产品数据管理(PDM)与产品全生命周期管理(PLM)课案.doc

产品数据管理(PDM)与产品全生命周期管理(PLM)
摘要：产品全生命周期管理是企业实现制造业信息化的必经途径，也是企业提高自身竞争力的重要手段。本文重点讨论了产品生命周期管理的主要研究内容，它的核心思想，并在此基础上探讨产品生命周期管理的技术架构及其主要功能。初步阐述了我国实现PLM的重要性。 
关键字：PLM；PDM;技术架构；信息孤岛； 
Abstract: the products lifecycle management is the necessary way for enterprises to realize manufacturing informatization, and is the key methods to improve their own competitiveness. This paper discusses the main research contents of products lifecycle management and its core ideas, and based on this we discussed the technology framework and main functions of products lifecycle management. The article expounded the importance of PLM technology in China. Keyword: PLM; technology framework; Information Island; 
前言 
经济全球化和工业信息化使制造业竞争环境、发展模式和活动空间等发生了深刻的变化，这些变化对制造业提出了严峻的挑战。为满足日益变化的客户需求，产品制造商需要从以生产推动销售的方式，转变到按客户需求订单安排生产的方式。特别是近年来兴起的企业外包业务和单一的客户需求的增加，生产厂商只有降低产品成本、提高产品质量、加快产品上市时间，以及为客户提供优质的产品服务，才能最终实现企业利润最大化，实现企业生产经营目标。人们已经认识到产品全生命周期管理对企业作为一个集成系统运行的重要性。可以认为，产品全生命周期管理是适用于企业过程、组织方式的技术，具有强烈的企业运行模式的背景。[1] 
产品生命周期管理PLM自提出以来，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成集成化的一体管理，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，产品开发与业务流程的优化，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。 
随着计算机技术的快速发展，各种单元软件(CAD/CAM/CAPP等)和企业管理软件(ERP/SCM等)在企业中得到广泛的应用。在产品全生命周期管理过程中由于采用不同的系统、不同的应用、不同的技术平台，使得产品数据难以顺畅流动，导致产品数据资源不能共享，形成所谓的“信息孤岛”。[2] 
“信息孤岛”在技术带来的不良影响可以分为以下几个方面： 
1、数据的一致性无法保证。由于不同应用系统的信息定义和采集过程相互独立，导致企业的同一数据在不同的应用中可能不一致。 
2、信息及时共享、反馈难。如销售部门不能及时掌握可用库存信息，不能及时了解销售合同履约情况，不能及时知道产品价格变化情况，生产部门则不能及时掌握市场销售情况、可用库存情况，无法确定合理的安全库存量。 
3、企业数据中存在很大的冗余和大量的垃圾信息。 
4、信息需要重复多次的输入，对信息的多次采集不仅浪费企业资源，而且容易导致数据的失真。 PLM技术可实现数据多BOM间的数据映射机制，产品数据在不同应用系统间的一致性、完整性和集成性，有利于实现企业内部和企业间制造资源的合理分配和利用，为企业实现产品数据全生命周期管理提供有力技术支持，也为解决信息孤岛问题提供新的途径。 
一、产品生命周期管理的内涵 
随着我国市场的逐渐开放，企业面临着全球化的竞争，尤其是中小企业面临的压力更大。新产品的更新加快，企业最根本的问题是增强自主创新和竞争能力，尤其是自主产品的研发。企业要增强产品的开发能力，需要有效的管理、控制和使用产品生命周期中的各种信息。随着计算机技术的发展以及CAD、CAE、CAPP、CAM系统的广泛应用，企业的产品自主研发能力在不断的增强，但必须清醒的认识到，这些计算机系统只能是解决企业产品生产中的一些局部的问题，如产品的设计、产品生产过程的管理等。从企业的发展角度来看，应该建立一个满足企业产品生命周期管理的信息管理框架，组织规范企业急剧增长的各种数据资源，使产品生命周期中的产品数据、技术文档、工作流程、工程更改、项目管理等能够有效的进行交换、集成和共享，实现产品生命周期的信息、过程集成和协同应用，这样就产生了产品生命周期管理系统(Product Lifecycle Management，PLM)。 
PLM是一种新的管理思想和新兴技术。关于PLM的概念目前还没有一个公认的定义和诠释，国外的一些著名公司，如CIMdata、AMR、Aberdeen、Daratec公司根据各自对PLM的理解以及功能组成给出了各自的观点。[1] 
CIMdata认为，PLM是一种企业信息化的商业战略。它实施一整套的业务解决方案，把人、过程和信息有效地集成在一起，作用于整个企业，遍历产品从概念到报废的全生命周期，支持与产品相关的协作研发、管理、分发和使用产品定义信息。Aberdeen认为PLM是覆盖了从产品诞生到消亡的产品生命周期全过程的、开放的、互操作的一整套应用方案。建设这样一个企业信息化环境的关键是，要有一个记录所有产品信息的系统化的中心产品数据知识库。AMR认为PLM是一种技术辅助策略，把跨越业务流程和不同用户群体的那些单点应用集成起来。与ERP不同，PLM将不会成为与某一软件厂商紧密集成的系统，PLM不会废止己有系统，它将使用流程建模工具、可视化工具或其他协作技术加上一定的语义集成来整合己有的系统。Daratec认为PLM把过程和信息内容与产品价值链连接起来，使之合理化、集成化以及优化。PLM能使制造厂商用解放信息并驾驭信息的力量来创造产品商务价值。PLM由CAD、CAE(或称仿真)、PDM、BOM、CRM、CAM等主要的支柱来支撑，共同形成了PLM核心解决方案集。没有这些内容的支持，PLM将无法站立。支持它的支柱越少，它的基础就越薄弱。 
结合国际上权威机构给出的概念，可以这么认为，产品全生命周期管理(PLM)是指管理产品从需求、规划、设计生产、经销、运行、使用、维修保养、直到回收再用处置的全生命周期中的信息与过程。它既是一门技术,又是一种制造的理念。它支持并行设计、敏捷制造、协同设计和制造,网络化制造等先进的设计制造技术。[3] 
所以说，PLM不仅仅是一种工具，更重要的是面向产品创新的一种知识管理和流程优化的理念，同时通过各种计算机信息系统的工具集成然后得以实现，它的目标是跟踪、组织、访问和管理产品的设计开发、生产制造、使用维护和售后服务等生命周期过程中的所有的数据信息。 
PLM与PDM在功能和概念上极为相近，区别在于：PLM可以认为是PDM的延伸。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；PDM侧重于对企业内部产品数据的管理，PLM则强调对产品生命周期内跨越供应链的企业联盟内的所有信息进行管理和利用[6]。 
PLM的基础是目前的CAD、CAE、CAM、PDM、ERP、供应链管理(SCM)、客户关系管理(CRM)和知识库等信息平台,它将成为下一代企业联盟的产品开发与管理协同信息集成平台。PLM的作用是使富有经验、知识渊博、富有商业头脑的企业经理们把握产品的全局信息,把主要精力集中到产品生命中的整个过程,而不只是关注产品的设计过程。它有助于企业经理们掌握产品竞争的核心,及时进行产品创新。 
PLM的管理思想是从新产品的战略策划开始,就将与产品有关的功能、性能、外观特征、质量、成本、顾客群、销售价格、生产规模、产品投放时机、市场占有量维护、差异化竞争优势的保持等一系列问题进行统一考虑,详细计划、分阶段控制实施使各种有限资源发挥出最大效益。PLM的内涵和应用范畴见图1。 

