PLM 概述及系统功能分析

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PLM 概述及系统功能分析

    PLM 是在 PDM、ERP 广泛应用的基础上,在 SCM、CRM 等应用的推动下而逐渐形成的设计开发理念,源于PDM的PLM解决方案强调松散耦合的开放性集成框架,以 PDM 为核心,并提供与产品生命周期相适应的集成规范。
 
    它是以产品生命周期的各个阶段作为划分标志,客户、供应商、协作商等以不同的角色加入到市场、设计、工艺、制造和服务等阶段的业务活动之中,以产品及其研发管理为目标,通过控制下的协同工作实现产品信息和管理信息的协调流动。
 
    可以说 PLM 完全包含了 PDM 的全部内容,PDM 功能是 PLM 中的一个子集。但是 PLM 又强调了对产品生命周期内跨越供应链的所有信息进行管理和利用的概念,这是与 PDM 的本质区别。
 
    虽然产品生命周期包括多个阶段,PLM 系统的集成非常庞杂。但从以产品为核心的角度来看,基于 PDM 的 PLM 更加关注产品的开发、更接近上游市场。
 
    同时相关资料也表明,设计阶段将决定大部分产品的成本,产品开发是创造潜在效益的来源,而制造资源的充分整合主要是为了节流或提高效率。
 
    形成企业核心竞争力的重要手段就是差异化产品和竞争空间,而这些都有赖于产品的研发。因此,从某种意义上,PLM 系统可作为提升企业研发管理竞争力的有力工具。
 
2.1 PLM 的产生和发展
    产品生命周期的概念已经存在几十年, 但产品全生命周期管理( Product Lifecycle Management ,PLM)则是近 20 年市场竞争和技术演化的结果。
 
    20 世纪 80 年代以前,产品生命周期概念主要作为一种策略和经验模型来指导产品的市场分析和计划,不涉及对产品资源和信息的实际管理。
 
    而在 80 年代后,随着自动化、信息、计算机和网络技术的广泛应用,企业制造能力和水平都有了飞速的发展,企业在追求产量的同时,也越来越重视新产品开发的上市时间(T)、质量(Q)、成本(C)、服务(S)、产品创新(K)和环境(E)等指标。
 
    企业迫切需要将信息技术、现代管理技术和制造技术相结合,并应用于企业产品全生命周期(从市场需求分析到终报废处理)的各个阶段,对产品全生命周期信息、过程和资源进行管理,实现物流、信息流、价值流的集成和优化运行,以提高企业的市场应变能力和竞争能力。
 
    PLM 正是基于企业的这种需求而产生并发展起来的,在 PLM 出现初期,它是作为一个术语用来描述创建、管理和使用产品全生命周期相关信息和智力资本的一套业务方法。随着企业信息化进程、先进信息和管理技术的迅猛发展,PLM 的定义、内涵也在不断地演化和成熟。
 
    80 年代,企业对产品生命周期的管理集中在设计工程活动,支撑工具主要是围绕着以工程设计活动为对象的专用应用。在该阶段,产生了大量的面向专用需求的应用工具,如 CAD、CAE、CAM、虚拟制造、产品数据管理、可视化、业务流程管理和供应管理等。它们为 PLM 的进一步发展积累了大量的宝贵经验。
 
    90 年代,由于并行工程、计算机集成制造系统、敏捷制造等制造模式的发展和成熟,企业 PLM 的重点逐渐转向支持生命周期中不同应用领域和生命周期阶段的集成和协作。
 
    因此,出现了一些综合业务系统,如支持设计、分析和制造的CAD/CAM 系统、支持企业知识管理的知识工程系统、支持虚拟产品开发的 PDMII 系统、面向扩展企业的供应链管理系统、支持企业应用集成的 EAI 系统,以及支持虚拟企业协作的 B2B 系统。
 
    90 年代后期,随着 Internet 技术的迅猛发展,各种新名词、新理念层出不穷,从供应链管理到客户关系管理、大规模制造到大规模定制、电子商务到协同商务,Internet 以它前所未有的速度在冲击着我们的生活。综观该阶段 PLM 的发展特点,可以将其归纳为以 Internet 为基础的协作。
 
