花开时节看PDM（by AMT 许瑞庭）

春光烂漫，又是花开时节，处处可见万物翻新，一派生机景象。曾几何时，本文论及的PDM也是人们瞩目的热点，值此崭新季节，其间一些新的发展愈发显得格外引人注目，这就是－－

花开时节看PDM

by AMT 许瑞庭

一、扎根：背景与概念

1. PDM产生背景

在市场经济环境中，企业要想在激烈的竞争中求生存、求发展，就必须及时开发出满足顾客需求的新产品。近年来，由于顾客的需求日趋多样化直接导致了产品制造业一轮新的革命。现在，产品的领先能力是以月来衡量的，而不是以年来衡量，也就是说产品生命周期难以置信地缩短了。打个比方，产品就象是水果，如果不能快速上市，它们将会腐烂而毫无用处。

目前，许多制造企业仅仅停留在记录零部件和装配图的初级水平上，但对复杂的产品数据信息往往不能高效地管理。这使得产品设计人员和工程人员在需要相关信息时，很难或经常是不可能得到。据估计，在制造行业，产品开发时间的50％被花在诸如搜集信息、设计版本的维护与修改、检查2维图、3维立体模型与装备指令之间的关系上。

为了缩短产品开发时间，一个很重要的前提就是要将产品有关的信息与过程进行有效的管理和控制，否则，就会造成数据混乱，不仅延长开发时间，而且可能引起极大的损失。从企业信息管理需求的层次看，主要有三个层次：

（1）文档管理需求。企业每天都在产生大量格式化图纸和技术文档，特别是采用CAD技术之后，比如产品设计时，各领域的专家借助不同的硬件、不同的操作系统和不同的应用软件参与设计，又由于设计人员可能分属不同的部门甚至是不同地域，设计活动的分散性，使信息常以不同的格式和介质动态地存储在不同的部门或地区，由此产生了大量的异构数据。如果延用原来的手工管理维护，不仅占用了大量人力资源和空间资源，效率也较低。这就需要借助计算机把大量图纸、技术资料管理起来，在节省存储空间和人力的同时，能够很好满足在需要时能方便、快捷地获取所需技术资料，这是最低层次的的信息管理要求。

（2）产品数据管理需求。产品数据量大，种类多，结构复杂，而且经修改、构造、不断地变化，动态地形成最终的设计结果。这就给产品数据管理带来很大困难，主要有：①产品数据结构是一个由系列、机型、部件及零件所组成的树状结构，其中系列为树根，零件为叶子，这么复杂的结构用手工管理几乎是不可能；②不同部门有不同形式的材料清单BOM（Bill of Material），企业经常要花费大量的人力和时间才能完成这些报表，而且还要不断维护BOM的一致性，如果设计和制造的材料清单不一致，就会产生返工和浪费。企业在开发新产品时，存在大量的变形设计，机型与机型之间、部件与部件之间，经常会有借用现象发生。这种借用有时是部件，有时是零件。由于借用零部件并无一定规则，有时被借用的零部件本身就是借用其它零部件而得来的，这种无规则和嵌套借用的发生会引起计算机内部管理的不一致，产生同一零部件用不同的编码表示，从而导致在做生产计划和物料需求时出现错误，使管理的难度加大；③版本管理。CAD使数据修改变得非常方便，但不同版本会给数据的一致性和有效性带来麻烦，如何保证最终使用的是正确版本的图纸就成为至关重要的问题。④更改管理。产品信息的某项修改往往会涉及多个部门和相关人员，必须及时通知有关人员。而传统的更改系统完全依靠人工管理，难免会发生差错。⑤审批制度。在手工审批制度下，必须把计算机中的准工程图制成图纸，然后再去审批，大大降低了计算机创造的优势。⑥安全保密。产品的全部信息均存放在计算机内，这些数据易受非法调用、修改和泄密，所以急迫需要解决数据的安全保存和保密问题。

（3）并行工程的需求。所谓并行工程（Concurrent Engineering，CE）是对产品设计及其相关过程（包括制造过程和支持过程）进行通盘考虑的一种系统化的工作模式。它设法使

