产品数据管理技术 6.1产品数据管理(PDM)技术概述 6.1.1基本概念 PDM技术最早出现在80年代初期,目的是为了解决大量工程图纸、技术文档 以及CAD文件的计算机化管理问题,然后逐渐扩展到产品开发过程中的三个主要领 域:设计图纸和电子文档的管理,材料明细表(BOM)及与工程文档的集成管理, 工程变更管理。由于早期软件功能比较单一,各自解决问题的侧重点也不完全相同, 所以有不同叫法,如文档管理( document management)、工程数据管理( engineering data management)等。现在所指的PDM技术源于美国的叫法,是对工程数据管理 文档管理、产品信息管理、技术数据管理、技术信息管理、图像管理及其它产品定 义信息管理技术的一种概括与总称。随着网络、数据库技术的发展,以及客户机拥 务器( client/server)或浏览器/服务器( browser/ server)与0-O技术的应用,最 近几年PDM技术产生了突飞猛进的变化,在美国、欧洲、日本等发达国家的企业中 得到越来越多的应用。近年来,由于CAD技术及CIMS技术的应用与推广,PDM 技术在国内企业也已越来越广泛的受到关注。但是,由于PDM技术与应用范围发展 之快,人们对它还没有一个统一的认识,给出的定义也不完全相同。主要致力于PDM 技术和计算机集成制造技术研究与咨询的国际咨询公司 CIMdata给出的定义是: PDM是一门管理所有与产品相关的信息和所有与产品相关的过程的技术”。而 Gartner Group公司给出的定义为:“PDM是在企业范围内从策划到产品构筑一个并 行化协作环境( concurrent art-to- product environment,CAPE),由供应、工程设 计、制造、采购、市场与销售、客户等枃成的关键使能器。一个成熟的PDM系统能 够使所有参与创建、交流、维护设计意图的人们在整个信息生命周期中安全、有序、 高效地共享与产品相关的所有异构数据,包括图纸与数字化文档、CAD文件和产品 结构等”。从上面两个定义可以看出,PDM的定义可以是狭义的,也可以是广义的。 从狭义上讲,PDM仅管理与工程设计相关的领域内的信息,而从广义上讲,它可以 覆盖到整个企业中从产品的市场需求、研究与开发、产品设计、工程制造、销售、 服务与维护等各个领域、全生命周期中的产品信息 167
167 6．产品数据管理技术 6．1 产品数据管理（PDM）技术概述 6．1．1 基本概念 PDM 技术最早出现在 80 年代初期，目的是为了解决大量工程图纸、技术文档 以及 CAD 文件的计算机化管理问题，然后逐渐扩展到产品开发过程中的三个主要领 域：设计图纸和电子文档的管理，材料明细表（BOM）及与工程文档的集成管理， 工程变更管理。由于早期软件功能比较单一，各自解决问题的侧重点也不完全相同， 所以有不同叫法，如文档管理（document management）、工程数据管理（engineering data management）等。现在所指的 PDM 技术源于美国的叫法，是对工程数据管理、 文档管理、产品信息管理、技术数据管理、技术信息管理、图像管理及其它产品定 义信息管理技术的一种概括与总称。随着网络、数据库技术的发展，以及客户机拥 务器（client/server）或浏览器／服务器（browser／server）与 0－O 技术的应用，最 近几年 PDM 技术产生了突飞猛进的变化，在美国、欧洲、日本等发达国家的企业中 得到越来越多的应用。近年来，由于 CAD 技术及 CIMS 技术的应用与推广，PDM 技术在国内企业也已越来越广泛的受到关注。但是，由于 PDM 技术与应用范围发展 之快，人们对它还没有一个统一的认识，给出的定义也不完全相同。主要致力于 PDM 技术和计算机集成制造技术研究与咨询的国际咨询公司 CIMdata 给出的定义是： “PDM 是一门管理所有与产品相关的信息和所有与产品相关的过程的技术”。而 Gartner Group 公司给出的定义为：“PDM 是在企业范围内从策划到产品构筑一个并 行化协作环境（concurrent art－to－product environment，CAPE），由供应、工程设 计、制造、采购、市场与销售、客户等构成的关键使能器。