基于Web的PDM協(xié)同設(shè)計的設(shè)計與研究

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PDM（Product Data Management即產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）是在上個世紀80年代，為了方便制造企業(yè)大量的工程圖紙和技術(shù)文檔的管理而逐漸產(chǎn)生和發(fā)展起來的。傳統(tǒng)的PDM以管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)為核心，其主要功能是實現(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)資料的管理。但是隨著計算機技術(shù)的發(fā)展及其在制造企業(yè)應用領(lǐng)域的擴大，尤其是近幾年來個性化、多元化的消費需求使得市場快速多變，企業(yè)之間的競爭更加激烈，這就要求在產(chǎn)品設(shè)計的過程中要同時從專業(yè)的角度和用戶的角度來考慮產(chǎn)品的質(zhì)量、功能、裝配、設(shè)計、工藝參數(shù)、使用性能和壽命。而產(chǎn)品設(shè)計的開發(fā)人員不可能在各個方面都很專業(yè)，他們之間需要合作，進行協(xié)同設(shè)計，從而縮短產(chǎn)品開發(fā)時間以降低成本，提高企業(yè)的競爭力。在傳統(tǒng)PDM的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)異地異域環(huán)境下的基于Web的協(xié)同設(shè)計是解決這一問題的關(guān)鍵。

對基于Web的PDM協(xié)同設(shè)計的研究是目前國內(nèi)外研究的一個熱點，并取得了一定的成就，現(xiàn)在市面上有一些支持這一功能的軟件，如工作流管理軟件、群組編輯器、電子郵件和同步調(diào)試工具等，但這些軟件只能在不同程度上支持產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計過程中的某一部分，而企業(yè)的協(xié)同設(shè)計是面向產(chǎn)品生命周期的，這些軟件并不能有效地支持企業(yè)產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計的整個流程，更不會是與企業(yè)開發(fā)環(huán)境完美組合的組件。所以研究與開發(fā)設(shè)計一個與企業(yè)產(chǎn)品生命周期緊密結(jié)合的基于Web的分布式的PDM協(xié)同設(shè)計軟件非常有必要。

1 協(xié)同設(shè)計實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)

協(xié)同設(shè)計采用的是并行工程，它從根本上解決了傳統(tǒng)設(shè)計中串行設(shè)計工程反饋信息滯后的弊端，最優(yōu)地解決企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計流程中各不同時段的數(shù)據(jù)共享、資源協(xié)調(diào)問題，解決不同的設(shè)計人員之間的對話與通信等交互問題。綜上基于web的PDM協(xié)同設(shè)計的開發(fā)環(huán)境的構(gòu)造需要跨學科的、集成的、范圍較廣的技術(shù)支持。計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展與普及為PDM協(xié)同設(shè)計的物理環(huán)境設(shè)計奠定了一定基礎(chǔ)，其中最為關(guān)鍵的技術(shù)是產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和計算機支持的協(xié)同工作。

1.1產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM

PDM是如今企業(yè)進行重構(gòu)和發(fā)展不可缺少的結(jié)構(gòu)技術(shù)，它從產(chǎn)品數(shù)據(jù)的觀點出發(fā)，將整個企業(yè)作為一個整體來考慮，利用計算有效地控制產(chǎn)品開發(fā)的全過程，合理有效地協(xié)調(diào)和管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)的概念設(shè)計、計算分析、詳細設(shè)計、工藝流程設(shè)計、加工制造、銷售維護、產(chǎn)品消亡等整個生命周期內(nèi)各階段的有關(guān)數(shù)據(jù)，對它們按一定的數(shù)學模式進行定義，利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)對物理模式和邏輯模式進行設(shè)計，以使產(chǎn)品數(shù)據(jù)在企業(yè)內(nèi)保持一致、最新、共享及安全。

