大连重工·起重集团有限公司的PDM项目一期实施工作自2003 年12 月开始, 2004 年7 月开始上线推广使用。截至2004 年12 月所有产品都在PDM平台上开展设计, 走完审查流程后自动归档, 实现了PDM系统与CAPP 系统, PDM 与ERP 系统的集成。 经过6 个月的运行,目前PDM 系统数据库中已经积累了28 万余件数据, 包括产品、部件、零件、外购件、外购标准件、通用部件等; 图纸数据3 万余张, 为后续设计重用奠定了基础。现将PDM在企业信息化建设中的应用和实施的经验和体会奉献与同仁共享。
1 PDM是企业信息化管理的需要
随着市场全球化竞争的加剧以及计算机网络技术的发展和普及, 企业越来越多的开始采用计算机进行企业管理、产品研发以及加工制造等活动, 以力求达到企业对市场的快速响应。虽然计算机的应用加快了企业产品的开发速度, 缩短了产品开发周期, 但传统的管理方式已经不能适应由于计算机的应用给企业带来的种种变化, 尤其是制造企业在计算机应用积累到一定阶段或一定的信息量以后, 这种变化尤为突出。主要表现在以下方面。
1-1 设计图纸和文档的管理
计算机产生的大量电子文档和信息没有得到有效和系统的管理, 使设计人员难以快速和准确地获得所需资料, 反而降低了查询速度和效率。
1-2 产品结构的获取
产品设计资料的成套性难于把握, 而且不易直观准确地获取所需的产品结构, 并对其进行有效地配置。
1-3 设计过程管理
从任务的分解, 图纸的形成, 到图纸审查、批准发布和归档, 以及图纸版本修订等, 全靠人工来完成, 中间传递的也是纸质介质。图纸的流动过程无法跟踪和监控, 由于整个产品开发过程没有协调一致的管理机制, 不同部门使用不同版本的设计图纸时有发生, 导致同一设计错误重复出现。
1-4 产品设计的组织实施
下游人员和上游人员没有进行充分的信息交流, 从而使下游人员难以及时发现上游人员可能出现的不足, 使得工程更改次数增多, 工作效率降低。
1-5 并行设计
不能实现设计和工艺, 机械和电气, 机械和液压在设计过程的并行设计。
1-6 设计软件的集成
缺乏一个软件集成框架和一个统一的产品数据模型, 各设计软件之间还没有得到有机的集成, 没有实现产品数据共享。
1-7 社会化生产
在社会化大生产的今天, 不能实现跨地区, 跨国界的设计和制造协同问题。
由此可见, 在企业信息化建设中, 产品的数据管理, 产生数据的过程管理以及应用软件的管理,包括数据流和工作流的管理已经成为企业整个活动过程的瓶颈, 亟需一个集成管理系统来管理和控制企业中的各种数据和数据流及工作流, 以充分发挥计算机系统的作用, 保证企业产品开发过程的快速和高效进行。
而PDM技术就是在这种需求下产生的, 它提供了一个数据管理的集成框架, 功能已从最初的电子文档管理逐渐扩展到包括企业过程管理在内的各个方面, 为企业信息化提供了可靠的保证。
2 PDM的定义和功能模型
PDM 的英文全称是Product Data Management ,中文含义是产品数据管理。
综合各个方面, PDM系统应该包含以下功能:
(1) PDM 系统管理了与产品相关的所有数据——任何描述产品结构的数据, 包括零部件数据、配置数据、文档数据、CAD 文件数据、权限信息数据等;
(2) PDM 系统管理了产生上述数据的所有过程——包括过程的定义和过程数据;
(3) PDM系统提供了CAX 和ERP 软件接口和集成平台(X指D、E、M、PP 等) 。
PDM的定义有狭义和广义之分。从狭义上讲,PDM仅仅针对工程设计过程中的数据; 从广义上讲, PDM 可以管理产品整个生命周期中从需求、开发、设计、制造、销售到服务的全部数据。
PDM 的功能主要由3 个层面组成: 支撑层、维护层和核心层。如图1 所示。
支撑层为PDM 实施的基础, 主要包括数据库管理系统和网络, 这里不仅包括软件, 如操作系统等, 还包括计算机硬件, 这些为PDM 的实施提供了物质和技术上的支持。
维护层则是PDM 系统的维护工作, 包括数据集的维护, 部门和用户的管理, 项目创建以及项目中角色的定义。这些模块主要完成PDM 系统的控制和管理, 保证PDM系统的顺畅推广使用。
