系统工程理论与实践

　2003年3月系统工程理论与实践第3期　文章编号:100026788(2003)0320082205

产品数据管理系统实施方法学

范文慧1,葛正宇1,何　山1,熊光楞1,周来胜2,李云朋2,苏小华2

(1.清华大学国家C I M S工程技术研究中心,北京100084;2.齐齐哈尔车辆集团有限责任公司,黑龙江齐齐哈尔161002)

摘要:　提出了产品数据管理系统的实施概念,并从系统工程角度提出了产品数据管理实施的策略,给

出了的产品数据管理系统的实施步骤和技术路线Λ探讨了产品数据管理的实施方法,并将该方法成功地

应用于实际的产品数据管理系统的实施过程中Λ

关键词:　产品数据管理(PDM);实施方法学;系统工程

中图分类号:　T P391.7 文献标识码:　A

I m p lem en tati on M ethodo logy of P roduct D ata M anagem en t

FAN W en2hu i1,GE Zheng2yu1,H E Shan1,X I ON G Guang2leng1,

ZHOU L ai2sheng2,L I Yun2p eng2,SU X iao2hua2

(1.T he N ati onal C I M S Engineering R esearch Cen ter,T singhua U n iversity,Beijing100084,Ch ina;2.Q iqihar R ail w ay Ro lling Stock Group,L td,Q iqihar161002,Ch ina)

Abstract:　T he concep t of p roduct data m anagem en t(PDM)is p resen ted.I mp lem en tati on fram e of

p roduct data m anagem en t are p ropo sed system atically.T he i m p lem en tati on m ethodo logy of PDM is

investigated.By th is m ethod,the i m p lem en tati on m ethod,fram e and p rocess of the PDM s at Q iqihar

rail w ay ro lling stock Group L TD is p ropo sed,and the system is successfu lly i m p lem en ted.

Key words:　p roduct data m anagem en t(PDM);p rocess m anagem en t;w o rkflow

1　引言

先进制造技术与信息技术的发展和逐步应用,产生了许多相关的管理技术诸如企业资源规划(En terp rise R esou rce P lann ing,ER P)、产品数据管理(P roduct D ata M anagem en t,PDM)、供应链管理(Supp ly Chain M anagem en t)、客户关系管理(Cu stom er R elati on M anagem en t,CRM)等Λ这些技术是紧密相关的,必须进行有效地、合理地集成才能够满足信息技术高速发展的企业信息化的需求,如图1为各项技术在企业中的地位示意图ΛSC M是对由供应商、制造商、分销商、零售商到顾客所构成网络中的物流、信息流、资金流进行管理Λ计划和协调与上述三种流相关的所有活动,使其成为一个无缝的过程Λ供应链中的活动包括:订单处理、原材料或在制品存储、生产计划、作业排序、货物运输、产品库存、顾客服务ΛCRM 流程是通过有效的活动生成客户需求,找出潜在的客户,管理市场营销,由CRM来完成;通过迅速完结销售过程把握销售机会,管理销售,由CRM来完成;其中,PDM主要是管理所有与产品开发相关的信息和过程的技术,是企业信息集成框架,是信息传递的桥梁,是适用于企业过程、组织方式的技术,是与企业文化紧密相连的产物ΛPDM系统作为一种平台和支撑环境,不仅管理与产品开发过程相关的所有数据,而且也管理与这些数据相关的所有过程和人员,是推动当前企业重构或改革的一项主要使能技术,是企业提高自身竞争力所必须具备的手段Λ

收稿日期:2001211212

资助项目:国家自然科学基金(69904005)

作者简介:范文慧(1966-),博士,清华大学国家C I M S工程技术研究中心,讲师,主要研究兴趣是并行工程、PDM、产品信息建模和面向成本的设计等研究工作

图1　SC M PDM ER P CRM 在企业中的地位

PDM 是工程数据管理(EDM )、文档管理(DM )、产品信息管理(P I M )、

技术数据管理(TDM )、技术信息管理(T I M )、图像管理(I M )以及其它产品定义信息管理的集成管理框架技术Λ1995年2月,C I M data 总裁Ed M iller 对PDM 定义是:PDM 是用来管理所有与产品相关信息和所有与产品相关过程的技术Λ与产品相关的所有信息,包括零部件信息、产品结构、结构配置、文件、CAD 文档、