PDM是實施基于Web的協(xié)同設(shè)計的環(huán)境基礎(chǔ)，它可為各不同應用軟件之間的信息集成提供支持框架。通過消除邏輯上孤立的信息孤島集，將結(jié)構(gòu)化的、非結(jié)構(gòu)化的、邏輯上異構(gòu)的、物理上分離的各種數(shù)據(jù)集成在同一平臺上，從而實現(xiàn)不同應用系統(tǒng)之間信息、知識資源的共享、交換，減少數(shù)據(jù)的冗余。雖然PDM能很好地監(jiān)視和控制設(shè)計過程，保證信息流的正常流動，在一定程度上支持并行工程技術(shù)，但是僅它本身還不能完全有效地支持協(xié)同開發(fā)的全過程。它還需要與計算機支持的協(xié)同工作結(jié)合起來。

1.2計算機支持的協(xié)同工作

計算機支持的協(xié)同工作（Computer Supposed Cooperative Work，cscw）是通過計算機信息科學、網(wǎng)絡(luò)、通信與多媒體技術(shù)等將分布于不同的地理位置的或不同結(jié)構(gòu)協(xié)作成員有機地組合起來，解決它們協(xié)作中的各種不一致和沖突因素，實現(xiàn)協(xié)作過程中的交互，全方位地為具有共同任務的協(xié)作成員提供一個共享的環(huán)境接口。CSCW具有分布性、動態(tài)性、交互性、協(xié)作性、沖突性和多樣性等特點，這也是基于Web的PDM的協(xié)同設(shè)計的特性。

CSCW的產(chǎn)品稱為群件（GroupWare），目前影響較大的有工作流管理系統(tǒng)、電子郵件系統(tǒng)、多媒體會議系統(tǒng)、群決策支持系統(tǒng)等，但使用該項技術(shù)需要系統(tǒng)本身具有較強的產(chǎn)品開發(fā)與分析評估能力。

2 協(xié)同設(shè)計的實現(xiàn)

2.1協(xié)同設(shè)計的系統(tǒng)構(gòu)架

以上關(guān)鍵技術(shù)的分析為基于Web的PDM協(xié)同設(shè)計提供了技術(shù)支持，再結(jié)合企業(yè)協(xié)同開發(fā)的特點，特設(shè)計了如圖1所示的系統(tǒng)框架。

從圖中可以看出該系統(tǒng)框架主要分為三層：web通信層、PDM協(xié)同層和用戶接口層。Web通信層是協(xié)同過程中不同的開發(fā)人員組織多媒體會議、信息傳送的技術(shù)基礎(chǔ)。

用戶接口層為各不同層次的用戶提供了一個友好的人機交互界面。

PDM協(xié)同層是系統(tǒng)的核心層，它本身又分為兩層：管理層和協(xié)調(diào)層。其中管理層主要包括用來實現(xiàn)對系統(tǒng)視圖的定義和管理的統(tǒng)一產(chǎn)品信息標準模型；另外還包括系統(tǒng)知識庫、產(chǎn)品配置、工作流程和文檔等產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理。

基于Web的PDM協(xié)同設(shè)計是跨部門、跨地區(qū)、跨學科的生產(chǎn)，不同的設(shè)計開發(fā)人員之間的沖突是難免的，協(xié)調(diào)層的主要作用是進行約束的定義及沖突的消解。協(xié)同設(shè)計具有一定的相對性和不確定性，即設(shè)計人員之間的協(xié)同不是絕對的，協(xié)同時間也沒有嚴格的界限，可以根據(jù)需要隨時進行協(xié)同，又由于在協(xié)同的時間不同的參與人員具有不同的工作經(jīng)驗、不同的科學背景以及不同的設(shè)計角度，因而協(xié)同合作過程中的沖突也是難免的，如一個理論上很合理的CAD設(shè)計可能就不符合實際的CAM加工工藝要求。為了提高企業(yè)產(chǎn)品的開發(fā)效率，在系統(tǒng)建模開發(fā)的進程中就應從功能約束、資源約束、物理約束等幾個方面對可能存在的約束建立約束網(wǎng)絡(luò)，并提供相應的沖突協(xié)調(diào)方案。

