0 引言

    協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)是近年來在先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展戰(zhàn)略中最具代表性的關(guān)鍵技術(shù)，是計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作在產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域中的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同設(shè)計(jì)(Computer Supported  Cooperative  Design，CSCD)是以計(jì)算機(jī)支持的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為基礎(chǔ)環(huán)境，通過一定的共享、相互協(xié)作和信息交換機(jī)制，由兩個(gè)或兩個(gè)以上的設(shè)計(jì)主體（或稱專家）分別參與不同的設(shè)計(jì)任務(wù)而共同完成同一個(gè)設(shè)計(jì)目標(biāo)的。

    隨著制造企業(yè)在不斷的發(fā)展壯大，大量企業(yè)引入CAX、PDM等軟件應(yīng)用于企業(yè)，這些軟件的應(yīng)用提高了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造效率、提升了設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)水平。但與此同時(shí)，伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品在協(xié)同設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)信息也在迅速增加。例如一個(gè)企業(yè)要設(shè)計(jì)一種產(chǎn)品，從需求文檔、設(shè)計(jì)圖紙、配置信息到設(shè)計(jì)人員分配合作以及各種報(bào)表和說明書等等，都會(huì)產(chǎn)生大量的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，面對(duì)如此繁雜的數(shù)據(jù)該如何高效的進(jìn)行管理，也是企業(yè)面臨的一大難題。鑒于此，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Product Data Management，PDM)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其主要目的就是在產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)境中高效地管理與產(chǎn)品相關(guān)的各類數(shù)據(jù)、過程和資源信息，PDM技術(shù)為企業(yè)在應(yīng)用協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)中提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

    在PDM發(fā)展的早期就得到了許多國(guó)際上知名企業(yè)的認(rèn)可，如美國(guó)的波音公司、福特公司，德國(guó)的大眾汽車公司等等都相繼投入巨資購(gòu)買商品化的PDM產(chǎn)品來建立自己企業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。在PDM產(chǎn)品化研究方面，美國(guó)Spectra圖形公司推出的一個(gè)面向工作組的CSCD工具系統(tǒng)Team-Solutions，包括同步協(xié)作支持工具TeamConference和異步協(xié)作支持工具TeamExchange。加拿大Toronto大學(xué)的Chen等則提出了一種支持在Internet環(huán)境中進(jìn)行實(shí)時(shí)協(xié)同裝配建模的主裝配模型。田凌等提出建立網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)支持系統(tǒng)。張定華等研究了構(gòu)建數(shù)字化協(xié)同平臺(tái)的3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)一并行工作組織與實(shí)施、協(xié)同工作平臺(tái)建設(shè)和型號(hào)工程數(shù)據(jù)中心。

    我國(guó)在PDM技術(shù)方面的發(fā)展與發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還具有一定的差距。國(guó)內(nèi)許多企業(yè)實(shí)施PDM系統(tǒng)仍是采用國(guó)外廠商開發(fā)的。如海爾集團(tuán)、康佳等使用的PDM產(chǎn)品是來自美國(guó)EDS公司的IMAN；航天部二院204所采用的PDM產(chǎn)品是SDRC公司的Metaphase。也有許多國(guó)內(nèi)廠商自己開發(fā)的PDM系統(tǒng)，如清華紫光企業(yè)開發(fā)的清華紫光檔案管理系統(tǒng)(THAMS)、上海斯普信息技術(shù)有限公司的SIPM/PDM等。

    根據(jù)協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)在實(shí)際研究中的特點(diǎn)，并結(jié)合我國(guó)制造業(yè)目前的設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)，文中提出一種適合國(guó)內(nèi)企業(yè)的基于協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境下的PDM系統(tǒng)模型。