    其中,典型的应用包括面向产品商务协同的 CPC(Collaborative Product Commerce)平台、面向产品协同模型定义的 CPDM(collaborative Product Definition Management)平台和面向产品协同设计制造的 CPD(Collaborative Product Development)平台等。
 
    以上这些工具、系统和平台,虽然在一定程度上解决了 PLM 中的一些问题,但它们的应用范围和提供的功能只覆盖了 PLM 中的一部分内容,因此,它们只能算是一种局部的 PLM 解决方案。
 
    进入 21 世纪,人们开始考虑建立一个能够满足产品生命周期过程中不同领域和开发阶段信息管理与协调的整体解决方案,使产品设计、开发、制造、销售及售后服务等信息能快速流动,并能有效地协同和管理,实现真正意义上的产品上海交通大学工程硕士学位论文   
 
PLM 概述及系统功能分析 生命周期管理。
    近几年,PLM 发展十分迅速,已成为全球制造业关注的焦点。许多国际知名的企业、软件供应商和研究机构为此纷纷采取行动。其中,许多研究和应用项目都取得了很大的成功。他们的经验与成果,对于如何理解 PLM 技术定位、体系结构、关键技术及其发展方向都是很有意义的。
 
2.2 PLM 的定义和内涵
    PLM 是一种应用于在单一地点的企业内部、分散在多个地点的企业内部,以及在产品研发领域具有协作关系的企业之间的,支持产品全生命周期的信息的创建、管理、分发和应用的一系列应用解决方案,它能够集成与产品相关的人力资源 、流程、应用系统和信息。
 
2.2.1 PLM 的定义
    目前,在学术界和工业界并没有公认的产品生命周期管理概念的定义,各个厂商以及专业咨询公司给出的定义和内涵并不完全一致,导致对 PLM 的概念理解的模糊,甚至误导。以下列举几种比较有代表性的 PLM 定义。
 
    CIMdata 认为 PLM 是一种战略性的商业方法,其应用一组一致的业务解决方案来支持在扩展企业内创建、管理、发布和使用产品从概念到消亡整个生命周期的所有信息。PLM 集成了人、过程和信息,是企业产品信息管理的核心。
 
    IBM 认为 PLM 是一种商业哲理,产品数据应该可以被管理销售、维护、装配、采购等不同领域的人员共同使用。而 PLM 系统则是工作流以及相关支撑软件的集合,允许对产品生命周期进行管理,包括协调产品计划、制造和发布过程。
 
    产品生命周期管理联盟(Product Life Cycle Support,PLCS)认为,PLM 是一个概念,用于描述支持用户管理,跟踪和控制产品全生命周期中所有产品相关数据的协同环境。
 
    四家资深的工业分析公司(AMR Research, Gartner, Giga,Yankee Group)给 PLM 下的定义是:PLM 是提高产品开发效率的必要的企业基础结构,它描述了一个复杂的技术和服务框架,允许制造公司及其合作伙伴和客户,可以贯穿整个生命周期对产品进行分析、设计、制造和管理。
 
    因此,实质上 PLM 有三个层面的概念,即 PLM 领域、PLM 理念和 PLM 软件产品。而 PLM 软件的功能是 PDM 软件的扩展和延伸,PLM 软件的核心是 PDM 软件。从以上定义中可以抽取出 PLM 的一些关键特性:
 
    (1)PLM 是一种企业信息化战略,需要从企业战略层来规划 PLM 系统,包括其体系结构、工具和实施方法等;
 
    (2)PLM 的范围跨越企业之间从产品概念产生到产品消亡以及回收处理等所有产品阶段;
 
    (3)PLM 管理的对象是产品信息,这些信息不但包括产品生命周期的定义数据,同时也描述了产品是如何被设计、制造和服务的;
 
    (4)PLM 的目的是通过信息技术来实现产品全生命周期过程中协同的产品定义、制造和管理;
 
    (5)PLM 的实现需要一系列工具和技术的支持,并要求企业建立一个信息基础框架来支持其实施和运行。
 
    综上所述,本论文给出产品生命周期管理的定义为:PLM 是一项企业信息化战略,它通过 PLM 软件来实现产品生命周期过程中产品信息的创建、管理、分发和使用,来集成和管理相关的技术与应用系统,使用户可以在产品生命周期过程中协同地开发、制造和管理产品。
 
