面向PLM的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術

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產(chǎn)品生命周期管理（Product Life-circle Management）PLM是覆蓋了從產(chǎn)品誕生到消亡的產(chǎn)品全過程的、開放的、互操作的一整套應用方案。它通過實施一整套的業(yè)務解決方案，把人、過程、和信息有效地集成在一起，作用于整個企業(yè)，遍歷產(chǎn)品從概念生成到最終報廢的全生命周期，支持與產(chǎn)品相關的協(xié)作研發(fā)、管理、分發(fā)和使用產(chǎn)品定義信息。從技術角度，PLM是一種對所有與產(chǎn)品相關的數(shù)據(jù)在其整個生命周期范圍內(nèi)進行管理的技術。

因此，PLM與產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（Product Data Management，PDM）的關系密不可分。一方面PLM來自于PDM，是企業(yè)信息化系統(tǒng)向柔性化、集成化、智能化發(fā)展的必然；另一方面，PLM自身的特征——強調(diào)對企業(yè)產(chǎn)品全生命周期內(nèi)數(shù)據(jù)的管理(尤其是對產(chǎn)品全生命周期內(nèi)跨越供應鏈的所有信息進行管理)強調(diào)能夠?qū)崿F(xiàn)在多功能、多部門、多學科、多協(xié)作供應商之間的緊密協(xié)同，強調(diào)以其為基礎（而不是側(cè)重于實現(xiàn)與其它系統(tǒng)的集成）來實現(xiàn)整個企業(yè)的信息化，以及強調(diào)對企業(yè)智力財富的充分再利用等——使得其與PDM有著本質(zhì)的差別。

作為以產(chǎn)品為核心的商業(yè)戰(zhàn)略，PLM以PDM為支撐平臺，并結合其它技術和業(yè)務方案(例如，協(xié)同產(chǎn)品商務、視算仿真、企業(yè)應用集成、零部件供應管理等)，溝通了在延伸的產(chǎn)品定義供應鏈上的所有的OEM、轉(zhuǎn)包商、外協(xié)廠商、合作伙伴以及客戶。與此同時，PDM除了自身核心功能的不斷發(fā)展和完善之外，也在不斷融合產(chǎn)品協(xié)同商務（Collaborative Product Commerce CPC）協(xié)同產(chǎn)品定義管理（Collaborative Product Definition Management CPDM）以及PLM的理念和思想，不斷地拓展自身的外延，向面向全生命周期數(shù)據(jù)管理和業(yè)務協(xié)同方向發(fā)展。

1、面向PLM的PDM技術分析

1.1支持并行工程的PDM技術

產(chǎn)品的競爭力是PLM強調(diào)的重點。并行工程作為一種集成地、并行的設計產(chǎn)品及其相關過程的系統(tǒng)化方法，可以有效地縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低產(chǎn)品成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。隨著并行工程概念的提出以及方法和技術的逐步成熟，對PDM技術提出了新的要求；同樣，支持并行工程的PDM的實施又成為實現(xiàn)并行工程的關鍵。

早期的PDM技術主要針對圖紙文檔管理，能夠?qū)o態(tài)的產(chǎn)品支持數(shù)據(jù)（如工業(yè)標準、標準件數(shù)據(jù)等）和產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)（如產(chǎn)品圖、BOM表、工藝文件、NC代碼等）以及一部分動態(tài)的產(chǎn)品過程數(shù)據(jù)（如設計數(shù)據(jù)的變更、審批等信息）作一定程度的管理；而對于支持并行工程的PDM而言，除了滿足上述功能之外，PDM系統(tǒng)還需要將并行工程中涉及的活動、人員、數(shù)據(jù)和應用工具4大要素有機的結合起來，為并行工程的實現(xiàn)提供一個集成框架。相關研究主要集中在4個方面：對活動流程管理的支持，對人員配置的支持，對異構產(chǎn)品數(shù)據(jù)的存取管理的支持，以及對應用系統(tǒng)工具的支持。

1.2基于Web的PDM技術

隨著Web技術的不斷發(fā)展和對象關系數(shù)據(jù)庫的日益成熟，PDM的發(fā)展從最初的采用簡單的C/S結構和結構化編程技術，正在向基于Java、采用B/S結構的Web機制方向發(fā)展。

基于Web的PDM系統(tǒng)具有較強的訪問能力和應用能力、可以有效地連接供應鏈并且改善供應鏈協(xié)同、支持項目團隊的異地合作、并且使虛擬聯(lián)盟以及敏捷制造成為可能。當前，幾乎所有的商用PDM系統(tǒng)都支持通過Web方式訪問和操作產(chǎn)品數(shù)據(jù)如MatrixOne、Windchill、TeamCenter等都是以Web瀏覽器為客戶端。

