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基于PDM的数字化制造的研究

基于PDM的数字化制造的研究 2011年12月04日 来源： 1 引言随着经济全球化进程的加快，尤其加入WTO 后，一方面我国企业可以充分利用国内外的市场和资源，加快中国经济与国际经济的融合，参与国际经济大循环，但另一方面我国加入WTO 是以关税减让为主要代价、以享受发展中国家待遇为前提，才可以在国际市场的激烈竞争中争得一席之地。这样一来，那些失去关税保护的规模小、成本高、技术落后的企业将难以生存。如何扬长避短，利用信息技术加快数字化制造的研发对于我国企业来说将是一个重大课题。2 PDM发展的历程和现状2. 1 PDM发展的历程●第一代PDM上个世纪80 年代，随着CAD 系统的迅速推广和广泛应用，为工程设计领域带来了根本性的变革，但CAD 系统产生大量的电子图档是传统的文件管理系统不能有效解决的。为了解决大量电子数据的存储和管理问题，因此第一代产品数据管理(Product Data Management ，PDM)系统应运而生了，这在一定程度上缓解了“信息孤岛”问题。●第二代PDM 由于第一代PDM存在系统功能较弱、集成能力和开放程度较低等问题，通过对早期PDM产品功能的不断扩展，最终出现了专业化的PDM产品，如SDRC公司的Metaphase就是第二代PDM产品的代表。这时PDM开始成为一个产业，出现了许多专业开发、销售和实施PDM的公司。●第三代PDM1997 年2 月，OMG组织公布了PDM领域的第一个国际标准———PDM Enabler ，标志着PDM 技术在标准化方面迈出了崭新的一步，为新一代标准化PDM产品的发展奠定了基础，这一时期称为PDM的标准化阶段。●第四代PDM 为了满足电子商务时代企业的需求，PDM系统必须架构在Internet/ Intranet/ Extranet 之上才能使企业能够以Internet/ Intranet 的发展速度快速超越其竞争对手，得到重要的战略利益。目前PTC 公司的Windchill 就是这类系统的代表，这一时期称为基于Web 的PDM阶段，本文主要是基于这一阶段的研究。2. 2 PDM发展的现状和趋势十几年来，PDM技术经历了一段飞速发展的时期，PDM领域呈现出的一片繁荣景象。根据著名的咨询公司CIMdata在2001 年发布的一份市场研究报告指出：1998 年PDM产值仅约为13 亿美元，2000 年PDM市场已有30 亿美元的产值，预期到2005 年这个市场的潜力将增加到130 亿美元的产值并以惊人的速度增长(见图1) 。

图1 PDM发展的现状和趋势

3 基于PDM的数字化制造的集成框架PDM是一项新的管理思想和技术，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、资源一体化集成管理的技术，是对工程数据管理(EDM) 、文档管理(DM) 、产品信息管理(PIM)、技术数据管理(TDM) 、技术信息管理(TIM) 、图像管理( IM) 及其它产品信息管理技术的一种概括与总称，为企业提供了一种宏观管理和控制所有与产品相关信息的机制和构架。例如企业在产品设计中，一般先用AUTOCAD进行二维工程设计，用UG或PRO/E等进行三维建模，在工艺设计规划CAPP中，由于不同的企业有不同的规范，而不同的工艺人员也有不同的经验，这使得3C(CAD/ CAPP/ CAM)的集成遇到了无法逾越的障碍，只有PDM系统才可以解决上述难题，它是3C 集成的平台，也是企业CIMS 的集成框架。基于PDM的数字化制造的集成框架如图2 所示，从中可以看出PDM层是整个系统的核心层，上与数据库实现集成，下与应用系统实现集成。PDM作为工程领域集成框架，为CAD/ CAPP/CAM系统与MARPⅡ的集成提供了必要的支撑环境，是企业实现信息集成不可缺少的部分。通过PDM及提供的开发工具可对应用系统实现封装即在PDM系统内直接激活CAD 工具，并对它产生的图形文件数据进行管理。在定义了机床类、刀具类、工装类、量具类、工序类、工步类、程序类等类后，也可以对CAPP 系统数据进行封装管理。

