（系统工程专业论文）产品全生命周期管理中数字化工厂系统的应用与集成.pdf

摘要 摘要 本论文是作者在参与上海市经委引进技术项目：“汽车数字化总装技术的研 究与开发”( 项目编号：0 4 - 6 5 ) 的基础上完成的本论文的研究工作主要是基 于数字化工厂系统和产品全生命周期中的p d m 系统之间的信息集成。其中主要 包括三个部分，第一部分是对于数字化工厂技术的概括和研究，第二部分是产 品全生命周期中p d m 系统的概括和研究，第三部分是对两者之间进行信息集成 的研究。 论文首先阐述了制造企业信息化的现状和问题，描述了目前先进制造技术 的相互关系，分析了产品全生命周期的概念和基本内容。对产品全生命周期中 数字化工厂技术和p d m 技术的作用着重进行了研究，分析了两者之间的关联以 及两者集成的必要性和可能性 随后，论文研究了在产品全生命周期中数字化工厂系统和p d m 系统集成的 内容，即以b o m 为核心进行信息集成。在这基础上又对系统集成的典型方法进 行了比较，确定了比较实用的集成方案。 最后，前面分析的基础上，论文以p d m 和数字化工厂两个具体的软件为基 础，实现了一个数字化工厂和p d m 系统集成的实例，并对集成方法的可扩展性 作了进一步探讨，对未来工作进行了展望 关键词；产品全生命周期，数字化工厂，p d m ，x m l a b s t r a c t t h i st l l e s i si sb a s e do nt h ep r o j e c to f “r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to n a u t o m o t i v ed i g i t a la s s e m b l yt e c h n o l o g y f r o ms h a r l g h a le c o n o m i c sc o m m i t t e e t h es t u d yo ft h i st h e s i si sb a s e do ni n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o no ft h ed i g i t a lf a c t o r y s y s t e ma n dp r o d u c td a t am a n a g e m e n ts y s t e m ，t h i st h e s i si sc o m p o s e do ft h r e em a i n t a s k s ：t h ef i r s tp a r ti so ng e n e r a l i z i n gt h ed i g i t a lf a c t o r yt e c h n o l o g y , t h es e c o n dp a r ti s o nt h er e s e a r c ho fp r o d u c td a t am a n a g e m e n ts y s t e mi np r o d u c tl i f e c y c l e ，t h et h i r d p a r ti sa b o u ti n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o nb e t w e e nd i g i t a lf a c t o r ys y s t e ma n dp r o d u c td a t a m a n a g e m e n ts y s t e m f i r s t ，t h i st h e s i sa n a l y z e st h ec u r r e n ts i t u a t i o na n dp r o b l e m si nt h ep r o c e s so f a p p l y i n gt h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi nm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s ，d e s c r i b e st h e r e l a t i o nb e t w e e na d v a n c e dp r o d u c et e c h n o l o g i e s t h e na r o u n dt h er e s e a r c h i n gp r o j e c t , t h et h e s i sa n a l y z e sp r o d u c tl i f e c y c l em a n a g e m e n t sb a s i cc o n c e p t i o na n dc o n t e n t 。 