PLM 系统功能及体系架构

2.1. PLM 系统定义

    PLM是一种战略性的(业务)方法，它反映了企业内部和扩展企业之间对信息共享和互操作的要求。PLM帮助制造企业变革组织管理方式，降低产品成本、提高质量和缩短上市时间，提高市场竞争力。由于PLM是一个发展很快、比较新的信息化领域，目前在学术界和工业界还没有一个公认的PLM定义和诠释。

 
    但是有一点可以明确，PLM的理念倡导科学管理和技术的密切结合。实施企业的产品生命周期管理，不是单纯的技术问题，更重要的是企业在经营理念、企业文化、发展战略、组织管理、业务流程等层面进行相应变革。下面列举出部分著名的咨询公司和软件公司对PLM概念的论述。
 
    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。PLM为企业及其供应链组成产品信息的框架。它由多种信息化元素构成：基础技术和标准(如XML、视算、协作和企业应用集成)、信息生成工具(如MCAD、ECAD 和技术发布)、核心功能(如数据仓库、文档和内容管理、工作流和程序管理)、功能性的应用(如配置管理)以及构建在其他系统上的商业解决方案。
 
    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不会废止已有系统，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已有的系统。PLM的内容分为四个主要应用部分：

    (1)产品数据管理(PDM)起着中心数据仓库的作用，它保存了产品定义的所有信息。从这些中心仓库，企业可以管理各类与研发和生产相关联的材料清单(BOM)。

    (2)协同产品设计(CPD)让工程师和设计者使用CAD/CAM/CAE软件以及所有与这些系统配合使用的补充性软件，以协同的方式在一起研发产品。

    (3)产品组合管理(PPM)这是一套工具集，它为管理产品组合提供决策支持，包括新产品和现有产品。

    (4)客户需求管理(CNM)是一种获取销售数据和市场反馈意见，并把它们集成到产品设计和研发过程之中的软件，它是一个分析工具，可以帮助制造商开发基于客户需求、适销对路的产品。当然，只由这四个部分还不足以组成PLM，它们只是PLM的四个主要应用部分。
 
    PLM是从产品产生到消亡的产品全生命周期过程中，一整套开放的、可互操作的应用方案。PLM的作用可以覆盖一种产品从概念设计、制造、使用直到报废的每一个环节。建议这样一个信息化环境的关键是要有一个记录所有产品信息的企业范围的中心知识库。该知识库用来保存企业的数据资源，实现基于任务的访问(例如，经常使用的三维视算功能)，并作为一个协作平台来共享各种信息资源，实现企业范围的数据访问。

 
2.2.PLM系统的功能框架
    PLM是一项企业级的信息化解决方案，不是指单纯的某一单项技术的应用。因此，PLM系统必须具备一个完善的技术框架，来规范和描述PLM系统所包含的组成要素，使它们协调运行。
 

2.2.1.总体功能
    从企业实施PLM的全局来看，PLM具有这样一些功能：

    (1).构建完整的数字化产品数据模型和安全的产品信息库；

    (2).实现产品开发过程的自动化，由工作流和生命周期驱动；

    (3).为所有用户提供独立于CAD系统以及基于Web的2D和3D产品信息可视化插件功能；

    (4).使用基于角色的Web间功能来获取产品和过程信息，具有基于事件的提示功能；

    (5).项目和计划的管理与协作；

    (6).对过程和活动监控及改进的分析和报告；

    (7).更改、配置和发布管理过程的最佳方法；

    (8).零件和设计的参数化搜索，最大程度实现设计重用；

    (9).用于制造业设计和采购的制造协作区；

    (10).对机械CAD、电子CAD、ERP、CRM、Web服务等企业应用系统的集成。

 
2.2.2. 功能框架
    根据企业产品生命周期各阶段的支持工具，基于PLM的集成思想，可以形成下图所示完整的PLM系统功能框架。

    (1).产品组合管理(Product Portfolio Management，PPM)。监测多个产品开发项目，能够存取项目的财务信息、里程碑状态、市场和价格信息以及项目风险评估，并根据投入/产出期望合理分配产品开发项目的资源。目前大部分PLM供应商在这一方面的功能不理想，尤其是财务和价格分析方面。
 
    (2).客户需求管理(Customer Needs Management，CRM)。系统地采集、分析客户和市场需求，通过捕捉用户需求来评估企业的产品设计和制造能力。
 
    (3).协同产品设计(Collaborative Product Design，CPD)。提供设计过程的交互，与合作伙伴(供应链中上、下游合作伙伴)共享设计信息，浏览设计相关信息，导入设计更改信息。目前所有PLM供应商都至少通过第三方浏览器提供浏览和批注功能。
 