盡管如此，基于Web的PDM技術仍面臨著一些挑戰(zhàn)，如信息傳輸速率的限制問題、數(shù)據(jù)信息在傳輸過程中的錯誤處理機制問題，以及供應鏈之間的信息一致性和安全性等問題。

1.3支持供應鏈管理的PDM技術

在虛擬企業(yè)中，一個組織要與它的供應商、合作伙伴和其他成員加入到供應鏈中。工程信息需要在虛擬企業(yè)內(nèi)被不斷的交換。PDM中各個系統(tǒng)間的通信和數(shù)據(jù)交換，使得產(chǎn)品開發(fā)時OEM間能進行合作，并能隨時在整個供應鏈中得到產(chǎn)品信息。因此，支持供應鏈管理的PDM系統(tǒng)將在兩個方面拓展自身的技術外延，工程數(shù)據(jù)庫和工程合作。

工程數(shù)據(jù)庫負責管理技術數(shù)據(jù)，能夠提供其它系統(tǒng)的有關參考信息，應具有靈活性、易適應性和易運行性等特點。當前的趨勢表明，PDM技術將是企業(yè)內(nèi)部知識管理的一個重要部分。下一代PDM系統(tǒng)能夠管理與信息和技術知識密切相關的項目和過程。

工程合作作為電子商務的一種形式，使得多個企業(yè)通過動態(tài)重組后能夠在線合作虛擬企業(yè)的工程合作。需要支持協(xié)同工作，因此計算機支持協(xié)同工作（Computer-Supported Collaborative Work CSCW）解決方案將會與PDM技術集成，通過提供智能的、分布式的虛擬合作框架，實現(xiàn)一個具有連接分布式開發(fā)環(huán)境功能的、在線交互式的、可編輯產(chǎn)品三維模型和相關信息的可視化協(xié)商會議。此外，工作流程技術作為一個對開發(fā)過程提供全面、系統(tǒng)支持的重要工具也將在虛擬企業(yè)的工程合作中與PDM技術進一步緊密集成，使得整個異地工程合作更加高效、敏捷。

1.4面向虛擬制造的PDM技術

虛擬制造模式下的產(chǎn)品即為虛擬原型(Virtual Prototype VP)。虛擬原型技術是指圍繞產(chǎn)品從概念設計、構型設計、詳細設計到生產(chǎn)、維護、報廢等產(chǎn)品全生命周期，通過計算機描述的可視化原型，從產(chǎn)品設計師、決策者、制造商、銷售商、到最終的用戶群等對制造系統(tǒng)及產(chǎn)品的制造過程進行全方位觀察、體驗、分析和操作，實時分析和評估產(chǎn)品的性能和可制造性，分析制造系統(tǒng)的行為能力、控制優(yōu)化與決策能力等諸多復雜性問題，并通過涉及中的評估反饋信息不斷的指導設計，保證產(chǎn)品尋優(yōu)開發(fā)過程的順利進行，以提高產(chǎn)品的市場競爭力。

因此，面向虛擬制造的PDM技術就涉及對所有與虛擬原型相關的信息和過程的管理。產(chǎn)品數(shù)字信息的來源，特別是在虛擬環(huán)境中產(chǎn)生的產(chǎn)品相關信息（如觸覺信息、虛擬試驗信息等）都遠遠超出了以前PDM系統(tǒng)的管理范圍；同時，虛擬制造過程的管理也比單一企業(yè)的制造過程的管理要復雜得多，表現(xiàn)在：(1)虛擬制造環(huán)境的分布性：經(jīng)濟的全球化以及競爭的壓力使得在一個企業(yè)內(nèi)實現(xiàn)所有的VP技術十分困難，企業(yè)通常在保證自身擁有局部競爭優(yōu)勢的前提下需要尋求合作伙伴來提高整體的市場競爭力以及能夠迅速的響應市場的變化；(2)虛擬制造環(huán)境的異構性：不同的企業(yè)在基礎層和應用層存在的差異已經(jīng)構成了事實上的異構工作環(huán)境。當前STEP中性產(chǎn)品信息表達以及基于CORBA規(guī)范的網(wǎng)絡通訊成為PDM技術的研究熱點；(3)異構信息的共享：虛擬制造系統(tǒng)涉及大量的與虛擬原型相關的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是分散的、異構的、如何保證不同企業(yè)或不同部門的人在正確的時間以正確的方式獲得正確的信息是關鍵問題。

