协同设计PDM产品数据管理

协同设计PDM产品数据管理

课题研究背景
    随着科技信息的不断发展与进步，电子、网络信息及自动化技术的广泛应用，促进了制造业信息化的进一步推广及应用。管控一体化、经济全球化使得整个制造业市场的竞争变得更加激烈。现阶段，制造业仍是我国国民经济重要支柱产业，我国制造业生产总值位居世界第一，俨然已成为全球制造行业的制造大国，但是与发达国家相比，中国还不是制造强国。
 
    其中最主要的差距是自主创新能力方面比较薄弱，并且在技术方面我国一直处于跟踪和追赶的状态，特别是许多关键核心技术还远远没有掌握。机械制造业作为我国国民经济的重要组成部分，其产品竞争力的缺失主要反映了我国在机械产品设计理论、方法和技术方面的落后。

    由此看来，我国的制造行业的综合竞争力还很弱，同时也反映出我国机械制造业发展的紧迫性和重要性。杨叔子院士指出:建立一种市场需求驱动的、具有快速响应机制的网络化制造与设计模式将是当前乃至今后若干长时期内制造业所面临的最紧迫的任务之一，是制造企业摆脱困境、赢得市场和掌握竞争主动权的关键。
 
    我国国民经济的发展速度在很大程度上取决于机械制造业的技术水平和发展速度。提高我国机械制造业的最有力也是最快速的方法就是实施先进制造技术(Advanced Manufacturing Technology， AMT)。先进制造技术是指集成了机械工程技术、信息技术、自动化技术等多种技术为一体的技术、设备及系统的总称。先进制造技术比传统的制造技术更加重视管理与技术的结合，更加重视制造过程组织和管理体制的简化以及合理性。随着全球经济、网络信息一体化的不断形成，产品制造过程中的信息量的投入已成为决定产品成本的主要因素。
 
    近年来，许多发达国家都将先进制造技术作为着力点，并结合各自特点制订了相关发展战略，建立起共享、协作、集成的新型产品开发模式。这使得许多企业在产品制造过程中进一步缩短了产品的开发周期、提高了产品的生产质量，最终使得企业在激烈的市场竞争中获胜。协同技术是近年来在先进制造发展战略中最具代表性的关键技术，与之相对应的学科称之为计算机支持的协同工作(Computer Supported Collaborative Work，CSCW)，CSCW的应用领域十分广泛，现已逐步发展为一个跨学科、跨领域的多学科交叉的新兴研究领域。
 
    计算机支持的协同设计(Computer Supported Cooperative Design，CSCD)是CSCW在企业产品开发与设计领域中的重要应用，也是对并行工程、智能制造和敏捷制造等先进制造模式在产品设计领域中的进一步应用与深化，并且成为了制造企业赢得市场竞争的有力手段。CSCD是由计算机图形学、并行工程、远程会议系统、多媒体技术、图形图像与通信和协作信息管理系统等多学科的知识集合而成的一种系统技术。
 
    协同设计是以计算机支持的网络环境为基础环境，通过一定的共享、相互协作和信息交换机制，由两个或两个以上的设计主体(或称专家)分别参与不同的设计任务而共同完成同一个设计目标的制造企业在不断地发展壮大，越来越多的企业引入了大量的CAD/CAPP/CAM/CAE，PDM等软件应用于企业，这些软件的应用提高了产品的设计效率、极大地提升了设计人员的设计水平。
 
    但与此同时，伴随着计算机网络技术的广泛应用，计算机在产品的协同设计过程中产生的各种数据信息也在迅速增加。例如一个企业要设计一种产品，从需求文档、设计图纸、配置信息到设计人员分配合作以及各种报表和说明书等等，都会产生大量的产品数据，面对这么多数据该如何高效的进行管理，也是企业面临的一大难题。鉴于此，产品数据管理(PDM)技术应运而生，其主要目的就是在产品的协同设计开发环境中高效的管理与产品相关的各类信息，PDM技术为企业在应用协同设计系统中提供了强有力的技术支持。
 
    90年代后，PDM技术随着网络技术、数据库技术以及Client/Server，Internet/Web等面向对象技术的应用与发展，PDM技术所涉及的范围由过去单一的计算机信息管理扩展到产品开发的多领域协同管理，尤其是在现代集成制造(CIMS)和并行工程的实施中显的更加重要。并行工程的思想是以产品设计开发到制造的过程为出发点，倡导小组之间协同工作，强调各个小组成员在产品设计的同时进行相关的过程设计。
 