产品开发人员从一开始就考虑到产品整个生命周期（从概念形成到产品报废）中的所有因素，包括质量、成本、进度和用户需求等等。主要目的是通过各生产技术准备部门的并行工作，而使产品的生产技术准备时间可以明显缩短；其次，由于各部门的工作同步进行，各种相关问题在生产准备阶段便能得到及时沟通和解决，从而降低修改损失。并行工程对企业在产品信息的定义、描述、管理与传递方面提出更具挑战性的要求。它不仅要求其支撑技术能够支持多学科领域专家群体协同工作（Teamwork），而且要求把产品信息与开发过程有机地集成起来，做到把正确的信息在正确的时间以正确的方式传递给正确的人。这是目前最高层次的信息管理要求。

当前，由于面向对象的数据库还不能很好地为企业提供支持。关系数据库又存在着诸多不足，如：面向记录、不支持设计过程、缺乏协调工作机制等；这些弱点导致它们在处理非结构化数据（如图形、图像、文档等）时显得力不从心；远远不能满足现代企业对信息管理的需要，产品数据管理（Product Data Management－PDM）技术正是在这三个不同层次要求的驱动下产生的一门新兴的数据管理技术，它把数据库的数据管理能力、网络的通信能力和其自身数据的控制能力结合在一起，通过有效管理和控制所有与产品相关的信息，以满足企业对信息管理较高层次的需求。

2. PDM的定义与体系结构

国际知名的PDM咨询公司CIMdata公司总裁Ed Miller在《PDM today》一文中指出，PDM是一门管理与产品相关的“信息”和与产品相关的“过程”的技术。与产品相关的信息指属于产品的数据，如CAD／CAM／CAE的文件、材料清单（BOM）、产品配置等。与产品相关的过程包括有关的加工工序、有关批准权、使用权、工作流程过程程序。PDM系统从技术看，它融合了面向对象O－O技术、CAD/CAM封装集成技术、网络通信技术、C/S技术、WEB浏览技术、分布式数据库技术及图形化用户接口技术。

PDM体系结构可以分为四层（图1）：

第一层是支持层。关系型数据库是PDM系统的支持平台，提供数据管理的最基本的功能，如存、取、删、改、查等操作。

第二层是面向对象层。关系型数据库不能满足产品数据动态变化的管理要求。因此，在PDM系统中，采用若干个二维关系表格来描述产品数据的动态变化。PDM系统将其管理的动态变化数据的功能转换成几个甚至几百个二维关系型表格，实现面向产品对象管理的要求。

第三层是功能层。一类是基本功能模块，包括文档管理、产品配置管理、工作流程管理、零件分类和检索及项目管理等；另一类是系统管理模块，包括系统管理和工作环境。系统管理主要是针对系统管理员如何维护系统，确保数据安全与正常运行的功能模块。工作环境主要保证各类不同的用户能够正常地、安全地、可靠地使用PDM系统，既要方便、快捷，又要安全、可靠。

第四层是用户层。包括开发工具层和界面层。在PDM系统中，通常除了提供标准的、不同硬件平台上的人机界面外，还要提供开发用户化人机界面的工具，以满足各类用户的专门的特殊要求。

图1 PDM体系结构图

3. PDM的功能

由于采用了面向对象技术，CAD图形、过程信息、BOM以及工程改变指令(ECOs)只是不同种类的对象而已，都可在同一个PDM系统中使用；PDM支持动态数据，这使基于规则的过程流管理更加便利，实现了产品生产过程的管理；PDM为企业设计和生产构筑一个并行产品艺术环境；PDM是介于数据库和应用软件间的一个软件开发平台，在这个平台上可以集成或封装CAD、CAM、CAE、CAPP和Word等多种软件和工具；等等。PDM功能十分强大，具体有：

