产品数据管理（PDM）与CAX的关系和作用

引言

    近年来，随着计算机技术和 CAX（CAD、CAE、CAPP、CAM等）技术在工业生产中的广泛应用，企业的生产效率、产品开发能力和市场竞争能力得以大幅度提高，促进了生产力的发展，使企业取得了明显的效益。但与此同时也产生了制约企业发展的“瓶颈”。一方面产品设计过程中的设计数据和技术文档呈现出“信息爆炸 ”性；另一方面由于 CAX系统的离散性，使得企业各部门使用不同的 CAX系统，这些由不同系统产生的产品信息之间缺乏有效的信息传递和转换，因而形成一个个“信息孤岛 ”，无法高效利用它们。这些问题的出现严重地影响了 CAX技术在企业的应用。而要解决这些产品信息的管理问题，较好的办法之一就是使用 PDM系统，即借助 PDM支撑 CAX技术。

    PDM的中文名称为产品数据管理（Product Data Management），是一门用来管理所有与产品相关信息(包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等)和所有与产品相关过程(包括过程定义和管理)的技术。从产品来看，PDM系统可帮助组织产品设计，完善产品结构修改，跟踪进展中的设计概念，及时方便地找出存档数据以及相关产品信息。从过程来看，PDM系统可协调组织整个产品生命周期内诸如设计审查、批准、变更、工作流优化以及产品发布等过程事件。

1 PDM的产生和发展

    在20世纪的60、70年代，企业在其设计和生产过程中开始使用CAD、CAM等技术。新技术的应用在促进生产力发展的同时也产生了在产品设计过程中的设计数据和技术文档的保存、版本管理、安全保密等一系列的问题，而这些问题是传统的文件管理系统不能有效解决的。产品数据管理 (Product Data Management 简称 PDM)正是在这一背景下产生的一项新的管理思想和技术。 PDM技术的发展可以分为以下三个阶段：

    （1）配合 CAD使用的早期简单的 PDM系统

    随着 CAD系统的迅速推广和广泛应用，早期的 PDM产品诞生于 20世纪的 80年代初。针对工程师们对于电子数据和文档的存储和获取的新方法需求，各 CAD厂家配合自己 CAD软件推出了第一代 PDM产品，主要解决大量电子数据的存储和管理问题和提供维护“电子绘图仓库”的功能，主要表现形式为各类文档管理或图纸管理软件系统等。虽然在一定程度上缓解了“信息孤岛”问题，但仍然普遍存在系统功能较弱、集成能力和开放程度较低等问题。

   （2）产品数据管理（PDM）

    九十年代初中期，出现了专业化的 PDM产品，如 SDRC公司的 Metaphase、IDS公司的 iMAN、IBM公司的 PM、Smart Solution公司的 SmarTeam等等。第二代 PDM产品中出现了许多新功能，如对产品生命周期内各种形式的产品数据的管理能力、对产品结构与配置的管理、对电子数据的发布和工程更改的控制以及基于成组技术的零件分类管理与查询等，同时软件的集成能力和开放程度也有较大的提高。PDM开始成为一个产业，在国外已经出现了许多专业开发、销售和实施 PDM的公司。
  
    （3）产品全生命周期信息、过程和应用软件集成平台

    随着企业间合作的加强，PDM的应用范围发生了很大变化，从集中于产品研发阶段转向于覆盖整个产品生命周期，从集中于企业内部转向适用于整个扩展企业范围。 90年代末、新世纪初 Windchill、eMatrix的出现以及 Metaphase、IMAN等功能的丰富是 PDM软件第三代产品的标志。第三代 PDM软件由于其强大的功能而成为支撑从概念形成、初步设计到制造维护直至报废为止产品全生命周期的信息集成、过程集成和应用软件集成的平台性软件。

2 PDM的功能和应用

    2.1 PDM的功能

    目前全球范围内商品化的 PDM系统种类繁多，这些 PDM产品各有特色，功能也不尽相同，也有不同的功能划分方法。一个能够满足企业各方面应用的 PDM 产品应具有的九大功能，包括文档管理、工作流和过程管理、产品结构与配置管理、查看和批注、扫描和图像服务、设计检索和零件库、项目管理、电子协作、工具与“集成件”功能。

    2.2 PDM的应用

    随着网络技术和数据库技术的发展，PDM技术在全球范围内得到了广泛的应用，其应用领域已经由原来的机械制造扩展到包括机械、电子、汽车、航空、航天以及非制造业等十分广泛的领域。目前，国产 PDM产品的在企业中的应用主要包括以下几方面：

    （1）企业产品数据的归档（图档管理和零件分类）；

    （2）企业使用统一编码；

    （3）企业工程信息的提取（集成 CAD/CAPP软件）；
 
    （4）企业产品结构的管理；

    （5）企业产品数据的处理（各种 BOM报表输出）；

    （6）技术部门的工作流程管理（技术资料的审核发放打印管理）；

    （7）工程和生产领域集成（ ERP接口）。

3 CAX（CAD、CAE、CAPP、CAM）与 PDM的关系

    随着 CAX 技术在企业的应用和发展，许多性能优良的商品化 CAD、CAE、CAPP、CAM 系统分别在产品设计自动化、工艺过程设计自动化和数据编程自动化方面起到了重要的作用。