    这个定义从企业管理战略和软件应用两个方面来理解 PLM,强调了 PLM 是企业级解决方案,其管理功能覆盖产品的生命周期并且跨越企业的边界,在落实到系统实施时,又将其作为一个软件系统,在企业内部和企业之间创建、管理、访问和使用产品定义和制造信息,维护信息在产品生命周期内的完整性。
 
2.2.2 PLM 的内涵
    产品生命周期是 PLM 的主线,通过对产品生命周期的分析,可以了解到 PLM都需要管理哪些阶段、哪些内容,以及需要提供哪些功能。
 
    CIMData 认为,任何工业企业的产品生命周期都是由产品定义、产品生产和运作支持这三个基本的紧密交织在一起的生命周期组成。
 
    (1)产品定义生命周期:该阶段开始于初的客户需求和产品概念,结束于产品报废和现场服务支持,产品定义作为企业知识财富,定义产品是如何设计。
 
    (2)产品生产生命周期:该阶段主要是发布产品,包括与生产和销售产品相关的活动,ERP 系统是企业在该阶段的主要应用。该周期包括如何生产、制造、管理库存和运输,其管理对象是物理意义上的产品。
 
    (3)运作支持生命周期:该阶段主要是对企业运作所需的基础设施、人力、财务和(制造)资源等进行统一监控和调配。
 
    上述每一个生命周期都包括相关的过程、信息、业务系统和人来实现相关的商业功能。而 PLM 系统的目的就是对这些过程、信息、系统和人进行协调和管理,实现这三个阶段的紧密协作和通讯,将企业知识财富(产品定义)通过企业生产与运作支持转变为企业的物理资本(产品)。
 
    PTC 公司从产品的演化过程来理解产品生命周期,将这一过程分为概念产生、设计、采购、生产、销售和服务等几个阶段。每个阶段都有其特定的活动、产生相应的信息、涉及到相关的人员和部门,而 PLM 在每个阶段也起着不同的作用。
 
    (1)概念产生阶段:该阶段基于市场信息,获得新产品或产品设计改进的概念。PLM 系统在该阶段主要对产品的市场预测、产品创意、商业前景预测、客户需求和投资规划等活动提供支持。PLM 系统从所连接的其他系统中提取信息,增加市场需求分析和产品开发计划的准确度。
 
    (2)设计阶段:在该阶段,产品开发团队将通过 PLM 系统交换和共享产品设计数据和思路,协同完成产品的设计工作等。该阶段主要活动包括产品的概念设计、详细设计、设计评估、工程分析、文档管理及 EBOM 管理等。
 
    (3)采购阶段:该阶段对产品制造所需的器件、材料、部件和设备进行初步分析,确定外构件和自制件计划。PLM 系统从 ERP、PDM、SCM 等系统中抽取出器件或材料的可获得性、报价、潜在供应商、替代器件等信息,提供给采购人员制定相应的计划。
 
    (4)生产阶段:该阶段根据研发工程师建立的设计规格,利用所采购的器件和材料进行生产,通过质控质检或其他过程控制方法,来检查生产是否与设计规格一致。PLM 在该阶段主要涉及 MBOM 的管理、工装计划、生产测试、自制件加工等活动。
 
    (5)销售阶段:该阶段的主要活动包括市场推广、产品发布、销售战略制定、客户管理和订单管理等。PLM 系统负责企业与分销商、客户、供应商之间的信息协调和管理,保证订单、生产、库存和销售等环节的畅通和一致性。
 
    (6)售后服务阶段:主要负责产品维护、服务和维修。PLM 系统将把客户服务信息传递给相关的设计、生产、制造部门,并将相应的处理和解决方案反馈给服务部门和客户,充分利用企业资源,提高服务质量和效率。
 
2.2.3 PLM 与产品数据管理的关系
    PLM 的广泛应用与 PDM 技术的成熟和深化具有十分密切的联系,目前这两种技术还再不断发展之中,并将得到越来越广泛的应用。
 
    产品数据管理(Product Data Management,PDM)是对产品全生命周期数据和过程进行有效管理的方法和技术。功能完备的 PDM 系统应该能够做到,将正确的文档在正确的时候送到正确的地点,供正确的人使用。
 