    (4).产品数据管理(Product Data Management，PDM)。PDM是PLM应用的基础。所有的厂商都提供此项功能，主要的差异在于通过配置管理控制工程数据，工程更改管理，通过产品结构浏览和查询功能等能力的强弱。
 
    (5).原材料采购管理(Direct Materials Sourcing，DMS)。主要是指PLM系统能否支持报价请求、投标分析、设计协同等采办过程，系统地评价、选择和购买自定义和标准部件，降低成本，提高质量。

 
2.2.3.核心功能
    PLM系统的管理功能覆盖整个产品生命周期各阶段的业务管理，信息种类繁多，处理流程复杂，数据动态变化，不仅要管理来自各个阶段的顾客需求、战略策划、概念设计、详细设计、工艺设计、试制、试验、生产准备、供应链、维护支持等各种信息，又要集成CAD、CAE、CAM、ERP、SCM、CRM等各种应用工具。但PLM的核心功能是实现用户数据的存储、获取和管理。

    (1).数据存储。PLM将通过建立一个单一的数据逻辑视图，提供一种安全、透明、一致的数据存储机制。数据存储与管理将具备数据检入/检出、发布管理、元数据管理和一致性维护等功能。

    (2).工作流管理。工作流管理可以使设计人员跟踪整个产品的开发过程，包括设计活动、设计概念、设计思路和设计变更等，将数据和信息发送给过程执行中相关的团队、用户和角色，支持业务流程的自动化。

    (3).产品结构管理。它支持产品配置和BOM表的创建与管理，并能跟踪产品配置的变化，跟踪其版本和设计变形。同时，产品配置管理与需要按照不同的领域需求生产专门的产品定义视图。

    (4).分类管理。它允许相似的或标准的零件、过程及其他设计信息，按照公开的属性进行分组和检索，提高数据的标准化程度，支持设计的重用。

    (5).计划管理。通过项目工作分解结构(WBS)，定义项目所包含的活动和资源，进行规划、跟踪和管理。
 

2.2.4.PLM与其它系统之间的关系
    (1).PLM与产品数据管理(Product Data Management，PDM)之间的关系。
    PLM是一种对所有与产品相关的数据、在其整个生命周期进行管理技术。它是在PDM 的基础上发展起来的，是PDM功能的延伸。而PDM主要针对产品开发过程，强调对工程数据的管理，其应用也是围绕工程设计部门而展开的，PDM的文档管理功能只是管理与产品结构和设计过程相关的设计文档；而PLM管理的是整个产品从概念设计到最终淘汰的整个生命周期的文档。可以说PLM包含了PDM的全部内容和功能，但PLM又强调了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。
 
    (2).PLM与企业资源计划(Enterprise Resource Planning，ERP)之间的关系。ERP系统是以生产经营、计划管理为主线，主要功能均是针对企业级资源管理而设计的，一般包括物料清单、生产计划大纲、主生产计划、粗能力需求计划、物料需求计划、车间作业管理、库存管理、财务管理、客户订单管理和人力资源计划等功能。PLM与ERP两者的功能逐渐扩展，形成了一些功能交叉，具体包括物料清单、零件分类、组件信息、配置管理、业务流程和产品结构等。其中，产品结构管理是重叠最多的功能。
 
    产品结构是PLM的核心，这主要面向产品设计和它是如何配置的，反映的是产品开发的设计视图。产品结构也是ERP的核心，定义了零件和零件在车间的装配过程，主要是反映产品信息的规划视图，是面向材料和生产过程。PLM与ERP是一种互补的关系。ERP侧重于企业内部的资源管理，可以管理企业的产、供、销、人、财、物，根据订单把产品制造出来提供给用户，但是ERP没有考虑数据源的问题。而PLM可以解决数据源的问题，包括市场数据、设计数据、工艺数据、维修数据等，尤其是可以解决产品的BOM信息来源问题。

    从产品创新的角度出发，制造企业产品生命周期的不同阶段主要存在PDM、ERP、SCM、CRM等企业信息系统。而PLM是企业信息化的基础，如图2-2所示，企业应用系统都依赖于PLM，并通过PLM进行信息集成。企业所有业务数据都按照统一的产品定义信息与过程模型被集成到PLM中；企业所有相关部门都能够通过PLM获得信息服务。
 

2.3.PLM系统的体系结构
    PLM技术自20世纪末提出以来，发展十分迅速，并很快成为全球制造企业关注的焦点。对此，国内外制造企业软件供应商纷纷采取行动，其中有传统的CAD/CAM供应商，如由IBM公司、MSC Software公司，以及Dassault System公司合作提供产品生命周期管理的支持和服务；SDRC公司推出协同产品管理策略；EDS公司依靠五条商业线提供面向PLM的全面解决方案；清软英泰TiPLM提供一套全面的PLM解决方案。也有传统ERP厂商，如SAP公司推出以PLM为基础数据平台的企业商务流程整合方案。研究对比当前主流的一些PLM解决方案，发现面向互联网环境基于构件容器的计算平台是PLM系统普遍采用的体系结构。这种体系结构充分融合了Web技术和面向对象关系数据库技术的最新成果，PLM系统包含的典型功能集合和系统层次划分如图2-3所示。

