1 引言
随着企业信息化、计算机网络化、市场的多元化，客户需求的多元化使得制造企业面临前所未有的挑战，特别是随着经济全球化的发展，市场竞争的全球化已不可避免。为了提升企业竞争力，制造企业竞相引进了CIMS系统，随着各种信息工具的使用、各种电子文档数据海量增长，形成了一个个的CAX信息化孤岛。80年代后，提出了产品数据管理系统(“PDM”即Product Data Management)，为此问题的解决提供了一个很好的解决方案。
对于一个企业尤其是制造企业，PDM系统的实施将为企业带来很多好处，主要包括：
(1)缩短企业产品的上市时间；
(2)无论设计效率还是生产效益都会得到提高，从而降低成本；
(3)避免错误，提高设计与制造的准确性；
(4)积累知识，使数据得到完整保护；
(5)更好地控制项目、管理工程变更。
加快企业设计产品进度，提高响应市场变化的敏捷性，向全面质量管理迈进重要的一步。在我国，现有市场已经有很多PDM软件，但各PDM软件提供商都从自身对产品数据管理系统的理解去设计软件，每种软件的功能也不一样，很难同时适应各个制造企业的需求。因此很多企业都采用定制开发的方式实施各自的图档管理系统和PDM管理系统。这样在系统升级时往往丢弃原有系统，再重新使用新的系统，原有的系统和应用经验也随之丢弃，这样浪费了企业原有的经验积累和资金投入，而且对于广大中小企业PDM的实施是一个从小到大，不断扩展的过程，为了有效利用有限的资金和技术积累，迫切的需要一种较好的PDM系统的实现方法。
基于PDM系统集成框架和“PDM集成”的核心哲理，充分考虑企业的需求，特别是中小企业的需求，投资小，见效快，系统使用方便，维护简单，具有多种接口，易于扩展，系统有很好的开放性。面向2l世纪多品种小批量个性化需求的新市场，要求企业制造和组织具有很高的灵活性和响应市场的敏捷性，本文提出从实现图档管理系统开始，逐步升级进化成为具有管理动态联盟企业能力的PDM系统，并在这一思想指导下设计和实现了图档管理系统。
为避免以上两种方法的缺点，我们提出了分层递进的方法，提供一种中小企业可以根据自己的情况分不同的阶段去实施的PDM系统，使中小企业能快捷方便的分阶段一步一步去实施，具有很好的易实现性。
2 企业数据仓库分层模型
在企业数据中有各种不同的数据，包括：电子文件、CAD二维图、CAD三维图、工艺文件等，这些数据由不同的部门产生与保存，需要进行整体管理。这就需要企业建立数据库，通过一定的规范对数据进行处理。可以用分层模型对数据仓库加以描述。分层模型分为三层：底层为数据仓库服务器，中间层负责所有物理数据与应用程序之间的交互，即数据库管理程序，用于控制系统的操作。应用层在最上层，放置系统的应用程序，进行数据处理(见图1～图2)。
图1 三层数据仓库模型
图2 递增进化数据仓库模型
分层递进PDM系统及系统对像分层模型(见图3～图4)。各管理子系统能单独在各自部门工作，而不会影响其它子系统的功能。各部门管理系统之间不直接进行数据交换，通过PDM系统接口统一进行数据交换，这样保证了产品数据的一致性，真正实现了3C系统和ERP等高层决策管理系统的集成。
图3 分层递进PDM系统模型
图4 分层递进PDM系统对象分层模型
2.2 分层递进方法
基于以上分层递进的数据仓库构建模型的PDM系统设计方法，PDM管理系统构建在多层数据仓库之上，集成所有部门异构数据库数据，进行统一管理。定义分层递进规则为模块加载和集成，以接口方式集成。首先在设计部门实现图档管理系统，作为PDM系统的一个模块，并设计好集成的接口；在此基础上实施其它部门与产品生命周期有关的数据管理、人员管理、工作流管理等模块，逐步升级进化，通过PDM提供的接口进行模块集成，构建企业PDM管理系统；最后开发PDM外部接口(网络接口)通过外部接口盟主企业集成管理其它联盟企业的PDM系统，统一进行任务调度、资源配置、人员管理、财务管理、产品数据管理和工作流管理，组成面向敏捷制造的PDM系统。其模型(见图5)。其中虚线部分为通过外部接口集成的动态联盟企业PDM系统。去掉虚线部分为通过内部接口集成的企业PDM系统。
图5 分层递进PDM实施模型
3 分层递进若干关键技术
3.1 面向对象的技术
利用面向对象的编程(OOP)技术，把PDM所管理的数据和数据处理的过程分开，使产品数据对于PDM系统是透明的。如PDM系统的权限管理中，把权限定义为一个类，并且定义各种权限的包含关系，给每个权限定义一个值，这样权限的定义和管理就分开了，当用户的权限定义更改以后，只要改变权限的值就能满足用户的要求，而程序的其它代码不必改变。在数据源和数据源的连接之间定义一个接口类，封装了连接的属性，这样把数据源和连接数据库分开，当用户数据源改变时只要更改连接属性。利用面向对象的OOP技术在要管理的产品数据之上封装了一个管理数据的对象层，管理层的对象及其方法与底层数据之间通过管理对象层提供的接口进行数据的交换。这样系统的容易集成，容易扩展升级。
