PDM技术在型号研制中的应用

HEATS 发表于 2010-9-13 22:21:08

1．前言
    产品数据管理（Product Data Management）有效地将产品数据从概念设计、阶段设计、详细设计、计算分析、工艺流程设计、加工制造、销售维护、贮存保管至产品整个生命周期内及其各阶段的相关数据按照一定的数学模式加以定义、组织和管理，使产品数据在整个生命周期内保持一致、最新、共享及安全。 
    大量的产品数据（如项目计划、设计数据、产品模型、工程图纸、技术规范、使用说明书、工艺资料、NC加工文件、有限元分析结果、CAD模型、电子表格以及有关零件的各种数据等）是伴随产品在其整个生命周期内的副产品。它们存储于图纸、磁介质、文件或文档中，有些甚至存储在某些工程技术人员的头脑中。它们涉及企业的各个部门，如计划、设计、生产、加工、材料、采购、分析、财务、质量、库存和销售等部门，大部分企业仍然以纸质文件为基础的方法来管理、控制和协调以计算机为基础的数字化信息，乃至整个企业的产品开发过程。这种大部分仍旧依靠人工的管理方法，不仅极其费工费时而且容易出错，造成企业各部门之间“扯皮”现象严重，工作效率低下。 
    由于工程设计到制造控制系统缺乏产品数据的统一管理，导致产品构型工时增加20％，成本上升10％。所以产品数据管理是当代企业管理的瓶颈，已逐步引起工程技术界的普遍注意，并开始对它进行研究和开发。 
    2．PDM的作用 
    Product Data Management(PDM)技术是近几年来CIM领域中增长最快的技术之一。几乎每一个最近设计的CIMS项目的总体报告中，PDM分系统都被作为一个重点的系统来规划和实施。作为一种使能技术，PDM系统可以管理企业范围内所有与产品相关的信息以及产品整个生命周期中所涉及的过程。正是这种能力使PDM技术受到相当的重视。 
    产品数据管理(PDM)是在90年代初才开始在国际市场形成的一种新技术。它是在CAD/CAM/CAE及EDM（工程数据管理）的基础上逐步发展起来的。实际上，早在1992年，Donald E.Carie1r和Therese M.Sullivan便预见性地把PDM技术放在了企业迈向自动化环境的五个步骤中的第三步。从附图1可以看出，第一步可互操作的计算环境、第二步可互操作的工具及任务对应着CIMS中的信息集成。第四步过程管理对应的CIMS中的过程集成。产品数据管理(PDM)作为第三个步骤，一方面是前两步集成的结果，另一方面是下一过程集成的基础。
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    实际的PDM产品，除了产品数据管理功能之外，一般还包括了流程管理功能。 
    进入九十年代以来，在激烈的市场竞争压力下，企业越来越重视自身性能在竞争中的决定性作用。作为改善企业性能的主要手段之一，计算机信息处理技术和网络技术已经在各个企业的管理部门发挥作用，从而缩短了管理信息的搜集、传送和处理时间，有力地支持了市场营销、产品研发和资源管理等一系列决策与企业控制活动。而PDM在加快设计与生产信息流通，缩短新产品设计周期以及架通设计过程和管理过程的桥梁等方面所起的作用也已为越来越多的企业所认同。计算机辅助技术、数据库技术、计算机硬件技术和计算机网络技术的成熟和稳步提高，为PDM的发展奠定了扎实的基础。它已作为实行并行工程及产品的无纸设计/制造的支撑技术。因此，PDM越来越受到制造系统专家和企业家的高度重视，越来越多的企业正在或计划实施PDM工程，PDM已经成为当前企业的热点。 
    PDM有三种主要功能：产品的结构化管理与结构配置功能;产品设计过程的项目管理机制与工作流程控制；产品所有相关数据的管理与控制机制。 
    PDM的概念，首先是一个集成的概念，在它的实施过程中，必须用系统工程的思想，在充分理解用户需求的基础上，通过有序的客户化步骤和不断的软件维护，实现从软件产品到软件工程应用系统的转化。PDM是集成化的工程，它涉及到企业的各个方面，如企业的人、财、物、生产对象以及企业为开发产品所采用的各种工具等。 
