产品生命周期管理(PLM) 在制造业的应用集成研究

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       按照某位国外专家的说法,大约有10%的日本制造企业有资格、有能力且正在实施PLM系统,而在中国这个数字是1%。编者认为,这个 比例基本符合现实情况。信息化起点低、基础不够扎实、实施难度较高、成本高昂、专业人才缺乏、系统本土化程度低等似乎都是国内制造 企业实施PLM系统的拦路虎。
 
 
       按照以往的经验,大多数国外出现的先进技术和解决方案,国内都会在短时间内出现大量“符合国情”的同类系 统。相比那些“洋”系统,“土”系统往往更体贴国内中小企业的“口味”。
 
 
       PLM系统在最近两年开始出现这样的趋势,一些国内信息化厂商相 继推出了自己的PLM系统,为了符合国内企业的现实情况,这些系统大多还停留在“准PLM系统”的阶段,而研究者则往往处在应用研究、框架研究的阶段。本文作者所作的就是这样一种“国产”PLM系统的应用研究。
 
 
一、引言
 
       产品生命周期管理PLM(Product Life-cycle Management)自20世纪末提出以来,便迅速成为制造业关注的焦点。
 
 
       PLM结合电子商务技术与协同技术,将产品的开发流程与SCM、CRM、ERP等系统进行集成,将孤岛式流程管理转变为集成化的一体管理,实现从概念设计、产品设计、产品生产、产品维护到管理信息的全面数字化;实现企业知识价值的提升与知识共享管理,产品开发和业务流程的优化,从而全面提升企业生产效率,降低产品生命周期管理的成本,以提升企业的市场竞争力。
 
 
       目前,国内PLM软件的应用研究刚刚起步,国内外企业信息化现状的较大差别使我们无法照搬国外现有理论,国产化PLM的基础理论、关键技术、集成技术等还有待进一步的研究。同时,国外PLM产品的昂贵价格使众多企业望而却步,因此,尽快推出符合我国国情的PLM软件系统,具有很重要的社会意义。
 
 
二、PLM系统的基本原理及 体系结构
 
       PLM系统提供的产品生命周期管理系统是电子商务整体解决方案的6个核心内容CRM、SCM、ERP电子交易(E-Commerce)、智能商务(BI)、产品生命周期管理(PLM)之一。它以Web工作流技术与Web项目管理技术为基础,支持产品全生命周期管理。
 
 
       它对分散的“产 品信息孤岛”进行无缝集成,对产品设计 制造各个阶段相关的历史数据、现用数据、实验数据、规范文档等进行管理,为不同阶段以及不同的合作伙伴提供统一标准的规范数据。PLM系统及其应用集成系统框图如图1所示。
图1 PLM系统的集成框架
 
 
       产品生命周期管理(PLM)涵盖企业产品从需求分析、概念设计、产品设计、工艺规划、生产测试、交付、维护和 维修、产品回收再利用的全过程。其涵盖CAD、CAPP、CAM、ERP、SCM、CRM等产品全生命周期各阶段的解决方案,并通过PLM进行连接与集成。
 
 
       它可以集成来自企业内外的信息资源,如:销售、市场、维护和维修服务、客户、质量保证、制造加工、部件供应商伙伴等的信息,从而建立起规范的产品信息来源。扩展企业的所有部门和分支机构都能通过PLM获得信息服务。
 
 
三.PLM应用需求分析
 
       PLM软件的集成应用是一项复杂的系统工程,涉及到软件开发的成熟度、企业的实际需求。制造企业是目前PLM应用的主体,分析制造企业的信息化现状,总的来说,存在以下主要问题:
 
(1)电子文档管理落后
 
       目前大多制造企业的电子文档数据均保存在工程技术人员的个人计算机中,由此带来了一系列的问题,如电子文档与纸介质文档的版本不统一,数据分散查找不方便,不能反应数据之间的关联性,没有按零部件的特性进行分类,等等。
 
