產(chǎn)品生命周期管理(PLM)在制造業(yè)的應用集成研究

產(chǎn)品生命周期管理（PLM）在制造業(yè)的應用集成研究按照某位國外專家的說法，大約有10%的日本制造企業(yè)有資格、有能力且正在實施PLM系統(tǒng)，而在中國這個數(shù)字是1%。編者認為，這個比例基本符合現(xiàn)實情況。信息化起點低、基礎(chǔ)不夠扎實、實施難度較高、成本高昂、專業(yè)人才缺乏、系統(tǒng)本土化程度低等等似乎都是國內(nèi)制造企業(yè)實施PLM系統(tǒng)的攔路虎。按照以往的經(jīng)驗，大多數(shù)國外出現(xiàn)的先進技術(shù)和解決方案，國內(nèi)都會在短時間內(nèi)出現(xiàn)大量“符合國情”的同類系統(tǒng)。相比那些“洋”系統(tǒng)，“土”系統(tǒng)往往更體貼國內(nèi)中小企業(yè)的“口味”。PLM系統(tǒng)在最近兩年開始出現(xiàn)這樣的趨勢，一些國內(nèi)信息化廠商相繼推出了自己的PLM系統(tǒng)，為了符合國內(nèi)企業(yè)的現(xiàn)實情況，這些系統(tǒng)大多還停留在“準PLM系統(tǒng)”的階段，而研究者則往往處在應用研究、框架研究的階段。本文作者所作的就是這樣一種“國產(chǎn)”PLM系統(tǒng)的應用研究。

一、引言

\o"plm,PLM,產(chǎn)品生命周期管理"產(chǎn)品生命周期管理\o"plm,PLM,產(chǎn)品生命周期管理"PLM（ProductLife-cycleManagement）自20世紀末提出以來，便迅速成為\o"zhizaoye,制造業(yè)"制造業(yè)關(guān)注的焦點。PLM結(jié)合\o"E-business,電子商務"電子商務技術(shù)與\o"cc,協(xié)同"協(xié)同技術(shù)，將產(chǎn)品的開發(fā)流程與\o"scm,SCM,供應鏈管理"SCM、\o"crm,CRM,客戶資源,客戶關(guān)系管理"CRM、\o"erp,ERP,企業(yè)資源計劃"ERP等系統(tǒng)進行集成，將孤島式流程管理轉(zhuǎn)變?yōu)榧苫囊惑w管理，實現(xiàn)從概念設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品維護到管理信息的全面\o"shuzihua,數(shù)字化"數(shù)字化；實現(xiàn)企業(yè)知識價值的提升與知識共享管理，產(chǎn)品開發(fā)和業(yè)務流程的優(yōu)化，從而全面提升企業(yè)生產(chǎn)效率，降低產(chǎn)品生命周期管理的\o"chengben,成本"成本，以提升企業(yè)的市場\o"compete,競爭"競爭力。

目前，國內(nèi)PLM軟件的應用研究剛剛起步，國內(nèi)外\o"xinxihua,企業(yè)信息化,制造業(yè)信息化"企業(yè)信息化現(xiàn)狀的較大差別使我們無法照搬國外現(xiàn)有理論，國產(chǎn)化PLM的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、集成技術(shù)等還有待進一步的研究。同時，國外PLM產(chǎn)品的昂貴價格使眾多企業(yè)望而卻步，因此，盡快推出符合我國國情的PLM軟件系統(tǒng)，具有很重要的社會意義。

二、PLM系統(tǒng)的基本原理及體系結(jié)構(gòu)

PLM系統(tǒng)提供的產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)是電子商務整體\o"case,解決方案"解決方案的6個核心內(nèi)容CRM、SCM、ERP、電子交易（E-Commerce）、智能商務（\o"bi,BI,智能系統(tǒng),商業(yè)智能"BI）、產(chǎn)品生命周期管理（PLM）之一。它以Web工作流技術(shù)與Web\o"project,項目管理"項目管理技術(shù)為基礎(chǔ)，支持產(chǎn)品全生命周期管理。它對分散的“產(chǎn)品信息孤島”進行無縫集成，對產(chǎn)品設(shè)計制造各個階段相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)、現(xiàn)用數(shù)據(jù)、實驗數(shù)據(jù)、規(guī)范文檔等進行管理，為不同階段以及不同的合作伙伴提供統(tǒng)一標準的規(guī)范數(shù)據(jù)。PLM系統(tǒng)及其\o"eai,EAI,應用集成"應用集成系統(tǒng)框圖如圖1所示。