扫描图像、审批信息等;与产品相关的所有过程,包括过程(包括生命周期、工作流程、审批 发放、工程更改等)的定义与监控Λ

在欧美地区的发达国家中,PDM 应用比较广泛,也比较成功,据国外资料统计,PDM 减少产品设计周期至少20%,减少工程成本至少10%,减少工程设计修改至少30%,减少工程设计修改处理时间至少40%,加快产品投放市场进度50%～80%Λ国外的一些汽车、飞机公司实施PDM 系统后均大大提高了企业的效益Λ但在国内,只有在一些技术力量雄厚的大中型企业才能见到PDM 系统,同时,成功应用PDM 系统(尤其是企业级PDM 系统)的企业还很少见ΛPDM 的实施是一项复杂的系统工程工作,它涉及的知识面广,部门多,不仅涉及技术,而且涉及管理业务、组织和行为,它不仅是科学而且是艺术,至今仍然没有完全有效的方法来很好地完成系统的实施Λ因此,探索PDM 实施的成功经验和实施的方法学,对推进PDM 的应用具有很重要的意义Λ

2　PDM 系统实施的内涵与方法

2.1　PDM 系统实施的内涵

PDM 系统的实施是指在PDM 框架下实现企业最佳运作(主要指产品开发)的过程,它根据企业需求和企业文化,将所有与产品相关的信息、资源、人员和过程都纳入PDM 技术和管理框架之中,实现优化运作Λ实施解决了集成产品开发队伍之间的协同工作,保证把正确的信息在正确的时刻采用正确的方式传递给正确的人ΛPDM 实施本身是一项技术和管理相结合的复杂系统工程,优化运作有三层含义:

图2　完整的企业PDM 解决方案?与产品有关的信息流在企业内外畅通无阻;

?与产品相关的资源得以高效地动态配置;

?与产品相关的过程得以有效的管理Λ

完整的企业PDM 解决方案如图2所示,是由PDM 思想体系、

PDM 软件框架和实施方法三者协同作用,即软件框架+理念+实施方

法=完整的PDM 解决方案,其中,思想体系是指导,软件框架是基础,

实施方法是关键;三者相互联系,紧密结合,形成完整的PDM 解决方

案Λ实施过程首先是企业产生PDM 实施的内在需求,然后根据需求形成解决问题的指导思想,再据此建立包括软件选型在内的PDM 实施方案,最后是运用基于成功实践(best 2p ractice )的方法实施Λ

2.2　PDM 系统实施的方法

如图3所示为PDM 系统实施的框架,PDM 系统实施的是一项大的系统工程性质的工作,由于相对耗资较大,历时相当长,并且涉及到管理方式变革的任务,因而必须主要领导亲自抓才能成功Λ建立一个

PDM 实施团队,其人员包括对PDM 系统要求比较多的各级管理组织的主要负责人,如公司领导、

设计部门、工艺部门、销售部门、财务部门等Λ还包括一些有经验的管理专家,PDM 系统的系统分析员,PDM 系统实施的高级咨询专家和顾问Λ主要目标是确定系统的目标、审核和批准系统方案,验收和鉴定系统以及组建各种开发组织Λ

PDM 系统需要全面和长期的规划,包括企业目标的确定、解决目标的方式的确定、PDM 系统目标的

3

8第3期产品数据管理系统实施方法学

确定、系统主要结构的确定、工程项目的确定和可行性分析等(总体设计的选型、总体结构、进度、风险分析、实施计划等)Λ

系统规划完后,根据规划的要求组织开发Λ开发要经历四个阶段:系统分析、系统设计、系统实现和系统评价Λ这是一个生命周期.这个周期周而复始地进行,每一个周期的开始都是基于成功的实践,一个标准的系统完成以后就不断进行评价累积的问题,而后进行扩展Λ开发时,除了进行循环迭代开发策略外,系统的分析和系统设计采用面向对象方法Λ

面向对象的方法包括系统分析从问题陈述出发,分析和构造所面临问题的重要性质的模型;系统设计,拿出全局构造的高级策略Λ对象设计,把策略的实现细节加入设计模型中Λ它强调数据结构及实现类所需的算法,应用域的对象和计算机域中的对象尽管处于不同的概念层次,但都是使用统一的面向对象概念和符号来表达;系统实现,对象设计中的对象和关联最终都必须用具体的程序设计语言、数据库及硬件设备来实现Λ面向对象的工具模型有三种,即对象模型及对象图、动态模型及状态图、功能模型及D FD 图,采用面向对象的问题描述和开发方式,主要采用U se Case 图的方式,系统分析与设计也以类图的形式加以描述,并直接生成相关高级语言的代码和数据库代码,再在此基础上开发,形成最终的应用系统