 
       更严重的是,这些数据没有得到安全保护,可以随意地复制和删除,或因计算机的故障而永远丢失。因此,需要通过实施PLM项目提高产品数据的管理水平,保证产品电子数据的完整性、高效性和安全性。即,首先要有建立良好的数据组织管理模型,并按照科学的规则对产品设计及工艺数据进行有效地组织与管理,使其方便使用。
 
 
       其次,还要能安全地存取产品技术数据(包括设计图纸、工艺卡片及其他相关数据),并按照有效的流程控制数据的正确性。进一步,还要提供快速查询的手段,方便获取所需数据,实现数据共享,规范文件格式和数据。最后,还必须及时、准确地提供所需的物料清单,供生产经营使用。
 
 
(2)数据查找困难
 
       对于企业来说,全新的设计是极少的,一般的设计工作基本上都是在原有设计基础上的改型设计。这种设计必然要经常参考旧有的设计结果,如果没有方便的查询工具,不能找到需要的数据,工程师可能会重新设计一个零件或工装,设计重用率不高。
 
 
       所以,必须采用计算机查询,能根据项目、设计人、工作阶段、审批状态、日期、类型以及预先定义的各种参数,如材料、重量、加工方法等进行查询,不仅可以查到当前的资料,还可以查到过去的或者类似项目的相应资料。
 
 
(3)业务间的协同性差
 
       面对当前全球经济一体化,顾客需求个性化以及产品交货高速化的经济时代,产品开发与生产之间、与供应商之间以及与顾客之间耦合程度越来越强。要适应这一时代经济特征,必须提供强大的协同系统,以满足当前的经济变革。这种变革带来的变化有两点特点:一是全面彻底性;另外一点是强相关性。
 
 
       所谓全面彻底是指变化发生在所有的领域内。比如:设计环节中的概念设计、工程设计与工业制造;商务环节中的市场、销售与流通.制造环节中的物料控制、计划成本控制。所谓强相关性是指这些所有的环节中所包括的组成部分之间是有内在的业务联系(工作流),而且这些业务流程本身又与模式的变化有互动的关系。
 
 
(4)与其他应用系统集成度低
 
       CAx系统无法把产品加工信息传递到后续环节,阻碍了计算机应用技术的进一步提高。目前,只有把CAx和生产制造结合成一体,才能进一步提高生产力和加工精度。随着计算机应用的日益广泛和深入,人们很快发现,只有当CAx系统一次性输入的信息能在后续环节如CAPP中)一再被应用,才是最经济的。
 
 
       所以,人们首先致力于把已经存在的CAx、CAPP、ERP系统通过工程数据库及有关应用接口,实现CAx/CAPP/ERP的集成,才能实现设计生产的自动化。目前,PLM系统是最好的CAx/CAPP/ERP集成平台。
 
 
       它可以把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有条不紊的管理。不同的CAX/CAPP/ERP系统都可以从PLM中提取各自所需要的信息,再把结果放回PLM中,从而真正实现集成。
 
 
       以上问题应该说在制造行业普遍存在,因此开发和实施一个成功的PLM应用系统,应该具有以下基本功能。
 
 
       (1)利用跨行业、全球化的可视化协同工作模式建立一个集成的可视化管理环境,以便在扩大的企业范围内分享和共用复杂产品数据。建立基础集成框架、信息模型图形化定义、对象属性定义,对象间关系定义等工具,使贯穿于整个制造价值链的协同能力得到大大的提高,使企业从概念设计到产品发布都能以更快的速度、更低的成本推出更好的产品。
 
 
       (2)实现产品业务流程的优化重组。PLM系统将提供一套健全的业务流程构成与优化方案,功能强大的Web工作流程图形化定义工具,通过帮助企业掌握和运用这些流程工具,对产品生命周期的全过程进行设计与优化。
 
