基于Web的PDM协同设计的设计与研究

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PDM（Product Data Management即产品数据管理）是在上个世纪80年代，为了方便制造企业大量的工程图纸和技术文档的管理而逐渐产生和发展起来的。传统的PDM以管理产品数据为核心，其主要功能是实现企业数据资料的管理。但是随着计算机技术的发展及其在制造企业应用领域的扩大，尤其是近几年来个性化、多元化的消费需求使得市场快速多变，企业之间的竞争更加激烈，这就要求在产品设计的过程中要同时从专业的角度和用户的角度来考虑产品的质量、功能、装配、设计、工艺参数、使用性能和寿命。而产品设计的开发人员不可能在各个方面都很专业，他们之间需要合作，进行协同设计，从而缩短产品开发时间以降低成本，提高企业的竞争力。在传统PDM的基础上，实现异地异域环境下的基于Web的协同设计是解决这一问题的关键。

对基于Web的PDM协同设计的研究是目前国内外研究的一个热点，并取得了一定的成就，现在市面上有一些支持这一功能的软件，如工作流管理软件、群组编辑器、电子邮件和同步调试工具等，但这些软件只能在不同程度上支持产品协同设计过程中的某一部分，而企业的协同设计是面向产品生命周期的，这些软件并不能有效地支持企业产品协同设计的整个流程，更不会是与企业开发环境完美组合的组件。所以研究与开发设计一个与企业产品生命周期紧密结合的基于Web的分布式的PDM协同设计软件非常有必要。

1 协同设计实现的关键技术

协同设计采用的是并行工程，它从根本上解决了传统设计中串行设计工程反馈信息滞后的弊端，最优地解决企业产品设计流程中各不同时段的数据共享、资源协调问题，解决不同的设计人员之间的对话与通信等交互问题。综上基于web的PDM协同设计的开发环境的构造需要跨学科的、集成的、范围较广的技术支持。计算机网络的发展与普及为PDM协同设计的物理环境设计奠定了一定基础，其中最为关键的技术是产品数据管理和计算机支持的协同工作。

1.1产品数据管理PDM

PDM是如今企业进行重构和发展不可缺少的结构技术，它从产品数据的观点出发，将整个企业作为一个整体来考虑，利用计算有效地控制产品开发的全过程，合理有效地协调和管理产品数据的概念设计、计算分析、详细设计、工艺流程设计、加工制造、销售维护、产品消亡等整个生命周期内各阶段的有关数据，对它们按一定的数学模式进行定义，利用数据库技术对物理模式和逻辑模式进行设计，以使产品数据在企业内保持一致、最新、共享及安全。

PDM是实施基于Web的协同设计的环境基础，它可为各不同应用软件之间的信息集成提供支持框架。通过消除逻辑上孤立的信息孤岛集，将结构化的、非结构化的、逻辑上异构的、物理上分离的各种数据集成在同一平台上，从而实现不同应用系统之间信息、知识资源的共享、交换，减少数据的冗余。虽然PDM能很好地监视和控制设计过程，保证信息流的正常流动，在一定程度上支持并行工程技术，但是仅它本身还不能完全有效地支持协同开发的全过程。它还需要与计算机支持的协同工作结合起来。

1.2计算机支持的协同工作

计算机支持的协同工作（Computer Supposed Cooperative Work，cscw）是通过计算机信息科学、网络、通信与多媒体技术等将分布于不同的地理位置的或不同结构协作成员有机地组合起来，解决它们协作中的各种不一致和冲突因素，实现协作过程中的交互，全方位地为具有共同任务的协作成员提供一个共享的环境接口。CSCW具有分布性、动态性、交互性、协作性、冲突性和多样性等特点，这也是基于Web的PDM的协同设计的特性。

CSCW的产品称为群件（GroupWare），目前影响较大的有工作流管理系统、电子邮件系统、多媒体会议系统、群决策支持系统等，但使用该项技术需要系统本身具有较强的产品开发与分析评估能力。

