PDM (Product Data Management)是一門管理與產品相關的“信息”和與產品相關的“過程”的技術。與產品相關的信息指屬于產品的數據，如CAD/CAM/CAE的文件、材科清單(BOM)、產品配置等。與產品相關的過程包括有關的加工工序、有關批準權、使用權、工作流程過程程序。
在市場競爭日益激烈的情況下，中小型企業要想以新、快、好的產品占領市場，其突破口應在設計。這里一方面是指如何快速地利用現有設計產生變形設計，并爭取一次成功；另一方面是如何將設計成果快速地為加工制造和生產計劃等所使用。同時，由于中小型企業具有多品種、小批量的生產特點，產品相關的信息多而雜亂，在變形設計時如何快速地檢索和利用已有的各方面知識成為了瓶頸。PDM正是充當了這樣一個集成管理者的角色，它將各方面產品信息集中管理以備檢索利用，同時規定過程控制以使信息安全可靠，因此PDM技術對中小型企業的發展起著至關重要的作用。
1 中小型企業PDM的體系結構
系統體系結構的基礎是其功能需求。通過對中小型制造企業的調研，我們認為PDM系統必須具備以下功能：產品結構管理、工程數據管理、設計提交管理、變動設計管理、用戶授權管理和數據傳輸。其它功能如支持異構形式、多平臺應用、分布式結構及多用戶協作等雖不是中小型企業急需的功能，但在總體設計時應考慮進去，以便系統進一步擴展。這些功能主要是對網絡技術的擴展，因而在中小型企業PDM的體系結構（見圖1）中，著重考慮的是其開放性，即能支持各種應用軟件對它的訪問，為它們提供相應的接口。我們將PDM系統主要劃分為3個子系統：工程數據管理系統、BOM表管理系統和版本管理系統。所有子系統的使用都由授權管理系統統一監控。
圖1 中小型企業PDM的總體框架
工程數據管理系統負責將各種技術文檔（包括圖形）與BOM表中元素建立聯系。版本管理系統完成設計提交管理功能。BOM表管理系統完成產品結構管理、變動設計管理等功能。根據BOM表應用場合的不同，將其分解為4方面的視圖：即面向設計BOM視圖、面向裝配BOM視圖、面向加工BOM視圖和面向計劃BOM視圖。面向設計BOM視圖以產品零件的功能分類碼為基礎，支持設計的派生和重用。以最大程度地重新利用現有設計加快新產品開發；面向裝配BOM視圖產生產品裝配結構樹，提供零部件裝配關系。當有裝配關系的零部件之一修改時，提供相關零部件的修改檢查；面向加工BOM視圖以產品零件的形狀分類碼為基礎，以利于加工工藝和加工數據的查找；面向計劃BOM視圖提供產品需求清單，為與MRPⅡ之間的聯系提供接口。
2 中小型企業PDM的信息模型
立足于自行開發的原則，在中小型企業PDM的規劃與實施過程中，重要的一環是根據其功能需求及體系結構，得出適合于中小型企業生產經營模式的系統信息模型。通過對中小型企業的調查和分析，得出企業目前最需要管理的信息有以下幾類：產品結構樹、產品設計過程、產品文檔。
按照以上信息的結構特征，可將它們分為結構化數據、半結構化數據和非結構化數據3類。對應不同結構特性的信息采用不同的管理方式：
①對結構化的靜態數據，如產品結構樹的從屬關系，系列機型及零部件信息等，可以建立關系型數據庫直接進行管理；
②對非結構化數據，如文字型的產品說明書、使用書等，由于無法直接由數據庫管理，可以建立文件共享區，對文件進行文件名和目錄的存儲管理；
③對半結構化數據，如各種分析程序、NC代碼等，可以在數據庫中直接運行或調用這些文件，得出所需要的結果或顯示所需要的圖形。
lDEFlx圖是在E-R模型的基礎上，對其進行細化、科學化以更好地表示信息及其之間關系的圖形化數據模型，它是建立數據庫結構時的基礎。中小型企業PDM的IDEFlx信息模型見圖2。經細化，在信息模型中建立了13個實體。將其劃分為3個部分：以系列、機型、部件、零件、標準件、外購件6個實體構成核心，提供各節點本身信息；左邊部分為樹狀結構關系實體，提供產品的結構信息；右邊部分為節點屬性聯系、結構化屬性、半結構化屬性和非結構化屬性4個實體，提供各節點的屬性信息，以分別管理前文提到的3種結構特征信息。將這些實體對應轉化為數據庫中的表，將實體聯系變為表聯系，即得到了關系數據庫的數據模型。
圖2 中小型企業PDM的信息模型3 PDM信息處理關鍵問題的解決
中小型企業PDM的實施主要有以下一些問題需要解決：產品結構的數據表示、“借用”關系的表示、相關屬性的統一管理和版本管理。
3.1 產品結構的數據表示