1）数据仓库和文挡管理

这一功能是PDM的核心。一个完全分布式的数据仓库和文裆管理功能允许用户迅速无缝地访问企业的产品信息，而不用考虑用户和过据的物理位置。这－功能包括：

·文件的检入（Check一in）和检出（Check－out）；
·按属性搜索机制；
·动态浏览／导航能力；
·分布式文件管理／分布式仓库管理；
·安全机制（记录锁定，域锁定）。

2）工作流程／过程管理

这一功能是用来定义和控制人们创建和修改数据的方法，它主要管理当一个用户对数据进行操作时会发生什么。人与人之间的数据流动以及在一个项目的生命周期内跟踪所有事务和数据的活动。它为产品开发过程的自动管理提供了保证，并支持企业产品开发过程的重组以获得最大的经济效益，它主要包括下面几方面的功能：

·面向任务或监时插入或变更的工作流；
·规划驱动的结构化工作流；
·触发器、提醒和报警；
·图形化工作流设计工具。

3）产品结构/配置管理

它以电子仓库为底层支持，以材料清单（BOM）为其组织核心。把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，实现产品数据的组织和管理，并在一定目标或规则约束下向用户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述。这部分的主要功能有：

·支持“使用点（where－used）”的查询；
·支持版本修改/版本控制；
·材料清单（BOM）的生成；
·开放性，易与企业其他应用系统集成；
·支持通用件或难找零件的有效替换；
·支持规则驱动配置。

4）查看和圈阅

它为计算机的审批检查过程提供支持。用户可以查看电子仓库中存储的数据内容（特别是图像或图形数据），还可利用图形复盖技术对文件进行圈点和注释。它有以下功能：

·支持多种标准格式文件的查看，包括PDES／STEP、IGES、DXF、HPGL、TIFF、DWG等；
·支持流行的CAD系统对本系统类型文件的查看；
·支持标注或圈阅某些图形复盖格式文件；
·支持第三方查看软件和集成。

5）设计检索和零件库

PDM的设计检索和零件库是为最大程度地重新利用现有设计创建新的产品提供支持，这样可以充分发挥和利用设计人员已有的经验和智力财富，快速设计新的产品。其功能主要有：

·零件数据库接口；
·基于内容的而不是基于分类的检查；
·构造电子仓库属性编码过滤器功能。

6) 项目管理

目前，多数PDM系统只能提供有限的项目管理功能。如工作流活动状态信息和用于传送最新任务的自动触发功能。

7）工具和“集成件”

它提供了在PDM环境下，不同应用系统之间共享信息和对其产生的数据进行统一的管理。它所提供的功能有：

·批处理语言；
·图形界面／客户编程能力；
·系统／对象编程能力；
·工具封装能力；
·集成件（样板集成件、产品化应用集成件、基于规则的集成件）。
其它功能诸如扫描和图象服务、电子协作、通信和通告、数据传输和数据翻译等等。

二、抽叶：应用与集成

PDM概念产生于80年代初期，开始主要用于帮助工程人员管理信息、处理技术图形、设计模型和控制工作流程，但这种在工程部门被证明能节约时间、改进交流的技术，现在应用日益广泛，给整个组织带来极大的益处。国外著名公司已经认识到PDM是保持持久竞争优势的关键。

1．巨大的市场潜力

我们可以从以下方面了解国外PDM系统的应用状况及其巨大的市场潜力：

1)市场容量。今天，越来越多的公司已经或准备安装PDM系统，Ed Miller 也认为，对一 个企业来说，实施PDM 已经不再是要与不要的问题，而是在什么时候实施的问题。CIMdata公司统计数据表明，全球PDM市场容量97年已达9亿美元，比1996年增长31％，该公司预测，到2000年市场将达到20亿美元，其中欧洲占1/3强，比美国发展的更快。

2)应用范围。企业引进PDM主要是因为PDM系统能帮助缩短产品从开发到上市的时间，但目前PDM应用已超出了制造业，它能够处理大量异构数据的能力使其它行业也能从中收益，并已广泛地用于医疗保健、保险、建筑、通信及软件开发等行业。例如，按照HP公司的一份研究报告结果表明，HP公司开发的PDM系统WorkManager 20％是出售给非制造业。