    (1).底层平台层。底层平台层包括公共服务支撑层和异构分布的硬件环境层。当前PLM软件底层平台的发展主要有两个特点：一是适应能力不断扩展，能够支持越来越多的软硬件环境。二是底层平台朝廉价方向发展。操作系统上，UNIX依然是大多数 PLM使用的主要服务平台，但由于成本低、界面友好、操作方便等原因，Windows正在不断扩张。
 
    由于企业级PLM系统庞大的数据量、很高的性能要求，因此底层数据库无一例外都集中于Oracle、SQL Server、Sybase 等大型数据库，尤其是Oracle是很多PLM系统的首先数据库。此外，PLM软件几乎都支持IP、NetBIOS、HTTP等局域网和广域网标准协议。
 
    (2).数据模型层。该层有五个主要的服务功能：一是向下连接并操作数据库；二是向上为PLM各功能组件提供基本服务和实现机制；三是为PLM与其它应用软件或应用系统集成提供编程接口(API)；四是实现面向对象的动态建模，对模型的调用和访问，以及其它应用系统数据模型与PLM通用数据模型的交互等。
 
    (3).功能组件层。该层实际上就是由调用数据模型层的基础服务的一组程序(界面)组成，并能够完成一定应用功能的功能模块。如工作流与过程管理软件，就是由工作流定义工具、工作流执行工具、工作流监控工具等组成的完成工作流与过程管理功能的功能模块。
 
    (4).应用模块层。主流PLM系统除了提供给用户一些必要的基础服务以外，通常还会提供一些成熟的应用模块供用户选择。每个应用模块都建立在功能组件层基础上，通过将相互之间能够建立关联的若干功能组件组合在一起，并且提供给用户一个友好、易于使用的界面，来实现某一特定的用户。
 
    (5).用户界面层。主流的PLM软件系统都支持基于Web方式的访问，这也是大型应用信息系统发展的趋势。这意味着用户可以通过浏览器直接访问PLM系统，有利于远程、异地访问。
 

2.4.TiPLM系统简介
    经过严谨的方案对比，本项目最终选用由北京清软英泰信息技术有限公司开发的TiPLM系统。本节主要对TiPLM系统逻辑结构、功能结构及性能进行介绍。

 
2.4.1.系统逻辑结构
    如2.3节所述，PLM系统的软件体系结构设计必须能够支持在异构环境下基于容器的构件化设计，且具有跨平台能力。TiPLM 系统采用Microsoft.NET平台作为PLM系统技术支撑平台，并结合COM+的成熟技术作为PLM系统的运行环境，不仅具备事件发布和订阅，零客户管理、SSL、X.509、ACL安全控制和文件服务等功能，更支持XML等Internet应用技术。
 
    TiPLM系统网络结构及部署与传统的客户/服务器(C/S)模型相比是一种包括客户层、中间层和企业信息层的多层结构(见图 2-4)。该分层方法可以将企业业务逻辑与客户视图分开，极大地增强了企业应用系统的扩展性、健状性和可维护性，使得开发者能迅速改变原有的企业应用逻辑，并将新的应用系统插入到该平台中，从而使企业能适应迅速发展的业务环境。

    表示逻辑层：表示逻辑层负责产生PLM系统的用户视图，并为浏览器客户提供相应的页面显示、定制和用户交互。表示层包括各种显示模块，如：权限和用户视图、产品文档数据视图、产品配置视图等。
 
    业务逻辑层：在业务逻辑层，通过开发各种分布式软件构件来实现PLM系统在业务逻辑上的需求，这些构件覆盖了PLM系统各个功能层次上的全部功能设计。企信息层：企业信息层包括数据库系统、扩展企业信息系统，如CAD、CAPP、MRPⅡ/ERP、SCM、CRM 等。TiPLM系统与扩展企业其它信息系统的集成可以在数据级，也可以在应用级。

 
2.4.2.功能逻辑结构
    TiPLM系统在功能上划分为三个集中式管理服务构件集和一个资源集成与信息服务平台。三个构件集包括：信息服务构件集，资源管理构件集和过程监控构件集。这三个服务构件集分别从信息、资源和过程三个方面为扩展企业提供产品全生命周期管理所涉及到的全部核心功能和应用功能。

