PLM(产品生命周期管理)产生的背景

随着CAD/CAE/CAPP/CAM在制造企业的广泛应用,一方面,企业从CAD等技术的推广应用中,特别是采用3D CAD建模、有限元分析、机构运动仿真等手段后,大大提高了设计能力和图纸质量,减

 PLM产生白背景
PLM(产品生命周期管理)产生的背景
    随着CAD/CAE/CAPP/CAM在制造企业的广泛应用,一方面,企业从CAD等技术的推广应用中,特别是采用3D CAD建模、有限元分析、机构运动仿真等手段后,大大提高了设计能力和图纸质量,减少了差错,降低了设计返工率。另一方面,还必须清醒地认识到,这些计算机应用系统只能解决企业产品设计与生产过程中的一些局部问题,并且由于很多计算机异构系统的应用,又带来了一系列新的问题。例如,CAD设计信息与下游CAPP、CAM等环节的信息集成,大量的设计数据、3D模型、设计流程的管理等。
    对这些种类繁多的异构数据及其他产品生命周期信息的管理,是目前自动化程度较高的企业亟待解决的问题。20世纪70年代中期到80年代初,美、英等国的企业开始大量应用计算机技术。到20世纪80年代初发现这些问题后,不得不花费更多的投资来解决产品生命周期中各种数据的管理问题。因而,有效地管理、控制和利用产品生命周期中”产生的技术数据和商务信息,是现代制造企业所面临的课题。
    1.产品生命周期中的各种计算机应用系统
    在产品形成的整个生命周期中,制造企业的不同部门在不同的应用领域使用了各种计算机应用系统(图3),例如:
    ·CAD——绘图和建模;
    ·CAE——分析和仿真;
    ·CAPP一一计算机辅助工艺规划;
    ·CAM——计算机辅助制造;
    ·CAQ——计算机辅助质量管理;
    ·DFx——面向某一应用领域的计算机辅助设计工具;
    ·ERP——企业资源管理。
其中,DFx指面向某一应用领域的计算机辅助设计工具,它们能够使设计人员在早期就考虑设计决策对后续的影响。例如,面向装配的设汁(DFA)工具用来制定装配工艺规划,考虑装拆的可行性,优化装配路径,在结构设计过程中通过装配仿真考虑装配干涉。面向制造的设计(DFM)可以在产品设计阶段对零件的结构工艺性、资源约束、可制造性及加工制造的成本、时间等进行分析。面向成本的设计(DFC)在设计阶段综合考虑产品生命周期中的材料、加丁、装配、维护等各种成本因素,进行产品设计成本的综合评价。

 
PLM产生背景
目前,制造企业使用的各种应用系统,无论是用于文档编制或工程绘图,还是进行三维建模或仿真分析,都使工作效率得到了大幅度的提高。例如,利用参数化CAD系统,设计人员可以非常方便地建立零部件的3D模型,作为下游进行CAE分析、NC编程的依据。而对这些零部件模型的更改,或者在此基础上设计出一个新版本的零部件模型,则往往取决于设计人员的个人偏好,从企业的角度并没有进行约束或管理的有效方法。长此以往,企业各个部门所产生的数据量就会迅速增加,从而形成庞大的数据流,分布于企业各个部门的各种异构系统之中,成为一堆用之不便、弃之可惜的“信息垃圾”。
    例如,波音公司应用了几百个计算机异构子系统,大多数的系统并不兼容,每架飞机最多时需要用到14套BOM表,系统之间的数据交换主要靠手工来完成。在1994年以前,公司之中没有一个销售人员能对客户说明一架波音飞机的准确交货日期,也没有人能清楚地计算出一架飞机的实际生产成本。