2、面向PLM的PDM產(chǎn)品分析

在PLM理念提出后，涌現(xiàn)出不少PLM廠商。然而，由于PLM和PDM的淵源關系，絕大多數(shù)的PLM廠商都來自于PDM廠商。有一些PDM廠商已經(jīng)開發(fā)出成體系的PLM解決方案，比較成功的實現(xiàn)了從PDM廠商向PLM廠商的轉(zhuǎn)變，如EDS、IBM等；也有一些廠商（如SAP、BAAN）基于ERP提出了自己的PLM解決方案。本文將分析當前市場中具有代表性的PDM產(chǎn)品的技術特點以及在PLM戰(zhàn)略背景下的技術演變過程。

2.1Windchill

在PTC的PLM解決方案中，Pro/E是其基石，Windchill由最初的PDM產(chǎn)品演變?yōu)楝F(xiàn)在的PLM平臺。一體化體系結構和統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型是Windchill的特點。Windchill通過Windchill Info*Engine技術實現(xiàn)以Web為中心的一體化體系結構。該結構始于一個CAD-Agnostic企業(yè)數(shù)據(jù)模型方案,可不依賴于數(shù)據(jù)的源格式來存儲、管理和配置MCAD數(shù)據(jù)、ECAD數(shù)據(jù)及可視化數(shù)據(jù)。這種一體化體系結構可作為記錄系統(tǒng)來管理全數(shù)字化產(chǎn)品，能夠最有效地組合和利用完全數(shù)字化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和關系模塊，從而實現(xiàn)對復雜PLM過程的跨模塊支持以及較低的應用程序維護成本。

除了PDM原有的基本功能之外，為了在PLM的不同階段提供針對性的方案，從而快速實現(xiàn)PLM系統(tǒng)的部署，PTC在Windchill平臺上開發(fā)了系列解決方案，包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、設計協(xié)作和項目管理、動態(tài)設計配置、零件管理以及制造協(xié)作。目前Windchill Link系列解決方案包括Windchill PDMLink、Windchill ProjectLink、Windchill Dynamic DesignLink、Windchill PartsLink Windchill SupplyLink等產(chǎn)品模塊。

Windchill體系結構由3層組成，如圖1所示，分別為是客戶層、應用和數(shù)據(jù)層、以及集成層。在客戶層，Windchill基于HTML及JavaApplet技術，使用戶通過瀏覽器就可以訪問Windchill的各個功能模塊；應用和數(shù)據(jù)層是一個Java應用服務器，用來處理業(yè)務邏輯、數(shù)據(jù)訪問、系統(tǒng)管理以及相關的安全服務等，其中數(shù)據(jù)區(qū)主要包括提供產(chǎn)品結構及其數(shù)字產(chǎn)品內(nèi)容的數(shù)據(jù)模型；集成層由各種消息服務組成，通過XML、SOAP、WSDL、JMI、JNDI以及專用APIs與企業(yè)內(nèi)、外部應用系統(tǒng)集成。

2.2MatrixOne

MatrixOne（也稱eMatrix）作為PDM發(fā)展到CPC階段的典范，提供了一套協(xié)同產(chǎn)品開發(fā)的工具集。開放的客戶化環(huán)境和實用的輔助開發(fā)工具是MatrixOne的最大特點。

MatrixOne系統(tǒng)由一個公共平臺和一系列的應用模塊（如系統(tǒng)管理工具、數(shù)據(jù)建模工具、Web合作服務、應用接口等）組成。MatrixOne并沒有提供多少現(xiàn)成的流程或類結構僅提供了一個以類型（Type）為中心的面向?qū)ο笮畔⒛Ｐ?。MatrixOne中以type為中心的信息模型清晰的反映了系統(tǒng)組織模式。這種組織方式結構清晰，所受約束少，但工作量更大。正因為如此，MatrixOne又提供了一系列面向業(yè)務過程的應用模塊，即價值鏈組合（value chain portfolio）主要包括團隊協(xié)工作模塊MatrixOne Team Central、PLM范圍內(nèi)的文檔管理和共享模塊MatrixOne Document Central、項目管理模塊MatrixOne Program Central、產(chǎn)品信息管理模塊MatrixOne Engineering Central、產(chǎn)品定義和配置模塊MatrixOne Product Central，以及基于Web的供應商合作模塊MatrixOne Supplier Central等。

由于采用了基于構件的標準化技術（J2EE），MatrixOne支持CORBA、RMI、EJB這3種方式的軟件開發(fā)通過MatrixOne提供的應用開發(fā)工具可以實現(xiàn)廣泛的來自不同域應用的集成MatrixOne自身提供了MQL（eMatrix Query Language）語言可實現(xiàn)對象管理等數(shù)據(jù)庫操作并支持TCL/TK、Java以及C++接口。