一个成熟的 PDM 系统能 够使所有参与创建、交流、维护设计意图的人们在整个信息生命周期中安全、有序、 高效地共享与产品相关的所有异构数据，包括图纸与数字化文档、CAD 文件和产品 结构等”。从上面两个定义可以看出，PDM 的定义可以是狭义的，也可以是广义的。 从狭义上讲，PDM 仅管理与工程设计相关的领域内的信息，而从广义上讲，它可以 覆盖到整个企业中从产品的市场需求、研究与开发、产品设计、工程制造、销售、 服务与维护等各个领域、全生命周期中的产品信息
6.1.2开放式体系结构 由于PDM技术在企业的实施,将为企业的工程信息管理与过程的自动化管理提 供统一的支持环境,并成为连接企业应用系统及其它信息系统(如CAD/CAE/ CAPP/CAM,MRP正等)的桥梁与纽带。它不仅面临不同企业中不同部门复杂计 算机环境及不同功能需求,同时还要求适应不同企业不同管理文化的要求,所以 PDM系统必须具有良好的开放性体系结构。PDM的开放性主要体现在四方面 (1)对基础环境的适应性PDM系统是以分布式网络( distributed network)、 客户机/服务器结构、图形化用户接口及数据库管理四方面技术作为它的环境支持 与底层环境的连接是通过不同接口来实现的,如中性的操作系统接口、中性的数据 库接口、中性的图形化用户接口以及中性的网络接口等,从而保证一种PDM系统可 支持多种类型的硬件平台、操作系统、数据库、图形界面及网络协议。例如,SDRC 公司的 Metaphase2.2支持的硬件平台有SUN,HP,PC共八种,支持的常见操作系 统有 sun Solaris,HP一UX, IBM AIX, PC Windows共九种,支持的常 见数据库有 Oracle, Sybase,sQL/ Server共四种,支持的常见或界面标准有ⅹ/ Motf, Windows, Macintosh;支持的常见网络协议有:TCP/P, Apple Talk,DEC net, Winsock- Compliant等。并且,在分布式环境中,同类系统软件中的几种类器 可以并存,只有数据库必需单一化 (2)PDM内核的开放性PDM内核的开放性体现在越来越多的PDM产品采用 面向对象(O—0)的方法和技术建立系统的管理模型与信息模型,并提供对象管理 机制实现产品信息的管理。在此基础上,提供一组开发工具与应用接口帮助用户方 便地定制或扩展原有数据模型,存取相关信息,并增加新的应用功能,以满足用户 对系统不同应用的要求。 (3)PDM规模的可变性由于PDM系统采用客户机/服务器结构,并具有分 布式功能,企业在实施时,可从单服务器开始,逐渐扩展到几个、几十个、甚至几 百个,覆盖整个企业。图6-1是一个典型的客户机/服务台器结构(选于 Metaphase 22)。用户在选用功能模块时,除必需模块外,其它模块可根据需要裁剪。 (4)PDM框架的插件功能/工具封装和集成为了更有效地管理由应用系统产生 的各种数据,实现对产品数据的统一管理,并方便地提供给用户和应用系统使用, 就必须建立PDM系统与应用系统之间更紧密的关系,即基于PDM系统实现工具封 装或应用集成。这就要求PDM系统提供中性的应用接口把外部应用系统“封装或集 成”到PDM系统中,作为PDM系统新增的一部分,并可以在PDM环境下方便地 运行 6.1.3支持PDM系统实现的主要使能技术 PDM系统的实现依赖一些核心的使能技术的支持。过去,这些技术被看作是
168 6．1．2 开放式体系结构 由于 PDM 技术在企业的实施，将为企业的工程信息管理与过程的自动化管理提 供统一的支持环境，并成为连接企业应用系统及其它信息系统（如 CAD／CAE／ CAPP／CAM，MRP 正等）的桥梁与纽带。它不仅面临不同企业中不同部门复杂计 算机环境及不同功能需求，同时还要求适应不同企业不同管理文化的要求，所以 PDM 系统必须具有良好的开放性体系结构。PDM 的开放性主要体现在四方面： （l）对基础环境的适应性 PDM 系统是以分布式网络（distributed network）、 客户机／服务器结构、图形化用户接口及数据库管理四方面技术作为它的环境支持。 