    这样就要求各个小组成员必须实时、准确的获取与产品相关的一切信息，并可在一定权限范围内对产品数据进行操作，PDM技术刚好可以满足这些需求。PDM系统通常建立在关系数据库的基础上，以产品对象为核心，采用面向对象的存储和组织方式，通过产品本身的组织、层次来分解产品信息，使得数据易于管理和操作。
 
2课题研究意义
    机械制造企业的竞争实质上就是产品设计能力的竞争。为了适应经济全球化与市场国际化带来的竞争压力，现代制造企业必须响应产品开发过程中对时间T(Time to market)、成本C(Cost)、质量Q(Quality)和服务S(Service)的竞争需求。
 
    同时，随着市场竞争的愈演愈烈，用户对产品的功能、结构和外形的需求越来越趋于个性化、多样化，迫切要求企业加快产品的开发速度和迅速提高产品的设计水平。缩短产品生命周期、提高产品设计水平和质量、降低企业成本和提高企业服务成为企业参与市场竞争的关键。研究表明:设计阶段在产品的全生命周期中决定了产品83%以上成本，而设计阶段本身所占有的费用仅为产品总成本的7%以下。
 
    这样就给制造行业抛出这样一个问题:如何在短时间内设计出既能适应市场需求又具有良好综合性能的复杂产品，这对于企业的生存和发展起到了关键作用，这也是我国机械制造企业函待解决的问题之一。
 
    在众多学者近年来的研究中发现:如果仅靠研究各组成元素的行为来解决复杂产品的设计问题是远远不够的，采用总体论的观点尤为重要，通过对各部分之间进行整合，复杂系统就会涌现出全许多新事物。协同设计就基于这种思想:通过应用系统的协同性提高任务的完成效率、通过任务的优化分配提升任务完成的可能性、通过资源共享完成任务范围的扩展、通过避免冲突降低任务之间的干涉。所以，协同设计成为了实施并行工程的重要发方法之一。
 
    在对先进制造技术的不断研究和实施过程中，人们逐渐认识到基于网络环境下的产品协同设计是实现产品快速开发的一项关键技术。因此，也得到了全球制造企业和国内外众多学者的关注和认可，成为先进制造领域的研究热点，并显示出良好的实施效果和发展前景。
 
    PDM技术是随着计算机网络技术和数据库技术的发展而不断壮大的。它是在现代产品开发环境中成长起来的对产品数据进行有效管理的新技术，它促进了新产品的设计与开发，缩短了产品的开发周期，增强了企业的竞争力。
 
    PDM系统作为先进制造技术的核心，越来越多的被制造业所采用，也为采用协同设计技术的制造企业提供了有力的数据支持，使得协同设计过程更好的适应在实际工作的各种变化，共同促进了产品协同设计的快速、高效、有序的开发。所以，对协同设计环境下的产品数据管理系统的研究有着重要的理论意义和实用价值。
 
2协同设计
2. 1计算机支持的协同工作
    由于计算机技术和通信技术的迅速发展，促进了计算机网络技术及其应用的发展，也给协同技术的研究及应用提供了强有力的环境支撑。“计算机支持的协同工作(Computer Supported Cooperative Work，CSCW)”这个概念由麻省理工学院(MIT)的Irene Grief和数字设备公司(DEC)的Pual Cash Man 1984年在美国组织的一个讨论会被首次提出，并于1986年在美国召开的第一次国际CSCW会议上被正式使用CSCW技术是在计算机技术支持的环境下，特别是在计算机网络环境支持下，一个群体针对一个共同的目标而进行相互协作完成任务的过程。
 
    CSCW可以定义为:一个集合了网络与通信技术、多媒体技术、计算机技术以及人机接口技术等多种技术的，有机的组织多个协作成员及其活动并在时空上分离而工作上又互相依赖的，用以共同完成一项任务的分布式计算机环境。它有两个最基本的特征:一个是共享环境，一个是具有共同的任务。
 
    CSCW是以人们之间工作的协同性为背景，在计算机网络、通信和多媒体等技术的融合与发展的基础上形成了一个新型且具有学科交叉性的研究领域。它建立了电子共享空间，为地理上分布的各个用户提供了通讯、协作和协调的支持，不同用户之间完全可以克服时间和空间的限制，真正实现了分布式协同工作。
 