2 协同设计的实现

2.1协同设计的系统构架

以上关键技术的分析为基于Web的PDM协同设计提供了技术支持，再结合企业协同开发的特点，特设计了如图1所示的系统框架。

从图中可以看出该系统框架主要分为三层：web通信层、PDM协同层和用户接口层。Web通信层是协同过程中不同的开发人员组织多媒体会议、信息传送的技术基础。

用户接口层为各不同层次的用户提供了一个友好的人机交互界面。

PDM协同层是系统的核心层，它本身又分为两层：管理层和协调层。其中管理层主要包括用来实现对系统视图的定义和管理的统一产品信息标准模型；另外还包括系统知识库、产品配置、工作流程和文档等产品的数据管理。

基于Web的PDM协同设计是跨部门、跨地区、跨学科的生产，不同的设计开发人员之间的冲突是难免的，协调层的主要作用是进行约束的定义及冲突的消解。协同设计具有一定的相对性和不确定性，即设计人员之间的协同不是绝对的，协同时间也没有严格的界限，可以根据需要随时进行协同，又由于在协同的时间不同的参与人员具有不同的工作经验、不同的科学背景以及不同的设计角度，因而协同合作过程中的冲突也是难免的，如一个理论上很合理的CAD设计可能就不符合实际的CAM加工工艺要求。为了提高企业产品的开发效率，在系统建模开发的进程中就应从功能约束、资源约束、物理约束等几个方面对可能存在的约束建立约束网络，并提供相应的冲突协调方案。

2.2协同设计环境的构造

首先是PDM系统的选择，由于AutoCAD和Pro／E是目前制造企业进行产品设计的两大主要软件，而美国PTC公司的Pro／Intralink，它既封装了Pro／E又支持AutoCAD技术，且功能强大，可以对数据文件和原数据信息对象进行存储，对产品设计配置及产品生命周期等进行管理，也可对源代码进行控制，并能追踪系统用户之间对产品所做的变更，动态地将这些变更信息通知到相关的设计者，实现在CAD环境下动态地更新零部件的功能，所以选择Pro／Intralink作为PDM系统以便于与企业中已有的技术接口。Pro／IntrMink为用户提供了一个既可以借鉴其他用户工作信息又可以检验本身工作状况的协同环境。虽然Pro／Intralink的功能比较强大，但是由于它的协同环境是以授权控制为基础的，所以在使用前要进行合理的定位，要科学地定义产品的不同设计阶段、产品的存储结构，工作流程等。  

2.3应用实例

基于Web的PDM协同设计在与CorBA分布式架构和Java技术结合的基础上，为新飞冰箱厂提供了一种先进的Browser／Server模式的协同产品数据管理平台。图2为新飞冰箱厂模具中心的PDM系统流程。该系统主要是通过Pro／Intralink的API函数与CAD、CAM和CAPP集成来实现的，通过调用集成数据库中的统一产品信息模型标准，会议信息、工作流信息、管理信息、约束定义及协调信息等，按照一定的知识规则，管理和约束着用户提交和获取的各项数据。本系统在实现时，采用的是Windows2000 Server操作系统、SQL Server2000数据库系统和Windows2000 Server下的NTFS文件系统。在该系统中，有关人员可以通过自己的计算机实现远程登录、授权、批注签字和查询等一系列的功能；原有的产品图评审和设计评审已由普通会议改为由NetMeeting集成实现的通过计算机对话的多媒体会议；图纸的发放也由原来的中心档案室发放改为在一定权限控制下的数据文件共享；产品开发设计的过程及管理由原来人工管理的串行模式转变为计算机辅助管理的并行模式。

该系统的应用缩短了产品的开发周期，提高了市场的占有率。从图3可以看出在开发同等质量、技术水平的同类产品时，新飞冰箱厂的产品要比其他没有应用该系统的企业市场成熟期长，占有率高。

3结束语

基于Web的PDM协同设计系统将制造企业中异异构的数据环境集成起来，能够满足制造企业整个品开发生命周期各个层次开发过程的需求，从而实了企业信息管理的一体化方案，实现了信息和数据动态地交流与共享。实际应用证明了该系统功能齐全、技术先进，缩短了产品的开发周期，促进了设计人员之间不同程度的协作，提高了工作效率，并将对企业走向国际化具有深远的影响意义。本系统适合于在经济实力比较强的各大中型企业中推广应用。（万方数据）