    PLM 与所有和产品相关数据的管理有关,与 PDM 密不可分,有着深刻的渊源关系,可以说完全包含了 PDM 的全部内容,PDM 功能是PLM 中的一个子集。
 
    但是 PLM 强调了对产品生命周期内跨越供应链的所有信息进行管理和利用的概念,这是与 PDM 的本质区别。
 
    PDM 侧重于对产品数据的管理,PLM 强调对企业智力财富的充分再利用;PDM 侧重于对产品开发阶段数据的管理,PLM 侧重于对产品全生命周期内数据的管理。
 
2.3 PLM 在企业信息化的作用
     目前,一些企业在一定程度上实现了产品生命周期过程中某些方面的集成和管理,如 CAx、PDM、ERP 等的推广和应用,确实简化和改进了各种商业规则。
 
     但是,由于它们只是各自针对产品生命周期中的某些特定阶段,解决特定领域的问题,使得产品信息分散于企业内部不同应用之中。
 
    这些系统大多是相互独立开发或购买各自不同的软件供应商,它们可能运行于不同的平台,使用不同的数据格式,从而造成了这些系统之间信息交换和集成的困难,无法彼此互动。
 
    因此,企业需要将这些孤立的系统结合到一起的 PLM 系统,使产品信息可以在不同的应用和阶段间顺畅地流动,并能有效地加以管理。
 
    在此机制下,不但产品开发时间能大幅缩短,节省可观的资源,而且企业也能更紧密地结合上、中、下游各环节之产品开发体系,缩短反应时间,有效管理生产资源,进而强化市场竞争力。
 
    在 PLM 的支持下,企业不仅可以管理不同阶段内部的信息,还可以实现不同阶段之间的信息整合,打通设计、制造、生产、销售之间的关系,实现CAD/CAPP/CAM/ERP/SCM/CRM 等系统的集成,使得产品生命周期的各种信息能完全共享和交互,并有效管理。
 
    PLM 使整个产品价值链上的资源(包括企业内部和外部的)都可以为产品设计增加价值,通过自上而下的、一体化的方式进行以产品为中心的协同产品开发。
 
    通过 PLM 所有相关人员都可参与产品设计、开发、制造和使用,突破地理、组织等限制进行协同。产品数据可通过各种形式进行共享和分析 (如三维模型、示意图、BOM、进度计划和预测等),将用户、产品知识和业务过程都集中于产品创新上,使企业内外价值链的创新能力大化。
 
    PLM 真正实现了以产品为核心的企业价值链协同,解开了企业价值链上不同环节中由相互独立的应用系统产生的孤立信息,并将它们集成为统一的产品知识源。完整的价值链,能无缝地、实时地进行产品及所有信息的协同管理,从而降低产品成本,缩短开发周期。
 
    PLM 的应用领域十分广泛,包括机械、电子、汽车、航空、航天以及非制造业等。目前,汽车工业已经在全球范围内开发实施 PLM 技术,如:通用、福特等;航空、航天工业用 PLM 技术对企业进行重组,如:波音、麦道等;非制造业,如交通、商业、电子出版等行业,应用 PLM 技术的增长速度也十分迅速。
 
    根据McKinsey 公司和德国 Ruhr 大学统计,企业实施 PLM 系统之后,客户响应时间缩短 50%,开发设计时处理需求改变时间缩短 70%,结构设计和干涉检查时间缩短95%,采购定制周期缩短 30%,生产周期缩短 30%,服务响应时间缩短 50%,故障回复时间缩短 90%。
 
2.4 PLM 系统功能需求分析
    需求是构建系统必须具有的特征,或者为了使客户接受该系统而必须满足的约束,需求定义阶段的一个重要部分是建立系统要达到的一些总目标。
 
2.4.1 国内外主流 PLM 软件功能对比
    (1)西门子的 TeamCenter 主要由集成器、需求、企业、工程、制造、项目、社区和可视化等系统构成。包括:对象管理框架、产品结构配置、高级产品配置、变更控制管理、工作流管理、文档管理、项目管理、集成开发工具包等功能模块。
 