与底层环境的连接是通过不同接口来实现的，如中性的操作系统接口、中性的数据 库接口、中性的图形化用户接口以及中性的网络接口等，从而保证一种 PDM 系统可 支持多种类型的硬件平台、操作系统、数据库、图形界面及网络协议。例如，SDRC 公司的 Metaphase 2.2 支持的硬件平台有 SUN，HP，PC 共八种，支持的常见操作系 统有 SUN Solaris， HP－UX， IBM AIX， PC Windows 共九种，支持的常 见数据库有 Oracle，Sysbase，SQL／Server 共四种，支持的常见或界面标准有 X／ Motif， Windows， Macintosh；支持的常见网络协议有：TCP／IP， Apple Talk， DEC net， Winsock－Compliant 等。并且，在分布式环境中，同类系统软件中的几种类器 可以并存，只有数据库必需单一化。 （2）PDM 内核的开放性 PDM 内核的开放性体现在越来越多的 PDM 产品采用 面向对象（O－O）的方法和技术建立系统的管理模型与信息模型，并提供对象管理 机制实现产品信息的管理。在此基础上，提供一组开发工具与应用接口帮助用户方 便地定制或扩展原有数据模型，存取相关信息，并增加新的应用功能，以满足用户 对系统不同应用的要求。 （3）PDM 规模的可变性由于 PDM 系统采用客户机／服务器结构，并具有分 布式功能，企业在实施时，可从单服务器开始，逐渐扩展到几个、几十个、甚至几 百个，覆盖整个企业。图 6－1 是一个典型的客户机/服务台器结构（选于 Metaphase 2.2）。用户在选用功能模块时，除必需模块外，其它模块可根据需要裁剪。 （4）PDM 框架的插件功能/工具封装和集成为了更有效地管理由应用系统产生 的各种数据，实现对产品数据的统一管理，并方便地提供给用户和应用系统使用， 就必须建立 PDM 系统与应用系统之间更紧密的关系，即基于 PDM 系统实现工具封 装或应用集成。这就要求 PDM 系统提供中性的应用接口把外部应用系统“封装或集 成”到 PDM 系统中，作为 PDM 系统新增的一部分，并可以在 PDM 环境下方便地 运行。 6．1．3 支持 PDM 系统实现的主要使能技术 PDM 系统的实现依赖一些核心的使能技术的支持。过去，这些技术被看作是一
工作组 Client Client 协作 工作组 工作组 作组 应mcmg 图6-1客户机/服务器结构 种标准和专有技术的混合,最近几年里,这些技术正逐步演变为标准化和商品化的 构件。这种演变使得软件开发商能以较低的成本与较快的速度开发PDM系统。这些 使能技术包括电子仓库( vault)技术、工作流( workflow)技术、数据库技术、客 户机/服务器技术、面向对象O-O技术、 Internet/web技术等 1.电子仓库技术 电子仓库是一种元数据管理器,它保存了管理数据的数据(无数据)以及指向 描述产品的相关信息的物理数据和文件的指针。完全分布式的电子仓库允许用户透 明地、迅速地访问异构环境下的分布式信息,而不用考虑用户或数据的物理位置 典型的电子仓库应包括几个方面的特征,如文件的入库/出库( check in/ check out) 属性搜索机制、动态例览和导航能力、分布式文件管理功能、安全特性、对象检索 2.工作流技术 用来定义和控制数据操作的基本过程。它可以以面向任务的专有方式实现,也 可以用结构化、形式化的方式实现。它包括工作流建模(过程定义)、工作流实例化
169 图 6－1 客户机／服务器结构 种标准和专有技术的混合，最近几年里，这些技术正逐步演变为标准化和商品化的 构件。这种演变使得软件开发商能以较低的成本与较快的速度开发 PDM 系统。这些 使能技术包括电子仓库（vault）技术、工作流（workflow）技术、数据库技术、客 户机／服务器技术、面向对象 O-O 技术、Internet／web 技术等。 1．电子仓库技术 电子仓库是一种元数据管理器，它保存了管理数据的数据（无数据）以及指向 描述产品的相关信息的物理数据和文件的指针。完全分布式的电子仓库允许用户透 明地、迅速地访问异构环境下的分布式信息，而不用考虑用户或数据的物理位置。 典型的电子仓库应包括几个方面的特征，如文件的入库／出库（check in／check out）、 属性搜索机制、动态例览和导航能力、分布式文件管理功能、安全特性、对象检索 等。 2．工作流技术 用来定义和控制数据操作的基本过程。它可以以面向任务的专有方式实现，也 可以用结构化、形式化的方式实现。它包括工作流建模（过程定义）、工作流实例化
