面向技术创新的PLM关键技术研究

面向技术创新的PLM关键技术研究

6．1 PLM的整体体系构架
6．1．1 PIM的功能体系架构
    PLM系统涉及到产品的研发、生产、销售的各个方面，与企业资源、产品数据、管理模式、供应商、客户等信息密切相关。但整个PLM系统依然是以产品为核心的，除了包括传统PDM系统的零部件管理，产品结构管理，配置管理，权限管理等基本功能外，PLM系统更强调协同和流程。并追求集成与信息共享。
 
    PLM系统可以通过互联网，建立起一个跨行业，跨地域的协同工作环境，在这个更广泛的范围内分享和共用复杂产品数据。它可以把企业的各方面的利益相关者(包括内部的利益相关者，如企业内部各部门，各子公司，事业部等，以及外部的利益相关者，典型的如供货商，客户等)。
 
    纳入到这个协同环境中，从而达到“缩短产品开发周期、缩短新产品上市时间、快速抢占市场、谋求制造企业最大市场利益”的目的。同时，PLM也实现对企业知识集成与共享。企业的核心竞争力主要是指产品和技术的创新力，而知识集成又是创新能力的关键。
 
    知识集成主要是对分散在企业员工头脑中的经验与知识进行集成，通过对集体知识的捕获、共享以提高企业应变和创新能力。PLM系统帮助企业继承、管理、优化企业的知识资源，提高知识、经验的可重用性。
下图是PLM典型功能体系结构模型。

    通信层和对象层的作用是为PLM系统提供一个在网络环境下的面向对象的分布式计算基础环境。
    中间三层是PLM功能的主要内容。其中基础层为核心和应用层提供公共的基础服务，包括数据、模型、协同和生命周期等服务；核心层提供对数据和过程的基本操作功能，如存储、获取、分类和管理等基本功能接口；应用层是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。
    最终方案层支持动态联盟企业的组织模式，构建与特定产品需求相关的解决方案。动态企业联盟之间的集成整合了联盟内企业的技术，资源，人才，库存，市场机遇等关键要素，使原来单个企业封闭式的运作方式转变为更加开放、敏捷的运作模式。
 
6．1．2 PLM的技术体系架构
    PLM的整个技术框架体系共可以分为三个层次：应用集成层，数据总线层和基础设施层。

1)集成应用层
    该层包括了企业内部集成和企业联盟之间的业务集成。企业内部集成系统整合了PDM／ERP／CRM／SCM／PM等企业内单点应用，是企业信息化的主要模块，包括企业的运作管理模块和产品研发模块。
 
    在引入PLM之前，各个单点应用之间缺乏有机的联系，或者虽然经过一些EAI实施，某几个应用之间进行了数据层面的集成，但是依然缺乏整体上的业务层面的联系。PLM的任务就是从分析企业的价值链入手，把这些企业的单点应用粘合成一个有机的整体，以发挥更大的功效。
 
    应用集成层还引入了产品数据模型存储和交换标准(STEP)，以集成PDM／PLM和CAX系统。STEP标准(IS010303)是一个关于产品数据计算机可理解的表示和交换的国际标准。引入STEP标准同时也确保了系统中产品模型数据的一致性和交互的平滑性。
 
2)数据总线层
    从业务流程集成的角度来看，单点应用之间直接的数据交互是不允许的，而且是不必要的，单点应用之间的数据交互总是伴随着某个特定的业务活动，基于此，我们引入数据总线的概念，为单点应用之间的数据交换提供一个统一的通道，也避免了点对点集成。
 
    引入数据总线有很多好处，如保证数据通道的一致性，确保了数据的一致性，增强系统的扩展性，有效降低了模块之间的耦合度等等。通过数据总线进行集成有效地控制住了系统的复杂程度。
 
    应用集成层通过总线层公开的一组APls和WEB服务，与底层的基础设施层进行交互，在大部分情况下，这种交互通过业务活动来进行。
 
3)基础设旋层
    基础设施层主要包括工作流系统和和一组公共数据访问接口。工作流系统包括如下几个功能模块：
    1)工作流引擎，用于驱动整个工作流系统。
    2)流程定义工具，用于提供可视化的图形界面来定义流程，同时提供了一套流程定义语言，比较完善的流程定义工具常常还包括组织构架设计工具。
    3)用户使用界面，提供给最终用户完成业务流程的使用界面。
    4)流程管理和监督工具，提供给系统管理员进行流程监控和管理。
    5)应用系统集成接口，这是一整套开发界面，用于工作流系统和其它系统以及异构工作流系统的集成。
 