產(chǎn)品生命周期管理（PLM）涵蓋企業(yè)產(chǎn)品從需求分析、概念設(shè)計、產(chǎn)品設(shè)計、\o"yanfa-gongyi,研發(fā),工藝"工藝規(guī)劃、生產(chǎn)測試、交付、維護和維修、產(chǎn)品回收再利用的全過程。其涵蓋\o"cad,CAD,計算機輔助設(shè)計"CAD、\o"capp,CAPP"CAPP、\o"cam,CAM,計算機輔助制造"CAM、ERP、SCM、CRM等產(chǎn)品全生命周期各階段的解決方案，并通過PLM進行連接與集成。它可以集成來自企業(yè)內(nèi)外的信息資源，如：\o"xiaoshou,銷售"銷售、市場、維護和維修服務、客戶、質(zhì)量保證、制造加工、部件\o"gongyingshang,供應商"供應商伙伴等的信息，從而建立起規(guī)范的產(chǎn)品信息來源。擴展企業(yè)的所有部門和分支機構(gòu)都能通過PLM獲得信息服務。

三、PLM應用需求分析

PLM軟件的集成應用是一項復雜的系統(tǒng)工程，涉及到軟件開發(fā)的成熟度、企業(yè)的實際需求。制造企業(yè)是目前PLM應用的主體，分析制造企業(yè)的信息化現(xiàn)狀，總的來說，存在以下主要問題：

（1）電子文檔管理落后

目前大多制造企業(yè)的電子文檔數(shù)據(jù)均保存在工程技術(shù)人員的個人計算機中，由此帶來了一系列的問題，如電子文檔與紙介質(zhì)文檔的版本不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)分散查找不方便，不能反應數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，沒有按零部件的特性進行分類，等等。更嚴重的是，這些數(shù)據(jù)沒有得到安全保護，可以隨意地復制和刪除，或因計算機的故障而永遠丟失。因此，需要通過實施PLM項目提高產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理水平，保證產(chǎn)品電子數(shù)據(jù)的完整性、高效性和安全性。即，首先要有建立良好的數(shù)據(jù)\o"zuzhi-mubiao,組織,目標"組織管理模型，并按照科學的規(guī)則對產(chǎn)品設(shè)計及工藝數(shù)據(jù)進行有效地組織與管理，使其方便使用。其次，還要能安全地存取產(chǎn)品技術(shù)數(shù)據(jù)（包括設(shè)計圖紙、工藝卡片及其他相關(guān)數(shù)據(jù)），并按照有效的流程控制數(shù)據(jù)的正確性。進一步，還要提供快速查詢的手段，方便獲取所需數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，規(guī)范文件格式和數(shù)據(jù)。最后，還必須及時、準確地提供所需的物料清單，供生產(chǎn)經(jīng)營使用。

（2）數(shù)據(jù)查找困難

對于企業(yè)來說，全新的設(shè)計是極少的，一般的設(shè)計工作基本上都是在原有設(shè)計基礎(chǔ)上的改型設(shè)計。這種設(shè)計必然要經(jīng)常參考舊有的設(shè)計結(jié)果，如果沒有方便的查詢工具，不能找到需要的數(shù)據(jù)，工程師可能會重新設(shè)計一個零件或工裝，設(shè)計重用率不高。所以，必須采用計算機查詢，能根據(jù)項目、設(shè)計人、工作階段、審批狀態(tài)、日期、類型以及預先定義的各種參數(shù)，如材料、重量、加工方法等進行查詢，不僅可以查到當前的資料，還可以查到過去的或者類似項目的相應資料。