    CSCW的应用领域十分广泛，良好的CSCW应用系统可以缩短应用产品协同开发周期、降低应用系统的开发成本。CSCW的研究和应用一直受到各领域学者的关注和重视，在电子商务、电子政务、企业的信息化以及医疗、军事、教育等各个行业发挥了重要的作用。经过多年发展，一个新型且具有学科交叉性的领域已逐步形成，它主要以设计支持各种协同工作的应用系统为研究目标，从理论结合实际应用需求的角度出发，研究并且开发出支持协同设计的各种应用软件，这也是当前CSCW研究的重要领域。
 
2. 2计算机支持的协同设计
    计算机支持的协同设计(Computer Supported Cooperative Design，CSCD)是CSCW在企业产品开发与设计领域中的应用技术。它是由计算机图形学、并行工程、远程会议系统、图形图像与通信和协作信息管理系统等多学科的知识集合而成的一种系统技术。在分布式协同设计环境下，设计人员可以在产品的开发过程中随时随地寻求合作，并且可以借助于电子邮件系统、白板、网络视频会议系统等协作工具进行讨论和协商，共同完成产品的开发。
 
    网络化的协同设计是指在分布式协同网络环境的支持下，由一个产品的开发团队，以群体协作为组织形式，以完成复杂产品设计目标为核心，相互协作、互相协同地对产品进行开发设计的过程。它主要以快速响应市场需求、提高产品设计效率、提高产品的竞争力为目标的新型且先进的设计模式。
 
    网络环境下的协同设计作为先进制造技术发展战略中一种重要的支持技术，引起了各国研究机构和企业界的广泛重视。以下是各国把协同设计作为重要的研究内容，分别启动的一系列战略计划和研究项目。
 
    英国剑桥大学进行的“全球制造虚拟网络(GMVN)”研究。在欧洲的eScience中有Co AKTinG(Collaborative Advanced Knowledge Technologies in the Grid)和My Grid等和协作技术紧密相关的研究也一一展开;美国为了将分散的企业有效地组织起来，加速新产品的设计开发和制造，而利用信息高速公路及动态联盟的组织形式，提出的“敏捷制造”战略计划;Wisconsin-Milwaukee大学Jay Lee教授主持的IMS中心建立了一种网络化制造的实验平台;德国提出Production 2000战略计划，重点研究包括利用信息和通讯技术，促进企业之间的协同，推动制造业现代化和全球化，并开展相关标准化问题的研究。
 
    F1yThru项目是波音公司为了使得波音777分布世界各地的设计人员可以高效协作开展的研究，此项目在一定程度上缩减了差旅开支，其中的数字化预装配功能成为最成功的应用，现己在行业内被广泛采用。
 
    自上世纪90年代开始，国外许多学者在产品协同设计制造方面不遗余力的进行了大量的研究，涌现出一大批新概念、新观点和新思想，并开发出许多新型协同设计的应用系统。Co Create公司于1999年推出了商品化的协同设计软件—One Space，该产品是多学科协同设计中图形协同及语义协商的研究产品，可以支持三维产品的协同查看和协同造型。
 
    加拿大Toronto大学的Chen等则提出了一种支持在Internet环境中进行实时协同装配建模的主装配模型。Stanford启动的SHARE项目，支持设计人员通过网络进行合作、协商设计，从而建立设计和开发过程的共享理解。MIT的DICE项目研究，以计算机设计系统为基础，为多个设计人员提供共享环境完成并行设计。
 
    美国Spectra图形公司(Spectrgraghics)推出的一个面向工作组的CSCD工具系统Team-Solutions，包括同步协作支持工具Team Conference和异步协作支持工具Team Exchange。为了解决设计人员之间的数据与协商的问题，建立全局共享数据库管理系统。
 
    国内在计算机支持的协同设计开发环境方面的研究也早已起步。目前，在我国中国科学院、清华、复旦、东南大学等多所科研机构都有专门研究CSCW的科研实验室，从事大量有关协同工作的课题研究。
 
    例如:清华大学协同工作实验室和首都信息发展有限公司合作建立了清华首信CSCW虚拟实验室、国家“八六三”高技术研究发展计划航空CIMS应用示范工程等，都不同程度地应用了分布式协同设计技术，而且我国在CSCW技术及其实现机理方面也取得了初步的研究成果，为国民经济的发展和国家的信息化建设都起到了巨大的推动作用。
 