    一个企业实现PDM系统应用标志着该企业向前迈进了十分重要而艰巨的一步，PDM将是整个企业产品开发的驱动器，它将使企业实现下述目标： 
    l         方便地查询和共享分布式环境中的产品信息，实行并行工程。一旦建立产品主模型后，不同的部门（如科室，车间，加工中心等）可以共享产品数据，使计算分析、设计图纸、加工仿真和工装设计等部门的工作协同进行。 
    l         方便实现设计工程和制造工程的跟踪和报告，减少产品报废、重复跟踪和多余部件。 
    l         实现工程设计和制造系统的高度集中，在PDM环境中无需再用纸质文件来管理和控制产品数字化信息的流动、传输和利用，真正实现产品的无纸设计/制造技术。 
    l         在PDM环境中，工程技术人员将严格按照企业制定的各项规定办事，可有效的地利用各种工程标准，保证产品开发工作顺利进行，并且有利于国际上通行的各种软件和标准接轨，方便与国外开展技术交流和商业上的交往。 
    l         有效地减少产品投放市场时间，一般可加快50％～200％；将大幅度的减少工程设计修改（据调查可达40％）和制造中的返工现象。 
    l         产品信息全部数字化，有序地存放于数据库中，便于实现质量管理。 
    我所是集科研、生产于一体的科技实体，具有丰富的产品设计经验和先进的加工、管理水平。自八十年代末在我所主要产品研制过程中采用了CAD／CAM技术，为了进一步增强企业技术竞争实力，我所在原有CAD／CAM基础上，决定实施PDM工程。由于我所的CAD/CAM软件是UGII，IMAN和UGII同是UGS公司的产品，其集成效果好，因此我们采用IMAN作为我所实施PDM的框架平台，与UGS公司合作实施以某产品为主要对象的产品研制开发活动的PDM试点系统，并在积累经验的基础上实现为全所产品研发服务的PDM系统。 
    3．PDM的实施 
    3.1   建立协同式产品开发环境，支持相关部门并行工作，实现以网络技术为基础的产品开发项目管理机制。 
    我所的产品设计、加工、分析、试验等部门之间的工作目前是一种串行的过程，各个部门之间的工作相互独立。这种传统的串行设计的弊端在实际工作中常常造成不利的影响。一个过程完成之后，另一个过程才能开始，而且其中任一个环节如果出了问题，就会造成工作无法继续进行下去。它们之间的协调就必须通过人工来进行。例如，通过科技处协调、通过人工发放任务更改单、通过开调度会等等。这样在无形之中将耗费许多时间、人力和物力，既增加了产品研制费用又延长了产品研制时间。这将和我所缩短产品开发周期，减少产品研制费用，增强技术竞争实力，提高产品质量，创造更佳经济效益的目标背道而驰。PDM工程的建立，将促使我所并行的、协同式工作环境的形成，促进各个部门之间的相互协调工作。一种并行的工作模式如附图2所示：
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    这种以产品研发为重点，以产品设计为核心的并行的工作模式，使各个部门相互协调起来，他们之间的信息传递是通过网络技术，各种信息的传送和反馈能做到及时，准确。在整个研发中出现的这样或那样的问题信息都将被存储在服务器内，统一备案，有利于今后的查询和参考。各个部门之间以纸质文件来传输和协调信息的传统方法将被电子方法代替，既加快了信息流通的速度，又节省了各个部门之间的协调时间。 
    3.2 建立产品对象管理系统，实现产品对象库零部件综合信息的管理；以产品零部件为基本数据单元组织文档；控制产品对象与文档的版本。 