t h i st h e s i sm a k et h ep o i n to nt h ef u n c t i o no fd i g i t a lf a c t o r yt e c h n o l o g ya n dp r o d u c t d a t am a n a g e m e n ti nt o t a lp r o d u c tl i f e c y c l e ，i nt h es a m et i t l ei t e x p l a i n st h er e l a t i o n b e t w e e nt h i st w ok i n dt e c h n o l o g y , a l s oi n c l u d et h ep o s s i b i l i t yo f i n t e g r a t i o n f o l l o w i n gt h et h e s i sc o n f i r m st h ec o n t e n tt h a tn d st ob ei n t e g r a t e d , m a k e s b o ma st h ec o r e a f t e rt h a t , t h et h e s i sc o m p a r e ss o m et y p i c a li n t e g r a t i o nm e t h o d s , f i x e so no n e p r a c t i c a lw a y a tl a s t , t h et h e s i sp l a n t i n go nt w om a t e r i a ls o f t w a r es y s t e mo fd i g i t a lf a c t o r y s y s t e ma n dp r o d u c td a t am a n a g e m e n ts y s t e m , r e a l i z e sa ne x a m p l eo fi n t e g r a t i o na n d m a k e sf u r t h e rd i s c u s s0 1 1i n t e g r a t i o nm e t h o d s k e yw o r d s ：p r o d u c tl i f e c y c l e ，d i g i t a lf a c t o r y , p d m ，x m l n 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：域舀越 尸7 年3 月j 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名：0 勿纠 | ) 。 年弓月 日 第1 章引言 1 1 概述 第1 章引言 制造业是指对原材料( 采掘业的产品和农产品) 进行加工或再加工，以及对 零部件装配的工业的总称。制造业一般有消费品制造业和资本品制造业、轻型 制造业和重型制造业、民用制造业和军工制造业、传统制造业和现代制造业之 分。 制造业是各种产业的支柱工业，各种产业的发展有赖于制造业的支持，其 中包括尖端、专业设备的提供，高水平通用设备的供应等，国家在经济上的独 立、在工业上的自力更生能力、在很大程度上体现在制造技术的水平上。一个 没有强大制造能力的国家永远不可能成为经济强国。 制造业是国民经济最重要的支柱产业，在工业化国家，约有l 4 的人口从 事制造业，约有8 0 的物质财富来自制造业在我国，已有约八百万家制造业企 业，制造业工业总产值约占全国g d p 的4 2 5 当前制造业已成为我国最大的 产业和国民经济主要组成部分，成为就业的重要市场和出口的主力军，目前制 造业和装备制造业的工业增加值已居世界第4 位，仅次于美国、日本和德国 制造业的关键核心是所采用的制造技术制造技术是当代科学技术发展最 为活跃的领域，是产品更新、生产发展、国际间技术竞争的重要手段，各工业 化国家都把先进制造技术列为国家的高新关键技术和优先发展的项目，给予极 大的重视和关注。 1 2 制造业的发展 一般认为，人类文明有三大物质支柱：材料、能源与信息。其实。制造” 也应是一大支柱。可以说，没有“制造”，就没有人类。恩格斯在自然辩证 法中讲到：“直立和劳动创造了人类，而劳动是从制造工具开始的。”的确， 可形象地讲，人是从制造第一把石刀开始的。 制造业和制造技术的形成，只有两百年的历史。1 8 世纪后期，以蒸汽机和 第1 章引言 工具机器的发明为特征的产业革命，开创了以机器为主导地位的制造业新纪元， 促成了制造企业雏形工场式生产的出现。1 9 世纪末2 0 世纪初，内燃机的 发明引发了制造业的革命；由福特、斯隆开创了流水式、大批量生产模式；泰 勒创立了科学管理理论，导致了制造技术的过细分工和制造系统的功能分解。 第二次世界大战后，微电子技术、计算机技术、自动化技术得到了迅速发展， 推动了制造技术向高质量生产和柔性生产的方向发展。从7 0 年代开始，大量生 产模式已不能适应新的市场特点，于是相继出现了计算机集成制造、丰田生产 模式( 精益生产) 。也就是说，受市场多样化、个性化的牵引及商业竞争加剧的 影响，制造技术进入了面向市场、柔性生产的新阶段，引发了生产模式和管理 技术的革命。