    陈纯等提出了一种面向大批量定制的产品协同设计系统技术。田凌等提出建立网络化产品协同设计支持系统。程艳芬等采用传统的B/S的分布式架构，借鉴了网格的计算思想，设计并实现一个整合分布式计算方法的协同设计系统。肖田元等从复杂产品开发的需要出发，提出并研究了协同设计、仿真与优化集成。张定华等研究了构建数字化协同平台的3项关键技术一并行工作组织与实施、协同工作平台建设和型号工程数据中心。
 
    从国内外研究现状来看，计算机支持的协同设计发展及其迅速，到目前已发展成为一个相对成熟的体系，并且有相当一部分已在实际中得到了推广与应用，且效果良好。相比国外而言，国内在协同设计方面的研究对于协同设计系统的应用研究不足，若要达到机械产品的先进制造阶段，实现协同设计系统的广泛应用还需进行大量的研究。
 
2. 3协同设计的环境及协作工具
    在现代社会高速信息化的进程中，协同化是网络化制造模式区别于其它先进制造模式的主要特征之一。实现协同设计工作模式的重要手段就是构建协同设计环境，而协同设计环境往往是由相应的协同工具和协同软件组成。协同工具作为计算机支持的协同设计环境的有机组成部分，保证了协同设计过程顺利、安全的进行，同时它也是设计人员之间重要的交流手段。开发的协同工具主要是集成在客户端上，目前已经集成的协同工具包括以下几项:
 
(1)应用共享工具
    协同设计环境下产品设计的一个典型特点就是在对协同产品进行安全有效地管理的同时，必须实现异地异构产品信息的集成与共享。应用程序共享是协同设计环境中的一个重要工具，可以使异地的协同工作人员共享单用户设计软件，利用现有软件进行协同工作。应用共享工具就完成了信息的集成与共享这一要求，其中，它的共享接口解决了异地异构产品信息的共享和集成问题。目前使用最广泛的应用共享软件有:Microsoft的Netmeeting， AT&T剑桥实验室开发的瘦客户端远程控制软件VNC (Virtual Network Computing，  SYMANTEC公司开发的PCANYWHERE等等。
 
(2)网络会议工具
    网络会议是以网络为媒介的多媒体会议平台，在协同设计中主要用于分布式网络环境下产品设计者之间的信息交流。网络会议工具采用先进的音频编码技术，保证了清晰的语音和视频效果，满足了协同设计中远程视频会议、资料共享、协同工作等各种需求，实现了数据的协同和实时讨论。
 
(3)协同浏览与批注工具
    对于产品设计阶段产生的文件而言，大多会涉及到二维图像、三维模型、文本文件等多种格式的图文档文件。因此，必须提供专门的协作工具用于产品的协同设计。田凌等针对网络化协同设计的参加者具有异地分布且异构CAD软件使用等特点设计并开发了基于通用格式VRML的三维模型协同浏览与批注工具，并且针对异构系统产生的多格式图文档，设计并开发了一个多格式图形、图像和文本文档协同浏览与批注工具。
 
(4)电子邮件和即时通讯系统(信报系统)
    电子邮件是通过网络实现相互传送和接收信息的现代化通信方式，是整个网络间以至所有其它网络系统中直接面向人与人之间的信息交流系统。即时消息系统(Instant Messenger，  IM)是一种在后PC时代兴起的，以Internet网络为基础，允许交互双方即时地传送文字、语音、视频等信息，是能够跟踪网络用户在线状态的网络应用软件。
 
(5)工作流系统
    工作流系统就是利用计算机技术实现工作流引擎机制的软件技术平台，在这个平台上可以快速实施流程管理解决方案。工作流管理系统(Workflow Management System， WFMS)是指能够详细定义、管理并执行工作流程的计算机软件系统，该系统运行在一个或多个工作流引擎上。
 
2. 4协同设计的特点
    通过以上章节对协同设计的了解与分析，我们可以看出协同设计过程就是一种问题求解与冲突消解的过程。协同设计中因为具有了协作的因素，需要多个处于异构环境下的设计人员共同参与完成的一项设计任务，这就需要有一个良好的协同环境与协同机制来支持多主体的并行工作。协同设计系统除了具有CAD系统本身的功能之外，还主要有以下几个特点：
 
    (1)多主体性:设计活动的基本要求就是要有两个或两个以上的设计主体，并且这些主体是各自具有不同领域知识、设计经验和具有一定问题解决能力的群组专家。
 
    (2)共享性:协同设计的一个最基本的特点就是实现了资源的共享，使得多知识源之间可以进行交流、协同。
 
    (3)动态灵活性:参与设计的专家及其所涉及到的专业领域的数目不是固定的，它可以根据需要动态的增加或减少，并且协同设计的系统体系机构、设计过程和共享资源等也是灵活可变的。
 
