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1、第二章面向 PLM 的工艺准备方案2.1 PLM 技术概述2.1.1 PLM 的定义CIM Data 认为 PLM 是一种战略性的业务模式，它应用一系列相互一致的业务解决方案，支持产品信息在全企业和产品生命周期内(从概念到生命周期结束)的创建、管理、分发和使用，它集成了员工、流程和信息等要素。图 1 是 CIMData 提出的 PLM 模型图。从图中可以看出其观点是，PLM 的重点依然是传统的 PDM 加上 Program Management(过程管理)。CIMData 认为，任何工业企业的产品生命周期都由三个基本的紧密交织在一起的生命周期组成，它们是:产品定义生命周期、产品生产生命周期和运
2、作支持生命周期。产品定义生命周期开始于最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，研究的对象是作为智力资源的产品，包含产品如何设计、制造和服务等信息；产品生产生命周期与产品生产和发运等企业活动有关，管理的对象是物理意义上的产品；运作支持生命周期则主要指对企业运作所需的基础设施、人力、财务和制造资源的统一监控和调配。图 2-1 PLM 模型2.1.2 PLM 研究应用历史PLM 的概念虽然最近才被正式提出，但 PLM 技术最早出现于 20 世纪 80 年代初期，至今，大概经历了如下的发展阶段。(1)早期以图档管理为核心的 PDM20 世纪 80 年代初，CAD/CAE/CAM 等设计
3、自动化工具已经得到广泛应用，工程师们在享受设计高效率的同时，也不得不面对信息迅速增加所带来的信息查找问题，电子数据的存储和获取的新方法需求变得越来越迫切。产品数据管理(PDM)应运而生。各 CAD 厂家配合自己 CAD 软件推出了第一代 PDM 产品，目标主要是解决大量电子数据的存储和管理问题，提供维护“点子数据仓库”的功能。这个时期，人们的一个普遍的观念就是“产品就是图纸，产品数据管理就是图档管理”。后来逐渐扩展到产品开发中的三个主要领域:设计图纸和电子文档的管理、材料报表(BOM)的管理以及与工程文档的集成、工程变更请求/指令的跟踪与管理，即现在所指的产品数据管理(PDM,Product
4、Data Management)。(2)专业化的 PDM很快，许多新功能被添加到 PDM 中，并且出现了许多解决产品开发过程中特定问题的综合应用，比如，产品变更控制和产品配置，PDM 开始走向专业化的道路。同时，PDM 数据管理的范围超越设计职能界限，开始覆盖制造等产品生命周期阶段。到 20 世纪 90 年代中期，PDM 已经具备对产品生命周期内各种形式的产品数据的管理能力、对产品结构与配置的管理、对电子数据的发布和更改的控制以及基于成组技术的零件分类管理与查询等。同时，软件的集成能力和开放程度也有较大的提高，少数优秀的 PDM 产品可以真正实现企业级的信息集成和过程集成。PDM 已经形成产业
5、，在商业上获得了巨大的成功。与此同时，PDM 技术在标准化方面也迈出了崭新的一步。1997 年 2 月，OMG 组织公布了 PDM Enabler 标准草案，为新一代标准化 PDM 产品的发展奠定了基础。(3)集成了协同商务的 PDM20 世纪 90 年中期以后，企业经营全球化趋势以及基于 Internet 的电子商务的兴起，对 PDM 开发和使用产生深远影响。新的协同和电子商务技术的出现大大促进了分布在地理不同位置上的团队成员之间实时、同步的开展工作。企业的业务模式也随之发生着悄然的变化，“大而全”的传统企业开始转而注意自己的核心竞争业务，而将非核心的业务外包出去，整个产品价值链通过企业与业