    我所目前针对某产品的产品零部件综合信息的管理是通过图纸，文档和其他方法存储。例如某产品的一个零件，与其相关的信息包括属性表（零件类型，名称，重量，分类，材料，净重，规模，数量，所属型号，产品设计者等等）、NC代码、FEA分析结果、二维图纸、三维CAD模型，相关的技术文档等等。这些信息分别存储于不同的形式，不同的部门，不同的介质中，彼此独立，因此它们之间的查询、备份和保管既费人力物力又费时间，信息保密性差，安全性低，易于损坏丢失。因此，利用这种传统的方法来管理信息就会产生许多弊端。利用PDM系统，这些弊端将得以消除，IMAN把与某一产品零部件相关的各种信息综合在一个Item下，而把整个产品的各个部件和相关信息存在Folder下，统一存储在服务器中，如下图所示的某一产品xg2000，其相关零件包括ss01、ss02和ss03，其中与ss01零件相关的信息都被集中在ss01下。
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    通过系统管理员对每个用户的访问控制权限进行设置，以防止对信息的非法查阅、修改、拷贝和删除。这种方法既维护信息数据的整体性，又方便用户的查询，安全性高，可靠性好。IMAN还可以实现对产品对象和文档的版本管理。例如,根据我所实际情况,可以把整个产品过程分为M、C、S、D、P五个阶段，例如，对于某一产品处在C阶段，在此阶段上还可以把它分为Ca,Cb,Cc等版本，Ca,Cb,Cc版本本身和它们之间的信息都将被存储在统一的产品目录下，以备查询和参考。如果此阶段上的所有工作都已经审批完毕，那么系统将会自动地给出阶段标记C。每一阶段均可以进行版本分类和计算机自动阶段标记。IMAN这种版本管理功能既把所有产品的各阶段各个状态的相关信息集中在一起，方便设计人员、加工人员、分析人员、管理人员等的查询、参考和借用，又统一管理了数据，维护了系统的整体性。同时数据能够经常备份，不易丢失和毁坏。 
    3.3        建立工作流程管理系统，实现产品研制生产过程中的各种发放与更改流程控制，实现产品研制生产的阶段性管理。 
    传统上的工作流程是通过以纸质为媒介，手工发放。需要审批的文件、图纸等都需要经过人工传送，手工签字，这样就导致保密性差，过程烦琐，审批时间长，效率低。如一个传统的六级审批过程： 
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    这六级审批的每一级都是以纸质为媒介，需要人工传送，费时费力。这种传统的流程管理已经不适应现代科技的发展和激烈的市场竞争。IMAN拥有流程管理模块，提供了过程管理的各种功能，如建立、监督、管理和控制等。在IMAN的流程管理中提供了两种基本的应用流程管理即审批发放和更改管理。利用IMAN提供的集成软件开发包（ITK）可以制定适合我所专用的流程控制模式。例如,可以建立一种串并行的工作流程,如附图4所示: 
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    利用这种自定义的方式，可以很方便地在审批发放过程中，通过计算机建立或提交一项作业或任务给另一独立的部门，进一步进行编写、审核或批准等工作。例如由设计室提交一项或多项图纸给工艺室进行工艺编制，这种提交是通过计算机网络来实现，方便、快捷。在工作流程中更改管理提供了多级发放步骤，不同的权限审批级别及规定各级审批，通过后立即执行相应的有关任务。各个流程级之间的信息传送都是通过网络来实现,它们之间可以通过电子邮件来传送、签约和反馈信息等，例如，签署同意、反对和弃权的意见，反馈改进意见，提出更改建议等等，这些工作都能够通过IMAN流程管理来实现。这种电子邮件传输取代了人工传送，计算机存储代替纸质存储，电子审批代替手工审批，节省了大量的人力、物力和时间，提高了效率。所以利用IMAN的流程管理是对传统的工作流程管理的冲击，是一种新观念替代旧观念，一种新方法替代旧方法，一种新兴技术替代传统技术。 
    3.4   开发明细汇总功能，可根据产品配置自动生成各类产品明细与汇总，为各职能部门提供统一的产品数据源，保证数据的及时性和准确性。 
