协同开发环境下的产品数据管理(PDM)

【导读】
2.1产品协同开发概述 由于信息技术的发展,特别是计算机网络技术的突飞猛进,由此而产生的Internet的普及,给协同科学的应用研究提供了强有力的支撑。计算机支持的协同工作(Com
2.1产品协同开发概述
  由于信息技术的发展,特别是计算机网络技术的突飞猛进,由此而产生的Internet的普及,给协同科学的应用研究提供了强有力的支撑。计算机支持的协同工作(Computer Supported Cooperative Work-CSCW)是从20世纪80年代发展起来的一个新型的研究领域。
 
  协同工作使分散在不同地域的一个群体能够借助计算机网络技术,共同协作完成一项任务或项目。协同工作的目的是利用计算机网络和多媒体通信技术建立一个协同的工作环境,并在此环境中促进人们之间的相互合作、并行协同工作于一个产品,一个研究领域、一个项目或求解学术上的问题。
 
  产品协同开发是在并行工程和互联网技术的共同作用下产生的一种新型的产品开发方式,它是计算机支持协同工作的一个重要研究领域。其主要的特点是在计算机的支持下,利用现代网络通讯技术,将分散在同一个企业不同地点或者不同企业的资源,由负责不同任务的多个设计人员围绕同一个项目,并行交互的进行产品设计开发,得到符合设计要求的最终结果。
 
  协同开发强调的是群体的工作方式,因此可以不同程度的改善传统产品开发过程中设计周期过长,设计与生产相脱节,设计费用高,设计质量不易保证等缺点。协同开发是一种系统化的设计开发方法,它是用来支撑产品生命周期内的设计和制造过程,要求设计者从一开始就得考虑产品全生命周期里的所有因素,包括产品设计,任务安排,供应商的信息以及用户的需求等等。
 
  协同开发具有以下的特性:
  (1)协同开发是一个群体协同和地域分布的工作过程。社会的发展和技术的进步使得人们对产品的需求开始多功能化、多特性化,这就要求来自不同领域,有着不同技术专长的人员将共同的工作目标(客户的需求)以群体工作的方式进行相互协作,完成产品的设计或项目的开发;由于这些人员可能属于同一个企业,也可能属于不同的企业,是同一个企业也可能属于不同的组织,所以协同开发必须要在计算机网络的支持下分布式地进行。
 
  (2)协同开发是一个信息通信和交互的处理过程。在一个项目的设计开发过程中,不同地域和领域的开发人员经常要对相关信息进行协商、讨论,对不同的设计方案进行及时准确的评价等等。这些交互活动可能是同步进行的,如协同造型;也可能是异步进行的,如轮流作业等等。
 
  (3)协同开发是一个相互协作和冲突消解的过程。一个项目通常需要分解成多个子项目或任务分解成多个子任务,各个子项目子任务之间相互关联,为了使开发过程得到正确的结果,各个子项目和子任务必须相互紧密协作;同时由于协同设计过程是群体参与的过程,不同人有不同的意见和看法,协作过程中的冲突在所难免,因而需要进行冲突消解。
 
  (4)协同开发是一个信息共享和设计创新的过程。在项目设计开发过程中,开发人员共享项目各种资料、数据,相互交流经验,在总结归纳中产生最优方案,从而实现设计重用和创新。
 
  除此之外,协同开发过程还有开发人员使用的计算机等软硬件的异构性,产品数据的复杂性等特点。对协同开发特性的研究分析有助于为建立合理的协同开发体系结构提供参考。下表2-1对单机计算机辅助设计系统与协同开发系统进行比较。
表2-1单机计算机辅助设计系统与协同开发系统比较
 
 
  计算机支持的产品协同开发可按空间和时间进行分类。按空间来划分,开发人员的地域分布为本地和异地;按时间来划分,开发人员的交互方式可分为同步和异步。由此计算机支持的产品协同开发方式可以分为四类:

  同步模式:即在同一个时间和同一个地点对同一个任务进行的协作,如共同标注和决策;

  分布式同步模式:即在同一个时间不同的地点对同一个任务进行的协作,如视频会议;

  异步模式:即在不同的时间同一个地点对同一个任务进行的协作,如轮流作业;

  分布式异步模式:即在不同的时间和不同的地点对同一个任务进行的协作,如电子邮件。
 
  由于机电企业的产品开发是一个十分复杂的过程,它涉及到产品的结构设计、机械设计、电子设计和制造加工等各方面,为了迎接市场竞争,缩短产品生产周期,提高产品质量,在机电设计制造过程中采用计算机集成设计和制造技术及协同的工作方式是必然的选择。
 
  为了顺应市场需求,国内外企业已经将并行协同的思想和信息技术应用到产品的开发过程中,原来以年、月为计算单位的开发时间现在已经缩短到以月、周、甚至更小的单位。国内外优秀企业的产品开发工作,已由个体化、串行流程的开发方式,转向与上下游企业的多方协同,兼顾产品设计、工艺、制造、和企业合作伙伴等并行的协同产品开发。
 
  信息交流已经在企业的产品开发中越来重要,多方的协同工作已成为今后产品开发的根本方向。PDM作为产品开发的基础管理平台,必须满足企业产品开发过程不断变化的需要,“协同开发的平台”已经成为PDM系统的发展方向。
 