核心层则是PDM 实施的核心部分, 也是用户主要面对的模块。核心层包括文档管理、产品结构管理、流程管理、电子数据仓库管理、CAX/ ERP应用软件集成以及接口管理系统等。其中文档结构化管理是产品结构管理和流程管理的支撑, 后两者所产生的文档由文档管理来控制。而PDM 系统和企业中其他系统的联系则主要通过应用软件集成和接口管理系统以及数据仓库来完成, 这样才能实现企业中各个部分的有机集成, 达到数据最大限度共享。
而PDM 系统通过对数据以及数据流的管理和控制, 将企业中的各个系统有机地组织在一起, 实现了企业中信息的集成、过程的集成和人的集成,这对于企业的信息化建设过程来说, 是非常重要的。
3 PDM实施的关键技术
3-1 PDM在企业中的实施模型
PDM系统在企业中的实施模型可以用金字塔来表示, 如图2 所示。任何PDM 实施过程中的活动都可以纳入到该模型的某一层面上。
企业的业务需求要求PDM 项目的实施一定要面向用户解决实际问题, 这是项目实施成功的关键。在概念层我们把企业对产品数据管理的各种需求抽象为诸多个不同的概念, 而不同概念的组合就形成了PDM 系统的核心功能层面。譬如, 业务项的概念用于文档的管理, 版本、状态的概念用于工作流的管理等等。系统集成层则使得PDM 系统与其他的应用系统共享同一数据或数据链, 保证数据源的唯一性, 准确性和完整性。扩展应用层使得整个企业在PDM 系统框架的支撑下, 实现诸如并行工程、协同设计和制造、全面质量管理等先进的管理理念。在金字塔模型中, 层次越低, 其集成度则越低, 层次越高, 其集成度也就越高。而随着层次的升高, 信息的粒度也就越高。信息粒度主要指所含的信息量。在最低层的概念层上, 业务项、状态等所含的信息量少, 而在扩展应用层的并行工程一级上, 所要处理的信息量就大得多。
3-2 PDM实施的关键技术
3-2-1 部门和用户管理
和其他信息系统一样, 角色(Role) 管理是PDM管理部门和用户的重要组成部分, 使用PDM系统的用户, 必须具有某种角色, 才能登陆到系统中, 获得系统赋予的与角色相对应的权限, 通过角色的管理来保证数据库中资料的安全性, 有效地防止越权操作, 使得文档资料更加安全可靠。
主要功能应该包括:
(1) 角色管理;
(2) 部门和用户的增加;
(3) 部门和用户的删除;
(4) 部门和用户的查询;
(5) 用户向部门中的指定;
(6) 用户的有效和无效。
3-2-2 文档管理
文档是PDM 系统管理的基本对象, 所有操作最终都几乎可以归结到对一个具体文档的操作, 所以文档管理是PDM 系统核心层中的核心。文档管理的作用域主要在产品的开发过程中, 而当产品的开发工作全部结束时, 相关文档就应当提交给工程数据库管理模块来管理了。
文档管理的主要功能应该包括:
(1) 文档的建立和属性的定义;
(2) 文档的查询和浏览;
(3) 文档的保存和入库;
(4) 文档的更改。
3-2-3 产品结构管理
PDM系统以树状结构来表达产品零部件之间的层次(隶属) 关系。一个具体的产品结构树对象包括了对象属性数据、对象结构(关系) 数据、描述文档、属性文档等。在属性文档下, 又包括了具有版本属性的所有文档。由不同层次的装配关系对应的不同层次的BOM 而组成的树状结构称之为产品结构树。
有了产品结构, PDM 系统提供给用户的功能应该包括:
(1) 自动生成单层BOM和多层BOM;
(2) 自动生成所有设计报表并进行汇总统计;
(3) 可以自动输出任意查询。
3-2-4 流程管理
流程管理的载体是数据包, 主要实现对物料、描述文档的提交、审查、批准、发布归档等过程进行有效管理; 同时实现产品设计过程中的各种描述文档进行相关任务的确定和版本变更的维护等, 来保证设计过程中任务的完整性和数据的一致性。其主要功能包括:
(1) 业务流程的定义和提交;
(2) 部门判断;
(3) 流程分解;
(4) 各任务并行处理;
(5) 发布归档处理。
串行的产品开发模式形成了从产品设计到生产制造, 现场服务等大的循环, 容易造成产品开发周期长, 设计质量差, 工作效率低等缺陷。要克服这些缺陷, 就要建立并行的产品开发流程。而并行设计强调上游设计信息的及时预发布和下游评价信息的及时反馈, 为此, 产品开发过程中的各个阶段必须达到数据共享和有机的集成。只有PDM 系统才能够做到这一点。
3-2-5 项目管理和角色分配
