0 引言
協(xié)同設計技術是近年來在先進制造技術發(fā)展戰(zhàn)略中最具代表性的關鍵技術，是計算機支持的協(xié)同工作在產品設計領域中的應用。計算機支持的協(xié)同設計(Computer Supported Cooperative Design，CSCD)是以計算機支持的網絡環(huán)境為基礎環(huán)境，通過一定的共享、相互協(xié)作和信息交換機制，由兩個或兩個以上的設計主體（或稱專家）分別參與不同的設計任務而共同完成同一個設計目標的。
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等軟件應用于企業(yè)，這些軟件的應用提高了產品的設計制造效率、提升了設計人員的設計水平。但與此同時，伴隨著計算機網絡技術的廣泛應用，產品在協(xié)同設計過程中產生的各種數(shù)據信息也在迅速增加。例如一個企業(yè)要設計一種產品，從需求文檔、設計圖紙、配置信息到設計人員分配合作以及各種報表和說明書等等，都會產生大量的產品數(shù)據，面對如此繁雜的數(shù)據該如何高效的進行管理，也是企業(yè)面臨的一大難題。鑒于此，產品數(shù)據管理(Product Data Management，PDM)技術應運而生，其主要目的就是在產品的協(xié)同設計開發(fā)環(huán)境中高效地管理與產品相關的各類數(shù)據、過程和資源信息，PDM技術為企業(yè)在應用協(xié)同設計系統(tǒng)中提供了強有力的技術支持。
在PDM發(fā)展的早期就得到了許多國際上知名企業(yè)的認可，如美國的波音公司、福特公司，德國的大眾汽車公司等等都相繼投入巨資購買商品化的PDM產品來建立自己企業(yè)的產品數(shù)據管理系統(tǒng)。在PDM產品化研究方面，美國Spectra圖形公司推出的一個面向工作組的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大學的Chen等則提出了一種支持在Internet環(huán)境中進行實時協(xié)同裝配建模的主裝配模型。田凌等提出建立網絡化產品協(xié)同設計支持系統(tǒng)。張定華等研究了構建數(shù)字化協(xié)同平臺的3項關鍵技術一并行工作組織與實施、協(xié)同工作平臺建設和型號工程數(shù)據中心。
我國在PDM技術方面的發(fā)展與發(fā)達國家相比，還具有一定的差距。國內許多企業(yè)實施PDM系統(tǒng)仍是采用國外廠商開發(fā)的。如海爾集團、康佳等使用的PDM產品是來自美國EDS公司的IMAN；航天部二院204所采用的PDM產品是SDRC公司的Metaphase。也有許多國內廠商自己開發(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)、上海斯普信息技術有限公司的SIPM/PDM等。
根據協(xié)同設計技術在實際研究中的特點，并結合我國制造業(yè)目前的設計現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，文中提出一種適合國內企業(yè)的基于協(xié)同設計環(huán)境下的PDM系統(tǒng)模型。
1 產品數(shù)據管理系統(tǒng)的體系框架
PDM系統(tǒng)的數(shù)據組織和管理具有以下特點：
(1)開放的體系結構，采用組建好的結構相關對象和功能模塊形成獨立功能組件，組裝式系統(tǒng)既滿足了客戶的不同需求，又適應了不同企業(yè)的實際應用。這樣不但可以保證數(shù)據的安全性和降低系統(tǒng)的復雜性，又可以在需要時方便地進行新對象的增加或刪除等操作，也實現(xiàn)了用戶對該系統(tǒng)中數(shù)據操作能力的充分表達。
(2)數(shù)據庫的易操作性，所有參與該系統(tǒng)的對象都可通過統(tǒng)一的數(shù)據接口完成與數(shù)據庫的操作。最大的好處就是保留了數(shù)據的安全性和一致性，同時也方便為其他應用程序提供數(shù)據接口和程序接口，進而也提高了系統(tǒng)的開放性。
PDM系統(tǒng)的體系架構圖如圖1所示。
圖1 PDM系統(tǒng)架構圖
該系統(tǒng)基于三層B/S模式結構建立：最頂層是用戶訪問層，完成人機交互的界面管理：中間層是邏輯處理層，用以完成系統(tǒng)的各個功能模塊實現(xiàn)和程序接口：位于系統(tǒng)最底層的是數(shù)據服務層。主要功能如下：