2.2支持产品协同开发的PDM
  产品设计在协同开发过程中会产生大量的数据,所有的产品信息都需要在相关开发人员之间平稳的流动。鉴于PDM对数据管理的特性,在产品的协同开发过程中引入产品数据管理技术,使其成为能够解决支持产品协同开发的一种有效的解决方案。一个成熟的PDM可以使所有参与创建、交流和维护设计的开发人员,在产品的整个生命周期内自由的共享和交换与产品相关的所有数据和信息。
 
  支持产品协同开发的PDM系统除了要满足传统PDM系统静态数据的管理,保证产品信息的完整性、唯一性和有效性外,还要满足产品协同开发过程的信息管理和过程的状态监控等动态数据的管理。
 
  为此,根据PDM的概念,结合产品协同开发的特点,本文给出支持产品协同开发的PDM系统的定义:支持产品协同开发的PDM是以软件为基础,构建企业产品开发和制造的协同开发平台,管理产品生命周期内所有的信息和过程,并支持开发人员之间相互协作的一门技术。

  支持产品协同开发的PDM的特点:
  (1)支持分布环境。由于参与产品协同开发人员所处的地域和使用的软硬件环境不同,要求协同开发环境下的PDM系统具有分布处理的能力。

  (2)版本控制管理。协同开发是一个多成员并行的开发活动,设计过程有大量的中间临时性数据,而且存在多个版本,所以系统要求对开发过程中的有着大量不同所有者、不同设计的各种版本信息进行有效的管理。

  (3)过程管理与监控。为协同工作中过程集成提供必要的支持,以产品开发过程管理为中心,具有较强的工作流管理功能。

  (4)权限控制。给予开发对象,数据库资源以及各类开发人员一定的权限范围,控制一些非法用户对数据的操作,真正实现把正确的信息在正确的时间通过正确的方式传递给正确的人。
 
2.3支持产品协同开发的PDM的关键技术
  计算机支持的产品协同开发产品数据管理的关键技术主要有:工作流建模、版本管理、数据交换标准、分布式技术等等。STEP标准是目前大部分系统所采用的数据交换标准,它是一个产品数据数字化表示和交换的国标,其目的是创建一种不依赖于具体应用系统的中性机制,以对产品整个生命周期中的数据进行描述。
 
  分布式技术,主要有分布式的客户机/服务器(Client/Server)结构和浏览器/服务器(Browser/Server)结构,在分布式计算技术方面有CORBA标准和ActiveX标准,大多数应用软件同时支持这两种标准。由于后面两种关键技术都有了公认的且较成熟的解决方案,而过程建模和版本管理两项关键技术还有许多不完善的地方,没有统一成熟的解决方案,因此本文后两章主要是对这两种关键技术进行研究。
 
  1、工作流建模
  企业实施产品协同开发,首先要对产品开发过程进行规划、管理和控制,对协同开发过程建模是进行过程管理的前提。产品的开发过程建模包括如下内容:产品开发过程描述,过程内部和过程间的协作,过程内部的工作流程以及执行步骤,完成每个过程所需要的工具等。
 
  从模型的构建方式上,目前产品开发过程的建模方法大致可以分为三类:第一类是基于语言的方法,像Bushnell使用Script语言对设计工作进行的描述;第二类是基于图形的方法,像采用有向图、Petri网、网络图等方法对工作流程进行建模;第三类是基于知识的方法,像Mineer采用基于知识的设计流描述和管理方法。过程模型提供了对开发过程的检测、优化以及定义和修改的功能,根据并行工程的思想,过程管理必须将从传统的串行活动像以并行的方式进行。
 
  本文研究的协同开发过程的工作流程建模采用的是基于图形的建模方法,使用的是基于Petri网的动态工作流建模方法。流程创建者可以使用可视化的建模工具,依据企业习惯建立产品开发过程流程,利用Petri网完善的理论基础,对开发流程的正确性进行分析验证,通过动态的建模方式,实现工作流程的动态修改。
 
  2、版本管理技术
  产品协同开发过程中,每个设计者根据自己的知识、经验提出不同的设计方案,或是对同一设计对象进行多次的修改,就产生了不同的版本。大量的设计版本需要进行统一存储和管理,版本管理就是针对协同开发过程中涉及到的各种设计资源进行的配置、跟踪和处理修改的方法。
 
  协同开发过程中的版本管理应能够支持开发的全过程,对开发历史过程中产生的各种版本都应予保存,因此合理的版本存储模型则成了版本管理的关键技术。版本管理中的信息共享,是指不同的设计人对同一设计对象进行相关操作,彼此间可能会产生相互冲突致使版本信息不完整或信息丢失,因此对共享信息的并发控制成了版本管理的关键技术。
 
  本文采用以项目管理为基础对产品开发过程中的版本进行管理,将开发过程中的各种设计版本采用改进的差值存储模型—融合差值存储方式进行存储,不仅可以节省存储空间,而且兼顾各历史版本的存取速度和便利,达到版本存储效率最优的结果;在对版本共享文件进行控制时,放弃传统的有着先后操作顺序的线性锁定解锁方案,采用共享信息并发控制机制,实现产品信息的并行共享和操作。
 
2.4本章小节
  本章首先概述了协同开发的概念,总结了协同开发的特性和重要性,指出协同开发是PDM系统的发展方向;其次给出了支持产品协同开发PDM的概念和特点;最后,简述了本文主要研究的工作流建模,版本管理两个关键技术。
 

  • 2019-05-27 15:37
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