產(chǎn)品生命周期管理(PLM)在制造業(yè)的應(yīng)用集成研究

產(chǎn)品生命周期管理（PLM）在制造業(yè)的應(yīng)用集成研究按照某位國(guó)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(shí)施PLM系統(tǒng)，而在中國(guó)這個(gè)數(shù)字是1%。編者認(rèn)為，這個(gè)比例基本符合現(xiàn)實(shí)情況。信息化起點(diǎn)低、基礎(chǔ)不夠扎實(shí)、實(shí)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(guó)內(nèi)制造企業(yè)實(shí)施PLM系統(tǒng)的攔路虎。按照以往的經(jīng)驗(yàn)，大多數(shù)國(guó)外出現(xiàn)的先進(jìn)技術(shù)和解決方案，國(guó)內(nèi)都會(huì)在短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)大量“符合國(guó)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(guó)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(shì)，一些國(guó)內(nèi)信息化廠商相繼推出了自己的PLM系統(tǒng)，為了符合國(guó)內(nèi)企業(yè)的現(xiàn)實(shí)情況，這些系統(tǒng)大多還停留在“準(zhǔn)PLM系統(tǒng)”的階段，而研究者則往往處在應(yīng)用研究、框架研究的階段。本文作者所作的就是這樣一種“國(guó)產(chǎn)”PLM系統(tǒng)的應(yīng)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(jì)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(diǎn)。PLM結(jié)合\o"E-business,電子商務(wù)"電子商務(wù)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(yīng)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(jì)劃"ERP等系統(tǒng)進(jìn)行集成，將孤島式流程管理轉(zhuǎn)變?yōu)榧苫囊惑w管理，實(shí)現(xiàn)從概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品生產(chǎn)、產(chǎn)品維護(hù)到管理信息的全面\o"shuzihua,數(shù)字化"數(shù)字化；實(shí)現(xiàn)企業(yè)知識(shí)價(jià)值的提升與知識(shí)共享管理，產(chǎn)品開發(fā)和業(yè)務(wù)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(chǎng)\o"compete,競(jìng)爭(zhēng)"競(jìng)爭(zhēng)力。

目前，國(guó)內(nèi)PLM軟件的應(yīng)用研究剛剛起步，國(guó)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(guó)外現(xiàn)有理論，國(guó)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(jìn)一步的研究。同時(shí)，國(guó)外PLM產(chǎn)品的昂貴價(jià)格使眾多企業(yè)望而卻步，因此，盡快推出符合我國(guó)國(guó)情的PLM軟件系統(tǒng)，具有很重要的社會(huì)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(wù)整體\o"case,解決方案"解決方案的6個(gè)核心內(nèi)容CRM、SCM、ERP、電子交易（E-Commerce）、智能商務(wù)（\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(xiàng)目管理"項(xiàng)目管理技術(shù)為基礎(chǔ)，支持產(chǎn)品全生命周期管理。它對(duì)分散的“產(chǎn)品信息孤島”進(jìn)行無縫集成，對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造各個(gè)階段相關(guān)的歷史數(shù)據(jù)、現(xiàn)用數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、規(guī)范文檔等進(jìn)行管理，為不同階段以及不同的合作伙伴提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范數(shù)據(jù)。PLM系統(tǒng)及其\o"eai,EAI,應(yīng)用集成"應(yīng)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(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、\o"yanfa-gongyi,研發(fā),工藝"工藝規(guī)劃、生產(chǎn)測(cè)試、交付、維護(hù)和維修、產(chǎn)品回收再利用的全過程。其涵蓋\o"cad,CAD,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)"CAD、\o"capp,CAPP"CAPP、\o"cam,CAM,計(jì)算機(jī)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(jìn)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(chǎng)、維護(hù)和維修服務(wù)、客戶、質(zhì)量保證、制造加工、部件\o"gongyingshang,供應(yīng)商"供應(yīng)商伙伴等的信息，從而建立起規(guī)范的產(chǎn)品信息來源。擴(kuò)展企業(yè)的所有部門和分支機(jī)構(gòu)都能通過PLM獲得信息服務(wù)。

三、PLM應(yīng)用需求分析

PLM軟件的集成應(yīng)用是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及到軟件開發(fā)的成熟度、企業(yè)的實(shí)際需求。制造企業(yè)是目前PLM應(yīng)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(gè)人計(jì)算機(jī)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(yīng)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)性，沒有按零部件的特性進(jìn)行分類，等等。更嚴(yán)重的是，這些數(shù)據(jù)沒有得到安全保護(hù)，可以隨意地復(fù)制和刪除，或因計(jì)算機(jī)的故障而永遠(yuǎn)丟失。因此，需要通過實(shí)施PLM項(xiàng)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(biāo)"組織管理模型，并按照科學(xué)的規(guī)則對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝數(shù)據(jù)進(jìn)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(jì)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(jìn)一步，還要提供快速查詢的手段，方便獲取所需數(shù)據(jù)，實(shí)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(shí)、準(zhǔn)確地提供所需的物料清單，供生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)使用。

（2）數(shù)據(jù)查找困難

對(duì)于企業(yè)來說，全新的設(shè)計(jì)是極少的，一般的設(shè)計(jì)工作基本上都是在原有設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上的改型設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)必然要經(jīng)常參考舊有的設(shè)計(jì)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(huì)重新設(shè)計(jì)一個(gè)零件或工裝，設(shè)計(jì)重用率不高。所以，必須采用計(jì)算機(jī)查詢，能根據(jù)項(xiàng)目、設(shè)計(jì)人、工作階段、審批狀態(tài)、日期、類型以及預(yù)先定義的各種參數(shù)，如材料、重量、加工方法等進(jìn)行查詢，不僅可以查到當(dāng)前的資料，還可以查到過去的或者類似項(xiàng)目的相應(yīng)資料。