2.2協(xié)同設(shè)計環(huán)境的構(gòu)造

首先是PDM系統(tǒng)的選擇，由于AutoCAD和Pro／E是目前制造企業(yè)進行產(chǎn)品設(shè)計的兩大主要軟件，而美國PTC公司的Pro／Intralink，它既封裝了Pro／E又支持AutoCAD技術(shù)，且功能強大，可以對數(shù)據(jù)文件和原數(shù)據(jù)信息對象進行存儲，對產(chǎn)品設(shè)計配置及產(chǎn)品生命周期等進行管理，也可對源代碼進行控制，并能追蹤系統(tǒng)用戶之間對產(chǎn)品所做的變更，動態(tài)地將這些變更信息通知到相關(guān)的設(shè)計者，實現(xiàn)在CAD環(huán)境下動態(tài)地更新零部件的功能，所以選擇Pro／Intralink作為PDM系統(tǒng)以便于與企業(yè)中已有的技術(shù)接口。Pro／IntrMink為用戶提供了一個既可以借鑒其他用戶工作信息又可以檢驗本身工作狀況的協(xié)同環(huán)境。雖然Pro／Intralink的功能比較強大，但是由于它的協(xié)同環(huán)境是以授權(quán)控制為基礎(chǔ)的，所以在使用前要進行合理的定位，要科學地定義產(chǎn)品的不同設(shè)計階段、產(chǎn)品的存儲結(jié)構(gòu)，工作流程等。  

2.3應用實例

基于Web的PDM協(xié)同設(shè)計在與CorBA分布式架構(gòu)和Java技術(shù)結(jié)合的基礎(chǔ)上，為新飛冰箱廠提供了一種先進的Browser／Server模式的協(xié)同產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理平臺。圖2為新飛冰箱廠模具中心的PDM系統(tǒng)流程。該系統(tǒng)主要是通過Pro／Intralink的API函數(shù)與CAD、CAM和CAPP集成來實現(xiàn)的，通過調(diào)用集成數(shù)據(jù)庫中的統(tǒng)一產(chǎn)品信息模型標準，會議信息、工作流信息、管理信息、約束定義及協(xié)調(diào)信息等，按照一定的知識規(guī)則，管理和約束著用戶提交和獲取的各項數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)在實現(xiàn)時，采用的是Windows2000 Server操作系統(tǒng)、SQL Server2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和Windows2000 Server下的NTFS文件系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，有關(guān)人員可以通過自己的計算機實現(xiàn)遠程登錄、授權(quán)、批注簽字和查詢等一系列的功能；原有的產(chǎn)品圖評審和設(shè)計評審已由普通會議改為由NetMeeting集成實現(xiàn)的通過計算機對話的多媒體會議；圖紙的發(fā)放也由原來的中心檔案室發(fā)放改為在一定權(quán)限控制下的數(shù)據(jù)文件共享；產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的過程及管理由原來人工管理的串行模式轉(zhuǎn)變?yōu)橛嬎銠C輔助管理的并行模式。

該系統(tǒng)的應用縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，提高了市場的占有率。從圖3可以看出在開發(fā)同等質(zhì)量、技術(shù)水平的同類產(chǎn)品時，新飛冰箱廠的產(chǎn)品要比其他沒有應用該系統(tǒng)的企業(yè)市場成熟期長，占有率高。

3結(jié)束語

基于Web的PDM協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)將制造企業(yè)中異異構(gòu)的數(shù)據(jù)環(huán)境集成起來，能夠滿足制造企業(yè)整個品開發(fā)生命周期各個層次開發(fā)過程的需求，從而實了企業(yè)信息管理的一體化方案，實現(xiàn)了信息和數(shù)據(jù)動態(tài)地交流與共享。實際應用證明了該系統(tǒng)功能齊全、技術(shù)先進，縮短了產(chǎn)品的開發(fā)周期，促進了設(shè)計人員之間不同程度的協(xié)作，提高了工作效率，并將對企業(yè)走向國際化具有深遠的影響意義。本系統(tǒng)適合于在經(jīng)濟實力比較強的各大中型企業(yè)中推廣應用。（萬方數(shù)據(jù)）