1 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的體系框架

    PDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織和管理具有以下特點(diǎn)：

    (1)開放的體系結(jié)構(gòu)，采用組建好的結(jié)構(gòu)相關(guān)對(duì)象和功能模塊形成獨(dú)立功能組件，組裝式系統(tǒng)既滿足了客戶的不同需求，又適應(yīng)了不同企業(yè)的實(shí)際應(yīng)用。這樣不但可以保證數(shù)據(jù)的安全性和降低系統(tǒng)的復(fù)雜性，又可以在需要時(shí)方便地進(jìn)行新對(duì)象的增加或刪除等操作，也實(shí)現(xiàn)了用戶對(duì)該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)操作能力的充分表達(dá)。

    (2)數(shù)據(jù)庫(kù)的易操作性，所有參與該系統(tǒng)的對(duì)象都可通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口完成與數(shù)據(jù)庫(kù)的操作。最大的好處就是保留了數(shù)據(jù)的安全性和一致性，同時(shí)也方便為其他應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)接口和程序接口，進(jìn)而也提高了系統(tǒng)的開放性。

    PDM系統(tǒng)的體系架構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 PDM系統(tǒng)架構(gòu)圖

    該系統(tǒng)基于三層B/S模式結(jié)構(gòu)建立：最頂層是用戶訪問層，完成人機(jī)交互的界面管理：中間層是邏輯處理層，用以完成系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)和程序接口：位于系統(tǒng)最底層的是數(shù)據(jù)服務(wù)層。主要功能如下：

    (1)用戶訪問層：分為瀏覽器、分布式客戶端應(yīng)用程序、Web服務(wù)器（CGI/ASP/Java接口）、協(xié)同應(yīng)用組件與應(yīng)用工具的集成四部分。用戶訪問層給用戶提供了PDM的功能描述和用戶友好界面，用戶對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的各種輸入輸出操作不涉及到任何業(yè)務(wù)邏輯，只擁有部分應(yīng)用邏輯功能。其主要功能有：管理用戶接口、數(shù)據(jù)的輸入輸出操作、應(yīng)用邏輯處理、向服務(wù)器發(fā)送請(qǐng)求和接收結(jié)果等。

    (2)邏輯處理層：邏輯處理層可進(jìn)一步分為三部分：系統(tǒng)邏輯處理模塊、應(yīng)用系統(tǒng)功能集成封裝模塊和各種API接口。系統(tǒng)邏輯處理模塊主要完成產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的核心功能，如產(chǎn)品數(shù)據(jù)的存取控制、用戶及權(quán)限管理、零部件管理、項(xiàng)目管理、過程及其控制管理和系統(tǒng)資源管理等等：應(yīng)用系統(tǒng)工具集成/封裝是PDM與CAX、MRPII等應(yīng)用軟件集成的重要開放工具：各種API接口及其協(xié)議是連接系統(tǒng)服務(wù)層的重要工具。作為PDM系統(tǒng)的核心層次，它包括了異構(gòu)環(huán)境處理、PDM系統(tǒng)邏輯處理模塊、產(chǎn)品數(shù)據(jù)處理的核心功能、應(yīng)用系統(tǒng)功能集成封裝和各種數(shù)據(jù)處理邏輯模塊。這些模塊完成了產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的大部分工作，邏輯處理層的主要目的是對(duì)業(yè)務(wù)邏輯的處理，同時(shí)能夠保證數(shù)據(jù)的安全性、一致性和高效性。

    (3)系統(tǒng)服務(wù)層：PDM系統(tǒng)以產(chǎn)品對(duì)象為核心，通常以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在操作系統(tǒng)、協(xié)同環(huán)境、數(shù)據(jù)訪問和網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)的支持下，采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)存儲(chǔ)和組織方式，通過產(chǎn)品白身組織結(jié)構(gòu)和層次化特點(diǎn)分解產(chǎn)品對(duì)象信息，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的易操作性。

2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的功能模型描述

    PDM系統(tǒng)是對(duì)協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境下的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理中涉及到的四大模塊：基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)/配置管理、工作流/過程管理和系統(tǒng)資源管理進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化的管理與控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)、過程和資源的有效管理，通過需求分析及業(yè)務(wù)流程分析得出系統(tǒng)的功能層次結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示。