產品結構是一個由系列、機型、部件及零件所組成的樹狀結構，其中系列為樹根，零件為葉子。目前絕大多數數據庫為關系型數據庫，它利用數據表、表與表之間的關系構成數據管理的基礎。如何用關系型數據庫表示樹狀結構的數學模型也就成了一個問題。在本系統中，產品結構主要是通過樹狀結構關系表來表達的。表中，每一條記錄由父節點號、于節點號和擁有數量3十字段構成。在構成產品結構樹時，每加入1個零件或部件，都需要將其直接歸屬的父節點記入父節點號字段中，將其自身節點號記入子節點號中，同時給出一個父節點擁有于節點的數目，這樣一條條記錄就構成了產品的樹狀結構。從表1中可以看到機型l擁有零件1、2和部件1；將部件l作為父節點，通過查詢又可得到其于節點為標準件l、零件3和部件2。如此遞歸地查詢下去，即得到圖3的產品樹狀結構。
表1 樹狀結構關系表
圖3 產品結構圖
3.2 “借用”關系表示
在中小型企業中由于存在大量的變形設計，機型與機型之間、部件與部件之間，經常會有借用現象發生。這種借用有時是部件，有時是零件。由于借用零部件井無一定規則。有時被借用的零部件本身就是借用其它零部件而得來的，這種無規則和嵌套借用的發生會引起計算機內部管理的不一致，產生同一零部件用不同的編碼表示，從而導致在做生產計劃和物料需求時出現錯誤。“借用”的含義是將一種機型中的某一部件或零件原封不動地用于另一機型中。當把一個機型中的零件借用到另一機型中時，表示這兩種機型使用完全相同的零件。其材料、加工方法、加工路線也完全相同。因而在BOM表中只能以一個零件號表達，否則會引起零件管理的混亂。部件的借用也一樣，所不同的只是當部件被借用時，在產品結構中也應表示出其下屬的所有子部件和零件。在上述結構的樹狀結構關系表中實現零件甚至部件的借用關系相當簡單，只需在表中增加一條記錄即可。倒如在上例中我們需要在機型2的部件3中借用零件l和部件1，只需增加兩條記錄；“部件3，零件1.3”和“部件3，部件1.1”。通過查詢，我們得到機型2的樹狀結構（見圖4）。依據這種方法對借用加以表示，既能夠保證借用時編碼的一致性，同時也最大限度地減少了數據量的存儲。
圖4 借用表示
3.3 相關屬性的統一管理
一方面，與產品結構樹中不同層次的節點相關的屬性種類和內容是不同的。如與機型相關的屬性有產品使用說明書、產品開發任務書、產品鑒定等，而與零件相關的可能是零件圖紙，零件應力分析結果、零件加工工序等信息文檔；另一方面，產品結構樹中同一層次的節點也包含著不同的屬性，如有的零件不需要作應力分析，有的則需要作彎度和撓度等方面的校核，如何有效地將這些不同種類的信息（文檔、計算結果、計算程序、圖形和圖像等）與產品結構樹中各個節點聯系起來，也是一個需要解決的問題，在這里，我們利用節點屬性聯系表實現節點與屬性的相關，該表包括節點號、屬性名稱、屬性類型等字段。當每對一個節點增加一個屬性時，就增加一條記錄。查詢時根據這些信息選擇不同的屬性表（結構化屬性、半結構化屬性或非結構化屬性），找出相關屑性或指向該屬性文件的文件指針。
3.4 版本管理
在產品設計階段，如果與產品設計有關的某信息是可以改動的，我們稱該信息處于“簽出”狀態。但當審核井下發開始生產后，這些信息應立刻改為不可變動，我們稱這些信息處于“簽入”狀態。這也就是設計提交的過程管理，即版本管理。筆者提出的信息模型可以有效地解決上述問題。它保證與產品相關的信息在各個設計階段的可修改性。在這里，我們在產品、零件、部件和屬性等大部分表中設置了“設計狀態”字段，用來表示該信息處于何種設計狀態，對于較簡單的應用系統，有簽入／簽出兩種狀態，該字段是一個布爾代數值，用以表示該信息是否可修改。對于稍復雜的應用系統，設計過程可以分為新設計、設計提交、審核、歸檔、下發和再設計6個階段，“設計狀態”字段可用1～6的整數來表示。表中的每條記錄中的設計狀態只能在權限的控制下，由一個階段轉到下一個階段，而不能跳過其中某一階段；同時，在其它表中可以根據此字段定義不同階段對不同信息的修改程度。這樣，不僅可對設計過程進行統一的流程管理，而且也較容易地定義每一階段對信息的修改程度。
應用PDM技術時，中小型企業需要一個實用的、功能適合并可擴展的系統。我們在實施上海市科委協昌CIMS應用工程的背景下，對中小型企業的PDM信息模型進行了研究，并以lDEFlx圖的形式表達。同時對PDM實現過程中的主要難點，如產品樹結構的表達、借用表達、相關信息的統一管理和過程管理等都提出詳細的解決方法，在此基礎上開發的適合于中小型企業的PDM軟件目前已經成，正在試用和逐步完善中。該系統的應用將會增加中小型企業對市場變化的快速反應能力。
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本文標題：中小型企業PDM系統設計及實現
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