CPDM及其关键技术

摘要：cPDm是支持广义企业的协同产品开发的对产品全生命周期管理的完整解决方案，本文对cPDm的模型、内涵和其关键技术进行了深入分析。并研究了产品数据对象的生命周期管理的实现方式。cPDm的关键技术是完整的产品数据模型及其转换、对动态数据和过程的管理以及开放式可扩展体系结构。
    关键词：产品数据管理，协同产品定义管理，产品生命周期管理
    中图分类号：TP391文献标识码：A

    1 前言

    在日益加剧的国际竞争的形式下，企业的产品设计开始了一场基于网络的革命，企业要求对产品的全生命周期进行管理，并要求数字化信息的全球实时共享。2001年8月，业界著名的PDM咨询服务商CIMdata公司给出了cPDm(collaborativeProductDefinitionmanagement，协同产品定义管理)的定义[1]。cPDm的本质是支持跨企业的协同工作环境，支持异构应用系统和异构数据的透明互操作，并具有开放式可扩展体系结构，提供多企业协作发展的完善的产品生命周期管理。cPDm适应了信息时代产品开发由单一企业自主开发向广义企业或虚拟企业异地协同开发、制造和管理产品的要求。cPDm不是单一的技术，而是在多种支撑技术基础上的，具有传统PDM的核心功能的多种软件的综合。
    PDM技术出现于八十年代初期，经过近20年的发展，PDM已经可以实现包括文档管理、生命周期管理、工作流管理、产品结构管理、视图管理、变更管理、客户化应用等功能，支持以“标准企业职能”和“动态企业”思想为中心的新的企业信息分析方法，可以进行企业信息建模的分析和设计。以PTC公司的Windchill、EDS公司的Smarteam为代表的协同产品信息管理系统，适应了信息时代广义企业异地协同开发、制造和管理产品的整个生命周期的要求。
    目前全世界的cPDm市场增长迅速，据CIMdata公司最新预测，全世界的cPDm市场在2005年前会保持大约36%的年增幅，在2005年达到130亿美元。在这期间，软件收入占40%，而服务的费用占60%[2]。

    2 cPDm模型

    cPDm是CIMdata公司提出的面向21世纪的协同产品定义管理，是广义企业使用多种技术和方法实现对整个产品的全生命周期及其相关因素进行管理的一种企业信息集成框架。cPDm面向产品全生命周期，包括完整的产品定义信息和相关的企业实物资产和运作过程[4]，提供了产品工程设计、生产制造、供应管理的一体化解决方案。
    cPDm支持产品的并行协同开发，支持广义企业的完整解决方案，为之提供一个一致的产品、过程和资源模型。使设计工程师和生产工程师可以尽早共享产品的知识，从而为企业产品开发提供了一个创新环境。
    图1是CIMdata公司给出的cPDm模型。
   
    图1CIMdata公司的cPDm模型[3]
    在这个模型中，cPDm是面向产品全生命周期的支持协同商务的一个框架，最低层是支持cPDm的各种技术；中间是cPDm的核心功能；其次是可以集成到cPDm环境的各种应用软件；最外层在其它各层的基础上构成了完整的企业解决方案。
    从cPDm的模型可以看出，cPDm的最低层是支持cPDm的几种关键的基础技术，中间是cPDm的核心功能，核心功能和传统PDM的核心功能一致，主要是管理产品的开发和产品结构。构建在核心功能之上的是cPDm环境的各种应用软件，这是构成cPDm强大功能必不可少的，它需要的是有机地集成和利用各种应用软件的功能并管理它们的数(续致信网上一页内容)据和文件。
    利用cPDm可以很好地整合企业内外的各种资源，在企业、产品和项目的各个层次上解决“信息孤岛”的问题，达到了信息集成、过程集成和企业间集成，使产品的开发过程实现并行工程，达到集成和优化企业活动的各个要素目的，使信息流成为企业信息流、物流和价值流的体现形式。

    3 cPDm关键技术

    cPDm是面向产品全生命周期的协同商务平台，在这个平台上有各种各样的访问和操作，cPDm必须提供完善的接口，和上游、下游以及应用软件充分集成，完成对产品全生命周期的定义的信息管理，由此需要的许多技术正是cPDm技术的关键。