2.3TeamCenter

TeamCenter作為企業(yè)級PDM的代表，設計思路與MatrixOne不同，它通過盡可能多的提供符合實際需求的功能，以減少客戶化時的工作量。但輔助開發(fā)工具不多，在系統(tǒng)開發(fā)時一定程度上受到已有功能的約束。

TeamCenter主要包括以下模塊組成：支持虛擬企業(yè)的產(chǎn)品信息管理模塊TeamCenter Collaboration Foundation，基于Web的零件及其文檔管理模塊TeamCenter Product Collaboration，支持中性CAD數(shù)據(jù)格式的產(chǎn)品設計合作模塊TeamCenter Design Collaboration，項目管理合作模塊TeamCenter Project Collaboration，需求管理模塊TeamCenter Requirements Collaboration，以及支持系統(tǒng)集成的企業(yè)合作模塊TeamCenter Enterprise Collaboration。圖2是TeamCenter面向PLM的應用框架。

TeamCenter提供以Root為根的類層次結構，通過為類增加屬性、在不同類之間建立關系，為類或者對象定義消息以及處理消息的方法來組織整個系統(tǒng)，系統(tǒng)中各業(yè)務對象或數(shù)據(jù)對象都是類的實例。TeamCenter采用STEP標準作為異構產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的交換協(xié)議，集成方案采用與J2EE兼容的企業(yè)應用服務，提供基于XML的數(shù)據(jù)映射機制、事件驅(qū)動的消息傳遞機制，及基于Web的客戶訪問機制。在接口方面，提供基于C的MODeL(Metaphase Object Definition Language)語言同時支持C++、Java等。

2.4ENOVIA

作為IBMPLM戰(zhàn)略的合作伙伴，DassaultSystemes為各種企業(yè)提供電子商務解決方案，幫助他們實施自己的數(shù)字化企業(yè)戰(zhàn)略。與SmarTeam不同，ENOVIA專注于幫助企業(yè)管理數(shù)字化產(chǎn)品、流程和資源的綜合性模型、協(xié)作模型及分布式模型。與CATIA和DELMIA等一道，通過整合式集成，為實現(xiàn)數(shù)字化產(chǎn)品生命周期管理開辟了一條通道，并能支持企業(yè)知識的重用。

ENOVIA由3個不同的軟件包組成：ENOVIA PM、ENOVIA VPM和ENOVIA LCA。ENOVIA PM為需要優(yōu)化和組織產(chǎn)品開發(fā)數(shù)據(jù)和流程的產(chǎn)品規(guī)劃者、設計專家和管理人員，提供強大的經(jīng)營流程。ENOVIA VPM面向需要訪問和管理開發(fā)項目的開發(fā)人員和技術專家，通過使用ENOVIA 3dcom瀏覽器，用戶可以全面訪問產(chǎn)品發(fā)數(shù)據(jù)。ENOVIA LCA提供現(xiàn)成的、基于角色的應用，滿足基于工業(yè)實踐的端到端（end-to-end）的整個產(chǎn)品生命周期管理，從最初的產(chǎn)品規(guī)劃開始，貫穿概念設計和詳細設計，服務需求，直至允許跨企業(yè)快速構型。ENOVIA LCA綜合了幾個產(chǎn)品線，在虛擬產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理方面，包含ENOVIAV PM。而在PDM方面，則包含ENOVIA PM。基于通用的產(chǎn)品過程資源（Product-Process-Resource，PPR）模型并同時跨越兩個域確保了ENOVIA LCA能夠在整個企業(yè)范圍內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)字原型和三維產(chǎn)品設計知識的配置。

3、PDM技術的演化趨勢

由于PDM所涉及的內(nèi)容較廣泛，目前還沒有公認的、一致的關于PDM的系統(tǒng)化理論，甚至關于PDM的定義都存在分歧。從最初的圖檔管理、到產(chǎn)品開發(fā)過程信息管理、再到支持虛擬制造過程的集成和協(xié)同、以及現(xiàn)在的面向PLM的全生命周期信息管理，PDM技術自身不斷的發(fā)展已經(jīng)遠遠超出了信息系統(tǒng)和數(shù)據(jù)管理方法的范疇。通過PDM系統(tǒng)的集成能力，使之在PLM戰(zhàn)略中承擔更為重要的作用，將是未來PDM技術發(fā)展的必然趨勢。

