产品生命周期管理(PLM)技术研究

产品生命周期管理(PLM)技术研究

    通常认为，企业信息化包含5个方面内容:
    1)产品信息化;
    2)设计信息化;
    3)生产过程信息化;
    4)企业管理信息化;
    5)市场经营信息化。

    也就是说企业信息化是将企业的生产过程、物料移动、事务处理、现金流动、客户交互等业务过程数字化，通过信息系统和网络环境加工成新的信息资源，提供给各层次的人们，以作出有利于生产要素组合优化的决策，使企业资源合理配置，适应瞬息万变的市场经济环境，以达到获取最大经济利益的目的。
 
    PLM技术是企业信息化的重要组成部分，是一种新的电子商务解决方案，它通过充分利用设计人员和工程人员的知识和创新能力以及供应链上各个合作伙伴、客户和企业其他部门的创造力来激发企业的创新能力，能从很大程度上辅助企业提高整体效率、提高企业的核心竞争力，由此有越来越多的企业开始去接触并准备实施PLM。现已有康柏、壳牌石油、西门子等公司成功地应用了这项解决方案。
 
1PLM技术概述
1.1PLM的发展
    在传统的生产模式中，产品开发往往流于各自为政，无法达成生产资讯即时流动的目标，直接导致生产效率低下。而面对信息化趋势时，厂商往往认为导入自动化系统即可大幅提高生产效率。然而，旧有的生产模式如不加以变更，那么花费大量成本所导入的信息系统就很容易成为旧有生产方式的电子化版本，形成个别单一的“信息孤岛”，造成电子化信息分散于企业内部各部门之中，无法彼此互动，成效自然有限。因此，面对快速变化的市场环境厂商必须要打破以往的生产模式，建立以“资料”为导向的生产流程。
 
    也就是说，必须建立一套管理产品开发各阶段不同信息的机制，使得产品设计、开发、制造、行销和售后服务等信息能快速的流动，并且能有效的加以管理。在此机制下，不但产品开发时间能大幅缩短并节省可观的资源外，企业也能更紧密的结合上、中、下游各环节之生产体系，缩短反应时间，并有效控管生产资源，进而强化市场竞争力。在这种需求的推动下，PLM的思想以及应用软件系统随之产生。
 
    产品全生命周期管理可包含协调商务、协同产品资料管理与同步设计、产品数据管理(PDM)、CAD/CAM/CAE，以及知识累积和搭配虚拟工具作同步工程设计，其概念可用以下文字加以表述:它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。
 
    随着科技的演进，信息产品的发展也渐渐的以整合的形态来配合。PDM作为PLM的前驱，从专用的PDM产品到专业的PDM产品，再到现阶段的分布式的PDM产品，其软件技术已经有了二十几年的发展，技术逐渐趋于成熟。PLM技术在发展的过程中应该采用整合PDM技术的思想，使PDM成为其核心中枢(图1)。通过整合所构架的PLM应用软件不但可以降低其研发周期，而且相应地增加了软件应用中的稳定性。

1.2PLM典型体系结构
    PLM的目标是跟踪、组织、访问和管理产品设计、开发、修改和生产甚至维修全过程中的所有数据和信息。PLM中的核心是协同，它包含了CAD、PDM等不同层次的信息系统。协同基础主要是提供电子数据仓库、文档检索/导航、版本管理、访问权限控制等功能的传统PDM系统，同时以项目协同、需求协同、产品协同、设计协同、供应链协同为辐射，形成集库房管理、供应关系管理、客户关系管理、供应链管理、ERP和各个CAD应用系统为一体的整个企业乃至虚拟企业的PLMS。
 
    总结当前PLM解决方案，面向互联网环境基于构件容器的计算机平台是PLM普遍采用体系结构，PLMS包含的典型功能集合和系统层次划分如图2所示。

    PLM的基础是网络，通信层的作用是为PLM系统提供一个在网络环境下的计算基础环境。系统支撑层提供了对数据的基本操作功能，如查询、修改、分类等功能。

    核心层构成了整个PLM体系的核心，它提供了公共的基础服务，其主要功能是以PDM的功能为中心进行扩展。应用层主要针对产品全生命周期管理的特定需要而开发的一组应用功能集合。

    用户层向用户提供了交互式的图形界面，包括图示化的浏览器、对话框、各种功能菜单等，用于支持用户对系统的操作和信息的输入输出。
   
    通过对现代PLM的发展分析，PLM技术具有统一模型、应用集成、全面协同的特点。PLM技术呈现出以下发展趋势:
    a)PLM提供支持多层次跨阶段企业业务协同运作的支撑环境;
    b)PLM提供支持产品全生命周期全功能服务;
    c)PLM提供完全开放的体系结构和系统构造方法;
    d)PLM提供支持系统定制和快速实施能力;
    e)PLM提供标准化的实现技术和施方法。
 