6、务合作伙伴的商务协同来达到利润最大化。这一时期有代表性的 PDM 思想是协同产品商务(CPC,Collaborative Product Commerce)，相应的代表产品包括 PTC 公第二章面向 PLM 的工艺准备方案司的 Windchill 和 MatrixOne 公司的eMatrix。(4)以产品创新为焦点的 PDM进入 21 世纪，企业之间的竞争更加激烈，客户对产品的个性化要求越来越高。越来越多的成功企业开始意识到企业真正的生命力在于新产品的创新能力。随着 web 技术的日益成熟，企业竞争热点从产品的成本、质量和上市时间转向能够快速响应市场变化的产品创新。将产品生命周期的所有数据收集
7、并有效的组织起来，通过提供一个统一的入口让产品开发工程师随时能够共享、访问并重复利用这些企业财富，在短时间内开发出高质量的满足用户个性要求的产品成为众多企业追求的目标。20 世纪 90 年代末出现的协同产品定义管理(cPDM,collaborative Product Definition Management)进一步演化为产品全生命周期管理(PLM。Product Lifecycle Management)，并成为企业参与全球竞争的一种战略性方法。现代 PLM/PDM 的最新思想和理念，实际上都是对 PDM 的扩展，PDM 仍然是核心。它们的出发点都是为了实现企业内部和企业之间的信息集成和业
8、务系统，最终使企业在产品的创新和推向市场的速度方面获得竞争优势。同时，它们又各有侧重。CPC 更多强调商务上的协同；cPDM 更多地从企业协同运作角度来考虑问题；PLM 则更多强调产品本身，产品创新是它的驱动力。如图所示:流程的覆盖程度图 2-2 PDM 到 CPC ，再到 PLM 的发展2.1.3 PLM 技术的优势及发展产品生命周期管理 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
9、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。目前,PLM 软件主要应用于那些产品结构复杂、设计周期长、设计工作量大的大、中型企业。应用行业主要分布在交通运输、航空航天、电子、机械等行业。对于中小型企业则主要应用实施了 PLM 系统中某些独立的模块如图文档管理、产品结构管理等。总体上,我国企业应用 PLM 软件己经取得了一定的效果,对于企业提高研发效率,实现研发过程的协同工作,缩短产品上市周期,降低产品成本起到了较大的作用。根据 e-works 的统计,中国企业应用 PLM 的主要功能的效果如图所示。图
10、2 一 3 国内 PLM 系统应用效果PLM 的研究正在从基本概念、体系扩展到面向企业生命周期整体解决方案的技术和实施方法上,希望为企业提供支持产品全生命周期协同运作的支撑环境和功能、提供标准化的实现技术和实施方法。因此,与整体解决方案相关的技术和应用,将成为 PLM 近阶段的研究重点,主要包括企业基础信息框架、统一产品模型、单一数据源、基于研胎 b 的产品入口,以及 PLM 标准与规范体系。2.2 工艺准备在产品生命周期中的重要性工艺准备的基本目的是从企业的实际情况出发,在工艺上采用最经济、最有效的制造方式与方法，为生产出满足用户要求的产品做好准备工作。工艺准备产品全生命周期管理的关键环节。
11、一个产品的功能和成本水平在产品的设计阶段己基本确定，设计不合理引起的产品技术和经济性方面的问题是用生产过程中的质量控制和成本控制措施无法挽回的。如图所示，消耗成本仅占产品开发总成本 18%的设计阶段(概念设计到工艺设计)对产品最终价值的影响程度达90%，而消耗了 80%以上开发成本的生产和维护阶段对产品最终价值的影响程度不足 10%。为此，在产品设计的早期阶段对产品的全生命周期所涉及的因素进行考虑，对产品的工艺性与可制造性进行综合评价，就显得十分必要。产品价值 /成本曲线现代企业的生产过程组织中，工艺准备技术文件与生产过程需要紧密联系，充分考虑当前制造资源约束和车间实际工况的工艺准备可以将优化