    3.1完整的产品数据模型及其转换
    协同产品定义开发涉及到许多部门，包括了所有应用于产品和过程的整个生命周期的业务功能和资源，必须建立完整的产品数据模型才能满足产品开发的不同阶段产品信息的需求。虽然统一的数据模型将会使数据交换与共享极度容易，但业界很难使用满足所有要求和情况的统一的数据模型，而且即使同一部门对产品生命周期不同阶段的描述有时也不能兼容，由此产生的产品整个生命周期的信息模型的不统一性，这给信息共享和交换带来了麻烦。建立和使用一种不依赖于具体应用系统的中性机制，实现信息模型的标准化，实现不同系统、产品生命周期不同阶段的信息交换是必须的。STEP(ISO10303)是一个关于数字化产品数据表示和交换的国际标准，目的是提供一种不依赖于具体应用系统的中性机制，用来描述产品整个生命周期中的数据，是目前实现信息模型的标准化的一种很好的选择。可以通过STEP标准实现不同系统、产品生命周期不同阶段的信息交换。
    另外，协同产品开发往往需要分布式访问，这需要分布式软件组件技术的支持。目前主要存在三种分布式机制，即CORBA、COM/DCOM以及Java，由于还没有统一的分布式计算框架，而且目前要统一这几种标准也不可能，因此cPDm必须在一定程度上支持CORBA、COM/DCOM以及Java/RMI及其之间的通信和互操作问题。目前CORBA是分布式软件组件技术的主流。但在基于Windows的开发中，借助.NET技术所提供的、基于XML的松散耦合技术，并结合COM+技术，可以更容易地将应用程序逻辑分发到网络上，而不必顾及服务端与客户端是否属于同一种结构、执行机制是否相同、接口是否对应。

    3.2对动态数据和过程的管理
    产品的生命周期与过程和资源息息相关，是人、应用、数据组成的动态流程，过程又可以划分为多个子过程，所以对过程的管理至关重要。产品协同开发过程必须通过工作流和过程管理来满足并行产品开发的需要。工作流和过程管理（workflow/processmanagement）用来定义和控制数据操作的基本过程，主要管理当用户对数据进行操作时，人之间、活动之间的数据流向，以及在一个项目的生命周期内跟踪必要的事务和数据活动。跟踪和控制产品的设计和修改过程，以增强产品开发过程的自动化程度。工作流和过程管理将数据管理、工作流程与变更控制集于一体，通过自动协调企业组织任务和过程、信息使产品的协同开发顺利完成。
    工作流和过程管理是项目管理必不可少的，目前项目管理在企业中变得越来越重要，但在传统PDM中，项目管理考虑的很少。要通过工作流管理实现项目管理，还存在一定难度，因为工作流管理模块主要是对企业中面向项目组的业务流程进行协调和控制，但一般不提供有效的进度监控、成果检查等手段，很难控制项目的进展。另外工作流和过程管理与项目管理的范畴也存在很大差异。
    此外，在产品的开发过程中，数据的形成过程是动态的。产品数据要经历从产生到完善、修改、发布、冻结等一系列的演变过程，这一过程就是数据对象的生命周期。产品数据对象的生命周期和产品的生命周期是一个意思。产品数据对象在其生命周期中的变化包括：数据内容的更改，数据状态的变化，存储位置的移动，用户对数据操作权限的变化等。通过研究产品数据对象的生命周期，可以很好地跟踪和控制产品数据对象的变化。产品数据对象的生命周期是生命周期状态对象和状态变迁对象的集合。数据对象的状态变化是有条件的，在一定的规则下，对象的状态逐渐成熟。一般每种数据类型都对应着自己的生命周期，企业可以根据数据对象的类型和企业的规则使用生命周期模板管理各种类型的数据。

    3.3开放式可扩展体系结构
    cPDm的核心模块的功能已经很成熟，cPDm的强大功能取决于外层应用软件的功能。cPDm可以通过集成专用工具比如项目管理、工程更改、配置管理、供应商和零部件管理等加强对产品的协同管理，达到支持跨企业的协同工作环境的目的。cPDm框架必须无缝集成这些应用工具和模块，支持异构应用系统和异构数据的透明互操作。把CAx应用工具无逢嵌入到cPDm的一体化解决方案中也是目前企业迫切需要的。
    cPDm即使功能再强大、模块再多，但由于系统所管理的信息类型及模型的复杂性，以及不同企业的信息、职能千差万别，为适应产品设计与制造过程中复杂可变的需要，也还要求cPDm系统有良好的开放性。PDM应该是一个功能可扩展的基本模型与框架，其中“结构件”可模块化，从而可以为满足不同需求进行组装。系统通过采用OO方法建立系统管理模型与信息模型，并提供面向对象的建模工具与开发工具，支持用户的二次开发，使之真正适应企业要求。

    4 结论

    产品协同定义管理cPDm是一个可扩展的平台，是产品全生命周期管理的完整解决方案，是企业信息集成的框架和核心，可以实现产品协同定义的信息集成。cPDm关键在于怎样定义完整的产品数字化模型以及多个应用系统之间的通信和互操作。
    目前cPDm平台的应用系统间的信息交流以及在分布式计算机制依然存在障碍，不同的工具之间、上下游环节之间仍然很难充分做到信息集成。另外由于cPDm一般是是工作在Internet/Intranet的环境中，必须考虑数据访问的安全机制，加强网络访问和数据传输的安全性。