    在我所的实际产品开发过程中,各个部门都要产生大量的,各种各样的表格,如产品属性表、产品明细表、产品类型表、产品库存表等等。每个部门所需要的报表不尽相同，为了得到他们自己所需的报表，每个部门必须自己制作符合自己需要的报表，各个部门没有统一可用的工具来制作报表。利用IMAN的报表功能，每一个IMAN用户都可以根据自己的需要，打印出符合自己需要的报表和文档。如产品属性表，工艺卡片，任务书等等。IMAN通过和第三方软件的结合，还可以实现电子签图（在零件的三维或二维图纸上，实现对图形的圈点，附加说明等等，但是并不改变原图本身），这样就可以通过电子邮件快捷的传输和反馈信息，使设计者，加工者，编写工艺者等等能够及时收到信息进行调整。这样不仅节省了时间，而且减少了手工失误。 
    总之，利用IMAN软件在我所初步实施PDM系统工程，主要是在以上几个方面实施和应用，其它方面的应用，将随着我所PDM系统工程的实施和完善逐步开展，最终使PDM成为企业实施并行工程和CIMS的总体框架。 
    企业和研究所实施PDM的目标是十分令人振奋的，但是实施PDM工程不如应用CAD/CAM那样容易。因CAD/CAM系统买来后，工程技术人员稍加培训后就能很快使用起来；而PDM则不同，它仅为企业和研究所提供产品数据定义、组织和控制的框架，所以企业和研究所要成功地实施PDM工程，需注意下列问题： 
    1.       组织PDM领导班子，认真学习调研。班子人员要来自不同部门的内行，认真收集单位的最主要信息，弄清产品研发目标和当前产品状态，并对单位的技术基础结构作详细的分析，能透过日常繁杂的技术工作看到需要解决的问题本质。 
    2.       进行可行性论证，对企业进行多方面考查。首先考虑企业的规模，产品结构是否足够复杂，产品种类是否足够多，从而必需使用有效的软件来管理大规模的产品数据；其次是企业的地理位置是否足够大,从而必需考虑分布式数据处理问题；最后还要考虑PDM技术在成本、质量、上市时间、技术培训等原因给企业带来的效益和企业将来的发展。 
    3.       更新文化观念，发挥团队精神。长期以来，企业或研究所各个部门和科室之间是利用人工传递纸质文件的方法，来组织控制和指挥产品的研发过程，而且各个部门科室之间壁垒森严，界限分明，人们已习惯这一套，这些是实施PDM工程的最大障碍。所以，对技术和管理人员进行培训，改变旧观念，为实施PDM奠定思想基础。 
    4.       克服经费困扰，把资金用到刀刃上。由于一般领导往往对PDM新技术缺乏认识，常以经费不足为由把PDM的实施扼杀在摇篮里。而具有现代意识的企业家和领导已经认识到，PDM是医治传统企业顽症的良方。而且需强调的一点是，投资费用中软件一部分，而系统集成、咨询服务和培训费用要占相当的费用。这是由于PDM系统不象其他软件那样插上电源就能工作的特点决定的。 
    5.       典型引路，分步实施。实施PDM工程对企业和研究所来说是一项复杂的系统工程，工程涉及面广，内容繁杂，跨越单位内的各个部门和科室，并持续在整个产品研发的周期内，所以一开始谁都不能准确地说清楚，而且又不能照搬其他企业和研究所的方法。因此，需要采取典型引路，分步实施，第一阶段在以某典型产品为目标的局部范围内作出PDM试点的示范工程，需要对具体产品和与其相关的信息进行大量的调查，并且同与产品相关的设计人员等密切合作，还要进行许多其他阶段性工作。我所就是以某典型产品为对象进行PDM试点工程并取得了成功，并且通过了阶段验收。 
    4、结论 
    PDM工程是一项长远的、复杂的系统工程，它的实施要依靠各个部门和领导的协助和重视。这一工程的最终实施会给研究所带来巨大的经济效益，加快科研产品的研发过程，提高质量管理水平，增强市场竞争能力，并为研究所的将来发展打下坚实的基础。 
从长远观点来看，PDM工程的实施势在必行，PDM工程是现代企业的标志。PDM将是整个企业产品开发的驱动器，一个企业实现PDM标志着该企业向前迈进了十分重要而艰巨的一步。

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