圖2 PDM系統(tǒng)功能層次結(jié)構(gòu)圖

    協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境下的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)在功能上要求軟件以產(chǎn)品為中心，對(duì)其相關(guān)的數(shù)據(jù)、過程和資源進(jìn)行管理，并使其具備安全的權(quán)限管理功能。同時(shí)，在經(jīng)過對(duì)企業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)部門調(diào)研之后，高度抽取企業(yè)最迫切的需求，按照功能和結(jié)構(gòu)相結(jié)合的方式對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行劃分，并結(jié)合產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的基本業(yè)務(wù)流程，將產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)分為4大功能模塊，其主要功能描述如下：

    (1)PDM基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理。

    它作為連接數(shù)據(jù)庫(kù)和文件系統(tǒng)的邏輯單元，支持入庫(kù)/出庫(kù)(Check-in/Check-out)；對(duì)存放在其內(nèi)部的全部數(shù)據(jù)的所有變化過程進(jìn)行監(jiān)控和記錄：具有將產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)信息的生成、存儲(chǔ)、檢索、查詢、編輯、恢復(fù)、和記錄的能力：為用戶和應(yīng)用程序之間完整性的數(shù)據(jù)傳遞提供了一種安全有效的管理方法。它的創(chuàng)建和使用對(duì)用戶來說是透明的，并且不受用戶和數(shù)據(jù)地理位置的限制，借助于分布式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，允許用戶迅速地訪問企業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息。

    基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)可具有以下功能：圖文檔管理功能、掃描和圖像處理功能、瀏覽查詢審核圈閱功能和版本管理功能�；�礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理的相關(guān)功能體系可描述為：

BDM::=(BDM，SBH，BIVC，VM)

    (2)PDM產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理。

    產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理是以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理為底層支持，以物料清單(BOM)為組織核心，以系列化產(chǎn)品的相關(guān)數(shù)據(jù)作為管理對(duì)象，把定義最終產(chǎn)品的所有工程數(shù)據(jù)和圖文檔數(shù)據(jù)結(jié)合起來，保存設(shè)計(jì)狀態(tài)以便于設(shè)計(jì)和回溯。實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)的組織、管理和控制，并在一定的產(chǎn)品設(shè)計(jì)目標(biāo)和規(guī)則約束下向用戶或應(yīng)用系統(tǒng)提供產(chǎn)品的不同視圖及其相關(guān)描述。

    產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理子系統(tǒng)可具有以下功能：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理功能、產(chǎn)品配置管理功能、BOM視圖管理功能和產(chǎn)品零部件分類與檢索功能。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理的相關(guān)功能體系可描述為：

SACM::=(PSM，PCM，BVM，PPCR)

    (3)PDM工作流/過程管理。

    工作流/過程管理是用來定義、執(zhí)行、跟蹤及監(jiān)控產(chǎn)品開發(fā)過程和工程更改過程中的所有事件、活動(dòng)及用戶創(chuàng)建和修改數(shù)據(jù)的方法。它是在一個(gè)項(xiàng)目的全生命周期內(nèi)跟蹤所有與產(chǎn)品相關(guān)的事物和數(shù)據(jù)的活動(dòng)，用于管理不同用戶之間的數(shù)據(jù)交流，并且同時(shí)控制數(shù)據(jù)變化的過程和數(shù)據(jù)的流向、幫助改進(jìn)和優(yōu)化產(chǎn)品的開發(fā)過程。

    工作流過程管理子系統(tǒng)可具有以下功能：工作流程管理功能、過程控制管理功能和消息傳遞機(jī)制管理功能。工作流/過程管理的相關(guān)功能體系可描述為：

WPM::=(WM，PCM，NTM)

