任務1.1 初識PLM

1.1.1 PLM技術的起源與發展

PLM技術的出現與產品設計方式的變革息息相關。傳統的設計方法以經驗設計為主，利用繪圖板、丁字尺等手繪工具，通過手工繪圖的方式對產品的設計方案進行表達，利用手工計算對設計合理性進行演算驗證。產品設計的工作方式往往是串行式設計過程（從需求分析、產品結構設計、工藝設計直到加工制造和裝配一步步在各部門內部順序進行），工程師間的工作相對獨立，各部門依據各自的職能串行作業，部門間的工作關聯性與配合度較低，缺少必要的信息交流。設計圖檔、文檔的存在形式以紙質為主，對于設計圖檔和文檔的管理以人工歸檔紙質文件的方式為主。由于缺乏虛擬仿真驗證的手段，對于設計的仿真驗證只能依靠物理樣機。由于過早進入了物理樣機階段，缺少詳實的設計方案驗證，設計問題只能在物理樣機階段暴露出來之后再返回到設計階段對設計進行修正。由于在設計完成后，其他部門才依次介入，后面各個環節再提出整改意見，設計部門再修改設計，從設計到物理樣機階段的反復迭代過程會相當漫長，且修正設計的依據主要依靠個人經驗與手工計算，容易產生設計誤差，從而導致設計周期長、成本高等問題。傳統產品開發過程如圖1-1所示。

圖1-1 傳統產品開發過程

隨著CAX技術的發展，產品設計與仿真驗證的手段及精細化程度得到了很大提升，這一變化促進了對傳統設計方式在數字樣機驗證方面的變革。但串行式設計方法對于企業業務而言具有的局限性問題依然沒有解決。具體體現在：需求分析、產品結構設計、工藝設計、加工制造等階段是順序開展的，前一階段結束才能開始下一階段，設計周期較長，無法快速滿足市場的需求；并且由于在上述各個階段中所使用的設計、仿真等軟件的系統各不相同，相互之間各自封閉，使得系統間的數據交換較為困難。

20世紀80年代，一種新的產品生命周期管理方法—并行工程（Concurrent Engineering, CE）產生。并行工程以縮短產品上市時間為目標，從產品需求分析階段開始就考慮產品全生命周期中的質量、成本、進度、用戶需求等要素。這里所說的產品生命周期的概念，是指產品從需求分析、概念設計、詳細設計、生產、投入使用、維護和后期服務直到產品退出市場并消亡的完整生命周期，一般可分為產品定義、產品生產和產品運作支持三個主要階段。基于這種管理理念，并行設計的模式也應運而生。并行設計是指在產品開發設計階段考慮產品生命周期中的工藝規劃、制造、測試維護等后端環節的影響，通過各個環節的并行推進與集成，縮短開發周期、降低產品成本并提高產品質量。也就是說，并行設計模式下，各部門能夠盡早參加到設計環節并實現專業信息的反饋、數據審核與共享，同時把串行設計模式下針對產品整體的“設計-評價-再設計”大循環，轉變成很多輪次的針對產品局部的“設計-評價-再設計”小循環，從而提升設計效率。在此過程中，分屬生命周期不同環節的人員可以從不同的角度出發，對設計的合理性、可行性、經濟性等因素加以控制，以便快速匹配滿足產品性能的技術方案、滿足目標成本的采購方案、合理可行的生產工藝等，從而及早發現和改正設計問題。并行產品開發過程如圖1-2所示。

圖1-2 并行產品開發過程

并行設計的過程需要諸多支撐技術，產品數據管理（Product Data Management, PDM）技術是其中之一。信息共享是實現并行設計的基礎。產品數據管理技術的目標是對并行設計中共享的數據與過程進行統一規范管理，保證全局數據的一致性、安全性，并提供統一的數據操作界面，使并行設計人員無論使用何種CAX工具，工作的物理位置如何，都能在統一的操作環境下工作。在此背景下，PDM系統作為產品數據管理的工具與手段出現，隨著并行設計的要求逐步迭代，功能也隨之日漸完善。美國Gartner管理咨詢公司對于PDM的定義：產品數據管理是管理所有與產品相關的信息和過程的技術；與產品相關的信息，即描述產品的各種信息，包括零部件信息、結構配置、文件、CAD檔案、審批信息等；與產品相關的所有過程，即對這些過程的定義與管理，包括信息的審批和發放。

PLM系統是在PDM系統的基礎上對其內涵和范圍進行擴展和延伸而發展起來的。PDM出現于20世紀80年代，初始階段是為了解決大量圖樣文檔的計算機化管理問題，后來擴展到三個主要領域：設計圖樣和電子文檔的管理；材料報表與產品結構的管理；工程變更的跟蹤與管理。20世紀90年代以后，工業的發展需要更復雜、先進的功能來解決變更管理和配置管理等問題，同時出現了諸如產品三維圖形可視化技術、企業應用集成技術等應用，大大增強了PDM的功能與應用價值。PDM開始逐步支持計算機輔助工具的信息集成及產品配置、產品設計變更等管理，支持過程集成與虛擬產品開發，直至演變成支持企業間網絡化協同工作和涵蓋了產品研發、生產、售后服務等方面的產品生命周期管理工具，逐步形成了PLM的概念，如圖1-3所示。

圖1-3 PDM到PLM的演變過程

PLM技術使產品數據在其整個生命周期內具有唯一準確的數據源，確保已有的產品信息能夠為企業中的所有用戶共享使用，并且能有效管理業務流程與數據流向，確保及時可靠地把正確的數據，以正確的形式傳遞給正確的用戶，完成正確的任務，提高工作效率，從而提高企業的競爭能力。