    新一代PLM系统由于注重从业务流程的层面对企业应用进行集成，使得工作流系统在整个PLM系统担任着企业应用集成的基础设施这个角色，用于定义、驱动和管理整个企业的业务流程，同时工作流系统也是PLM的数据总线，是产品数据流通的最主要的管道，通过这个管道，产品数据能够在整个企业的价值链中平滑流动。
 
    在PLM系统中，有些数据不需要通过业务流程来传输，或者与企业业务流程无关，为保持系统的灵活性，我们需要提供一个机制允许其它模块访问这些数据。公共数据访问接口提供了一套开发接口，把某些公共数据暴露出来，提供给上层应用系统使用。
 
6．2基于工作流技术的应用系统集成技术
    工作流系统是最近研究的比较热的技术领域。工作流系统作为企业信息化的基础设施，具有企业业务流程信息化和优化重组所要求的柔性和伸缩性，这使得基于工作流的应用集成方法成为系统集成未来主要的发展方向；另外，工作流系统具有整合异构系统的能力和一定程度的平台无关性，这使得它成为替代EAI的理想方案。
 
    目前工作流系统有一个研究机构和软件供应商都比较认可的参考模型，这个模型是国际工作流联盟(WFMC)定义的，如图6-3。

    如上图1所示，一个完整的工作流系统包含六个模块：流程定义工具(接口1)、客户端界面(接口2)、应用系统集成(接口3)、异构工作流系统集成(接口4)、监控和管理工具(接口5)以及工作流系统的核心引擎。
 
    接口一是用于沟通流程建模定义工具和工作流引擎的开发界面，包括流程定义和描述语言(XPDL)和一组输入输出接口函数，流程定义工具是接口一的实现，是一组用于分析、建模、描述和文档化业务流程的工具组。应用流程定义工具进行分析建模之后，我们可以导出一个流程定义，然后通过工作流引擎来执行这个该流程。接口一有效地分离了流程定义和流程执行。
 
    接口二是客户端应用界面。包括最终用户的操作界面、数据显示界面以及客户端开发的界面，客户可以通过该界面激活流程，获取当前任务，控制流程状态及流向，以及进行日常工作。
 
    接口三是应用程序调用接口。该组接口包括一组标准的APIs，允许第三方应用程序与工作流引擎进行交互，例如工作流系统接受其它应用数据和信号，激活相应的事件。通过集成，工作流系统的功能和应用范围被大大拓宽了，突破了以往仅仅是公文流转的狭隘应用层面。
 
    如和PDM的集成使得工作流系统能够被应用到企业的研发管理中，和ERP的集成使得工作流系统能够被应用到生产管理中。应用程序调用接口是基于工作流技术的PLM集成应用的核心技术之一。接口四是异构工作流引擎之间的交互接口。
 
    接口五是流程管理和监控接口，该组接口提供了一组公共界面，用于管理和监控流程，如用户管理，角色管理，流程跟踪，资源管理等。流程引擎主要用于创建、管理和执行工作流实例，为工作流实例提供运行时所执行环境。工作流引擎通过以上介绍的五个接口与外界进行数据交互，是工作流系统的核心。
下图是基于工作流技术的PLM应用系统集成架构。

    如上图所示，PLM集成应用通过工作流系统提供的应用程序代理或者直接内嵌到工作流系统中来完成业务流程，由于使用了统一的工作流引擎，流程可以平滑地在各个系统内运行，消除了大部分EAI整合方案中很难解决的问题。
 
    在这个模型中，为解决数据的交互问题，7引入了产品数据交换与集成标准(PDML)，这是一种统一产品数据模型定义和交换的国际标准主要用于系统间产品数据的定义、交互和共享，实现各类异构系统间建的数据集成。
 
6．3统一数据交换技术
    目前随着网络技术的发展，CAD／CAPP／CAM技术，正朝着集成化、网络化、智能化、可视化、虚拟化方向发展。CAD／CAPP／CAlI作为一个独立单元的产品设计制造系统，越来越难以充分发挥其作用。为进一步提高设计制造效率，CAX迫切需要其与PDM、ERP等管理信息集成，从而在协同环境下，实现面向产品全生命 周期的设计制造。
 