(1)用戶訪問層：分為瀏覽器、分布式客戶端應用程序、Web服務器（CGI/ASP/Java接口）、協(xié)同應用組件與應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，用戶對產品數(shù)據的各種輸入輸出操作不涉及到任何業(yè)務邏輯，只擁有部分應用邏輯功能。其主要功能有：管理用戶接口、數(shù)據的輸入輸出操作、應用邏輯處理、向服務器發(fā)送請求和接收結果等。
(2)邏輯處理層：邏輯處理層可進一步分為三部分：系統(tǒng)邏輯處理模塊、應用系統(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品數(shù)據管理系統(tǒng)的核心功能，如產品數(shù)據的存取控制、用戶及權限管理、零部件管理、項目管理、過程及其控制管理和系統(tǒng)資源管理等等：應用系統(tǒng)工具集成/封裝是PDM與CAX、MRPII等應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)服務層的重要工具。作為PDM系統(tǒng)的核心層次，它包括了異構環(huán)境處理、PDM系統(tǒng)邏輯處理模塊、產品數(shù)據處理的核心功能、應用系統(tǒng)功能集成封裝和各種數(shù)據處理邏輯模塊。這些模塊完成了產品數(shù)據管理的大部分工作，邏輯處理層的主要目的是對業(yè)務邏輯的處理，同時能夠保證數(shù)據的安全性、一致性和高效性。
(3)系統(tǒng)服務層：PDM系統(tǒng)以產品對象為核心，通常以關系型數(shù)據庫為基礎，在操作系統(tǒng)、協(xié)同環(huán)境、數(shù)據訪問和網絡通信服務的支持下，采用面向對象的數(shù)據存儲和組織方式，通過產品白身組織結構和層次化特點分解產品對象信息，實現(xiàn)了數(shù)據的易操作性。
2 產品數(shù)據管理系統(tǒng)的功能模型描述
PDM系統(tǒng)是對協(xié)同設計環(huán)境下的產品數(shù)據管理中涉及到的四大模塊：基礎數(shù)據管理、產品結構/配置管理、工作流/過程管理和系統(tǒng)資源管理進行網絡化的管理與控制，實現(xiàn)對產品相關數(shù)據、過程和資源的有效管理，通過需求分析及業(yè)務流程分析得出系統(tǒng)的功能層次結構圖，如圖2所示。
圖2 PDM系統(tǒng)功能層次結構圖
協(xié)同設計環(huán)境下的產品數(shù)據管理系統(tǒng)在功能上要求軟件以產品為中心，對其相關的數(shù)據、過程和資源進行管理，并使其具備安全的權限管理功能。同時，在經過對企業(yè)協(xié)同設計部門調研之后，高度抽取企業(yè)最迫切的需求，按照功能和結構相結合的方式對系統(tǒng)進行劃分，并結合產品數(shù)據管理的基本業(yè)務流程，將產品數(shù)據管理系統(tǒng)分為4大功能模塊，其主要功能描述如下：
(1)PDM基礎數(shù)據管理。
它作為連接數(shù)據庫和文件系統(tǒng)的邏輯單元，支持入庫/出庫(Check-in/Check-out)；對存放在其內部的全部數(shù)據的所有變化過程進行監(jiān)控和記錄：具有將產品相關數(shù)據信息的生成、存儲、檢索、查詢、編輯、恢復、和記錄的能力：為用戶和應用程序之間完整性的數(shù)據傳遞提供了一種安全有效的管理方法。它的創(chuàng)建和使用對用戶來說是透明的，并且不受用戶和數(shù)據地理位置的限制，借助于分布式數(shù)據庫技術，允許用戶迅速地訪問企業(yè)的產品數(shù)據信息。
基礎數(shù)據管理子系統(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。基礎數(shù)據管理的相關功能體系可描述為：
BDM::=(BDM，SBH，BIVC，VM)
(2)PDM產品結構與配置管理。
產品結構與配置管理是以基礎數(shù)據管理為底層支持，以物料清單(BOM)為組織核心，以系列化產品的相關數(shù)據作為管理對象，把定義最終產品的所有工程數(shù)據和圖文檔數(shù)據結合起來，保存設計狀態(tài)以便于設計和回溯。實現(xiàn)了產品數(shù)據的組織、管理和控制，并在一定的產品設計目標和規(guī)則約束下向用戶或應用系統(tǒng)提供產品的不同視圖及其相關描述。