    (2)SAP 公司的产品全生命周期管理系统 mySAP PLM 由六部分功能组成:产品全周期数据管理(包括文档管理产品结构管理、系统集成、变更和配置管理)、资产全生命周期管理(包括技术资产管理、预防性维修、故障管理、资产维护过程管理)、计划管理和项目管理(包括战略规划管理、全生命周期收益分析、项目管理)、全生命周期协作管理(包括协同设计、协同项目管理、协同质量管理、供应商协同、企业门户、PLM 分析)、质量管理(包括审计管理、质量控制、质量改进)、环境、健康和安全管理(包括产品安全/有害物质管理、危险品管理、工业卫生和安全、废弃物管理、职业保障)。
 
    (3)Agile PLM 套件功能:产品协同、产品管理、产品服务及改善、产品组合管理、产品管理与法令、工程协同。
 
    (4)iMAN 系统由数据仓库与文档管理、工作流程管理、产品结构管理、扫描图像管理和系统管理等五部分组成,这些功能模块可帮助用户管理和维护产品数据。
 
    (5)CAXA 的 PLM 解决方案实现的功能:图文档管理、统一物料清单管理、工作流管理、工程变更管理、BOM 管理、企业级应用集成、异地协同。
    (6)艾克斯特 XTPLM 的功能包括文档服务、零部件服务、统一 BOM 服务、分类编码服务、产品配置服务、打印管理服务、客户需求管理、项目管理服务。
 
    (7)开目 PLM 解决方案功能包括图文档管理、产品配置管理、项目管理、流程管理、权限管理、组织结构管理监控系统和应用集成等功能模块,实现对企业文档、流程、项目管理的功能。
 
2.4.2 国内市场需求分析
    一个典型的产品生命周期管理系统是通过分析企业对系统的需求、现状和应用特点进行构建的。如图 2.1 所示,作为制造业的一种覆盖产品生命周期全过程的信息化解决方案,其在为企业提供 BOM 信息、管理产品图纸、提高研发效率和共享产品信息等面应用比较广泛。
 
    这使企业能够发现和再利用原有的产品、流程、资源、供应商和客户,提高企业的产品价值,降低产品生命周期的成本,使企业的利润大化。

2.4.3 PLM 实现功能
    通过比较国内外主流 PLM 软件功能和分析市场需求,总结出一个完整的 PLM 系统需要实现的功能包括以下几个方面:
 
    数据管理是 PLM 核心的功能,存储产品描述数据,完成数据分类、检索、状态跟踪,数据检入和检出等功能,为产品生命周期各阶段提供数据支持。电子仓库可实现这些功能,包括文档管理、产品结构管理、变更和配置管理。
 
    过程管理是 PLM 系统的重要组成部分,主要任务是对整个产品形成过程进行有效的控制,并使该过程在任何时候都可追溯。过程管理每个过程由若干活动完成,活动细分为功能,功能由执行者即用户完成,主要对产品设计和生产阶段流程进行管理。
 
    项目管理在 PLM 方案中具有十分重要的地位,它覆盖了产品生命周期的各个阶段,向项目经理提供各种信息和决策支持,制订产品开发的战略决策。项目管理需要数据管理、过程管理和协同管理的支持。
 
    资源管理主要操作关于人力资源、技术资源、设备资源和动力资源等相关的数据,建立主要企业资源资料库,实时跟踪各种资源的状态,支持企业决策, 主要针对产品设计、采购和生产阶段共享企业的资源。
 
    质量管理是控制成本和减少上市时间,增强产品市场竞争力的关键环节,包括审计管理,质量控制和质量改进,在产品设计、采购、生产,销售和服务阶段跟踪质量要素。
 
    协同管理是实现产品的协同设计的基础,主要支持产品协同设计,协同制造,信息共享,集中资源有效利用,使价值链上需求知识的用户能容易的获取他们工作所需的相关产品信息。
 
    供销管理是维护企业正常运行,产品迅速占领市场的战略保障,集成客户关系管理(CRM),供应链管(SCM)理等,主要应用于采购、销售和服务阶段。
 
2.5 本章小结
    本章主要介绍了 PLM 的产生和发展,定义和内涵及其在企业信息化中的作用。在比较了国内外主流 PLM 软件功能的基础上,针对国内市场的需求,论文通过对 PLM 系统的研究阐述了一个 PLM 系统应具备的功能。

 

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