（3）業(yè)務間的協(xié)同性差

面對當前全球\o"economy,經(jīng)濟,企業(yè)觀察"經(jīng)濟一體化，顧客需求個性化以及產(chǎn)品交貨高速化的經(jīng)濟時代，產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)之間、與供應商之間以及與顧客之間耦合程度越來越強。要適應這一時代經(jīng)濟特征，必須提供強大的協(xié)同系統(tǒng)，以滿足當前的經(jīng)濟變革。這種變革帶來的變化有兩點特點：一是全面徹底性；另外一點是強相關(guān)性。所謂全面徹底是指變化發(fā)生在所有的領(lǐng)域內(nèi)。比如：設(shè)計環(huán)節(jié)中的概念設(shè)計、工程設(shè)計與工業(yè)制造；商務環(huán)節(jié)中的市場、銷售與流通．制造環(huán)節(jié)中的物料控制、計劃成本控制。所謂強相關(guān)性是指這些所有的環(huán)節(jié)中所包括的組成部分之間是有內(nèi)在的業(yè)務聯(lián)系（工作流），而且這些業(yè)務流程本身又與\o"moshi,模式"模式的變化有互動的關(guān)系。

（4）與其他應用系統(tǒng)集成度低

CAx系統(tǒng)無法把產(chǎn)品加工信息傳遞到后續(xù)環(huán)節(jié)，阻礙了計算機應用技術(shù)的進一步提高。目前，只有把CAx和生產(chǎn)制造結(jié)合成一體，才能進一步提高生產(chǎn)力和加工精度。隨著計算機應用的日益廣泛和深入，人們很快發(fā)現(xiàn)，只有當CAx系統(tǒng)一次性輸入的信息能在后續(xù)環(huán)節(jié)（如CAPP中）一再被應用，才是最經(jīng)濟的。所以，人們首先致力于把已經(jīng)存在的CAx、CAPP、ERP系統(tǒng)通過工程\o"shujuku,數(shù)據(jù)庫"數(shù)據(jù)庫及有關(guān)應用接口，實現(xiàn)CAx/CAPP/ERP的集成，才能實現(xiàn)設(shè)計生產(chǎn)的自動化。目前，PLM系統(tǒng)是最好的CAx/CAPP/ERP集成平臺。它可以把與產(chǎn)品有關(guān)的信息統(tǒng)一管理起來，并將信息按不同的用途分門別類地進行有條不紊的管理。不同的CAx/CAPP/ERP系統(tǒng)都可以從PLM中提取各自所需要的信息，再把結(jié)果放回PLM中，從而真正實現(xiàn)集成。

以上問題應該說在制造行業(yè)普遍存在，因此開發(fā)和實施一個成功的PLM應用系統(tǒng)，應該具有以下基本功能。

（1）利用跨行業(yè)、全球化的可視化協(xié)同工作模式建立一個集成的可視化管理環(huán)境，以便在擴大的企業(yè)范圍內(nèi)分享和共用復雜產(chǎn)品數(shù)據(jù)。建立基礎(chǔ)集成框架、信息模型圖形化定義、對象屬性定義，對象間關(guān)系定義等工具，使貫穿于整個制造價值鏈的協(xié)同能力得到大大的提高，使企業(yè)從概念設(shè)計到產(chǎn)品發(fā)布都能以更快的速度、更低的成本推出更好的產(chǎn)品。

（2）實現(xiàn)產(chǎn)品業(yè)務流程的優(yōu)化重組。PLM系統(tǒng)將提供一套健全的業(yè)務流程構(gòu)成與優(yōu)化方案，功能強大的Web工作流程圖形化定義工具，通過幫助企業(yè)掌握和運用這些流程工具，對產(chǎn)品生命周期的全過程進行設(shè)計與優(yōu)化。

（3）實現(xiàn)對企業(yè)知識集成與共享。企業(yè)的核心競爭力產(chǎn)品和技術(shù)的\o"chuangxin,創(chuàng)新"創(chuàng)新力，而知識集成又是創(chuàng)新能力的關(guān)鍵。知識集成主要是對分散在企業(yè)員工頭腦中的經(jīng)驗與知識進行集成，通過對集體知識的捕獲、共享以提高企業(yè)應變和創(chuàng)新能力。PLM系統(tǒng)幫助企業(yè)繼承、管理、優(yōu)化企業(yè)的知識資源，提高知識、經(jīng)驗的可重用性。

（4）建立以PLM系統(tǒng)為應用集成框架的開方式可擴展體系結(jié)構(gòu)。信息孤島的形成是因為各應用系統(tǒng)分別建立在不同的數(shù)據(jù)模型之上，難以實現(xiàn)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)共享與信息集成。因此，需要建立一個包括各個應用系統(tǒng)在內(nèi)的、全局的、統(tǒng)一的共享信息模型，即產(chǎn)品總體信息模型。通過該模型，各個應用系統(tǒng)對模型的數(shù)據(jù)有唯一相同的解釋：數(shù)據(jù)模型全局一致，不同應用系統(tǒng)在數(shù)據(jù)交換過程中避免了語義上的誤解和分歧；避免了產(chǎn)品數(shù)據(jù)的冗余和不一致現(xiàn)象；使對動態(tài)數(shù)據(jù)管理成為可能。