在9 0 年代，相继出现了智能制造、敏捷制造、下一代制造等新的 制造理念。 1 3 制造业的现状 随着计算机技术的应用，制造业的信息化进程随之而来，随着网络信息技 术在整个世界中各个领域的渗透，制造业的信息化成为必然的结果。在这样的 背景下，传统制造技术与以计算机为核心的信息技术和现代管理技术相结合， 形成了先进制造技术( w 卜- d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g y ) 在2 0 世 纪的各个年代，对先进制造技术的研究重点也有所不同 2 0 世纪7 0 年代，c a d 技术是众多计算机应用技术中推广应用最为深入和最 为广泛的专业领域之一，特别在制造业中的影响力更为突出到了8 0 年代初， 以信息集成为核心的计算机集成制造系统( c o m p u t e ri n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，c i 骼) 开始得到实施，采用计算机技术和信息技术对 制造业的改造就不断进行。8 0 年代末，以过程集成为核心的并行工程 ( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，c e ) 技术进一步提高了制造水平，通过将产品设 计和制造等过程集成化、并行化来缩短产品开发周期的并行工程的诞生，标志 着制造技术进入了过程集成与优化阶段。2 0 世纪9 0 年代初美国提出了敏捷制造 ( a g i l em a n u a c t u r i n g ，a m ) 、虚拟企业( v i r t u a le n t e r p r i s e ，v e ) 等新概 念，制造技术进入了企业集成与优化阶段“。 2 第1 章引言 1 4 制造业企业当前信息化程度和面临的问题 ( 1 ) 企业管理层的信息化具备了一定基础。 经历了物料需求计划( m r p ，m a t e r i a lr e q u i r e m e n tp l a n n i n g ) 、制造资源 计划( m r p i i ，m a n u f a c t u r er e s o u r c ep l a n n i n g ) 的发展之后，出现了企业资 源计划( e r p ，e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) 。e r p 能够对企业活动中与制造 有关的所有资源和过程进行统一管理，其应用目标是对生产成本、产品质量、 生产计划、财务分析进行控制及对客户服务进行管理。e r p 是为组织、协调、计 划与控制企业的生产经营活动所采用的生产管理技术，主要强调对企业的人、 财、物、产、供、销和质量等资源的管理，关心这些资源的调度、使用和增值， 主要服务于工程设计人员和工程管理人员。目前国内和国外都出现了很多e r p 软件系统提供商，如s a p 、o r a c l e 、用友等。 ( 2 ) 产品设计层计算机应用逐渐普及。 在产品设计部门，设计人员已经逐渐摆脱以前手工利用图纸进行设计的方 式，越来越多的设计人员使用各种计算机辅助设计软件来进行产品的设计和开 发，这些软件包括各类c a d 软件和p 咖软件。c a d 软件是解决产品设计、建模等 问题的工具，常用的有a u t o c r d 、p r o e 、c a t i a 等。p d m 软件实现了所有产品数 据及相关信息的宏观管理和控制功能，常用的有u g s 公司的t e a m c e n t e r ，p t c 公司的w i n d c h i l l ，m a t r i x o n e 公司的e - m a t r i x ，i 酬公司的s m a r t e a m ，s a p 公 司的m y s a p 等 ( 3 ) 生产规划层数字化程度不高。 在生产规划层，生产过程和工艺管理及规划的自动化程度比较低，很多还 是靠人工，靠经验，与管理层和产品设计层的发展程度相比，相对滞后这也 给信息集成、技术集成、资源集成造成了一定困难 从以上的分析可知，正是生产规划层面上的各种缺陷，数字化程度不高造 成了企业信息化的瓶颈。问题主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 企业无法将最新的设计思想快速地实现成产品，推向市场，无法实现 产品快速、个性化、定制化的开发。 ( 2 ) 企业生产部门很难将工艺数据和设计部门的设计数据统一协调。 ( 3 ) 企业难以将制造工艺数据在规划阶段与零部件供应商共享。 ( 4 ) 企业生产部门的工艺局限无法在设计部门反映出来，势必造成重复设 第1 章引言 计和时间浪费耵 1 5 研究的内容和背景 本课题是在同济大学c i m s 研究中心承担的“汽车数字化总装技术的研究与 开发”项目的科研背景下，通过对数字化工厂软件和p m d 软件s m a r t e a m 的研究 的基础上确定的。 