基于PDM的多组织异地协同设计环境架构研究

随着经济全球化和市场竞争的不断加剧，制造行业正发生着巨大的变化。日益缩短的产品生命周期、全球化的竞争、供应链的复杂性以及不断增长的客户个性化需求，使得企业向市场推出新产品更困难、更具挑战性。如何快速开发出创新产品、快速响应市场需求成为企业竞争能力的体现。此时寻求战略合作伙伴、有效整合企业资源，以及进行网络协同设计制造成为产品研发战略的一种趋势。诸如波音，为充分利用全球开发资源、制造资源，已构建了多国家、多组织的异地协同设计制造模式。

中国企业经历了长时间积累，为摆脱创新力不足，采取以购买或合作的方式与国外研发机构构建创新产品协同开发团队，来快速提升公司产品创新实力，这已成为国内制造企业经营发展的一种模式。异地协同设计在此背景下凸显了它的重要性，而PDM作为协同设计模式的使能技术也越来越显其关键性。PDM(Product Data Management即产品数据管理系统)是帮助企业管理产品数据及设计流程的工具，它能够保持对产品信息的控制和完整性，支持协同设计与并行工程。

一、异地协同设计模式

1.基于网络数据共事的协同模式

基于网络数据共享的协同是一种最简单、最直接的模式，比如在公共服务器中建立共享文件夹或FTP等。各站点客户机以登陆ID和口令的形式连接至共享文件夹或FTP服务器来实现文件的上载、下载，统一各地点数据的一致性，完成产品协同时数据的交换。

此类协同模式的特点是基于服务器软件系统固有的资源进行数据共享与交换，充分利用服务器操作系统对操作者的访问权限进行控制，其构建方式最直接，实现也比较简单。但是，此类模式难以保证数据版本的准确性与及时性，当地理空间距离较远时（如跨国公司），由于每次部从服务器上获取文件，文件的传输速率会受网络通信链路的影响，当检索大装配体时，有可能导致系统崩溃。而且，数据复制可能引发数据的丢失，数据源也难以控制。

2.基于PDM系统的主从协同模式

在异地协同环境下，实现设计信息的充分沟通与共享，一种可行的解决方法就是基于PDM技术，综合应用B/S，C/S模式，使产品开发的设计成果及设计任务等信息能够并行、及时地沟通，并使规范的设计信息能够按照一定的流程为各地点开发团队成员所共享。通过PDM系统的设计对象分类管理、状态管理、工作流管理、设计资源管理、邮件通知管理和应用软件集成管理等功能模块，可以保证设计对象在异地协同过程中数据的有效控制和数据的一致性。

协同网络中主研制单位和各站点合作单位基于统一网络进行服务器间的连通，构建起POM系统的主从服务器协同模式：在主研制单位架设独立的POM主数据库服务器和主文件服务器，在合作单位架设PDM系统的副本镜像服务器站点，在每一协同站点内拷贝一份文件服务器的数据。此处称源文件服务器为主服务器，拷贝库为镜像服务器或从服务器，通过事先约定相应的同步机制可保证主服务器与镜像服务器的信息同步，从而有效解决在大装配体环境下，大容量文件的传输速率与协同问题。

二、异地协同网络构建

基于PDM系统的主从协同模式实现了集中式数据管理，提供了高效的协同研制环境，首要的前提条件是使各协同站点处于一个虚拟的物理网络环境内。下面笔者将对基于PDM系统的异地协同网络架构进行阐述。

1.网络架构方式

异地协同网络架构如图1所示，主研制单位PDM主数据库服务器和主文件服务器中存储管理整个网络用户的账号、权限等，并控制所有的工程数据，在合作单位各站点上建立PDM从服务器，存储合作单位相关的工程数据，这些系统通过路由器、防火墙设备、VPN或专线网络，通过加密、认证和访问控制等方法实现网络安金连通。

图1 异地协同网络架构方式

2.主研制单位内部

主研制企业内部可以直接访问服务器，所有数据都从主服务器获得：在保证网络畅通的条件下，通过直接访问的方式从主服务器上获取数据。此种通过CS模式访问数据仓库的方式，可保障数据更新及时，无需复杂的配置。另外，在企业内部，PDM主服务器与独立的制造ERP系统进行集成，打通研制过程中各个数据产生环节，确保统一流程的流畅运转。

3.数据交换量大的合作机构

数据交换量大的合作机构指产品研制过程中的部分机体研发团体，此类合作机构在产品研制过程中承担了较多的研制工作量，与设计研发单位需要进行紧密协作，存在大量数据传递和信息沟通工作。