    信息服务构件集为扩展企业提供基础信息服务，如：模型服务、视图管理和知识管理等，还提供了一些基本的领域应用信息服务，如：电子仓库、目录服务、零件分类服务、产品结构等。除此之外，信息服务构件集还为资源管理构件集、过程监控构件集提供系统信息和过程信息服务，为资源部署与信息网络平台提供资源连接和汇集方面的信息服务。
 
    资源管理构件集为扩展企业提供一个资源集成环境，并对所有被集成到资源部署与信息网格平台上的资源进行管理。主要功能包括：资源部署、资源配置、资源定制、动态联盟和系统安全等功能。

    过程监控构件集为扩展企业提供协同工作的环境，监控资源的运行过程和状态。主要包括生命周期管理、工作流管理、变更控制、项目管理等功能。
 
    资源集成与信息服务平台则在三个服务构件集的基础上，基于XML的信息网络协议(SOAP、WSDL、UDDI 等)来包装、发布、组织和管理扩展企业的资源和信息，实现扩展企业资源的动态部署、连接和信息交换。扩展企业资源和信息沿时间和空间两个方向展开，构成一个逻辑上的网格。扩展企业的资源和信息部署在网格结点上，网格结点之间的连线表示扩展企业资源之间的相互关系。
 
    资源部署与信息服务平台的作用主要包括两个方面：一方面，通过在标准的信息网络协议的基础上，采用松偶合的方式，动态地建立和维护核心企业与各协同企业间面向产品价值链的资源和信息关联关系。另一方面，部署在网格平台上的各个结点也是企业提供信息服务的入口。

 
2.4.3.系统性能分析
    对TiPLM系统从扩展性、功能性、安全性等方面进行分析：

    (1)、具有分布式、开放的体系架构。
    TiPLM 系统采用分布的应用服务器，为不同客户端节点提供应用服务，以分流负载；采用分布的文件服务器，为不同客户端节点提供文件读取和存储服务，以分流负载；采用分布的文件柜、非结构化数据分布存储的逻辑单位，支持数据库、WindowsDFS、FTP站点，自动升级服务器。
 
    TiPLM系统具有开放的体系结构，客户端、服务器端的事件驱动模型为插件提供支持，进程内的事件驱动实现系统的无缝集成，提供基于TiPLM SDK的二次开发，提供COM、Assembly、Web Service的接口，支持C#/Java/VB/VC/Delphi等主流开发语言，支持插件和独立应用的开发。
 
    TiPLM系统的插件化机制保证了服务器和客户端有极高的扩展性及开放性，方便企业或第三方进行可定制的二次开发。
    TiPLM系统与工具软件实现柔性集成，系统不作任何开发对工具软件进行快速和非紧密集成，通过开发前处理、后处理插件实现与工具软件的紧密集成。TiPLM系统实现面向企业的工程资源管理，对企业各类工程资源进行分类管理：材料、外购件、标准件、设备、工具、供应商、客户、计量单位、特殊符号、图片等，采用个性化的资源数据视图，通过外部数据集成器实时连接各种数据源，真正形成企业统一而完全的、真正的工程资源库。

 
    (2)、具有强大的模型定制功能。
    TiPLM 系统提供可订制的数据模型。数据建模可分为：面向对象的数据建模(提供层次化的数据分类，支持数据类型之间的关系定义和约束)；视图模型(提供静态的、用于数据呈现的数据视图，提供动态的、用于数据变化的蔓延即BOM多视图)；状态模型(还数据发展变化的原始本质)。
 
    TiPLM系统提供可订制的权限模型。系统采用基于角色的授权模型，访问控制力度为：功能、类/关联、对象、属性，可实现分组权限控制，可实现静态的、动态的权限管理，可通过流程动态分配用户对数据的临时访问权限。
 
    TiPLM系统提供可订制的业务过程模型。系统遵循WfMC的工作流程模型，可进行模型的定义和模型验证，支持自动化流程和流程的自动激活，支持操作的自动执行，“执行前”操作、手工操作、“执行后”操作。通过“业务操作”实现与各种资源、应用的集成和调用。
 

    (3)、具有优良的产品性能
    TiPLM系统通过采用后台共享服务处理模式，保证系统的高可伸缩性(scalability)。理论上，系统对最大并发用户数量没有限制，在超多用户并发访问的峰值负载压力情况下仍可正常运行。同时TiPLM系统采用资源平衡策略，充分发挥硬件平台和支持软件系统的处理能力，可在特定的系统配置条件下获得最佳的应用性能。另外，TiPLM系统采用集群服务技术，实现系统的“无缝”扩展能力，随着企业的业务发展，系统规模可进行积木式扩展。

 
    (4)、具有完善的安全权限设置
    TiPLM系统提供多层次安全保障机制，实现事前控制和事后追溯。系统通过针对不同的用户角色设定功能权限、提供对单元信息数据的安全级别限制和浏览日志的事后审计功能，达到维护系统及产品数据信息安全的综合目的。