想。如果企業(yè)或項目組領導對PDM的理解不夠全面，PDM的推廣將很困難。解決該問題的方法是，對企業(yè)相關的管理者分層次、有步驟地進行培訓。
6.要充分重視產(chǎn)品數(shù)據(jù)的標準化和流程的規(guī)范化
標準化、規(guī)范化、系列化是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的前提和基礎。各種數(shù)據(jù)的交流離不開標準化。實施PDM，實際上就是要實現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)品信息的完整性、規(guī)范化，達到管理制度的科學化，因此標準化工作是PDM項目實施中一項非常重要的內(nèi)容。充分利用構(gòu)成產(chǎn)品的標準化，通過PDM系統(tǒng)可對這些標準件、通用件和典型結(jié)構(gòu)等進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)快速查找。實施PDM中必須高度重視流程的標準化和規(guī)范化問題。
五、結(jié)論
PDM作為連接多個不同領域的一種集成工具，確保了整個企業(yè)中的有關人員在適當?shù)臅r候以適當?shù)男问降玫竭m當?shù)男畔?，從而保證了在正確的時刻利用正確的信息做出正確的決策。
PDM系統(tǒng)在制造業(yè)中的應用分析