本论文的内容主要针对数字化工厂系统软件e m - p l a n n e r 同p l m p d m 系统软 件s m a r t e a m 的信息集成展开，主要研究内容包括下面几个方面： 研究产品全生命周期的概念，从其产生到当前其发展状况，目标及其当前 在制造业中所发挥的作用，分析在整个产品的生命周期中数字化工厂技术和p d m 技术的位置，其作用又是如何。同时也阐述了数字化工厂理论和系统结构。阐 述了p d m 系统的理论和系统结构分析了数字化工厂技术和d f s p d m 系统集成 信息的内容，主要是通过物料清单( b o m ) 的传递和转换将数据传送完成集成过 程。 论文章节安捧如下： ， 第一章作为前言部分。简单介绍一下论文的课题来源和背景。 第二章介绍了产品全生命周期的定义，概念，从其产生一直到目前的发展 状况。随后就产品全生命周期展开分析，从产品的生命周期中研究各个阶段的 研究对象和需要分析的主要技术，其中主要包括数字化工厂系统合p 阴系统两 方面。 第三章接续上一章的内容，结合上一章的理论部分研究具体的软件系统 数字化工厂系统对应的软件主要是e - l - p o w e r 系统中的e m - p l a n n e r 模块，p d m 系 统对应的软件是s m a r t e a m 系统。 第四章在第二，三章的理论分析的基础上提出了对于集成信息内容的确定 设想和集成方法上的设想，在对于目前流行的几种集成的方法做出了比较，最 后根据应用背景选择了实用的方案。 第五章在前面的理论分析的基础上介绍了针对第四章确定的集成方法进行 开发的实例。该章介绍了实例的原理，其流程结构，功能概要。还有使用的结 果。 第六章总结了全文，展望可以进一步研究的方向。 第2 章产品全生命周期的分析 第2 章产品全生命周期的分析 本章主要从产品生命周期的角度进行阐述，将整个产品的生命周期作为一 个整体概念来分析，随后再将其细化，对产品生产的各个阶段进行研究，其中 重点放在数字化工厂和p 删系统。 2 1 产品全生命周期 2 l 世纪的市场机制是以消费者为向导的市场机制，也就是说：企业的产品必 须是满足消费者不断变化的需求的产品。消费者的需求通常包含五个方面的内 容：产品质量、产品价格、售后服务、环境保护以及个性化特色，所以企业想在 日益激烈的市场竞争中立于不败之地，必须以更短的新产品上市时间( t i m e ) 、 更优的产品质量( q u a l i t y ) 、更低的产品成本( c o s t ) 、更好的服务( s e r v i c e ) 和满足环保要求( e n v i r o n m e n t ) 的“t o c s e ”五要素去赢得用户和更大的市场份 额。为实现这一目标，制造企业纷纷将先进的产品开发、生产、组织管理技术引 入企业，产生了准时制生产( j i t ：j u s ti nt i m e ) 、计算机集成制造 ( c i m ：c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g ) ，并行工程 ( c e ： c o n c u r r e n t e n g i n e e r i n g ) 、敏捷制造( a m ： g i l em a n u f a c t u r i n g ) 等先进制造 模式这些先进制造模式反映了制造企业信息化发展的方向：( 1 ) 集成，主要是 指信息集成、过程集成、企业集成：( 2 ) 协同，包括企业内部协同和企业外部协 同；( 3 ) 知识管理，包括知识沉淀和知识管理两个方面 目前，各种制造理念中真正能将上述三方面有机融合一起的应当首推产品 生命周期管理( p l m ：p r o d u c tl i f e c y c l em a n a g e m e n t ) p l m 将先进的管理思想 和一流的信息技术有机地融入到现代企业的生产和商业运作中，使企业在数字 经济时代能够有效地调整经营手段和管理方式。其主要内涵是：在产品的整个生 命周期内通过一组应用系统实现企业的信息集成和企业内外拿方位协同，并能 有效地捕捉产品知识资产。 2 1 1 信息孤岛现象 第2 章产品全生命周期的分析 在这里，先阐述一个事实：p l m 实际上是制造业企业的信息化建设发展到一 定阶段，开始大量出现。信息孤岛”现象，致使信息化技术无法实现客户预期 效益，使客户难于接受后必然出现的一种“信息化集成思想”p l h 与其说是一 类新技术或新软件产品，还不如说是将现有技术和软件产品发展并推向“无孤 岛集成应用”的思想。 先以机械产品业中的某个企业中的制造过程为例说明什么是信息化孤岛现 象 孤岛之一 首先，产品中并非所有零部件都是自己设计的，一般有2 0 到7 0 都是外购 件，这些外购件是上游供应商的产品，在上游供应商手中几乎肯定有c a d 设计 图纸甚至三维模型，但传统上，供应商只会提供产品简要图样和实物，不会提 供c a d 设计图纸或三维模型，制造商要想完成产品设计，一般需要重新在自己 的c a d 系统中绘制外购件，甚至重新建立外购件三维模型以便搭建自己产品的 三维数字样机在上述过程中，我们可以看到外购件信息在供应商和制造商之 间经历了由。电子数据一 纸介质数据一 电子数据”的转换过程，既费时费力， 又可能出错。 