Λ

图3　PDM 系统实施的框架

PDM 实施过程不是简单的几个阶段和一些文档规范,而是以企业产品开发过程的重组与改进为核心的迭代过程Λ迭代既是实施范围的扩展,也是实施的不断优化过程,它不仅意味着实施团队中的成员个人能力、实施团队组织能力的提高,也意味着实施的方法、工具、技术与产品开发过程、企业文化结合层次的不断加深ΛPDM 实施方法从宏观上采用的是结构化实施的方法,在具体的系统开发阶段采用的是螺旋式迭代实施过程,是一个有机、动态的实施过程,并不是简单割裂为几个实施阶段,每个阶段几个步骤,而是一个组织范围不断扩大、应用功能逐步扩展、功能应用层次不断深化Λ系统分析和系统设计采用的是面向对象的方法,更利于将来系统的开发和维护ΛPDM 实施既要满足企业现有的流程需要,又要考虑企业未来

48系统工程理论与实践2003年3月

的发展模式,并通过设计师、工艺师等等各类人员的参与,使之能够逐步逼近在PDM 模式下最佳的企业过程,从而为企业带来巨大的效益Λ

3　PDM 系统的实施步骤

用系统工程的思想和工程化方法,按用户至上的原则,自顶向下地对系统进行分析与设计Λ具体地说,就是先将整个信息系统的开发过程划分为若干个相对独立的阶段,如系统分析、系统设计、系统实现和系统评价等Λ前三个阶段是自顶向下的对系统进行结构划分,在系统的实施阶段则是坚持自底向上地逐步实施Λ如图4所示为PDM 系统的开发步骤

Λ

图4　PDM 系统的开发步骤

系统分析阶段是分析业务流程、分析数据和数据流程、分析功能与数据之间的关系;最后提出分析处理方式和新系统逻辑方案;系统设计阶段是总体结构设计、代码设计;数据库和文件设计、输入和输出设计、模块结构和功能设计;系统实现是机器的购买、安装、程序的调试、系统的切换以及系统的运行维护等;系统评价包括建成时的评价和运行后的评价,发现问题并提出系统的更新请求等Λ

4　PDM 系统实施的实例

齐齐哈尔车辆集团责任有限公司(简称齐车公司)的PDM 系统是国家863 C I M S 攻关项目齐车公司铁路货车产品开发并行工程的子项目Λ目的是通过利用企业级PDM 软件w indch ill 实现齐车公司文档管理、产品结构管理、配置管理、工作流程管理和应用系统集成Λ通过利用科学的实施方法,达到了预期的效果,满足了企业产品数据管理的需求Λ

如图5和图6所示为齐车公司PDM 系统具体实施过程、方法和工具.企业需求调研中采用了I D EF 058第3期产品数据管理系统实施方法学

图、I D EF1X图、IPO图和U se Case图等方式描述企业的产品开发流程和相关的信息流Λ其中IPO图和简单的企业产品开发流程图用于对企业的整个产品开发过程和相关的信息流有一个直观和明确的认识,用I D EF0图、I D EF1X图和U se Case图对企业的产品开发过程、功能和信息从不同角度进行详尽描述Λ因为W indch ill软件本身采用面向对象的问题描述和开发方式Λ所以,主要采用U se Case图的方式Λ系统分析设计过程也以概念层类图及其形式加以描述,并直接生成相关Java和SQL代码,再在此基础上开发,形成最终的应用系统Λ

当系统主信息模型和主功能模型确定后,就可以建立产品数据管理的W eb门户,作为企业内部各类用户的产品数据访问起始点;在详细了解W indch ill系统底层结构的基础上,并根据用户的实际需求,修改W indch ill应用界面模板,使之适应用户的习惯和风格;在系统分析设计的基础上,把已经描述好的用户、组、域、权限、工作流等信息输入系统;对需要进行二次开发进行功能扩展的模块进行概念层类图和类图设计,开发后形成客户化应用界面Λ