 2.庞大和杂乱的数据资源
    随着计算机应用的深入,制造企业中的电子数据资源正以令人难以想象的速度急剧膨胀,给企业带来了巨大的压力。主要问题是:数据种类繁多、检索困难、流向不明、缺乏安全性、无法共享,甚至会出现数据泛滥。这些情况对企业来说是不堪忍受的。    
导致制造企业的电子数据难以管理的主要原因如下。
①数据量大,每天都由企业各个部门的相关人员产生大量的数据。
②数据往往由各种不同的计算机用系统生成,存放在多种介质上,如个人计算机目录、部门数据库、中心数据库等。这数据分布在不同地点,被企业不同部门的人员所使用。
③数据的定义方式不同,经常存在许多版本,具有不同的状态,数据的一致性难以得证。
④数据产生的随意性很大,企业很难对相关人员的数据更姀或者创建新的零部件模型进行有效的约束
 5 数据的创建或使用,与工作流程紧密相关,由于企业工程设计与产品开发活动的松散性,难以进行严格的控制,增加了产品数据管理的难度。
    通常企业的产品种类越多,计算机应用历史越长,数据量则越庞大,管理难度也就越高。数据资源膨胀对企业信息管理的挑战主要体现在以下几个方面。
    ①数据的标准化。在数据交换方面,不同的应用系统之间存在着数据转换的问题,而数据标准化是进行数据交换的基础。
    ②数据的时效性。在企业的产品设计和生产过程中,数据的变化是必然的,且是经常发生的。因此需要将任何设计工程任务的变更,以及这些任务所涉及到的数据的变更,能够及时进行管理和控制,保证能够得到最新版本的数据。
    ③数据的结构化。在产品研研发过程中能够对产品数据进行结构化的描述,建立产品结构和相关数据之间的物理及逻辑关系,管理和控制产品结构中每一个子项数据的版本。
    如果没有一种计算机系统支持有效、透明的数据管理方法和手段,制造企业中大量的数据资源对于企业来说并不能产生应有的价值。当利用跨部门的数据时,需要花费大量的时间进行信息查询,处理流程繁杂,同时还可能造成信息的丢失和误用。
3.数据资源的管理缺乏透明性
    一个企业每天都要产生大量与产品相关的异构数据。企业经过长期的发展,特别是采用CAD技术之后,积累了丰富的技术文档。由于设计活动的分散性,设计人员通常分属不同的部门甚至是不同的地域,可采用不同的软硬件环境,因而生成的产品数据具有不同的类型,以不同的格式和介质动态地存储在不同的部门或地区。这样将带来如下问题:
    ①企业的数据资源主要分布在每个设计人员的手里,由个人进行管理和维护,其他人员基本上不能共享这些数据。
②数据的可追溯性差。如果一个用户不是某一文档的创建者,那么该用户就很难追溯该文档的历史信息。
 ③通常情况下,每一数据资源都具有生命周期。在该生命周期中,其状态和版本不断地变化,存放地点甚至连该数据或文档的所有者也可能发生变化。当企业中的某些人员需要对这些数据文档进行调用、更改等处理时,必须面临诸如此类的一系列问题。如:是否具有该数据文档的访问权限?它是由哪一种应用软件的哪一个版本产生的,目前保存在哪个部门的何种载体上.它的当前状态和当前版本是什么样的?如何找到该数据文档?对该数据文档的更改需要哪些审批程序?