二、PLM的技术架构 
综合现代PLM技术与市场，产品全生命周期管理是当代企业面向客户和市场，快速重组产品每个生命周期中的组织结构业务过程和资源配置，从而使企业实现整体利益最大化的先进管理理念。产品全生命周期管理系统（PLMS）是支持企业实施PLM技术的计算机软件系统。[4] 
目前，现有的CAX、ERP、PDM、SCM、CRM等系统，主要是针对产品全生命周期中某些阶段的解决方案，难以支持企业作为一个整体来获得更高的效率、取得更多的创新以及满足客户的特殊需求，迫切需要一种将这些单独的系统结合到一起的企业信息化策略。 
PLMS的技术定位是为上述分立的系统提供统一的支撑平台（表1），以支持企业业务过程的协同运作。也就是说PLMS为不同的企业应用系统提供统一的基础信息表示和操作，是连接企业各个业务部门的信息平台与纽带，PLMS支持扩展企业资源的动态集成、配置、维护和管理。[5]

企业各应用系统，如CAX、ERP、PDM、SCM、CRM等都依赖于PLMS，并通过PLMS进行连接和集成。企业所有业务数据都遵照统一的信息与过程模型被集成到PLMS中；扩展企业的所有部门都能够通过PLMS获得信息服务。 1.PLM的关键技术 
（1）统一模型 
面对产品不同阶段（设计、工艺、生产、营销和服务等）所产生的异构数据，PLMS的技术重点是支持产品各个阶段的数据和过程管理，通过统一的信息建模实现对产品各阶段数据的管理、转换和使用。同时要求该产品模型能随着产品开发进程自动扩张，并从设计模型自动映射为不同目的的模型，如信息流分析模型、性能优化模型、动态仿真模型、任务控制模型等，产品模型还能够全面表达和评价与产品全生命周期相关的性能指标。[1] 
产品模型是支持产品管理的信息的基础结构。它综合描述产品开发管理过程中所需要的信息数据：产品数据、事件数据、组织数据、资源数据和路径数据等等，使产品管理能实现产品的创建、分析、重构、动态模拟以及任务控制等功能。[4] 
产品模型的多视图特性主要表现在：信息流分析、性能评价、动态模拟、任务管理在内的多项数据处理，它们分别需要产品模型的不同的信息，如信息流分析以产品的输入、输出数据为对象，性能评价需要资源、成员间的协同等信息，动态仿真注重于时间的激发、结束条件、时间和空间等信息，而任务管理则需要较为全面的信息。因此，在管理的每一阶段应有相应的模型：信息流分析模型、性能评价模型、动态仿真模型、任务控制模型（如图2），它们从不同的侧面表达产品生命过程，有静态的，也有动态的。因此，产品模型是多视角的，仅用某单一视图来表达是不够的。