PDM系统下的业务项操作与系统中项目的定义密切相关。项目的创建除了要按照规范进行以外, 还要及时掌握项目中各种审查、审批角色的定义和分配, 包括机械设计流程角色分配, 电气一次设计流程角色分配, 电气二次设计流程角色分配,液压设计流程角色分配等等。PDM 系统在项目管理上的主要功能有:
(1) 项目的创建, 其中包括项目名称和项目代号的映射关系的建立, 以及项目的其他属性;
(2) 项目的删除;
(3) 项目属性的更改;
(4) 项目进度的监控;
(5) 项目中成员角色定义。
3-2-6 电子数据仓库管理
PDM系统可以根据部门业务性质划分为不同的数据仓库以利于用户或部门权限安全可靠方便地管理。因此就需要利用网络/ 数据库技术对电子化后的大量文档进行有效的组织和管理, 在安全有序的控制下为设计人员提供便捷的参考, 使工程技术人员可按多种查询方式, 及时、准确、迅速查询到所需要的资料, 以重复使用已有的设计成果, 缩短产品开发时间, 提高效率。电子数据仓库的管理主要应包括的功能:
(1) 快速查询管理;
(2) 浏览显示管理;
(3) 数据安全控制;
(4) 系统维护。
3-2-7 CAX/ ERP 软件集成和接口管理
为了将现有的CAX/ ERP 软件和PDM的软件组成一个集成系统, PDM 系统必须具有软件集成管理的功能, 能将企业的各种软件进行有机的集成,实现PDM与其他软件之间的双向操作。
对于其他系统和PDM 系统的数据传输, 一般采用一个共享数据库来保存交换的数据, 由各个系统对其进行分享。如CAPP 系统需要PDM系统产生的BOM数据, 这样PDM 系统生成BOM 表的格式要与CAPP 系统接受的表格式完全一样, 然后将其保存在共享数据库中, 当CAPP 系统需要BOM 表时, 只需访问共享数据库, 提取出相应的BOM表,就达到了数据传输的目的。
声称能够管理产品生命周期中的所有信息是PLM(Product Lifecycle Manage-ment,产品生命周期管理)的承诺。但当某件事物看上去功能太过强大和完美的时候，首先就会有人质疑它的可行性，之后就会对它的实际应用前景产生怀疑。PLM已经走过了最初不为用户所认可的阶段，但现实问题是，那么大的一个概念，如何落到实处?在实际应用中，用户更看重它哪些方面的能力?用户的实际使用与PLM的理想状态是否存在错位?
“一部分”也算是PLM
PLM涵盖产品的整个生命周期，而企业对PLM的需求往往只局限在其中的某一部分，如三维CAD、图文档管理等。
PLM最初源自PDM(产品数据管理)，而PDM则是源自CAX，包括CAD(计算机辅助设计)、CAPP(计算机辅助工艺过程设计)、CAE(计算机辅助工程)及CAM(计算机辅助制造)等，因此它的源头在于提高工程设计人员在产品设计、工艺编制、质量仿真、数控编程、测试分析等领域的工作效率和质量，所以最初使用CAX的人群是制造企业的产品设计和制造部门。
中国石油天然气集团公司北京石油机械厂总工程师邹连阳在接受记者采访时表示，其石油钻采配件顶驱装置的设计在利用CAD工具及企业图文档管理系统的辅助之后，设计周期从三年缩短到了一年。许继集团则通过PLM建立起了研发体系管理架构，大大增强了产品设计的可重用性。而福田汽车在部署PLM系统之后，所有电子图文档的变更修改和归档都是由系统自动进行的。
尽管后来PLM将覆盖范围扩展到了前期的需求管理以及后期维修服务中产品资料的追踪甚至产品报废，但在实际场景中，PLM应用仍主要集中在产品设计和生产阶段。早已认可PLM的大中规模制造企业不再质疑PLM的必要性和能力，但许继集团有限公司信息中心主任郝子现和北汽福田汽车股份有限公司工程研究院PLM科项目经理陆勤柱都表示，自己迫切需要的PLM功能并没那么多。而对于北京石油机械厂这样规模更小一些的企业来说，基本的图文档管理系统和各类CAX工具基本上就可以满足需求了。
它们所实施的都可以称为PLM的一部分，但都不是全部。实际上对于PLM的定义，每个PLM商家的说法还不尽相同，在具体实现时，模块功能交互、划分边界不清，常常让用户也有些糊涂。尽管都说自己可以提供一个完整的PLM解决方案，但仍然在不断地开发新功能。或许从现阶段看，PLM有时显得有些大而无当，涵盖面很宽，实际上不可能扩展到咨询公司所说的那样完备。UGS高级顾问娄忻在接受记者采访时如此剖析PLM: 可以认为它和ERP一样，都可以推动企业进步和发展。