3)效益显著。英国贸易和工业部（Department of Trade and Industry，DTI）最近一项调查结果表明，通过使用PDM系统，企业可获得如下几点主要效果：工程成本减少10％；产品开发时间缩短20％，如果同时采用并行工程方法，产品上市时间可减少50％以上；对定单改变的反应速度加快30％；开发过程修改减少40％。法国巴黎一家名为Schlumberger的公司于1996年实施企业级PDM系统，该公司IS经理Philippe Martin 说，“仅仅考虑工程生产率的提高以及由于质量上升引起的成本减少，我们在14个月内就收回了项目投资。”

2．应用评估

正如MRPII/ERP的实施效果评估一样，我们也可以对PDM的实施效果进行评估。按照企业实施PDM系统的不同阶段或效果可以分为：部门级的PDM系统、企业级的PDM系统和分布式的PDM系统。

1)部门级PDM系统。即PDM系统仅成功应用于某个部门内。PDM系统可以管理产品整个生命周期（从概念形成到产品报废）内的数据，但由于各种因素的制约，可能先应用于某个部门，比如应用在设计部门，主要管理CAD/CAM产生的电子文档。部门级的PDM系统使用范围往往局限在某个部门内的文档管理和简单的工作流程管理，它不能准确、及时地记录加工、制造、维修和服务过程中发生的各种各样的更改，该部门与外部信息的交换还需要以人工的方法。这样财务、物资和计划等部门不能及早地了解产品的有关信息；财务部门不能实时控制产品设计和制造过程中的成本；物资部门不能提前做好生产材料的准备；计划部门不能准确预测各种生产计划，致使整个企业无法开展并行工作。一般来说，在某个部门内部成功应用了PDM系统仅仅是实施过程中的一个阶段，在此阶段，PDM不能充分发挥其功能，取得的效果也不甚明显。

2)企业级PDM系统。即在多个部门或整个企业内部成功应用了PDM系统。它同时考虑到物资供应、生产计划、财务统计和维修服务等部门对产品数据管理的要求，管理着产品整个生命周期中所涉及的所有信息和过程，包括市场需求、方案设计、详细图纸、技术要求、工艺过程、更改记录和维修日志等有关产品的全部信息，并为企业设计和生产创造了一个并行艺术环境。企业级PDM系统要给有关部门提供相应的数据接口，保证协调管理企业的全部数据，使这些信息都得到井井有条的管理。企业级PDM系统管理的数据范围宽，除了文档管理和工作流程管理外，一般还包括面对复杂工作流程的管理、产品配置管理、零件分类管理和项目管理等功能。企业在产品初始概念设计到制造的整个开发过程中，PDM管理和控制产品整个生命周期的所有信息，给产品开发者提供存取、修改、批准和发放产品数据的有效手段。企业中任何有权限的人在任何地点，任何时候都可以进行相应的查询、追溯，及时反映市场的需求，以便开发具有竞争能力的新产品上市，最大限度满足用户的方方面面的要求，从而提高企业的竞争能力。

3) 分布式PDM系统。主要针对大型企业，特别是跨国公司。产品数据可能分布在不同的地区，甚至不同的国家，每个地区只负责产品的某一部分数据的生成、维护和使用，同时，地区之间还必须相互交流产品数据，以便在企业的任何地区都能得到该产品的全部数据。因此，分布式PDM系统不仅要把各个部门所关心的数据统一进行管理，还要考虑跨地区的分布式管理要求，企业中的任何用户在任何地点都可以进入分布式PDM系统，用户无须知道自己的帐号登录在那个地区的服务器上，便可对相应地区的产品数据，进行权限范围内的操作，而无须知道产品数据存放在哪个地区。

3．PDM与CSM、ERP的集成

今天，PDM系统面临的最大问题是它与ERP系统及其它企业管理软件的集成，比如PDM如何与SAP R/3或Baan Triton互相集成。德国一家PDM系统供应商AIM Systems的总经理David Hodgson认为，“今后2年里，你会发现没有SAP或Baan界面的PDM 系统不是一个好系统。”