孤岛之二 我们再看产品制造商内部，当用c a d 软件完成产品零部件设计后，在一个 有严格设计质量控制规范的企业中，并不能立即将其作为生产加工的依据，而 是必须经历校核和审批过程，在当前的大多数制造业企业中，这一过程的完成 方式是首先将产品设计图纸由电子数据打印为纸介质，再将纸介质图纸经过校 核和审批过程，审查人员提出意见后又让设计人员在c a d 软件中对电子数据进 行修改。然后再次转换为纸介质，如此周而复始，直至审批通过在这一循环 往复过程中，又存在大量“电子数据一 纸介质数据一 电子数据”的转换过程。 这又是一个耗费资源、耗费时间、而且会导致数据发散、安全性很差的过程。 孤岛之三 此外，在上述产品设计过程中，如果不使用产品电子数据管理工具，电子 数据的杂乱存储、版本混乱、查询困难几乎是难于避免的，尤其是在使用三维 c a d 软件后，这种文档的混乱存储几乎是致命的( 因为极有可能导致产品三维模 型残缺不全，无法使用) ，这与纸介质产品数据被资料管理部门妥善地分类、分 版本管理的情况形成强烈反差。实际上，一旦将电子数据打印转换为纸介质数 6 第2 章产品全生命周期的分析 据就几乎无法再保证两者的一致性，因此经常出现生产现场所使用的纸介质数 据与设计部门自以为在生产现场使用的数据对不上号的现象。 孤岛之四 当产品设计完成后，为了进行工艺设计和生产组织，还需要设计人员根据 产品设计结构汇总统计出产品的明细表和汇总表，这些表格中无非描述了产品 本身的属性信息以及产品中的零部件属性和装配关系信息，其实这些信息本来 就包含在产品的c a d 设计图纸和三维模型中。现在它要通过手工方式完成“电 子数据一 纸介质数据”的转化过程。所有从事过产品的汇总和明细表格手工统 计的人都知道，这一过程是多么吃力而不讨好。 在产品设计完成后，一般还要进行工艺设计，大家立刻会想到c a p p 系统， c a p p 系统确实可以帮助工艺人员加速工艺设计过程，但产品工艺设计是以产品 结构设计为基础的( 需要基于产品设计物料清单) ，而现在往往是工艺设计人员 必须按照设计人员提供的产品明细和汇总表格以及纸介质格式的设计图向c a p p 系统重新录入一遍产品信息、零部件属性信息和零部件装配关系信息，然后才 能开始进行工艺设计在这一过程中产品设计物料清单又经历了。电子数据一 纸介质数据一 电子数据”的转换过程，这又是一次重复劳动、不仅费时费力， 而且极易出错。 孤岛之五 谈到工艺设计，由于越来越多的制造业企业采用了数控加工设备，它们也 开始面临两个新问题：首先，很多企业采用了c a d 甚至三维c a d 软件，但却未 装备c a m 软件，因此数控加工设备的操作人员往往需要依据设计人员提供的二 维纸介质图纸手工编写数控加工代码，这实际上又是一次通过手工方式完成 “电子数据一 纸介质数据一 电子数据”转换过程。其次，企业即使采用了c a m 系统直接接收来自c a d 系统的模型，生成数控加工代码，但他们还发现所购买 的c a p p 系统往往只能定义和管理非数控加工工艺过程，不能有效管理数控加工 数据，而很多加工过程实际上是数控和非数控混合加工过程其结果是，既然 c a p p 和c a m 系统所生成的电子数据相互孤立，统一不到一起，就只能依靠人工 手段来描述他们之间的关系了。 孤岛之六 待到工艺设计完成，该组织生产了，会联系e r p 系统，很多e r p 系统在宣 传中说只要“几分钟”就可以制定出生产调度计划，但一般不告诉客户完成几 7 第2 章产品全生命周期的分析 分钟计划所依据的原始数据往往需要手工录入以周为单位的时间，而且无法验 证其正确性，而这些数据中的大部分恰恰是产品的设计和制造物料以及物料变 化过程信息，这些信息本来就存在于产品的c a d 设计数据和c a p p 工艺数据中， 但现在还需要e r p 系统的使用人员根据设计和工艺部门所提供的纸介质产品设 计和工艺统计汇总报表再录入一次。在这一过程中又出现了产品设计和制造物 料清单再次由“电子数据一 纸介质数据一 电子数据”的转换过程，这是再一次 针对产品数据的重复劳动、其工作量之大、出错概率和不可验证性之高，几乎 可以让企业e r p 系统的使用者“疯狂”。 其实不仅仅是e r p 系统，企业生产过程中可能使用到的其它信息化系统， 比如质量管理系统、制造执行系统实际上都需要以产品设计和工艺信息为依据 才能工作，这些信息本来是包含在设计和工艺电子数据中的，但现在仍然需要 再经历一次“电子数据一 纸介质数据一 电子数据”的转换过程“。 2 1 2p l m 的产生 通过上一节对“信息化孤岛问题”的描述我们可以看出，这种问题已经严 重阻碍了制造企业信息化进程，同时也对生产过程产成了严重的不良影响。因 此对于孤岛问题的解决就产生了需求，在这种需求之下，产生了产品生命周期 管理( p r o d u c tl i f e c y c l em a n a g e m e n t ，p u d 技术。 p l m 是指对产品从概念设计、开发、分销、供货到报废的全生命周期进行管 理和提供支持服务的技术 p u i 是为满足制造业对产品生命周期信息管理的需求而产生的一种新的管 理模式。