1)、協(xié)同合作

支持協(xié)同合作不僅要求PDM系統(tǒng)擴展新的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理功能，而且還要求PDM系統(tǒng)能夠?qū)⒁呀?jīng)存在的功能有機的集成在一起，并通過Web方式提供跨越內(nèi)、外部防火墻的接口。在當前許多商業(yè)PDM產(chǎn)品中，“協(xié)同合作”模塊已經(jīng)演變?yōu)镻DM系統(tǒng)標準模塊的一部分。

2)、產(chǎn)品結構管理

大量應用于設計和制造活動中的產(chǎn)品結構管理在制造業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理中一直扮演著重要的角色。在PLM戰(zhàn)略的影響下，PSM將對貫穿產(chǎn)品全生命周期內(nèi)的各種類型的產(chǎn)品結構（如產(chǎn)品設計結構、產(chǎn)品制造結構、產(chǎn)品交付結構等）提供進一步的支持。PSM對于產(chǎn)品制造活動的支持是當前的研究熱點，主要集中在BOM的使用以及如何處理變型產(chǎn)品等問題。另一個值得關注的問題是，在企業(yè)內(nèi)部的不同部門，由于對產(chǎn)品結構分解的出發(fā)點不同(如設計人員將產(chǎn)品分解為系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件等而制造人員則對產(chǎn)品進行裝配分解)，造成了一個產(chǎn)品存在多個結構視圖。如何統(tǒng)一不同的產(chǎn)品結構視圖則將對PDM技術的發(fā)展產(chǎn)生影響。

3)、產(chǎn)品配置管理

在訂單驅(qū)動的市場環(huán)境下需要企業(yè)對訂單做出快速反應產(chǎn)品配置管理負責產(chǎn)品結構配置以及相關的生產(chǎn)過程配置即決策何時以及如何生產(chǎn)滿足客戶需求的產(chǎn)品隨之而來的挑戰(zhàn)就是產(chǎn)品控制問題和產(chǎn)品預測問題訂單驅(qū)動所帶來的是大量的變型產(chǎn)品當前的BOM組織如何能夠無冗余的管理這些變型產(chǎn)品結構信息以及如何動態(tài)調(diào)整生產(chǎn)過程以提高響應市場變化能力的敏捷性是研究的重點由于產(chǎn)品配置管理所需數(shù)據(jù)與ERP密切相關因此PCM與erp系統(tǒng)的集成就變得十分重要為PDM系統(tǒng)提供ERP集成接口功能已成為商業(yè)PDM產(chǎn)品的發(fā)展趨勢也許這正是基于ERP所提出的PLM解決方案的優(yōu)勢所在。

要想使產(chǎn)品信息在PDM系統(tǒng)中很好的被各個應用系統(tǒng)共享，以及被廣義企業(yè)中其它PDM系統(tǒng)及應用共享，PDM系統(tǒng)中的模型必須同時考慮數(shù)據(jù)、過程、組織和資源。由于涉及范圍廣，使用的工具繁多，致使很難構造出滿足所有要求的統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型。產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標準（STEP）雖然是一個面向產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)描述的中性標準，但由于其體系龐大、應用復雜、并且覆蓋的內(nèi)容和PDM需要管理的內(nèi)容在范圍和抽象層次上存在較大差異，造成完全基于STEP標準來開發(fā)PDM還比較困難。通過使用STEP標準和PDM使能規(guī)范（PDM Enabler）通過CORBA或DCOM技術，可以在一定程度上解決不同PDM系統(tǒng)之間以及PDM與不同應用系統(tǒng)間的信息交換和互操作問題。

4、結束語

PDM技術隨著用戶需求和IT技術的不斷發(fā)展而發(fā)展，在以產(chǎn)品為核心的商業(yè)戰(zhàn)略PLM的推動下，PDM作為跨企業(yè)的支持整個產(chǎn)品生命周期的產(chǎn)品開發(fā)的支撐平臺已是不爭的事實。高效的整合制造資源、支持并行工程、支持供應鏈管理、支持虛擬企業(yè)異地協(xié)同開發(fā)、制造和管理將是未來PDM系統(tǒng)必須具備的功能。

產(chǎn)品信息模型及其標準化、工作流和過程管理、產(chǎn)品協(xié)同定義和全生命周期管理、以及采用中間件和基于構件技術（如J2EE、NET、CORBA）等標準化方法以提高系統(tǒng)的柔性和可擴展性，將是PDM技術發(fā)展的趨勢。同時，如何針對不同的企業(yè)特點進行不同的PDM系統(tǒng)的配置和實施，以及在PDM的開發(fā)和實施過程中如何與軟件配置管理（Software Configuration Management，SCM）集成都是需要進一步研究的內(nèi)容。(amt)