工作流运行、工作任务列表等。其核心技术是支持工作流运行的工作流引擎 ( workflow engine),它为工作流的运行提供软件服务或软件驱动 3.数据库技术 数据库作为PDM系统所有实际数据或信息的物理存储容器,对PDM系统的构 造有着重要影响。传统的大型关系数据库(如 Oracle, Sybase等)仍然是当前PDM 系统的首选。这些数据库通常都具有若干特点:如采用客户机用E务器结构、分布 式结构等。 目前,数据库系统的重要发展方向是面向对象的数据库技术、多媒体数据库技 术、并行数据库技术、联邦数据库( federated data Base sy stem)技术、模糊数据库技 术、演绎数据库技术、数据仓库技术等,这些技术的发展必然会推动PDM技术的进 一步发展 4.客户服务器技术 客户机/服务器体系结构是指基干网络环境的软件分为客户机和服务器两部 分,它们分别运行于不同的机器或进程中。其中客户机执行前端处理,它接受用户 的服务请求,并将这些请求传递到服务器。服务器执行后端处理,接受客户机的服 务请求并将处理完成的结果返还给客户机。 客户机/服务器的突出优点在于将所要完成的任务合理分工,并具有良好的开 放性和可扩充性。采用了客户机/服务器体系结构的PDM系统能够通过合理的安装 和配置以满足具体的不同的企业要求,适应从工作组级、部门级到企业级范围的业 务需要。 5.面向对象技术 面向对象技术是计算机应用科学中富有革命性的进展。它通过对现实世界进行 识别和抽象,并提供封装、继承和多态等特性,为计算机应用问题的解决提供了强 大的思想武器和具体方法。面向对象方法是一种对客观世界的自然描述,它可以使 人们面对纷繁复杂的问题域能够清楚地分析出其本质,为构造一个稳定的解决问题 的计算机应用系统打下了基础。它还能充分实现资源的重用,为快速可靠地开发计 算机应用提供了新的途径 PDM系统在采用面向对象技术后增强了系统的易用性、柔性、开放性以及和其 他计算机应用系统的无缝集成。 170
170 工作流运行、工作任务列表等。其核心技术是支持工作流运行的工作流引擎 （workflow engine），它为工作流的运行提供软件服务或软件驱动。 3．数据库技术 数据库作为 PDM 系统所有实际数据或信息的物理存储容器，对 PDM 系统的构 造有着重要影响。传统的大型关系数据库（如 Oracle， Sybase 等）仍然是当前 PDM 系统的首选。这些数据库通常都具有若干特点：如采用客户机用 E 务器结构、分布 式结构等。 目前，数据库系统的重要发展方向是面向对象的数据库技术、多媒体数据库技 术、并行数据库技术、联邦数据库（federated dataBase system）技术、模糊数据库技 术、演绎数据库技术、数据仓库技术等，这些技术的发展必然会推动 PDM 技术的进 一步发展。 4．客户/服务器技术 客户机／服务器体系结构是指基干网络环境的软件分为客户机和服务器两部 分，它们分别运行于不同的机器或进程中。其中客户机执行前端处理，它接受用户 的服务请求，并将这些请求传递到服务器。服务器执行后端处理，接受客户机的服 务请求并将处理完成的结果返还给客户机。 客户机／服务器的突出优点在于将所要完成的任务合理分工，并具有良好的开 放性和可扩充性。采用了客户机／服务器体系结构的 PDM 系统能够通过合理的安装 和配置以满足具体的不同的企业要求，适应从工作组级、部门级到企业级范围的业 务需要。 5．面向对象技术 面向对象技术是计算机应用科学中富有革命性的进展。它通过对现实世界进行 识别和抽象，并提供封装、继承和多态等特性，为计算机应用问题的解决提供了强 大的思想武器和具体方法。面向对象方法是一种对客观世界的自然描述，它可以使 人们面对纷繁复杂的问题域能够清楚地分析出其本质，为构造一个稳定的解决问题 的计算机应用系统打下了基础。它还能充分实现资源的重用，为快速可靠地开发计 算机应用提供了新的途径。 PDM 系统在采用面向对象技术后增强了系统的易用性、柔性、开放性以及和其 他计算机应用系统的无缝集成