它是在p d m 的基础上发展起来的p l m 指一类软件和服务，它使用 i n t e r n e t 技术，使每个相关人员在产品的全部生命周期内互相协同地对产品开 发、制造、销售进行管理，而不管这些人员在产品开发和商务过程中担任什么角 色、使用什么计算机工具、身处的地理位置或在供应链的什么环节例如，利 用p l m 的浏览器，身处异地的各种角色人员，都能授权看到顾客需求、新产品开 发计划、产品三维模型、b o m 配置、供应商、库存、质量状况、生产制造及售 后服务等信息。 p l m 主要特征是通过一致的数据访问模型将不同商务和工程应用数据集成， 使p l m 用户得以协同地工作。p l m 的体系结构支持产品整个生命周期所有活动 8 第2 章产品全生命周期的分析 的协同。协同的数据处理使商务应用和资源的相关信息前后贯穿，消除产品活动 中产生的各种数据形成信息“孤岛”例如，利用p l m 的思想从产品的设计应用 系统中将所使用的材料信息提取到需要该信息的其他应用系统，如产品成本核 算、产品装配、包装、原材料采购等。p l m 的协同产品数据库可以提供产品生 命周期内的所有信息知识库，这个知识库被与产品生命周期活动相关的人 员在任何时间、任何地方通过i n t e r n e t 授权访问。 p l m 的基础是目前的c a d 、c a e 、c a m 、p d m 、e r p 、供应链管理( s c m ) 、客户 关系管理( c r m ) 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。p l m 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 8 】。 2 1 3 产品全生命周期中各部分的功能分布 产品全生命周期管理就是管理产品整个生命周期中( 从概念设计和定义到 制造、服务和报废) 产品相关的数据和过程，支持扩展企业中信息的生成和利 用的集成平台p l m 也是p d m 的深化和发展，包括实现产品全生命周期管理的 解决方案、平台和工具集以及实施方法。 p l m 是一种技术，更是一种理念p l m 从对产品的需求开始，到产品报废的 全部生命过程的信息管理。从这一理念上讲，p l m 应该包括从企业产品开发立项 或接到销售定单开始，包括设计、工艺、生产制造、生产管理、售后服务等与 产品有关的各个环节。p l m 为企业的运作提供了一个协同管理的集成平台，在此 平台上企业可以运用c a d 、c a p p 、c a e 、c a m 、c a q 、p d m 、e r p 、s c m 、c r m 、等单 项技术来解决产品生产中各个环节的工作需求。p l m 将对涉及产品的所有信息 协同管理，保证将正确的信息，在正确的时间传递到正确的地点，传送到正确 的应用对象。它试图探索在网络环境下，产品相关数据和过程如何多视角、全 周期地支持企业的经营运作过程。这一方面会给企业带来更强大的产品创新和 迅速占领市场的能力，而且也为企业信息化建设带来前所未有的严峻挑战和发 展机遇”。 根据下图，看一下在产品的生命周期管理的范围。 9 第2 章产品全生命周期的分析 图2 1p “内涵和应用范围 从上图中我们能够看到设计问题解决以后将产生大量的电子文档数据等， 这就需要p 蹦系统对其集中管理，所以在产品全生命周期中，需要将设计系统 与p d m 部分集成，达到数据共享。后面的章节将对设计和p d m 部分分析并说明 集成的问题。 2 1 4 实施p l _ 后的优势 p l i i 的中心思想是产品至上，它产生的目的就是进一步完善先进的制造技 术，从产品的角度提高制造的质量，尽量在最短的时间内完成从设计到实际投 1 0 第2 章产品全生命周期的分析 产的全过程。通过对p l m 的实施，可以解决上文中提到的。信息化孤岛”现象， 可以迅速沟通在制造生产各个环节中其决定作用的系统，可以缩短制造过程 通过实施p l m ，企业可以更加有力的控制产品的生命周期，通过有效协调各个环 节间的合作，可以达到降低变更成本、提高变更效率和减少变更错误这些目的， 从而缩短产品上市时间，为企业增强竞争力和活力1 0 】。 2 2p d m 的分析 在上文的叙述可以知道p b m 技术的管理范围是包含在整个p l m 当中的，同 时p d m 是作为p l m 中的核心部分存在。 2 2 1p d m 研究和应用现状 p d m 技术在2 0 世纪9 0 年代得到了迅猛地发展，p b m 可看作是一个企业信息 的集成框架( f r a m e w o r k ) 各种应用程序诸如c a d c a m c r e ，e d a , o a ，c a p p , m r p 等将通过各种各样的方式，如应用接口、开发封装等，直接作为一个个“对象 ( o b j e c t ) ”而被集成进来，使得分布在企业各个地方、在各个应用中使用的所 有产品数据得以高度集成、协调、共享，所有产品研发过程得以高度优化或重 组 p d m 技术是目前研究和应用相当热门且快速成长的技术。国外工业发达国家 应用已较普遍，现全球范围大商品化的p b m 软件不下1 0 0 种。