    (4)分布性:协同设计的设计过程是在分布式异构网络环境下进行的，协同设计的参与人员可在不同的时间和不同的地点进行设计活动。因此，协同设计必须支持各节点之间的信息资源的传输。
 
    (5)协同性:协同各个群组专家用以完成共同设计目标的机构，该机构包括各个群组专家之间的通讯结构及其协议、冲突检测机制和仲裁机制。
 
    (6)异构性:进行协同设计时使用的操作系统和硬件结构方面存在许多差异。因此，网络化协同设计系统的工作平台应具有异构性。
 
    (7)共同性:各个群组专家要实现的设计目标、所在设计环境和上下文是共同的。
 
    (8)面向任务的时效性:多个设计主体围绕同一个任务进行，任务完成后设计小组就可解散，同时可以针对新的设计任务重新组建协同设计小组计算机支持的协同设计涉及到设计过程、环境、人员和计算机系统等设计实体。各个设计实体在系统的统一调度下有机的组织在一起完成设计任务。具体各设计实体之间的协同关系可分为以下几点：
 
(1)产品设计人员的协同
    协同设计的实质是设计参与人员之间的协同活动。不同的设计人员掌握着不同领域的知识技能，他们通过协同工具进行通信交流共同完成设计任务。设计过程中出现诸如矛盾和冲突状况时，则需要各设计人员之间通过各种协商手段解决矛盾、冲突问题。
 
(2)产品设计过程的协同
    通常我们可以将产品设计过程划分为设计、制造、销售等主要阶段。各阶段所关心的目标与侧重点不同，但是它们之间必然存在某种联系，或关联、或并行独立、或前后依赖等关系，这就需要各个阶段进行协调一致的进行，否则可能造成严重的设计过程冲突问题。
 
(3)产品设计环境的协同
    由于分布式的协同设计可以是跨部门、跨企业的活动行为，不同的部门或企业它所处的设计环境可能存在一定的差异。并且这种异地异构的设计环境会随着设计阶段的变化而变化。因此，设计专家们对异地异构环境下的通信及其它设计活动所产生的知识的理解与表达方式的转换需要进行协调。
 
(4)计算机系统之间的协同
    这种协同涵盖了各种CAD系统及通信工具之间的信息交换和信息管理。在分布式异地异构环境下，需要一个透明平滑的处理机制，使得协同设计中的各个软件能协同的运行。
 
(5)设计专家与计算机系统之间的协同
    随着CAD系统功能的不断增强，CAD系统工具的设计水平也越来越高，随之变化的是越来越多需要设计人员完成设计工作逐步由计算机所取代。这种任务主体的转换需要人与机器之间极其密切的配合，才能充分发挥人机一体的优势，才能更加合理、有效的平衡设计专家与计算机系统之间的任务分配活动。
 
(6)工作模式的协同
    针对协同设计特点，我们可以将协同设计的工作模式从时间上和空间上来进行划分，时间上可划分为同步和异步两种方式;空间上为集中式和分布式，集中式即为本地模式，分布式即为异地模式。一般将协同设计的工作方式分为以下几种:
 
    (1)本地异步模式:它是指在同一地点但在不同时间进行同一协同任务的协同工作方式。支持这一类协同方式的系统中的协同用户必须是同一地理位置，而且协同用户对协同系统的访问方式是异步的，所以这种协同系统不需要对数据进行实时传递。
    (2)异地异步模式:它是指在异时异地进行同一协同任务的协同工作模式。
    (3)本地同步模式:是一种在相同地点并在同一时间进行的一项协同任务的协作方式。
    (4)异地同步模式:这是一种在相同时间但不是同一地点所进行的一项协同任务的协同工作方式。
 
    协同设计采用整体论的设计思想为主要观点，通过相互作用将各部分之间进行整合;通过协同性提高任务完成效率;通过任务的优化分配提高任务完成的可能性;通过资源共享完成任务范围的扩展;从而解决了复杂产品设计难的问题。
 
    随着计算机网络技术和CSCW技术的迅猛发展，为协同设计的应用和发展提供了强大的动力。支持协同设计的基本使能技术包括:产品数据共享、跨异构平台的数据互操作与信息资源的动态调配技术和多用户决策的协调与优化技术。
 