    (4)PDM系統(tǒng)資源管理。

    系統(tǒng)資源管理就是對(duì)PDM系統(tǒng)實(shí)施過程中涉及到的用戶、項(xiàng)目、合同和全局的訪問控制進(jìn)行管理，管理涉及到所有資源信息及其資源信息的可操作性。

    系統(tǒng)資源管理子系統(tǒng)可具有以下功能：群組管理功能、項(xiàng)目管理功能、合同管理功能、訪問控制管理功能。系統(tǒng)資源管理的相關(guān)功能體系可描述為：

SRM::=(GM，PM，CM，ACM)

3 協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境下產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理原型系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

    (1)采用面向?qū)ο蟮慕y(tǒng)一建模語言進(jìn)行系統(tǒng)的總體需求分析，通過分層設(shè)計(jì)思想，并采用基于Internet的三層B/S模式給出系統(tǒng)總體框架結(jié)構(gòu)圖；

    (2)根據(jù)以上需求分析，采用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)思想對(duì)PDM系統(tǒng)進(jìn)行功能的劃分，通過綜合與分析、抽象與概括提取出系統(tǒng)的對(duì)象模型，并給出系統(tǒng)的功能層次結(jié)構(gòu)圖；

    (3)給出系統(tǒng)的UseCase用例圖和Sequence時(shí)序控制圖分別來直觀地描述系統(tǒng)間的活動(dòng)者與活動(dòng)識(shí)別和數(shù)據(jù)及信息流的控制順序；

    (4)在PowerDesigner15.0環(huán)境中完成數(shù)據(jù)庫(kù)的建模與設(shè)計(jì)，并在基于J2EE的軟件開發(fā)工具M(jìn)yeclipse9.0的平臺(tái)上進(jìn)行原型系統(tǒng)的開發(fā)。

    用戶通過身份認(rèn)證進(jìn)入該系統(tǒng)，然后通過對(duì)界面的直接操作完成系統(tǒng)的具體模塊功能。下面列出幾個(gè)主要功能模塊介紹。

    (1)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理界面。

    以基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊為例，來簡(jiǎn)單描述系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)。點(diǎn)擊左側(cè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊下的圖文檔管理，可以進(jìn)行圖文檔數(shù)據(jù)信息的增刪查改操作。

    (2)工作流程管理界面。

    該模塊主要以系統(tǒng)工作流程定義和工作流程的描述為基礎(chǔ)展開管理，重點(diǎn)在于工作流程的模版設(shè)計(jì)、創(chuàng)建、審批、更改、執(zhí)行、在線維護(hù)等產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中涉及到的階段。完善的工作流程管理包括定義、工作流程模型實(shí)例化和流程控制三部分。這里可以對(duì)工作流程進(jìn)行增刪查改和停止操作。點(diǎn)擊新增工作流程，可跳出新增工作流程管理界面，進(jìn)行工作流程模版實(shí)例化操作之后，便可進(jìn)行新的工作流程的執(zhí)行與控制。

4 結(jié)束語

    文中對(duì)協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境下的PDM系統(tǒng)進(jìn)行了分析與研究，分析其軟件體系結(jié)構(gòu)、功能層次結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)模型的構(gòu)建等多方面內(nèi)容，最終實(shí)現(xiàn)了協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境下PDM系統(tǒng)的原型系統(tǒng)。這對(duì)于提高協(xié)同設(shè)計(jì)效率、提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短產(chǎn)品生命周期具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)用價(jià)值。雖然取得了一些進(jìn)步，但是網(wǎng)絡(luò)化產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)都是一個(gè)新興并且發(fā)展非常迅速的前沿研究領(lǐng)域，涉及的領(lǐng)域非常廣，包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)集成制造、管理科學(xué)和并行工程等眾多學(xué)科，協(xié)同設(shè)計(jì)理論和實(shí)施方法以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理方面都需要再進(jìn)一步的深化與研究。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標(biāo)題：協(xié)同設(shè)計(jì)環(huán)境下的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理及應(yīng)用研究

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