    ④不同批次的产品之间有许多相同的零部件,如系列产品中的借用件、通用。件和标准件,如果缺乏信息沟通渠道,就时常会发生重复设计地,重复编制工艺,重复生产。如何解决信息的传递和数据的共享,如何充分利用原有的设计成果使产品标准化、系列化,也是需要解决的问题。
⑤如果企业将产品数据和其他数据资源都存放于计算机服务器内,这些到非法调用、修改和泄密,因而数据的安全保存和保密也是企业非常关心的部题。
    另外一些复杂产品通常由成千上万的零部件组成。首先,面对数量众多的零部件,如果采用纸质文档进行手工管理,那么在原材料的采购、生产计划的安排和装配生产线的发料等工作中,难以获得准确的数据。其次,不同部门有不同形式的材料清单(BOM),企业经常要花费大量的人力和时间才能完成这些报表,而且还要维护BOM数据的一致性。如果设计和制造的材料清单不一致,就会产生返工和浪费。再次,企业的新产品开发要承袭老产品的一些零部件,由此可能产生数据的各种版本,使不同版本产品之间的管理难度加大。
    因此,需要建立一个跨平台的数据和过程管理系统,将相关独立的信息处理系统集成到一个总体框架中,使庞大的数据流、数据和过程的管理透明化。
4.各种应用系统的异构信息集成不充分
    目前,已有许多功能完善的商品化CAD、CAPP、CAM系统,分别在产品设计、工艺设计和数控加工方面发挥J’重要的作用。但是,由于这些应用系统各自独立,不能实现系统之间信息的自动传递和交换。也就是说,CAD系统输出的产品设计结果和技术文档,并不能直接为CAPP系统所利用,还须由人工将这些图样、文档等纸面文件,或者由中问接口将CAD的数据文件,转换成CAPP系统所需的输人数据,并通过人机交互方式输入给CAPP系统进行处理,处理后的结果输出成加.[工艺规程。而CAM系统进行计算机辅助数控编程时,同样需要将CAPP系统输出的信息,转换成CAM系统所需的输入文件
和数据,然后再输入到CAM系统中。
    从信息集成的角度来看,CAD系统产生的信息应该传递到CAPP、CAM等后续环节,并能够被直接利用。自20世纪70年代起,人们就开始研究CAD、CAPP、CAM之间数据和信息的自动转换问题,即3C集成技术。最初是将CAD、CAPP、CAM系统通过T程数据库及其应用接口,实现CAD/CAM/CAPP的集成。目前,产品生命周期管理(ProduCt LifeCyCle Management,PLM)系统已成为3C集成的平台。它可以把生命周期中与产品有关的信息统一管理起来,并将信息按不同的用途分门别类地进行管理。不同的CAD/CAPP/CAM系统都可以从PLM中提取各自所需的信息,再把结果放回PLM中。
    由此可见,在制造企业的产品生命周期中,顺着产品设计开发和生产制造这一主线,可以发现很多相互独立的计算机应用系统,形成了信息处理的孤岛。从某种程度上影响了这些系统的应用效果,而且在信息转换过程中,难免发生错误,并可能造成意外的损失。因此,需要将这些相互独立的应用系统集成到一个总体框架中,将各个应用系统的数据信息和过程活动,利用统一的用户界面,对数据和过程进行管理,并对所有用户的数据存取进行控制。
    5.多学科跨部门的产品开发小组需要协同工作环境
    如图1-4,在产品开发的整个生命周期中,参与产品开发的各个团队需要共享所有的设计资料,使该团队的成员都能得到与产品设计有关的所有数据,支持各开发小组之间及时地进行信息交流,同时也能尽早地交换、协调有关产品制造和支持过程的各种信息。这就要求将开发团队的成员,包括设计人员、T艺人员、制造人员、市场营销人员、供应厂商,甚至客户都集成到某一信息共享的协同开发环境中,保证所有成员能得到最新、最准确的产品设计信息,减少任务的重复,节省时间和费用。
    制造企业在产品的整个生命周期中,对产品数据、技术信息进行有效的处理和控制极为重要,它直接关系到企业的产品设计、生产制造活动是否能够顺利开展。因此,制造企业需要建立一个企业级的产品生命周期管理框架、一套管理产品开发各阶段不同信息的机制,来组织和规范企业的各种数据资源,使得产品的设计开发、生产制造、采购销售和售后服务等环节的信息能够快速流动,并能有效地加以管理。在此机制下,企业能够结合上、中、下游各环节的生产体系,有效管理和控制生产资源,优化企业的整个生产过程,进而强化市场竞争力。在这种需求的推动下,PLM的思想以及应用软件系统随之产生。
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