包括m e t a p h a s e 公 司的m e t a p h a s e ，e d s u g 公司的i m a n ，i b m 公司的p r o d u c tm a n a g e r ，c v 公司的 o p t e g r a ，s d r c 公司的m e t a p h a s e ，e d s 公司的i m a n ，p t c 公司的w i n d c h i i i ，i b m 公司的p r o d u c t m a n a g e r ，c 1 ，公司的o p t e g r a 等，它们基本代表了现今在p b m 上 的最高水平。 目前，国际上许多大企业正逐渐将p b m 作为支持经营过程重组( b p r ) 、并行 工程( c e ) ，i s 0 9 0 0 0 质量认证，从而保持企业竞争力的关键技术。近几年来，p d m 的应用给企业带来了非凡的成就。p b m 技术在国外己得到广泛的应用，美国 c i m d a t a 公司调查的企业中，9 8 的企业都要实施p b m 。许多国外工业集团 ( 如：a i r b u s 、a b b 、波音等) 成功地应用了p d m 技术，实施了企业级的p b mt 程管 理。全球p d m 软件的服务市场年增长率达3 0 ，广泛应用于机械、电子、汽车、 第2 章产品全生命周期的分析 航空航天等各领域。 国内许多软件厂商也纷纷开发出自己的p d m 产品，如：浙江大天创瑞丰软件 公司开发的g s - p d m 系统，武汉天喻公司的i n t e p d m ，清华同方软件公司的 t f p d m s ，华中科技开发集成技术公司的k m p d m ，欧磊科技公司的s m a r g r o u p ，北 京大恒公司的d h p d m ，上海思普信息技术公司的s i p m p 蹦软件，中科院的凯思 公司、南京同创公司、清华高华公司及东北大学的阿尔派公司的p d m 软件等。 国内许多企业实施了p d m 系统，有些采用国外厂商开发的p d m 系统，如：春兰空 调厂、海尔集团、长虹、康佳等采用的是美国e d s 公司的i m a n ，西安飞机设训 所采用的是i b m 公司的p m ，原航天部二院2 0 4 所采用的是美国s d r c 公司的 m e t a p h a s e ；也有采用国内厂商开发的p d m 系统的如：宁波中菱有限公司、宁波 海太机械制造有限公司等采用的大天g s p d m ，江西五十铃汽车制造厂、上海港 口机械厂和苏州阀门厂等采用的天喻i n t e p d m ，北京第二开关厂、二九宜春工程 机械股份有限公司采用的人恒d h p d m ，厦门金龙客车厂采用的t f p d m 系统等“。 2 2 2p d m 技术在产品生命周期中的位置 制造企业在经营过程中要存储和管理大量的数据，并且随着计算机技术在 企业中的深入应用，需要把企业中各种不同的应用系统集成起来以实现企业信 息的集成以及与信息相关的过程的集成，从而建立一个高效的产品开发和生产 环境。这样就产生了一种对数据进行统一管理的需求，p d m 技术在此背景下产生。 在随后的发展当中，p d m 技术逐渐进化成p l y ! 技术，所以p d u 一直是居于p 核 心当中 p d m 与p l y ! 的区别之处在于p l m 来自p d m ，p l m 是p d m “进化”的结果，两 者有着深刻的渊源关系。可以说，p d m 功能是p u i 中的一个子集，也是其非常重 要的基础内容。但是双方的侧重点不同“ p d m 侧重于对产品数据的管理：p l y ! 则强调对企业智力财富的充分再利用。 p 叫侧重于对产品开发阶段数据的管理：p l m 侧重于对产品全生命周期内数 据的管理。 p 咖侧重于对企业内部产品数据的管理：p l y ! 则强调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。 p 嗍的体系结构是强调以文档为中心的研发流程管理。重点在于建立文档之 1 2 第2 章产品全生命周期的分析 间的联接，p l m 则寻求能够实现在多功能、多部门、多学科、多外协供应商之间 的紧密的协同。以在这些领域中取得真实的互操作性为目标。 p d m 提供刚性的、单纯化的信息之间的联合性p l m 提供的是上下文关联式 的、更广泛和更柔性的联合，因为p l m 允许在一个领域的创造性的活动对整个 环境具有完整的意义 p d m 侧重于实现对e r p 等系统的对接式集成：p l m 侧重于以其为基础来实现 整个企业的信息化，以“p l m 生态系统”的方式来实现对e r p 等系统的深层次集 成。 2 2 3p d m 的核心思想主要功能 p d m 的核心思想，简单地说就是对任何与产品有关的信息数据进行收集、储 存和转发“p d m 能够帮助管理和设计人员管理所有与产品相关的信息及与产 品有关的过程。通过p d m 的封装与集成的概念，规范化管理各种应用软件产生的 数据和各种应用软件的数据流程。 p d m 作为集成化环境，以产品数据管理为应用的立足点，在此基础上来解决 企业中各系统的功能集成和过程集成，具有很多重要的功能。