3产品数据管理系统
3. 1  PDM系统产生的背景及其概念
    产品数据管理(Product Data Management  PDM)是近年来在现代产品开发环境中发展起来的一项产品开发管理技术。PDM技术兴起于20世纪80年代初期，PDM技术的产生，彻底解决了以纸质文件为基础的数据管理模式对企业信息化发展的阻碍问题，同时解决了大量工程图纸、技术文档及CAD文件的资源管理问题。
 
    针对制造行业而言，CAX/DFX等技术计算机辅助制造技术的发展已口趋成熟，但大都自成体系，彼此之间缺乏有效地信息共享和重用，逐渐形成了所谓的“信息孤岛”现象，  PDM技术正是在这样的背景下产生和不断发展起来的。随着信息技术的发展，PDM技术的应用也逐渐扩展到产品开发的整个生命周期的数据管理问题。
 
    作为先进制造技术的核心，PDM技术为并行工程(CE)、虚拟制造(VM)和计算机集成制造(CIM)等先进制造技术提供了面向产品且高度集成的产品数据管理平台。特别是近年来CSCW的广泛应用，PDM技术为其提供了一个良好的与产品数据相关的产品管理协作信息平台，成为支持协同产品开发的一种最有效地解决方案。以下就支持协同设计的产品数据管理系统的特点进行分析:
    (1)系统环境异构性:因特网等大型网络最显著特点就是异构性，包括软硬件平台、网络协议和数据格式等方面的异构性。
 
    (2)系统环境的分布性:分为位置分布和功能分布，位置分布是指设计人员可位于分布式计算机的任何一个终端;功能分布是指设计人员所使用的软件工具具有特定功能，用以完成特定的操作。
 
    (3)系统的协作性与自治性:在协同设计环境下，设计人员彼此之间以同一设计任务为目标，相互依赖、互相协作;与此同时，不同的设计人员具有各自不同的角色，以角色的划分承担着不同的职责。
 
    (4)协作信息的通信和共享:信息通信和共享是网络化协同设计的基础特征，信息共享和是协同设计的核心，是产品数据保持实时快速更新的基础，通信是实现信息共享的基础。
 
    (5)协作客户机实时同步性:为保证产品数据的一致性、完整性以及冲突检测的时效性。所以，我们必须使得在产品设计过程中的产品数据在协作设计人员之间是同步更新的。
 
    对于PDM系统，我们很难给出一个确切的定义，不同的专家和学者对于PDM有着不同的理解，随之也给出了各种不同的PDM定义。1995年2月，国际咨询公司的CIM data做了一篇名为《PDM Today》的文章，在文章中给出了这样的定义:PDM是一门用来管理所有与产品相关的信息(包括文档信息、零部件信息、CAD文件信息、结构和权限信息等)和所有与产品相关的过程(包括过程定义和管理)的技术。
 
    而来自Gartner Group公司的D.Burdick在19995年9月所作的《CIM策略分析报告》中是这样定义的: PDM是为制造企业的设计和生产提供了一个并行产品设计的关键使能技术，作为一个比较成熟的PDM系统，能够使所有参与创建、交流、维护设计的人在整个信息生命周期中自由共享和传递与产品相关的异构数据。
 
3. 2 PDM系统的主要功能及发展过程
    PDM系统的管理涉及到产品的整个生命周期，是对所有与产品相关的数据和过程进行管理的软件系统。从表面来看，PDM系统多种多样，但是无论哪种版本的PDM系统，它们都存在一些基本的功能来支持特定的产品开发需求。
 
    虽然PDM软件的系统功能越来越丰富，但是PDM系统的基础和核心的功能，如图文档管理、产品结构与配置管理、工作流和过程管理、分类及检索功能、项目管理功能以及应用系统集成等功能都是PDM系统不可或缺的。其主要功能如下:
 
    (1)基础数据管理:这是PDM系统最基本的功能，它提供了具有安全机制的电子仓库，也是PDM实现其它管理功能的基础。它一般是以关系数据库为基础，主要包括两部分:一部分是管理相关数据的元数据以及指向描述产品不同方面的物理数据;另一部分为文件的指针;这两部分共同实现了以产品数据为核心的信息共享。
 
    (2)产品结构与配置管理:主要实现产品数据的组织、控制和管理功能，并在一定的产品设计目标和规则约束下为用户提供相关产品结构的BOM视图及其相关描述。包括产品结构的管理和产品配置的管理。
 
    (3)工作流/过程管理:它主要管理不同用户之间的数据交流以及跟踪所有与产品相关的事物和数据的活动，并控制数据变化的过程和数据的流动方向，包括工作流程管理和过程控制管理两部分。
 