（3）業(yè)務(wù)間的協(xié)同性差

面對(duì)當(dāng)前全球\o"economy,經(jīng)濟(jì),企業(yè)觀察"經(jīng)濟(jì)一體化，顧客需求個(gè)性化以及產(chǎn)品交貨高速化的經(jīng)濟(jì)時(shí)代，產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)之間、與供應(yīng)商之間以及與顧客之間耦合程度越來越強(qiáng)。要適應(yīng)這一時(shí)代經(jīng)濟(jì)特征，必須提供強(qiáng)大的協(xié)同系統(tǒng)，以滿足當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)變革。這種變革帶來的變化有兩點(diǎn)特點(diǎn)：一是全面徹底性；另外一點(diǎn)是強(qiáng)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(jì)環(huán)節(jié)中的概念設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)與工業(yè)制造；商務(wù)環(huán)節(jié)中的市場(chǎng)、銷售與流通．制造環(huán)節(jié)中的物料控制、計(jì)劃成本控制。所謂強(qiáng)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(wù)聯(lián)系（工作流），而且這些業(yè)務(wù)流程本身又與\o"moshi,模式"模式的變化有互動(dòng)的關(guān)系。

（4）與其他應(yīng)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(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的進(jìn)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(jìn)一步提高生產(chǎn)力和加工精度。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的日益廣泛和深入，人們很快發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)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(yīng)用，才是最經(jīng)濟(jì)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(kù)"數(shù)據(jù)庫(kù)及有關(guān)應(yīng)用接口，實(shí)現(xiàn)CAx/CAPP/ERP的集成，才能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的自動(dòng)化。目前，PLM系統(tǒng)是最好的CAx/CAPP/ERP集成平臺(tái)。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(jìn)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(shí)現(xiàn)集成。

以上問題應(yīng)該說在制造行業(yè)普遍存在，因此開發(fā)和實(shí)施一個(gè)成功的PLM應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)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(gè)集成的可視化管理環(huán)境，以便在擴(kuò)大的企業(yè)范圍內(nèi)分享和共用復(fù)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(duì)象屬性定義，對(duì)象間關(guān)系定義等工具，使貫穿于整個(gè)制造價(jià)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(jì)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)品業(yè)務(wù)流程的優(yōu)化重組。PLM系統(tǒng)將提供一套健全的業(yè)務(wù)流程構(gòu)成與優(yōu)化方案，功能強(qiáng)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(yùn)用這些流程工具，對(duì)產(chǎn)品生命周期的全過程進(jìn)行設(shè)計(jì)與優(yōu)化。

（3）實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)知識(shí)集成與共享。企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力產(chǎn)品和技術(shù)的\o"chuangxin,創(chuàng)新"創(chuàng)新力，而知識(shí)集成又是創(chuàng)新能力的關(guān)鍵。知識(shí)集成主要是對(duì)分散在企業(yè)員工頭腦中的經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)進(jìn)行集成，通過對(duì)集體知識(shí)的捕獲、共享以提高企業(yè)應(yīng)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(shí)資源，提高知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)的可重用性。

（4）建立以PLM系統(tǒng)為應(yīng)用集成框架的開方式可擴(kuò)展體系結(jié)構(gòu)。信息孤島的形成是因?yàn)楦鲬?yīng)用系統(tǒng)分別建立在不同的數(shù)據(jù)模型之上，難以實(shí)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(gè)包括各個(gè)應(yīng)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(gè)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)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(yīng)用系統(tǒng)在數(shù)據(jù)交換過程中避免了語(yǔ)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(duì)動(dòng)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(duì)PLM的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。我們自主開發(fā)的PLM系統(tǒng)充分吸收國(guó)外成熟軟件先進(jìn)技術(shù)，融合國(guó)內(nèi)制造企業(yè)的實(shí)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(jìn)性、獨(dú)創(chuàng)性，更為重要的是，適合國(guó)情的PLM系統(tǒng)應(yīng)充分考慮國(guó)內(nèi)制造業(yè)的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)更為\o"gm,通用,gm"通用的信息集成。在應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)過程中，其關(guān)鍵技術(shù)有如下幾點(diǎn)。

（1）靈活的系統(tǒng)建模框架

PLM是一個(gè)涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、機(jī)械技術(shù)、管理技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等在內(nèi)的橫跨產(chǎn)品生命周期各個(gè)階段的綜合系統(tǒng)，為了能夠建立一個(gè)健全的系統(tǒng)，必須首先建立系統(tǒng)的相應(yīng)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(jì)模型。

（2）基于Web的項(xiàng)目管理系統(tǒng)

基于Web的項(xiàng)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(xiàng)目管理功能包括項(xiàng)目組織結(jié)構(gòu)建立、任務(wù)分解、項(xiàng)目管理、項(xiàng)目監(jiān)控、項(xiàng)目維護(hù)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(yùn)行的基本保障，它是分散地域的信息流、知識(shí)流集成成為可能。參考國(guó)際工作流管理聯(lián)盟對(duì)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(shí)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(wù)的完成需要通過各個(gè)相應(yīng)工具實(shí)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(jì)、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(yuǎn)程Agent技術(shù)。

（5）網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)

PLM系統(tǒng)運(yùn)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(yīng)的軟、硬件保障措施。在網(wǎng)絡(luò)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(rèn)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(tái)與各協(xié)同工具。基本平臺(tái)以工作流系統(tǒng)為主體，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)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(yǔ)

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