具体表现在如下 几点： 1 ) 项目管理 项目管理是指在项目实施中实现其计划、组织、人员等相关数据的管理与 配置。进行项目运动状态的监视，完成计划的反馈。项目管理是建立在工作流 程管理基础上的一种管理。到目前为止，项目管理在p d m 子系统中正在不断的 完善，许多p d m 系统只提供工作流程活动的状态信息。项目管理包括用户管理、 工作组织管理、安全保密和权限管理等。 2 ) 产品数据管理 在产品生命周期整个过程中，多个系统被用来设计、分析和制造，不同的 工具产生不同的数据，存储在多个电子媒体的文件或数据库中，这些数据可以 被不同的用户修改和访问。为管理由不同工具产生的数据集，创建包含针对被 管理的数据集的指针和元数据层，元数据本身通常在数据库中被维护并由d b m s 来管理。用户可以快速查找所需要的数据，而不用关心它的物理地址。 3 ) 文档管理 第2 章产品全生命周期的分析 文档管理是p d m 的核心，它是建立在关系数据库系统的基础上，主要保证 数据的安全性和完整性，并支持各种查询的检索功能通过建立在数据之上的 相关指针，建立不同类型的异构的产品数据之间的联系，实现文档的层次与联 系控制。用户可以利用电子资料室来管理存储异构介质上的产品电子文档。电 子资料室通过权限控制来保证产品数据的安全性，面向对象的数据组织形式能 够提供更快速有效的信息访问，实现信息透明，而无需了解应用软件的运行路 径、有效版本以及文档的物理位置信息。所有描述产品、部件和零件的数据都 由p d m 统一管理、自动集中修改。电子文档管理对象包括图形文件、表格文件、 多媒体文件等，提供版本控制功能，支持文档入库操作。 d ) 分类及查询 p d m 提供零件族管理功能，以方便、快速地建立、查询和维护大量数据。分 类管理根据不同分类标准对产品及其相关数据进行分组，并进行有效编码，以 提高数据资源的可访问性和可重用性。 5 ) 产品结构管理 产品结构管理是指产品的整个生命周期建立和管理产品的定义和结构一 个新产品的设计最初阶段，设计工程师是从画出产品结构的草图，定义主要部 件和如何将这些部件组合成所需产品而开始的。当设计每个部件时总是先要查 找标准库和以前设计过的零件是否能满足功能需求，只有在无法借用已有零部 件的情况下才进行新的设计，生成新的零部件结构。在产品结构之外，还有大 量附加信息。对于新设计的零件，必须提供关于零部件的足够描述，以用于随 后的制造和装备。产品结构管理提供产品结构树的创建和修改操作，直观反映 产品部件组成关系采用树状结构的版本模型，支持配置管理，定义不同产品 中零部件的相互依赖关系，并提供了方便的检索手段。 6 ) 配置管理 产品配置管理( p r o d u c tc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t ) 以电子资料室为底层 支持，以材料清单( b i l lo fm a t e r i a l b o m ) 为组织核心，把定义最终产品的所 有工程数据和文档联系起来，对产品对象及相互之间的联系进行维护和管理。 产品对象之间的联系不仅包括产品、部件、组件、零件之间的多对多的装备联 系，而且包括其它的相关数据，如制造数据、成本数据、维护数据等。产品配 置管理能建立完整的b o m 表，表现其版本控制、高效、灵活地检索与查询最新 的产品数据，实现产品数据的完全性和完整性控制。产品配置管理设定产品的 1 4 第2 章产品全生命周期的分析 变量参数和对应可选数值，提供变量配置功能，根据用户需求，动态生成配置 结果，生成产品结构树。 7 ) 工作流程管理 工作流程管理( w o r k f l o wo fp r o c e s sm a n a g e m e n t ) 主要实现产品设计与修 改过程的跟踪与控制，包括工程数据的提交与修改，管理和监督，文档的自动 分布控制、自动通知等，它是项目管理的基础，主要管理当一个用户对数据进 行操作时会发生的情况，系统与系统之间的数据流动以及在一个项目的生命周 期内跟踪所有事务和数据的活动。修改后的产品数据经提交、审批即最后登记 变为新版本的数据。这一模块为产品开发过程的自动管理提供了保证，并支持 企业产品开发过程的重组，以获取最大的经济效益。 8 ) 提供c a d 系统结构 提供浏览符合d w 6 ，a c i s 等图形格式的控件，同时可以实现与这些类型文 件的底层信息交互。构架p d m s t e p 接口通过s d a i ( s t a n d a r dd a t aa c c e s s i n t e r f a c e ) 访问符合s t e p 标准文件。 9 ) 集成工具箱 为共享不同系统产生的数据并进行统一管理，p 删提供集成工具箱 ( i n t e g r a t o rt o o l ，i t ) ，对外部应用程序进行封装，并在p 叫中运行“ 因此，企业实施p 叫的优点在于1 可以缩短上市时间，2 提高设计效率和 生产效益，3 提高设计与制造的准确性，4 保护数据完整性，5 更好地利用富 有创造力的团队精神，6 更好地控制项目，7 更好地管理工程变更，8 向全