6. Internet/web技术 Internet与web技术是支持PDM系统实现的又一重要使能技术,是实现企业问 PDM的重要保证。web测览器使得用户可以快速、方便地访问广域范围内类型各异 的数据,且这种技术通用性好、廉价、可行,而且与硬件无关。将web操作界面与 PDM的基本功能结合起来,还需要解决wb的单向浏览的缺点,需要Java技术与 网络开发技术有机的结合,开发浏览器双向操作界面,支持交互操作 6.2PDM系统的主要功能 PDM系统为企业提供了一种宏观管理和控制所有与产品相关的信息的机制和 架构。PDM的种类很多,不同PDM系统,其功能也各异。有关PDM的功能有不同 的划分方法,一种方法是按面向应用与系统支持功能划分,将其分成电子仓库、面 向用户的使用功能(包括文档控制、变更控制、配置管理、设计检索与零件库和项 目管理)和实用化的支持功能(包括通知与通讯、数据传输、数据转换、图像服务 系统管理等):另一种方法是按软件功能模块划分,可划分为电子仓库、工作流或过 程管理、产品结构与配置管理、零件分类管理、工程变更管理、项目管理、电子协 作、工具与“集成件”、浏览和困阅等功能。下面按照功能模块划分来介绍PDM系 统的主要功能。 6.2.1电子仓库 电子仓库是PDM系统中最基本、最核心的功能,是PDM系统中其它相关功能 的基础。所谓电子仓库,是PDM系统中提供的一种数据存储( repository)机制,它 保存所有与产品相关的物理数据与文件的元数据(管理数据的数据)以及指向它们 的指针 电子仓库的创建如图6-2所示,包括指定存放元数据的数据库、存放物理数据 记录的数据库和存放物理文件的文件系统与目录。电子仓库提供给用户的一般数据 操作功能包括:数绍对象的人库/出库、对象状态的改变、属主关系的转换、按对 象属性进行査询、动态浏览与导航、对象归档、安全控制与管理功能等 171
171 6．Internet／web 技术 Internet 与 web 技术是支持 PDM 系统实现的又一重要使能技术，是实现企业问 PDM 的重要保证。Web 测览器使得用户可以快速、方便地访问广域范围内类型各异 的数据，且这种技术通用性好、廉价、可行，而且与硬件无关。将 web 操作界面与 PDM 的基本功能结合起来，还需要解决 web 的单向浏览的缺点，需要 Java 技术与 网络开发技术有机的结合，开发浏览器双向操作界面，支持交互操作。 6．2 PDM 系统的主要功能 PDM 系统为企业提供了一种宏观管理和控制所有与产品相关的信息的机制和 架构。PDM 的种类很多，不同 PDM 系统，其功能也各异。有关 PDM 的功能有不同 的划分方法，一种方法是按面向应用与系统支持功能划分，将其分成电子仓库、面 向用户的使用功能（包括文档控制、变更控制、配置管理、设计检索与零件库和项 目管理）和实用化的支持功能（包括通知与通讯、数据传输、数据转换、图像服务、 系统管理等）；另一种方法是按软件功能模块划分，可划分为电子仓库、工作流或过 程管理、产品结构与配置管理、零件分类管理、工程变更管理、项目管理、电子协 作、工具与“集成件”、浏览和困阅等功能。下面按照功能模块划分来介绍 PDM 系 统的主要功能。 6．2．1 电子仓库 电子仓库是 PDM 系统中最基本、最核心的功能，是 PDM 系统中其它相关功能 的基础。所谓电子仓库，是 PDM 系统中提供的一种数据存储（repository）机制，它 保存所有与产品相关的物理数据与文件的元数据（管理数据的数据）以及指向它们 的指针。 电子仓库的创建如图 6－2 所示，包括指定存放元数据的数据库、存放物理数据 记录的数据库和存放物理文件的文件系统与目录。电子仓库提供给用户的一般数据 操作功能包括：数绍对象的人库／出库、对象状态的改变、属主关系的转换、按对 象属性进行查询、动态浏览与导航、对象归档、安全控制与管理功能等