3.2 分布式数据库数据仓库技术
PDM系统要对分布于不同地域的动态联盟企业的产品数据进行管理，即使用远程分布式数据库技术，对分布在远程的各类产品数据进行统一建模，基于统一产品数据模型，构建PDM系统数据接口，通过接口实现数据的集成和共享。
3.3 数据挖掘技术
为了提高管理决策的准确度和响应市场的敏捷性，PDM管理系统中应用预测挖掘技术，对企业的订单历史数据和当年数据进行挖掘，输出其市场需求曲线，以便决策层根据以有需求曲线走势进行判断，提高决策的可靠性，并对库存数据进行挖掘输出库存曲线，以便决策者控制产品的生产进度对新旧产品零部件组成进行挖掘，查询新旧产品中零部件相同数量，计算产品零部件的重用率，得出创新模式，供开发设计新品参考。
数据挖掘技术中的数据集成与数据变换的应用，对企业的产品数据进行统一建模，企业使用的其它系统和数据与PDM系统模型数据存在差异，特别是在组成动态联盟的PDM系统中，各个企业的数据必须进行数据变换，使之符合模型的要求。利用PDM的数据挖掘接口，异种数据库的数据变换成PDM统一数据，去掉噪声数据使之符合PDM管理系统统一的产品数据模型，对于企业内部不同应用系统的CAD、CAPP、CAM数据，利用数据变换技术，把信息集成到统一企业PDM数据库。
3.4 分层递进PDM网络和接口技术
Microsoft的COM／DCOM是Windows平台上的分布式对象计算模型，它提供了一种如何建立可动态互变组件的规范。通过使用COM的接口技术，提供PDM系统的网络接口，在敏捷制造组织中，动态联盟盟主企业与各联盟企业通过COM接口进行数据交换，通过设计COM数据接口实现对远程分布式产品数据的管理。动态联盟企业的组织形式是联邦制，并且是动态的，用COM技术编写每个企业的PDM图档管理系统软件对接接口，把所有联盟企业的PDM图档管理系统集成为一个整体，采用Browser／Server体系结构互连，利用接口进行数据的交换。
OLE“Object Link and Embed”对象的链接和嵌入，在企业内部利用OLE实现PDM系统与excel之间的数据交换接口，把BOM表信息输出到excel，实现技术部门与统计销售部门的数据交换。使用OLE接口技术，通过企业intranet，把分散的企业数据集成到PDM系统的数据库。
4 分层递进PDM具体开发实例
基于以上方法和模型我们用面向对象的VC++语言开发了一个运行于intranet企业局域网的图档管理系统，首先根据企业需求和现有应用数据系统的数据进行提炼加工，定义企业一致的产品数据模型，尽量保持原有信息的条件下，进行规范化。模型规定如下：
(1)产品总装图号和产品名称唯一；
(2)产品代号及其零部件命名全厂统一，产品零部件编号符合规定的编码规则；
(3)规定数据接口及格式为excel模板；
(4)升级进化以模块扩充的方式进行；
(5)定义模块集成的接口和网络接口。
系统实现的体系结构为Client／Server，本地数据库为设计图纸CAD系统自带，通过PDM图档管理系统把图纸信息、产品信息、订单信息、技术说明文档等集成到PDM服务器上，以二维关系表的形式保存在数据库中，系统提供BOM表及各种外购件、外协件借用件的统计报表的excel接口。分层递进图档管理系统主要功能和集成模型 (见图6)。
图6 分层递进图档管理系统功能和集成模型
5 总结
本文阐述了PDM技术的由来和国内外在这一领域的研究情况，分析了我国企业信息化的现状和存在的问题，并针对市场上已有的PDM系统的诸多问题提出了一种分层递进的数据模型和分层递进的PDM系统实施方法。基于该模型和方法开发的系统具有很好的开放性和可扩展性，易于集成和升级，易于维护。该模型和方法适合所有分步骤，分阶段实施的开发项目，投资少见效快，可以充分利用现有资源，保证已有投资、开发成果和应用经验，降低投资和技术风险，特别适合广大中小企业。
本文根据企业实际情况，定义了一个企业级的高层次数据模型，对企业数据进行规范化。所有部门的数据都基于这一模型提炼，为今后的集成和面向敏捷制造组成动态联盟企业提供了基础。对广大中小企业，可以以很小的投入，从实现图档管理开始，构建各个部门的管理系统，逐步递增和进化成具有管理企业所有数据的企业级PDM系统，并为进一步升级进化成具有支持敏捷制造(动态联盟企业)能力的PDM系统铺平了道路。