    (4)项目管理:是指在项目实施过程中对其相关人员、目标计划、组织机构及其相关职责和权限等信息进行配置与管理。其中项目的管理主要涉及到项目任务的分解、分配和对项目运行状态进行监控并自动记录过程中产生的各类信息。项目管理包括项目组织和项目进度控制两个方面，项目组织又分为任务规划和人员配置两部分。
 
    (5)版本管理:一般来说，产品的设计过程是一个循环往复的过程，大多都是通过改进原来的设计来实现新的设计需求。对于当今的产品设计来说，该产品在每个历史阶段产生的产品数据都可能是有用的。因此，对于PDM系统中产品的版本问题进行管理是非常有必要的。
 
    (6)扫描和图像处理:该功能完成把已有的图纸通过扫描方式转换成数字化图像，并将其放置在PDM系统的控制管理之下。
 
    (7)群组管理:实现对PDM系统人员及其组织部门的管理，为协同设计小组的人员及其任务的合理分配提供了基础。
 
    (8) BOM视图管理:提供了快速访问和修改BOM表的方法，同时针对产品生命周期中不同阶段的特殊要求可以快速的生成相应的BOM视图，如产品设计视图、工艺视图和装配视图等。
 
    (9)浏览、查询、审核、圈阅:用户可以通过电子仓库查看相关的数据或图像内容，用户还可以采用图形覆盖技术对文件进行圈点和注释，实现数据的审核和圈阅。
 
    (10)产品零部件的分类与检索:为了实现产品数据的快速定位和保证产品数据的一致性、安全性，PDM系统提供了产品零部件的分类与检索功能。
 
    (11)电子协作功能:这一功能主要实现企业人员与产品数据之间进行实时交互的功能，比较理想的电子协作技术能够实现与PDM系统的无缝连接，允许交互对象访问产品数据对象，包括网络会议、实时审核等。
 
3. 3 PDM系统应用的关键技术
    PDM系统的发展离不开各种计算机技术的支持，以下是PDM系统实施过程中应用到的几种关键技术:
    (1)数据库技术。数据库技术是信息系统的核心技术，它研究如何组织和存储数据以及如何高效的获取和处理数据。数据库技术涉及到许多的基本概念，如:信息、数据、数据库、数据处理等等。针对PDM系统的特性，这里我们采用应用广泛的关系型数据库来完成PDM系统中的数据处理和存储功能。
 
    (2)分布式多层次体系结构技术。分布式多层次体系结构是可以跨越LAN，WAN和Internet平台的具有可伸缩性的应用结构，不但可以满足企业不断发展变化的业务需求，又保证了企业在应用系统、信息及人员上的投资。分布式多层次体系结构简化了分布式应用的开发、分工及其管理工作，这种软件开发理论对于PDM系统的研究具有积极地推动作用。
 
    (3)面向对象技术。面向对象技术能够将现实世界中的实例对象抽取出来形成计算机中语言中的某一类，将需要计算机处理的大量对象简化。对于PDM系统来说，面向对象技术解决了系统中的大量数据处理、复杂过程和资源共享问题。
 
    (4)工作流技术。工作流技术是将工作任务分解成定义好的任务按照一定的规则和过程来执行这些预定好的任务，且执行过程中对它们进行监控，以达到提高办事效率、降低生产成本和提高企业生产经营管理水平的目的。
 
3. 4 PDM系统的研究现状及发展趋势
    PDM系统是目前研究非常热门的一项技术，也是实施并行工程、虚拟制造、敏捷制造等先进制造技术的使能技术，对于现代制造企业的发展有着举足轻重的意义。从国外的一些著名企业应用PDM产品来看，PDM技术的发展已具成熟化。
 
    在PDM发展的早期就得到了许多国际上知名企业的认可，如美国的波音公司、福特公司、德国的大众汽车公司等等都相继投入巨资购买商品化的PDM产品来建立自己企业的产品数据管理系统。以下是近年来几个PDM产品发展比较成功的典型案例SDRC公司的Metaphase系统基本上集合了PDM系统的各大功能模块，产品结构管理、对象管理、图像管理、产品配置管理、生命周期管理和零件族管理等，并且提供了面向对象的集成开发工具和应用接口。
 