6．3．1基于统一数据交换标准的集成应用模型
    我们采用STEP标准格式作为数据交换的标准格式，并定义一组数据交换统一接口，来实现CAD、CAPP、CAM系统之间以及与PLM系统之间的交换集成操作。STEP格式很适合用于CAX系统之间模型数据的交换。PLM系统在此处则作为数据总线的角色，承担着统一管理数据和协调数据交互的任务。
下图是基于统一数据交换标准的集成模型框图。

    如上图所示，在产品数据模型被导入PLM系统之前，先要经过一层预处理，通过调用数据交换统一接口把产品数据模型转化成合法的STEP格式；在产品数据模型被导出PLM系统时，如果相应的CAX平台能够支持STEP建模，则直接导出建模：如果该CAX平台不支持STEP格式，则通过数据交换统一接口进行相应的转换后再进行建模。通过统一数据交换标准，可以在保证数据一致性、唯一性的基础上，实现产品数据在概念、设计、工艺、制造、维护等环节上的平滑流动。
 
    当数据被导入到PLM系统中之后，我们将采用PI)ML作为产品全生命周期数据在各个应用系统之间交换的标准格式。在这个模型中，需要一一对应地对每种文件格式开发数据模型转换接口，并涉及到数据预处理，STEP格式一致性检查等功能模块。
 
6．3．2产品模型数据交换格式标准——STEP
    STEP标准(IS010303)是一个关于产品数据计算机可理解的表示和交换的国际标准。该标准最早是从机械制造业发展起来的，而且最先得到发达国家汽车工业和航空工业的支持；其且的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的产品数据。
 
    STEP格式具有较高的描述精度，可以直接用来建模，并且体积较小，是比较理想的中间格式。目前国内外各个主流的三维CAD产品如CAXA、Solid Edge、Solid works、Pro／e、UG、CATIA等均支持STEP格式。
 
    STEP核心由描述产品数据的形式化语言规范、STEP实现方法、集成资源和一致性测试标准四个部分组成，而围绕核心定义的各种应用协议及标准规定的抽象测试套间则构成了对STEP的外层支持，描述方法用于集成资源的定义，由集成资源模型产生应用协议，应用协议和实现方法相结合产生一种STEP实现，一致性测试则用于测试STEP实现是否与STEP标准相一致，这几个部分内容相互融为一体，共同构成了STEP标准。
 
    在STEP标准中，对产品数据的表达和描述采用了EXPRESS形式语言。作为一种面向对象的特殊语言，EXPRESS可以对产品模型进行一致性和无歧义性的描述，并通过图示化表达方式来直观说明标准数据定义。
 
    由EXPRESS语言描述的集成资源是STEP的核心，它提供一组资源单元，作为定义产品数据表达的基础，独立于应用环境和应用文本的集成资源包括应用资源和通用资源两类。
 
6．4产品全生命周期价值评估技术
    中国绝大多数的消费品市场和资本品市场，已全面进入自由竞争状态，中国的企业不仅需要面对国内竞争者，而且需要面对日益理性和挑剔的用户，以及远比自己强大的跨国公司巨头。
 
    中国企业要参与竞争，归根结底要靠质量上乘、适销对路的产品和服务；企业之间的竞争，核心依然是产品和服务的竞争。有时候，企业并不缺乏产品，而是缺乏拳头产品和有竞争力的产品组合，缺乏清晰和完善的产品战略和策略。
 
    当企业有着数条产品线同时运作的时候，其资源的配置不可能采用平均主义，必然要有所倾斜，对于高价值产品、高附加值产品、高潜力产品和黑洞产品需要仔细分析。区别对待。产品全生命周期价值评估技术可以有效分析产品的价值构成，将企业产品进行分类，从而指导产品相关的决策。
 
6．4．1产品全生命周期价值评估模型
    这里的产品全生命周期采用营销学上的概念，即一个产品从推出->成长->成熟->衰退->退出市场的整个周期。产品在整个生命周期前期，需要企业投入资金，在中后期，则会为企业带来稳定的现金流。产品全生命周期价值指产品在其生命周期内为企业所创造的利润，包括直接利润和间接利润。产品全生命周期曲线如图6-6所示：