    CAX是PDM的基础。CAX中 CAD为PDM提供二维图和三维模型零部件装配结构关系及其属性、所有零部件的明细(材料、件数、重量等)和设计说明文件； CAE为PDM提供有限元分析及机构的运动分析的信息和数据；CAPP为PDM提供工艺图纸和工艺文件； CAM为PDM提供刀具轨迹和NC代码。在 CAX中对零件及部件所做的任何图形和数据的改变，都会在 PDM中有所反应。作为 CAX的集成平台， PDM不仅为 CAX提供数据管理和协同工作的环境，同时还要为 CAX的集成运行提供支持。不同的CAD、 CAE、CAPP、CAM 系统都可以从 PDM 中提取各自所需要的信息，再把结果放回到PDM中，从而真正实现 CAX集成。

4 PDM在 CAX产品数据管理中的作用和效益分析

    4.1 作用

    4.1.1 图文档管理

    CAX应用后电子资料查询困难，大量的异构电子化文档无法用原有的手工方式、纸介质方式进行管理。 PDM的图文档管理则可解决该问题。图文档管理实际上是提供一个统一的数据仓库，数据仓库中应包含两方面的信息，一是有关产品数据的基本信息，一是各类电子文挡数据。系统中管理的内容包括产品、零件、版本、文档、图纸、标准件、企标件、用户等信息。在 PDM系统中，通过灵活的查询方式，用户可针对系统中所有的文档和数据进行查询，可以快速确定原零部件和其对应的所有借用件。

    4.1.2 零件簇管理

    今天的市场正朝着产品多样化的方向发展，能否有效地设计重用将会对开发周期和成本产生重大的影响。在传统的设计模式下，企业很难对标准化的优化设计进行有效管理并为设计人员提供便捷的查询工具，最终导致企业无法有效应用已有设计成果从而降低开发周期和成本。PDM的零件簇管理为零件的分类管理、查询、统计提供了一个方便的工具，为最大限度地利用原有设计成果提供支持，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。

    4.1.3 集成接口

    随着CAX技术在企业的推广和应用，产品信息分别存放于CAD、CAE、CAPP、CAM 等系统中，由于各部门所采用的应用软件、操作系统及硬件平台不同，产生大量的分布式异构数据，形成各自信息孤岛，导致过长的数据准备时间，同时还影响企业的整体的效率及传递过程中数据的准确。为了使得企业在不同计算机系统和应用系统之间进行信息交换，同时企业不同部门之间能够共享信息，PDM 系统提供完善的接口实现 PDM 与应用系统之间的数据共享和交流。

    4.1.4 变更与版本管理

    CAX技术使各种资料的修改变得非常方便，但不同的版本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形或图纸就成为至关重要的问题。PDM系统能够对图纸及工艺文件等数据从设计到审核到最后归档的整个过程进行版本控制和状态维护，借助于工作流系统来实现变更管理。

    4.1.5 圈阅批注

    当用 CAD软件完成产品零部件设计后，必须经历校核和审批过程。能否做到在计算机上直接完成校对、审核、批准的整个流程，减少中间出图过程，提高设计效率？PDM系统的圈阅批注则可以优化图纸的审核过程。在校核或审核过程中，检查人在 PDM系统中通过红线批注功能对 DWG格式的文件进行批注。

    4.1.6 信息安全控制

    由于计算机存储的方便性，用 CAD绘的图纸很容易流散。要实现全部数据以电子文件形式在计算机网络上交流，就要保证数据在权限控制范围内。PDM系统能够提供全方位安全控制手段，它是通过对用户、角色、产品信息数据的维护实现多维权限管理。

    4.2 效益分析

    4.2.1 直接效益

    根据国际上一些著名咨询公司的考察，PDM系统为企业创造了巨大的投资回报：缩短产品的开发周期 50%；提前投放市场 40%；废品返工量减少 80%；提高工程设计人员的工作效率 50%；减少更改、提高产品质量 10倍；易于开发系列产品；防止泄密等等。

    4.2.2 间接效益

    PDM系统可以使企业提高设计质量和产品质量，提升企业的管理水平和竞争力，保护企业技术资产，提高其重用率；培养员工的协同精神和严谨作风，提高企业员工素质等等。

    5 结论

    PDM是以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程和资源的集成化管理技术，主要作用就是作为各种计算机应用系统的集成框架，实现对产品数据进行管理，进而达到对整个产品生产过程进行控制的目的。PDM系统是依托 IT技术实现企业最优化研发管理的有效工具和方法论，对 CAX技术具有支撑功能，不仅解决了 CAX技术应用的瓶颈问题，而且其发展将必然推动 CAX系统的进步和深化应用。