在VPN/WAN协同环境下，大容量的文件数据交换需占用较长时间。而建立PDM从服务器，可自动与PDM主服务器同步镜像复制文件，以存储物理文件缓存，减少对广域网络带宽的占用，平衡VPN/WAN环境下的数据传输速度。合作单位客户端能够从距本地最近的PDM从服务器上得到最新版本文件，从而提高数据使用效率。如图1中的合作机构A与合作机构B的网络架构方式。

4.数据交换量少的合作机构

数据交换量少的合作机构主要指产品的原材料供应伙伴等，这类合作机构在产品研制过程中，主要是从协同平台上的主研制单位处获取零件工程图及技术要求等数据，并将自身产生的说明书、合格证等文件上传提交给主研制单位。

对于数据交换量少的合作机构可通过配置VPN网络对接两地局域网，以授权方式允许其直接访问PDM主系统，进行在线数据的查询浏览、文件提交及工作任务接收等。此时，可以不需要建立本地PDM从服务器，以便于节约成本，如同图1中的合作机构C。

三、SolidWorks Enterprise PDM异地协同实现方案

SolidWorks Enterprise POM是一个具有开创性的PDM系统，该系统完全集成Windows资源管理器。实现异地协同中，SolidWorks Enterprise PDM系统易部署，易扩展，打破了常规解决方案实施周期长、成本高和学习时间长等弊端。

为解决跨地域数据传输速率的问题，SolidWorks Enterprise PDM提供了异地镜像服务器模式，如图2所示，此模式是在异地各个协同站点采取复制存档服务器中的存档文件来实现异地的数据一致，通过将远程服务器的数据镜像到本地，实现了类似在本地局域网一样访问的效果。

图2 SolidWorks Enterprise PDM异地镜像服务器模式

在镜像存档服务器模式中，为使各个异地局域网的文件数据同步传递，SolidWorks Enterprise PDM目前提供两种数据协同机制。

(1)“按需”同步方式：当客户端触发不在本地的文件时，最近的远程服务器响应用户请求，将远程服务器上的文件复制到本地。此种方式只有当用户请求的文件不在本地时才会将请求发送的远程服务器上，并及时响应，回送最新数据。这种方式及时性较高，是最有效的数据同步方式，当零部件数量较少，一般在几百种左右，且设计较频繁时，对PDM性能有很大的提升。

(2)“按时间计划”同步方式此种方式按事先规定的时间周期(如1天)进行复制触发，并可对整个库或部件复制，用户可以在本地镜像库中获取所有文件。一般情况下，此种方式应用于大装配体时性能最佳，且可通过牺牲一定的及时性来提高工作中检索大装配体的网络时间。

四、应用案例

中冶京诚（湘潭）重工设备有限公司（以下简称“中冶京诚”）是由中冶京诚工程技术有限公司和湖南湘潭钢铁集团有限公司共同投资组建的国有股份制企业，是湖南先进装备制造产业的龙头骨干企业，在装备制造领域上一直保持着行业领先水平。企业在国内最大的“400T矿用自卸车”的项目研制上，选择了与美国DHTE公司合作研发，历经初步方案设计、结构设计、液压设计、电气设计和工艺设计等阶段。为实现两地的协同研发，中冶京诚与美国DHTE公司构建起SolidWorks Enterprise PDM协同研发平台，其网络环境如图3所示。

图3 中冶京诚olidWorks Enterprise PDM异地协同平台

在以上的异地协同网络中，首先将中冶京诚与美国DHTE公司的网络通过40M的IPSec VPN连通，设置认证密钥和加密算法，并在两端架构接八的防火墙，保证网络的安全。然后，在中冶京诚的SolidWorks Enterprise PDM主服务器中设定“按需”与“按时间计划”兼并的数据协同机制：“按需”方式协同，即当中冶京诚或DHTE任一方的PDM服务器有新文件生成或新版本生成时，另一方也能够及时获知新版本的产生，可以根据需要确定是否同步：“按时间计划”将大容量的大装配体设计数据通过设定镜像同步的时间计划，分配工作之外的空闲时间，由系统进行自动同步复制各方的新版本文件。在每天凌晨5:00实施镜像同步的时间计划。

在SolidWorks Enterprise PDM异地协同设计平台上，中冶京诚与DHTE实现了30大容量数据的实时同步控制，并保证了多地点30设计模型数据的关联管理，数据传输错误率少于2%，为新产品上市缩短了时间。

五、结语

通过PDM构建多组织异地协同设计环境架构，提供了一个高效、安全的协同管理平台，可以为缩短新产品的研制周期提供有利保障，是企业快速响应市场需求的一种竞争能力。在实现协同管理目标的同时，SolidWorks Enterprise PDM提供了最便捷的架构方案，无论从实施周期、应用维护的方便性等方面考虑，都具有借鉴意义。