图5　齐车公司PDM系统实施过程框架简图

图6　齐车公司PDM系统实施方法和工具图

PDM实施使齐车集团在管理方式上实现了根本性的转变,从以图纸为主要介质的手工管理,变成了以电子仓库为核心的集中式自动化管理,从以行政命令为主的流程管理变成了以工作流为核心的自动化过程管理,PDM还把原有的“信息孤岛”整合为一个完整的企业信息系统Λ此外,PDM的实施为产品开发团队提供了快捷方便高效友好的工作环境,使产品开发相关人员从检索、绘图等重复性工作中解脱出来,更专注于产品设计;强制性规范化的管理提高了团队成员之间的交流效率,并促进了团队内部的协作ΛPDM实施大大缩短了产品设计周期,提高了产品设计质量并增强了设计能力,在齐车集团取得了较为明显的效果,并带来了可观的经济效益Λ

(下转第106页)

过早收敛现象就越容易发生Λ理论研究证明,传统的简单遗传算法不能保证收敛到全局最优解,而如果将父代当前最优解直接复制到子代中去,虽然有可能全局收敛,但又易发生过早收敛Λ本文采用的全方位的两点杂交、两点变异的格雷码加速遗传算法,一方面由于采用优秀个体作为新的搜索区间,保证了算法的收敛性;另一方面由于杂交、变异的位置可以取到染色体的每一位,在一定程度上可以避免种群的相互趋同,保持种群的多样性,产生出的子代就有可能比A GA更为优秀Λ此外,由于二进制遗传算法存在H amm ing悬崖问题,其计算精度受到一定影响,本文采用格雷码编码,在一定程度上可以提高计算精度Λ一直以来对于格雷码编码或二进制编码的遗传算法,模式定理都是基于单点杂交、单点变异的,而基于两点杂交、两点变异的模式定理,目前尚未见到讨论Λ本文建立了GA GA的全方位两点杂交、两点变异的模式定理并给出了相应的理论分析Λ本文利用较优解的分布,自动将下一代较优解的群体平均适应值高于上一代群体平均适应值,由模式定理的分析,这种模式在下一代中的代表串数目将会增加,这相当于对好的搜索子空间分配的搜索次数较多ΛGA GA法利用较优解的分布,逐步缩小搜索空间,由GA GA全局优化性能的分析,可知GA GA依较大概率自动向最优解收缩,从而最终求得最优解Λ文中给出了GA GA算法的详细步骤和算法参数的简便设置技术,并在几个经典函数优化问题中得到了精度较高的全局最优解Λ本文在算法设计和理论方面,均有一定新意,具有一定的理论意义和应用价值Λ

参考文献:

[1]　周明,孙树栋.遗传算法原理及应用[M].北京:国防工业出版社,2001.34-35.

[2]　金菊良,丁晶.遗传算法及其在水科学中的应用[M].四川:四川大学出版社,2000.123-124.

[3]　金菊良,杨晓华,丁晶Λ标准遗传算法的改进方案——加速遗传算法[J],系统工程理论与实践,2001,21(1):8-13.

[4]　王正志,薄涛Λ进化计算[M]Λ长沙:国防科技大学出版社,2000.42-48.

[5]　熊洪允,曾绍标,毛云英Λ应用数学基础(上)[M]Λ天津:天津大学出版社,1996.101-150.

[6]　杨晓华.参数优选算法研究及其在水文模型中的应用[D].南京:河海大学,2002.

(上接第86页)

5　结论

本文提出产品数据管理系统的实施概念,从系统工程角度提出了产品数据管理实施的框架,探讨了产品数据管理的实施方法学,给出了产品数据管理的实施步骤Λ并且,阐述了采用该方法成功地实施齐车公司产品数据管理系统,进一步验证了本文提出了实施方法学的科学性、合理性和实用性ΛPDM的实施是一项复杂的系统工程工作,它涉及的知识面广,部门多,不仅涉及技术,而且涉及管理业务、组织和行为,因此,探索PDM实施的成功经验和实施的方法学,对推进PDM的应用具有很重要的意义Λ

参考文献:

[1]　Ed M iller.PDM Today[J].Compu ter2aided Engineering,1995,14(9):32-41.

[2]　Ed M iller.cPDm-the Key to H arnessing Innovati on in an E2Bu sinessW o rld[EB OL].www.ci m https://www.360docs.net/doc/9f120141.html,,2000.

[3]　李建明.PDM及其实施方法学[J].计算机工程与应用,1996,32(5):27-32.

[4]　D.Tony L iu.A review of w eb2based p roduct data m anagem en t system s[J].Compu ter in Indu stry,2001,44,251-

262.

[5]　Z kovas.Suppo rt fo r p roduct data from design to p roducti on[J].Compu ter In tegrated M anufactu ring Sytem,1998,

11(4):285-290.

[6]　薛华成.管理信息系统[M].北京:清华大学出版社,1999.