（2）数据应用集成 
随着经济全球化的发展，企业间的联合与协作日趋紧密，作为企业信息平台的产品全生命周期管理系统（PLMS）将提供更加强大的集成与扩展功能，增加企业柔性，便于这些具有协作关系的企业联盟更加有效的工作。集成的数据环境保证数据的唯一性和一致性。唯一性指不同的用户在对同一数据单元进行操作时，通过网络传递的是数据的映像或者是一种参照关系，而不是通过复制和拷贝生成一个新的数据单元；一致性指数据单元的变更能及时通知到有关的工作结点，并且在数据变更时，提供一种加解锁机制，保证数据版本的统一。这种集成数据环境可采用集中式共享数据库实现。 
（3）全面协同 
PDM的多年实践，较好地解决了企业的数据管理和使用问题。由于通讯技术和互联网的快速发展，制约组织（团队）工作效率的协同工作基础得到了改善。PLM将依赖于先进的支持企业内部和企业间的协同工作。 
2．PLM的技术层次 
为了实现产品生命周期管理的目标，制造企业需要通过不同的应用系统来分别完成产品生命周期某一阶段的产品数据处理。这些应用系统之间存在着复杂的输入输出关系，它们之间相互影响、相互制约。PLM框架有助于用户理解PLM的功能需求以及各应用系统构成及不同系统之间的集成关系。它不但可以清晰地确定产品的数据处理功能和业务流程，而且可以描述企业需要实施的计算机系统以及它们之间的关系。从一定程度上可以说，PLM框架构成了一个基本的企业信息化整体解决方案，可以分为三个层次。[1]如图所示： 
1)数据层 
由各种数据要素构成的产品数据源，在物理上可以使分布的，但是在逻辑上是集成的。 
2)支撑层 
一般有PLM或PDM系统构成，具有直接获取、存储和管理产品数据的功能，并且集成各种应用系统。 
3)应用层 
由各种应用系统构成完成各种专业领域的特殊需要。
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需要管理哪些阶段，哪些内容，以及需要提供哪些功能。在产品生命周期的不同阶段，系统具有不同的功能特征;在用户需求阶段，系统主要完成的任务是对市场以及用户需求进行合理分析，结合企业的资源，确定产品的发展战略:概念设计阶段，需要确定企业实现产品功能所采用的方案;在产品详细设计阶段，解决对产品的各个部件的数字化设计、产品的仿真分析和优化，选择合适的供应商来协同零部件的设计;在新产品的试制阶段，需要完成新产品的设计定型;新产品的生产准备阶段里面，需要进行工艺工装的设计制造、生产线的选择改造、采购准备和新产品的市场测试等工作;生产销售阶段，PLM系统关注供应链的管理(SCM)、客户关系管理(CRM)等问题。[5] 

根据企业产品在其生命周期各阶段的支持工具，形成一个完整的PLM系统功能框架。这个框架中集成了其他的计算机信息系统如CAD、CAM、CRM等应用工具，PLM将这些系统所产生的产品信息进行获取、处理、传递和存储。PLM的功能框架如图4。

三、结束语 
随着PLM技术和企业管理模式的不断发展，如果能充分利用这些技术满足企业信息化的需求，必然会对工艺信息化的应用效果带来较大的提升。但是工艺标准还不是很规范，不是很全，还有待进一步的研究，另外实施PLM解决方案是一项复杂的系统工程，需要科学的实施策略作为指导方针，针对企业、供应商和软件在实施过程中各自的定位，研究出一套科学、实用、有效的实施方法。 

参考文献： 
[1] 胡光忠 柳忠彬 兰芳.产品全生命周期管理（PLM）技术研究[J], 机械设计与制造,No.9 Sep, 2006 [2] 郝宵鹏.实施PLM的关键技术研究[D],天津：天津工业大学, 2008 
[3] Guo gang. Research on Process Definition and Management Method of New Product Development in a Concurrent Environment. Proceedings of IE&EM’ 2002&IceCE’, Beijing, 2002:19~21 
[4] 张平生,王登化.面向PLM的产品数据管理技术研究[J], Equipment Manufacturing Technology  No.1, 2009 [5] 郭钢,余成龙,刘飞.产品生命周期管理的内涵和技术架构[J], 中国机械工程第15卷第6期2004年3月下半月 
[6] 沈建新,周儒荣.产品全生命周期管理系统框架及关键技术研究[J], 南京航空航天大学学报,第35卷,第5期, 2003年10月