产品生命周期管理的内涵和技术架构

任何产品从市场预测、战略规划、概念设计、详细设计、工艺/工装设计、样机试制、设计定型、市场测试、投产准备、批量生产、市场销售、售后服务到产品报废回收，都会经历这样一个生命周期。在产品生命周期中，随着各阶段和过程的推延，产品在功能、性能、技术经济指标、几何形态、材料、工艺、制造资源及采购、供应、销售等社会资源方面发生着一系列的变化，会产生大量复杂的技术和商务信息。

随着全球化市场竞争的加剧，产品生命周期明显缩短，新产品更新换代更快，只有快速而正确地管理、使用这些信息，才能保证产品的竞争力。在此背景下，如何来管理和有效控制/使用产品生命周期中产生的技术和商务信息，来应对日益激烈的市场竞争环境，是当前全球制造业所共同面对的问题。

PLM的内涵、特征和应用范围

产品生命周期管理(product lifecycle management，PLM)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PDM的基础上发展起来的。PLM指一类软件和服务，它使用Internet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PLM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、BOM配置、供应商、库存、质量状况、生产制造及售后服务等信息。

PLM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PLM用户得以协同地工作。PLM的体系结构支持产品整个生命周期所有活动的协同，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PLM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。PLM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Internet授权访问。

PLM的基础是目前的CAD、CAE、CAM、PDM、ERP、供应链管理(SCM)、客户关系管理(CRM)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。PLM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。PLM的内涵和应用范畴见图1。

图1 支持产品生命周期的PLM内涵和应用范围

PLM要解决的基本问题是为高级经理们提供急需的可视化工具，提高他们在产品开发和管理产品生命周期的商业活动中的积极作用。具体说来就是利用Internet和先进的数据管理技术使经理们直接可视化地总览企业的产品信息，不管产品所处的状态如何，不管这些信息来自哪个地方。

PLM的管理思想是从新产品的战略策划开始，就将与产品有关的功能、性能、外观特征、质量、成本、顾客群、销售价格、生产规模、产品投放时机、市场占有量维护、差异化竞争优势的保持等一系列问题进行统一考虑，详细计划、分阶段控制实施，使各种有限资源发挥出最大效益。

PLM在产品生命周期中的功能分布

在产品生命周期的各阶段中，产品的技术和商务形态是不一样的。在产品的市场预测与战略策划阶段，人们关注的是市场空白点和目标客户群、产品的技术、经济、商务、制造资源的战略定义和总体策划。当新产品的战略定义完成后，在概念设计阶段关注的核心是采用什么技术经济方案来实现新产品的概念，如整机总布置、工业设计、人机工程分析、技术经济评价、项目计划制定、可行性分析等。产品概念设计完成并通过评审，则进入详细设计（或工程化设计）阶段。在此阶段中，将重点解决整机与零部件的数字化设计、仿真分析和产品设计定型等工作，在这一过程中必须选择合适的供应商来协同参与零部件设计。在新产品试制、试验与定型过程中，涉及整机及零部件样机/样件的试制与试验，通过几次迭代优化，完成新产品的设计定型。在生产准备过程中，将重点考虑工艺/工装的设计/制造、生产线改造、供应商零部件认证、采购准备、试销和新产品的市场测试等工作。当新产品投入批量生产和销售后，PLM关注的问题是供应链管理、客户关系管理中的技术和商务协同支持。因此，PLM系统的功能分布是随产品生命周期的过程与阶段特征而不同的，但它们之间通过信息的逻辑关联和知识库的支持而成为一个有机整体，为企业的管理者、工程人员对产品生命周期中各阶段产品的属性和状态的流转、变更、引用、关联、受控、发放、协同等提供有效的管理工具。

按照产品生命周期各阶段信息管理特征的不同，PLM有如下主要功能：①需求管理；②项目管理；③产品配置管理；④质量过程管理；⑤文档管理；⑥与资源管理集成；⑦变更管理；⑧价值链管理；⑨可视化协同与集成；⑩安全保密管理等。这些功能可根据不同行业的产品结构和生命周期特点，进行灵活地配置与伸缩，并根据实际需要分别配置在PLM的各阶段，见图2。

图2 按产品生命周期各阶段特征与管理需求分布的PLM系统功能

PLM的关键技术

实现PLM功能的关键技术包括以下两个方面：一是产品生命周期各阶段核心业务管理模型与数据结构的总体解决方案；二是实现这些核心业务管理模型与数据结构的算法和软件架构。

从第一方面看，PLM系统的管理功能覆盖整个产品生命周期的各阶段业务管理，信息种类繁多且随流程有动态的状态变化，同时要管理来自各阶段的顾客需求、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、售后客户技术支持等各种信息，要集成各种应用工具，如CAD/CAE/CAM/ERP/OA等，它是制造业两大信息集成平台之一。为实现PLM功能，集成上述各工程应用系统，PLM提供统一的数据管理核心和基于用户角色的权限管理体系，为不同的使用者提供合适的数据视图。每一个用户的工作都是产品生命周期活动的一部分。各使用人员协同工作的结果是使产品的规划、开发、生产、营销、维护等都能有序、高效地进行。PLM与产品生命周期中各阶段应用工具的集成关系见图3。

图3 PLM与产品生命周期中各种应用工具的集成过程

PLM系统提供一套充分开发互联网能力的总体解决方案，该方案中提供了市场开拓、产品开发、零部件管理、供应商管理、制造过程规划、生产管理、销售与分销、维护和服务等各方面的解决方案。各阶段解决方案在PLM的整体思想集成下，形成了一套完整的功能体系结构，见图4。

图4 PLM的功能体系结构与集成应用平台

从第二方面看，要实现PLM的跨时间阶段、异地空间和支持各种异构操作系统的应用工具集成，采用传统的C/S结构或基于ASP、第一代Java技术的两层B/S结构，已难以满足制造业对PLM信息集成平台的要求。随着J2EE技术架构的出现，使得当今的PLM管理需求能够得以实现。

为了适应大型复杂企业级应用程序的设计和开发，Java2企业版(J2EE)平台提供了一个基于组件的方法来设计、开发、装配及部署企业应用程序。J2EE平台提供了多层的分布式应用模块、组件再用、一致化的安全模型以及灵活的事务控制，不仅可以用比以前更快的速度推出创造性的客户解决方案，而且搭建的软件平台与任何一个厂商的硬件产品和API都无关。

Enterprise JavaBean(EJB)组件技术是J2EE结构的一部分。J2EE体系结构支持分布式环境中的程序开发、配置和执行。它主要提供事务管理、安全、客户端连接和数据库访问之类的企业级服务。使用J2EE技术架构是把应用程序的事务处理放在中间应用服务器上运行，并创建为能被客户端浏览访问的可重用组件。

基于J2EE三层架构体系的PLM系统包括数据库服务器、应用服务器和客户端，见图5。它的主要特征是将过去在客户端上处理的逻辑事务放在中间层应用服务器上，以客户端零配置的Web方式实现了产品全生命周期管理的核心功能，可充分利用互联网提供的协同商务功能。

图5 基于J2EE的PLM系统三层体系结构