12、成熟的制造过程传递给车间，提高车间生产效率和产品质量。工艺准备工作中的工艺整顿及工艺总结工作对于产品的研发也起到了很好的推进作用。工艺知识积累及工艺标准化、参数化一方面可以改进成品的工艺方案，另一方面对新产品工艺研究起到参考作用。2.3 PLM 中的项目管理研究项目管理是 PLM 系统的主要功能模块，它是对系统的项目组织进行管理。包括项目自身的定义、修改以及与项目相关的信息，如状态、组织等信息的管理。项目管理的内容应该包括项目和任务的描述、开发阶段的状态、项目人员的组成和角色分配、项目开发流程、项目时间管理、项目费用管理、资源管理和自动组织开发过程等。2.3.1 PLM 中的项目管理技术项目管
13、理作为 PLM 系统中的一个重要功能，与专业的项目管理系统相比较有它自身的一些特点:(1)不同于传统的项目管理只注重于产品的研发设计阶段，而忽视了产品的其他阶段，如客户需求阶段、产品制造和使用阶段等；(2)传统的项目管理多为静态的规划，虽然目前在项目管理与工作流管理集成方面有很多研究，但主要集中在项目任务的执行方面，并没有实现客户的参与，包括为客户提供项目进度状态信息、客户反馈信息等，PLM 系统的项目管理需要进行项目活动状态的监视，并实时地将完成计划情况进行反馈；(3)PLM 系统的项目管理应该从整体上考虑问题。对项目三要素(资源、进度、质量)的控制，需要考虑在产品全生命周期范围内最优，而不
14、是产品生命周期某个阶段最优；(4)需要将项目管理信息、过程管理信息以及产品数据模型信息集成起来，从而不仅能够对项目文档进行管理，而且能够执行进度计划管理、任务跟踪和资源调配。PLM 系统中产品结构管理模块、工作流和过程管理模块、用户管理模块、变更管理模块和协同工作平台可以用来支持 PLM 系统进行项目管理，但如何将这几个模块的功能集成起来建立项目管理模型，是本节的研究重点。首先，对这几个模块如何支持 PLM 系统进行项目管理作简要分析。(1)产品结构管理。PLM 系统一般采用视图控制法来对某个产品结构的各种不同划分方法进行管理和描述，产品结构视图可以按照项目任务的具体需求来定义，也可以反映项目
15、里程碑对产品结构信息的要求。(2)工作流与过程管理。PLM 系统的工作流与过程管理提供一个控制并行工作流程的计算机环境。利用 PLM 图示化的工作流编辑器，可以在 PLM 系统中建立符合各企业习惯的并行的工作流程。根据项目任务的结构特点可以利用工作流与过程管理模块为任务数据对象建立相关的串行或并行流程。当任务中的数据对象被赋予流程后，流程用于控制该数据对象的流转过程，工作流与过程控制根据各环节的操作自动将文档推到下一环节。如果任务有相关数据对象被赋予了流程，只有当所有被赋予流程的数据对象走完相应的流程后，该任务才能提交，继续下一步的项目任务节点。(3)用户管理。PLM 系统对系统用户的个人信息
16、进行管理，项目负责人利用这些信息，可以针对一个既定的项目组织一个完整的集成产品研发团队。(4)变更管理。PLM 系统的变更管理是建立在工作流与过程管理基础上的，第二章面向 PLM 的工艺准备方案通过工程变更流程控制整个变更过程。项目任务在执行过程中如果发生延期或资源冲突，可以通过变更管理来对任务进行重新编排。(5)协同工作平台。PLM 系统提供协作笔记本、团队数据库、团队讨论板、团队论坛和即时消息等支持协同工作的工具。在项目立项之后的整个管理阶段中，用户会需要与项目中其他分配有任务的人员交流项目信息，这时可以利用PLM 的协同工作工具进行多用户的即时通信。2.3.2 PLM 系统的项目数据模型面向对象技术是 20 世纪 90 年代计算机领域中广泛应用的技术，是一种软件开发方法，也可作为建立系统的一种基础结构。面向对象是将对象中的数据结构和行为进行紧密结合的系统组织策略。描述对象、类及其关系的静态数据结构的对象模型，应用链接、关联建立对象、类的联系，具有聚合、概括、继承的建模特性。按照项目管理的基本理论，项目可以被定义为目标活动在特定环境