 
       (3)实现对企业知识集成与共享。企业的核心竞争力产品和技术的创新力,而知识集成又是创新能力的关键。知识集成主要是对分散在企业员工头脑中的经验与知识进行集成,通过对集体知识的捕获、共享以提高企业应变和创新能力。PLM系统帮助企业继承、管理、优化企业的知识资源,提高知识、经验的可重用性。
 
 
       (4)建立以PLM系统为应用集成框架的开方式可扩展体系结构。信息孤岛的形成是因为各应用系统分别建立在不同的数据模型之上,难以实现系统间的数据共享与信息集成。因此,需要建立一个包括各个应用系统在内的、全局的、统一的共享信息模型,即产品总体信息模型。
 
 
       通过该模型,各个应用系统对模型的数据有唯一相同的解释:数据模型全局一致,不同应用系统在数据交换过程中避免了语义上的误解和分歧;避免了产品数据的冗余和不一致现象;使对动态数据管理成为可能。
 
 
四.PLM系统的相关关键技术
 
       结合以上分析,我们对PLM的关键技术进行了研究。我们自主开发的PLM系统充分吸收国外成熟软件先进技术,融合国内制造企业的实际需求,并利用在CAD/CAPP/PDM/ERP方面的研究成果,不仅各单元技术有其先进性、独创性,更为重要的是,适合国情的PLM系统应充分考虑国内制造业的实际需求,实现更为通用的信息集成。在应用系统的开发过程中,其关键技术有如下几点。
 
 
(1)灵活的系统建模框架
 
       PLM是一个涉及计算机技术、机械技术、管理技术、信息技术、网络技术等在内的横跨产品生命周期各个阶段的综合系统,为了能够建立一个健全的系统,必须首先建立系统的相应模型,包括系统体系结构模型、组织关系模型、信息传递与交互模型、协同工作模型以及各阶段系统设计模型。
 
 
(2)基于Web的项目管理系统
 
       基于Web的项目管理是基础集成框架的重要组成部分,它是保障产品生命周期各阶段数据管理的有效组织形式。项目管理功能包括项目组织结构建立、任务分解、项目管理、项目监控、项目维护等。
 
 
(3)基于Web的工作流管理系统
 
       基于Web的工作流管理系统是PLM系统正常运行的基本保障,它是分散地域的信息流、知识流集成成为可能。参考国际工作流管理联盟对工作流的定义分为:工作流建模工具、工作流执行系统、工作流管理系统、工作流监控系统等部分。这些系统在构建PLM底层框架结构时就必须全局考虑。
 
 
(4)工具集开发与集成
 
       基础集成框架为PLM系统提供基础支撑,具体任务的完成需要通过各个相应工具实现。所以PLM系统开发并集成协同生命周期的产品设计、管理工具。工具集开发包括PDM/CAPP/ERP/CRM/SCM等,工具集集成包括CAD/CAM/CAE等,工具集的集成采用远程Agent技术。
 
 
(5)网络安全技术
 
       PLM系统运行环境构建于Intranet/Intemet之上,所以为了保证数据信息的安全,必须采取相应的软、硬件保障措施。在网络建设中系统采用硬件防火墙技术:在软件开发过程中,采用基于角色的身份认证与授权技术,确保合法信息不被非法盗用、修改与截获。
 
(6)基础集成框架构建
 
       基础集成框架为PLM系统的提供基础支持环境,主要包括基本平台与各协同工具。基本平台以工作流系统为主体,可以实现远程的信息传递。协同工具包括共享视频、共享音频、共享白板、电子邮件、协同浏览器等。
 
 
五、结束语
 
       国内PDM/CAPP/ERP/CRM/SCM/EB等信息化系统经过几年的快速成长期,国内厂商的软件设计与开发实力得到了明显增强,已经具备了开发PLM系统的实力。同时,国内信息化建设的快速发展,刺激了一部分企业对信息化软件的需求。在借鉴国外软件开发与实施经验的基础上,充分考虑国内制造企业的实际需求,少走弯路,尽快推出价格适中、功能实用的PLM系统是大势所趋。




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