產品結構與配置管理子系統(tǒng)可具有以下功能：產品結構管理功能、產品配置管理功能、BOM視圖管理功能和產品零部件分類與檢索功能。產品結構與配置管理的相關功能體系可描述為：
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)控產品開發(fā)過程和工程更改過程中的所有事件、活動及用戶創(chuàng)建和修改數(shù)據的方法。它是在一個項目的全生命周期內跟蹤所有與產品相關的事物和數(shù)據的活動，用于管理不同用戶之間的數(shù)據交流，并且同時控制數(shù)據變化的過程和數(shù)據的流向、幫助改進和優(yōu)化產品的開發(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制管理功能。工作流/過程管理的相關功能體系可描述為：
WPM::=(WM，PCM，NTM)
(4)PDM系統(tǒng)資源管理。
系統(tǒng)資源管理就是對PDM系統(tǒng)實施過程中涉及到的用戶、項目、合同和全局的訪問控制進行管理，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)資源管理的相關功能體系可描述為：
SRM::=(GM，PM，CM，ACM)
3 協(xié)同設計環(huán)境下產品數(shù)據管理原型系統(tǒng)的實現(xiàn)
(1)采用面向對象的統(tǒng)一建模語言進行系統(tǒng)的總體需求分析，通過分層設計思想，并采用基于Internet的三層B/S模式給出系統(tǒng)總體框架結構圖；
(2)根據以上需求分析，采用結構化的設計思想對PDM系統(tǒng)進行功能的劃分，通過綜合與分析、抽象與概括提取出系統(tǒng)的對象模型，并給出系統(tǒng)的功能層次結構圖；
(3)給出系統(tǒng)的UseCase用例圖和Sequence時序控制圖分別來直觀地描述系統(tǒng)間的活動者與活動識別和數(shù)據及信息流的控制順序；
(4)在PowerDesigner15.0環(huán)境中完成數(shù)據庫的建模與設計，并在基于J2EE的軟件開發(fā)工具Myeclipse9.0的平臺上進行原型系統(tǒng)的開發(fā)。
用戶通過身份認證進入該系統(tǒng)，然后通過對界面的直接操作完成系統(tǒng)的具體模塊功能。下面列出幾個主要功能模塊介紹。
(1)基礎數(shù)據管理界面。
以基礎數(shù)據管理模塊為例，來簡單描述系統(tǒng)的功能實現(xiàn)。點擊左側的基礎數(shù)據管理模塊下的圖文檔管理，可以進行圖文檔數(shù)據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展開管理，重點在于工作流程的模版設計、創(chuàng)建、審批、更改、執(zhí)行、在線維護等產品設計過程中涉及到的階段。完善的工作流程管理包括定義、工作流程模型實例化和流程控制三部分。這里可以對工作流程進行增刪查改和停止操作。點擊新增工作流程，可跳出新增工作流程管理界面，進行工作流程模版實例化操作之后，便可進行新的工作流程的執(zhí)行與控制。
4 結束語
文中對協(xié)同設計環(huán)境下的PDM系統(tǒng)進行了分析與研究，分析其軟件體系結構、功能層次結構和系統(tǒng)模型的構建等多方面內容，最終實現(xiàn)了協(xié)同設計環(huán)境下PDM系統(tǒng)的原型系統(tǒng)。這對于提高協(xié)同設計效率、提升產品設計質量、縮短產品生命周期具有重要的現(xiàn)實意義和實用價值。雖然取得了一些進步，但是網絡化產品協(xié)同設計技術和產品數(shù)據管理技術都是一個新興并且發(fā)展非常迅速的前沿研究領域，涉及的領域非常廣，包括計算機網絡技術、計算機集成制造、管理科學和并行工程等眾多學科，協(xié)同設計理論和實施方法以及產品數(shù)據管理方面都需要再進一步的深化與研究。
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本文標題：協(xié)同設計環(huán)境下的產品數(shù)據管理及應用研究
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