2基于软件重用技术的PLM软件设计
    目前大多数的PLM软件的设计采用了构件的思想。自从计算机出现以来，硬件技术得到了突飞猛进的发展，而软件技术却相对疲软，主要原因就在于，软件产品采用的是单件手工生产，在开发过程中大量的代码被重复编写，效率低下。于是就有了软件重用这一解决方案的产生。

    软件重用是指在两次或多次不同的软件开发过程中重复使用相同或相似软件元素的过程。软件元素包括程序代码、测试用例、设计文档、设计过程、需求分析文档甚至领域知识。

    对于新的软件开发项目而言，它们或者是构成整个目标软件系统的部件，或者在软件开发过程中发挥某种作用。20世纪90年代后期，随着构件技术的发展，基于构件的软件重用技术逐渐成为现实的、主流的软件重用技术，构件恰恰体现了产生软件重用思想的初衷:让软件生产像硬件生产一样，通过组装已有的部件(即构件)而不是重新生产来制造新的产品(即软件系统)。
 
普通意义上的构件应从以下几个方面来理解。
    a)构件应是抽象的系统特征单元，具有封装性和信息隐蔽，其功能由它的接口定义;
    b)构件是可配置和共享的，这是基于构件开发的基石，且构件之间能相互提供服务;
    c)构件可以是原子的，也可以是复合的。因此它可以是函数、过程或对象类，也可以是更大规模的单元。一个子系统是包含其它构件的构件。
 
    在基于网络的Client/Server开发环境下，现有的许多开发工具或语言都强调其对重用的支持，如PowerBuilder、VisualBasic、Delphi、VisualC++、Oracle等。在这些环境和语言中，可重用的部件有三种类型:类属窗口、函数或方法以及SQL语句。对于类属窗口，部件间的接口通过事件机制实现交互;对于函数和方法，部件间的接口通过传递参数进行交互;而对于SQL语句，部件(SQL语句)间的交互通过表实现。
 
    在PLM系统的软件体系构架中，我们可以采用面向对象的软件开发方法来实现，面向对象的封装性、继承性和多态性很好的体现了软件重用的思想。面向对象技术在需求分析、可维护性和可靠性这三个软件开发的关键环节和品质指标上有了实质性的突破，全面采用面向对象的设计技术景象设计和开发，大大简化了软件的结构，缩短了软件的开发周期，保证了软件的可靠性，并且为以后对软件的维护和修改奠定了基础。
 
    PLM构件可分为三个层次:对象构件、功能构件和应用构件。对象构件单元提供系统的基本服务，如事件管理、数据连接管理等，是与应用相分离的;功能构件则提供特定的PLM功能服务，如数据获取与编辑、数据管理与查询、数据目录管理、模型管理等构件，是PLM构件开发中的核心;应用构件为特定的应用服务，直接面向PLM用户，响应用户的操作请求，如产品配置、变更控制、文档处理等，是最上层的PLM构件。

    根据企业PLM系统的实际需要，选择重用对象并对其进行概括提炼，明确它的算法和数据结构的软件构架，对重用对象匹配进行实例化，最后根据重用技术提供的框架，将已实例化的包含在可重用部件库中的软件部件合成一个完整的软件系统。
 
    在建立PLM软件过程中，无论是软件开发还是软件维护均应将软件重用思想作为重要的指导原则，从需求分析、概要设计、详细设计到编码和单元测试、集成测试和维护阶段，注意各说明书的结构化，强调可重用文档的准备，为软件体系结构的重用准备相应的模型系统，注意构件的开发，强调可重用代码和可重用测试计划、测试用例和测试结果的准备，注意维护阶段的重用再工程问题。
 
3结论
    PLM打破了限制产品设计者、产品制造者、销售者和使用者之间进行沟通的技术桎梏。通过互连网进行协作，PLM可以让企业在产品的设计创新上突飞猛进，同时可以缩短开发周期，提高生产效率，降低产品成本。

    PLM在市场竞争的带动下，越来越多地被企业所重视和应用，认为在现阶段各类软件技术逐渐趋于成熟的情况下，利用软件重用技术开发设计PLM软件系统不但可以提高软件的开发效率提高软件品质，并且对软件的应用商有很大益处，从整体上提高企业的核心竞争力，PLM将会有更大的市场前景。