    CV公司的Optegra系统，其主要功能包括了对电子仓库的支持、登录/交互操作、与CAD / CAM等应用程序的接口、应用协议接口、产品结构、配置管理、文档管理等功育还有IBM公司的PM(Product Manger)， PTC公司的基于WEB技术的wind chill系统、Auto Desk公司和Motiva软件公司开发的Work Center等等。由此可知，PDM技术在国外已经由研发阶段进入了应用软件的开发和企业的实施阶段。
 
    在我国，PDM技术还处于发展阶段，随着CAX技术的广泛应用，PDM产品的市场需求变得越来越迫切。近年来，我国在PDM技术方面的发展与发达国家相比，还具有一定的差距。国内许多企业实施PDM系统仍是采用国外厂商开发的，如海尔集团、康佳等使用的PDM产品是来自美国EDS公司的IMAN;航天部二院204所采用的PDM产品SDRC公司的Metaphase;西安飞机设计所采用的PDM产品是来自IBM公司的PM。也有许多国内厂商自己开发的PDM系统，如:清华紫光企业开发的清华紫光档案管理系统(TH-AMS)、上海斯普信息技术有限公司的SIPM/PDM等许多比较好的自主开发的PDM系统。
 
    PDM技术是一项动态并且发展迅速的综合性技术。计算机网络技术、协同技术及数据库技术等各种先进技术的发展，共同推进着PDM技术的更新与发展。根据目前国内外的研究现状及其发展趋势表明，PDM技术未来的发展方向有以下几个方面:
 
    (1)与企业各种应用系统的集成。PDM系统作为计算机/现代集成制造系统的集成框架，需要集成各种不同环境下的应用系统如CAD/CAM/CAPP， ERP/ERPII等，在系统的深度集成要求下，使得系统能够完成数据交换和信息传递，实现PDM系统跟踪应用软件的能力。
 
    (2)与Internet/Intranet/Web技术相结合。互联网技术的发展带动了企业信息化的发展，Web技术作为Internet网上衍生出来的一套服务技术，几乎是与PDM技术同期发展起来的。为了使PDM技术可以在全球范围内更加简便的为各国企业及广大用户提供产品信息服务，实现完全的企业信息化，就需要充分考虑利用Internet技术和Web技术的优势是否可以促进PDM技术的发展?所以，研发基于Internet/Intranet/Web平台的PDM系统是未来PDM技术发展的一个方向。
 
    (3)与分布式多层次体系结构技术的结合。随着跨地区甚至跨国企业的不断增加，对于PDM系统提出了新的要求:实现产品的分布式数据管理。分布式多层次体系结构技术满足了这样要求，分布式多层次体系结构技术可以在一个共享的中间对事物的规则进行封装，而不需要每个客户程序单独的去实现事物规则。采用多层次的体系结构，不但增加了企业内产品的重复实用性，而且降低了系统的开发和维护成本。所以，与分布式多层次体系结构技术的结合尤为重要。
 
    (4)与面向对象技术的结合。面向对象技术充分体现了分解、抽象、信息屏蔽和模块化等思想，有效地提高了软件的生成效率、缩短软件开发时间和提高了软件的质量。面向对象技术是现在软件开发过程中应用最为广泛的分析和建模技术。
 
4本论文研究内容
4. 1本论文的提出
    根据协同设计技术在实际研究中的特点，并结合我国制造业目前的设计现状及发展趋势，充分借鉴已有的研究成果，提出一种适合国内企业的基于协同设计环境下的PDM系统模型。协同设计环境开发平台是一个庞大而复杂的软件设计环境，涉及到许多产品数据及其资源数据的处理问题和复杂产品开发流程问题，需要一种适应于协同设计环境的产品数据管理系统。本文的目的就是建立一个协同设计环境下的产品数据管理系统。
 
4. 2本论文的主要研究内容
本课题的主要研究内容有以下几点:
    (1)对PDM系统的研究现状和发展趋势进行了总结。
    (2)对PDM系统进行业务需求、业务流程、基本功能和系统结构进行了讨论。
    (3)对PDM系统体系结构的确立，采用基于Web的三层B/S构件系统体系结构。
    (4)对PDM系统进行功能模块的确立和系统动态、静态模型的构建。
    (5)对PDM原型系统的开发与设计，包括系统软件开发平台环境及其数据库的设计。
 
5本章小结
    本章主要介绍了与本课题相关的概念及其来源，首先，针对论文中涉及到的计算机协同工作技术、计算机支持的协同设计技术和PDM技术这三种技术做了详细的介绍;其次，从概念、研究意义、研究现状和发展趋势四个方面进行了详细阐述;最后，针对现阶段PDM的研究现状提出本课题的主要研究内容。

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