图2 基于PDM的产品研制系统集成框架

4 建立产品数字化和数字化制造的必要性及优势由于人类技术文明史进入了信息时代，在现代制造技术领域中，数字化是主要手段，数字化技术支持企业的产品开发生产全过程，并逐步解决了制造状态与过程的数字化表述、非符号化制造知识的表述，较准确地获取与传递制造信息，实现生产过程的全面数字化控制。因此数字化制造的提出是对传统制造业的革命，它是根据虚拟制造的原理，通过提供虚拟产品开发环境，利用计算机技术和网络技术，实现产品生命周期中的设计、制造、装配、质量控制和检测等各个阶段的功能，达到缩短新产品上市的时间、降低成本、优化设计、提高生产效率和产品的质量。例如我国浙江日发集团投资3000 多万元实施CIMS 工程，实行“数字化制造”先后引进了三维CAD 系统和PDM系统，成为全国200 家“863 计划/ CIMS 工程”试点企业。在该公司技术部人员只用几分钟时间，就为客户设计了一台过去至少要花上几个月才能设计好的特殊要求的数控车床。又例如美国Ingersoll - R 公司原来生产工业压缩机，从新产品开发、样机制造到试验评定花1 年半到2 年，耗资50万美元，而实行“数字化制造”后，开发技术水平更高的压缩机只需原来的1/ 3～1/ 2 时间，花费只是12. 5 万到25 万美元。公司通过应用网络信息系统，进行生产控制、企业管理、电子商务等各种活动，加快企业信息化建设，取得了较好的经济效益。“数字化制造”在现代企业中的优势主要有如下三个方面：1) 提高了中小型企业的生产能力、市场竞争力和新市场的开拓力;2) 使企业具有优势互补：共享基础设施、优秀的人力和先进的技术资源;3) 使中小型企业分担市场风险和研究开发成本;同时又分享市场和客户，达到双赢。5 “数字化制造”的结构模块的功能及其和建模与仿真技术应用5. 1 数字化制造的组成结构随着竞争环境快速变化，经济市场要求一个公司内部或不同公司按照资源、技术和人员的最优配置，组成临时的动态联盟可以降低企业风险，减少不必要的开发成本，提高生产能力，缩短上市时间，对市场做出快速反应。下面以美国Tecnomatix公司开发的数字化工厂软件Tecnomatix Digital Factory 为例说明“数字化工厂”的组成结构，它包括：工厂、生产线、加工单元和加工操作四个不同的层次(图3) 。该公司将工厂造成一个集成化的计算机环境，综合运用仿真、建模、虚拟现实等技术，提供三维可视交互环境，对从产品概念产生、设计到制造全过程用数字形式“虚拟”地创造产品，并完全在计算机上对这一模型产生的形式、配合和功能进行评审、修改，并在PDM的基础上，生成产品模型和过程模型，实现CAD 集成、过程集成和车间的集成，促成企业成为“快速反应”的有机体。

5. 2 建模与仿真技术是数字化制造的基础数字化制造是依靠建模与仿真技术(Modeling and Simulation ，M&S) 模拟制造、生产和装配过程，使设计者可以在计算机中”制造”出产品。M&S 是数字化制造发展的基础，数字化制造是M&S 的应用，并且在PDM的基础上扩展了传统的M&S 技术。在传统的M&S 技术中，建模的目的仅仅是为了仿真和相关的分析。而在数字化制造中，模型是动态的，随着仿真环境的改变而变化，其过程见图4。

6 结束语目前， PDM 是相当热门且快速成长的技术， 而基于PDM的数字化制造的研究和应用在我国刚刚起步。基于PDM数字化制造是按照虚拟制造的原理开发的软件，它为企业的数字化产品提供了从设计、工艺、制造、装配、分析、检测以及维护的全过程的仿真，是企业实现计算机集成制造的强有力的工具，对改变我国国有企业当前处境和促进其走出困境，参与国内和国际市场竞争是一条投资少见效快的捷径。(end)

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