目前，不管是PDM厂商还是ERP厂商都积极开发自己的产品，做到与其它系统集成。例如，Matra datavision 公司开发的在Windows NT平台上运行的PDM系统Euclid Design Manager，该系统通过产品数据交换标准（Standard for the Exchange of Product data ，STEP）能与SAP和Baan公司的企业管理软件集成。其它的PDM开发商，比如Dassault/IBM、 Computervision和PTC正积极拓展其PDM系统的功能，使之具有企业管理软件的功能。另一方面，ERP厂商也向PDM靠拢，如SAP R/3 4.0在功能进行了拓展，预计有PDM的某些功能。事实上，PDM系统与高水平的企业管理软件及ERP软件系统之间的界限已越来越模糊。

沟通设计组、制造组和采购组的三个主要信息管理系统是：部件和供应商管理（CSM）、产品数据管理（PDM）和企业资源管理（ERP）。这些系统使三个组之间的数据得以共享以及合作成为可能，比如在把优质产品快速地、低成本地推向市场等一些首要任务上的合作。为了完成上述任务，我们不仅要了解每个系统扮演的角色，而且要了解它们是如何通力合作的，从而达到了极大的降低产品成本、提高质量以及缩短上市时间。

尽管三个系统都横跨产品的生命周期，但每个系统在不同的点上扮演主要的角色。在理想的制造环境中，系统紧密地集成在一起，但每个系统仍然是一个非常独立的实体。

CSM系统（Component and Supplier Management）架起一座沟通设计和采购的桥梁。它提供决策支持模块和内容数据库（content database），使设计者可以方便地遵循商业和技术准则来选择最优部件；促进了设计和部件的再利用；使采购员方便地管理部件和供应商、巩固与供应商的关系、实现数量折扣以及追溯到需求点。CSM系统是面向事务的PDM和ERP系统的补充。CSM系统有利于缩短上市时间，减少修改次数，降低产品成本。研究表明，在产品概念阶段的一次改变成本仅为1美元，但这项成本在模拟和分析阶段将升至10美元，原型测试阶段升至1000美元，制造阶段升至10000美元。显然，在一开始选择正确的零部件对压缩成本是至关重要的。

PDM系统（Product Data Management）是一座连接设计和制造的桥梁。PDM管理与产品相关的所有信息和过程，使产品数据电子仓库、结构和配置的管理、版本管理及工程修改定单（ECOs）管理成为可能，并保证正确的设计信息在正确的时间传递给制造组。

ERP系统（Enterprise Resource Management）架起了一座沟通制造和采购的桥梁。它保证采购组在正确的时间提供正确数量的正确部件给正确的工厂。ERP系统主要功能模块有：定单录入、采购安排、存货管理、主生产计划（MPS）、物料需求计划（MRP）、工作量与能力计划。

上述三个系统的关系可以用图2表示。

图2 PDM、CSM与ERP关系图

目前全世界有许多公司运行了CSM、PDM和ERP系统。仅仅设计的再利用就节约了公司成千上万的设计小时和数百万美元。CSM、PSM和ERP已经证明它们是在变化莫测的市场中保持成功的重要工具。

三、开花：PDM在中国

国外大量事实已经证明PDM系统是企业保持持久竞争优势的工具。在我国现阶段，企业，特别是国有大中型企业效益低下，并成为改革开发继续深入的瓶颈。如何搞好国有企业是当前经济生活的头等大事。探索在企业中实施PDM系统无疑具有重要意义。

1. 哪些企业需要PDM

根据前面的探讨，我们认为下面的企业迫切需要PDM系统。

1) 生产复杂产品的企业

例如飞机、导弹卫星、汽车和轮船等设计制造企业。这些企业每个产品都有几万甚至上百万个零部件，而且设计复杂，经常会发生修改。采用PDM技术，可以大大地提高管理水平，减少各种各样的差错，并使开展并行工程成为可能，降低成本，缩短产品开发周期，创造巨大的经济效益。