四、PLM系統(tǒng)的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)

結(jié)合以上分析，我們對PLM的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。我們自主開發(fā)的PLM系統(tǒng)充分吸收國外成熟軟件先進技術(shù)，融合國內(nèi)制造企業(yè)的實際需求，并利用在CAD/CAPP/PDM/ERP方面的研究成果，不僅各單元技術(shù)有其先進性、獨創(chuàng)性，更為重要的是，適合國情的PLM系統(tǒng)應充分考慮國內(nèi)制造業(yè)的實際需求，實現(xiàn)更為\o"gm,通用,gm"通用的信息集成。在應用系統(tǒng)的開發(fā)過程中，其關(guān)鍵技術(shù)有如下幾點。

（1）靈活的系統(tǒng)建?？蚣?/p>

PLM是一個涉及計算機技術(shù)、機械技術(shù)、管理技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡技術(shù)等在內(nèi)的橫跨產(chǎn)品生命周期各個階段的綜合系統(tǒng)，為了能夠建立一個健全的系統(tǒng)，必須首先建立系統(tǒng)的相應模型，包括系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型、組織關(guān)系模型、信息傳遞與交互模型、協(xié)同工作模型以及各階段系統(tǒng)設(shè)計模型。

（2）基于Web的項目管理系統(tǒng)

基于Web的項目管理是基礎(chǔ)集成框架的重要組成部分，它是保障產(chǎn)品生命周期各階段數(shù)據(jù)管理的有效組織形式。項目管理功能包括項目組織結(jié)構(gòu)建立、任務分解、項目管理、項目監(jiān)控、項目維護等。

（3）基于Web的工作流管理系統(tǒng)

基于Web的工作流管理系統(tǒng)是PLM系統(tǒng)正常運行的基本保障，它是分散地域的信息流、知識流集成成為可能。參考國際工作流管理聯(lián)盟對工作流的定義分為：工作流建模工具、工作流執(zhí)行系統(tǒng)、工作流管理系統(tǒng)、工作流監(jiān)控系統(tǒng)等部分。這些系統(tǒng)在構(gòu)建PLM底層框架結(jié)構(gòu)時就必須全局考慮。

（4）工具集開發(fā)與集成

基礎(chǔ)集成框架為PLM系統(tǒng)提供基礎(chǔ)支撐，具體任務的完成需要通過各個相應工具實現(xiàn)。所以PLM系統(tǒng)開發(fā)并集成協(xié)同生命周期的產(chǎn)品設(shè)計、管理工具。工具集開發(fā)包括PDM/CAPP/ERP/CRM/SCM等，工具集集成包括CAD/CAM/CAE等，工具集的集成采用遠程Agent技術(shù)。

（5）網(wǎng)絡安全技術(shù)

PLM系統(tǒng)運行環(huán)境構(gòu)建于Intranet/Internet之上，所以為了保證數(shù)據(jù)信息的安全，必須采取相應的軟、硬件保障措施。在網(wǎng)絡建設(shè)中系統(tǒng)采用硬件防火墻技術(shù)：在軟件開發(fā)過程中，采用基于角色的身份認證與\o"shouquan,授權(quán)"授權(quán)技術(shù)，確保合法信息不被非法盜用、修改與截獲。

（6）基礎(chǔ)集成框架構(gòu)建

基礎(chǔ)集成框架為PLM系統(tǒng)的提供基礎(chǔ)支持環(huán)境，主要包括基本平臺與各協(xié)同工具?；酒脚_以工作流系統(tǒng)為主體，可以實現(xiàn)遠程的信息傳遞。協(xié)同工具包括共享視頻、共享音頻、共享白板、電子郵件、協(xié)同瀏覽器等。

五、結(jié)束語

PLM技術(shù)自誕生之日起便受到廣泛關(guān)注，國外PLM技術(shù)與理論的研究已經(jīng)比較成熟，一些國外大公司，如\o"Agile,Agile"Agile、Eds、\o"3ds,達索,Dassault"Dassault、