2) 生产系列产品的企业

例如生产电视、空调等家用电器等企业。目前我国家电行业竞争十分激烈，产品生命周期越来越短，客户需求日趋多样化，为了适应市场日新月异的变化，企业要不断地推陈出新，开发出高质量的新产品，领导市场的潮流。因此，充分利用原有的产品数据，减少新开发的工作量，缩短上市时间，就成为采用PDM系统的主要目标。

3) 跨国（或地区）企业

对跨国（或地区）企业来说，产品数据可能分布在不同的地区，甚至不同的国家，迫切需要对数据统一进行管理，使用户可以在规定的权限内对产品数据进行操作，而无须知道产品数据存放在哪个地区。同时由于异地设计生产，在产品开发过程中需要多功能设计队伍的协同工作，在过程进一步重组优化的基础上把产品信息和过程有机结合起来，做到在正确的时间将正确的信息传递到正确的人，要使身处异地的人员协同地工作，必须做到整个设计过程的可控。跨地区、跨国的异地设计和制造企业更需要PDM系统的支持。

4) 专业设计院

专业设计院由于采用CAD技术，产生了大量的电子文档和异构数据。为有效地管理和控制动态的数据，提高设计的重用率，缩短设计周期，保证质量和降低成本，已经有不少设计院采用了面向产品的PDM技术来代替面向文档的EDM技术。

5) 其它企业，如一些中小型企业。中小型企业要想在市场中站稳脚跟，必须快速地提供高质低价的产品，其实破口应在设计。这里一方面是指如何快速地利用现有设计产生变形设计，并争取一次成功；另一方面是如何将设计成果快速地为加工制造和生产计划等所使用。同时，由于中小型企业具有多品种、小批量的生产特点，产品相关的信息多而杂乱，在变形设计时如何快速地检索和利用已有的各方面知识成为了瓶颈。因此PDM技术对中小型企业的发展起着至关重要的作用。

2.PDM在我国的应用

随着PDM系统逐渐为国内所重视，许多软件厂商也看到了PDM市场的巨大潜力，纷纷开发出自己的PDM产品，如华中理工大学的华中软件公司、清华大学的高华公司、中科院的凯思公司、南京的同创公司及东北大学的阿尔派公司等。同时，有许多企业实施了PDM系统，有采用国外厂商开发的PDM系统，如春兰空调厂、海尔集团、长虹、康佳等采用的PDM产品是美国EDS公司的IMAN；西安飞机设计所采用的PDM产品是IBM公司的PM；航天部二院204所采用的PDM产品是美国SDRC公司的Metaphase；也有采用国内厂商开发的PDM系统，如江西五十铃汽车制造厂、上海港口机械厂和苏州阀门厂等采用的PDM产品是华中软件公司的IntePDM。从应用效果看，有取得明显经济效益的，也有的未能达到预期目标。根据经验总结，企业应用PDM系统要达到目标，要注意如下问题：

1) 企业要有这样的思想认识，PDM是一个管理项目，而不仅仅是IT项目。它涉及到企业管理领域，企业流程的重组和优化，如新产品开发打破了原来按功能部门的串行工作方法，而是采用并行工程方法。所以它要求管理人员，特别是高级管理人员的参与。

2) 企业在实施PDM系统前，必须先全面分析企业对PDM的需求，编制一个详细的企业需求说明书，制订评价供应商及挑选PDM系统的标准。

3) 企业在选择PDM系统时，要根据企业的实际情况和需求分析，不要一味地追求高档的国外软件，而要本着实用的原则，同时注意产品的开放性。同时，要看供应商是否有实施PDM的技术服务的能力，即技术支持、二次开发、咨询和培训的能力。

4)要加强对员工的培训。国内企业的领导往往不愿意在培训上花钱，一旦费用紧张，他们最先想到的就是压缩培训费用，这是一个导致实施失败的重要原因。因为每个员工面临的是一套全新的流程，正如ERP实施一样，PDM实施过程中技术上的困难并不大，难就难在你必须在管理上做许多改变。这种管理改变的费用也包含在培训费用预算内。按Gartner Group公司估计，成功的培训费用至少应占到整个项目预算的10%，最好占15%。