系列连载产品生命周期管理(PLM)解决方案_产品创新数字化(PLM)_PDM-PLM.doc

系列连载：产品生命周期管理(PLM)解决方案_产品创新数字化(PLM)_PDM/PLM朱战备谈PLM（前言）朱战备谈PLM（一）朱战备谈PLM（二）朱战备谈PLM（三）朱战备谈PLM（四）朱战备谈PLM（五）第六章：技术 产品生命周期管理(PLM)解决方案 产品全生命周期管理（PLM）技术自二十世纪末提出以来，发展十分迅速，并迅速成为全球制造业关注的焦点。国际知名制造企业软件供应商为此纷纷采取行动，其中有传统的CAD/CAM工具的供应商，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；PTC借助Windchill Factor！eSeries提供一套全面的CPC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；QAD公司提出了统一产品生命周期管理（UPLM：Unified Product Lifecycle Management）；iBaan提出协同计划以实现商业伙伴之间的动态合作。还有一些PDM/PLM系统的专业提供商，如MatrixOne公司近期力推的协同PLM解决方案Matrix10。 面对如此众多的解决方案，如何理解PLM系统的技术定位、体系结构、关键实现技术、主要功能组件及其选型方法，是非常值得关注的问题。第一节 PLM系统在企业信息系统中的技术定位 综合现代PLM技术与市场，我们认为产品生命周期管理（PLM）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。产品生命周期管理（PLM）系统是支持企业实施PLM技术的计算机软件系统。 目前，现有的CAD/CAM、ERP、PDM、SCM、CRM等系统，主要是针对产品生命周期中某些阶段的解决方案，难以支持企业作为一个整体来获得更高的效率、取得更多的创新以及满足客户的特殊需求，迫切需要一种将这些单独的系统整合到一起的企业信息化策略。PLM系统的技术定位是为上述分立的系统提供统一的支撑平台（如图6.1所示），以支持企业业务过程的协同运作。图6.1 PLM系统在企业信息系统中的技术定位 从逻辑上看，PLM系统为不同的企业应用系统提供统一的基础信息表示和操作，是连接企业各个业务部门的信息平台与纽带，PLM系统支持扩展企业资源的动态集成、配置、维护和管理。企业应用系统（如：CAD/CAM、ERP、SCM、CRM、eBusiness等）都依赖于PLM系统，并通过PLM系统进行连接和集成。企业所有业务数据都遵照统一的信息与过程模型被集成到PLM系统中；扩展企业的所有部门都能够通过PLM系统获得信息服务。第二节 PLM系统的体系结构和关键实现技术 典型体系结构 通过研究总结当前主流的一些PLM解决方案，我们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6.2所示。图6.2 PLM系统的典型体系结构 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，公共服务支撑层中包括开发平台、操作系统、网络与通信协议、面向对象关系数据库、中间件等。 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，PLM厂商一直致力于推出适应更多平台的PLM系统。在硬件环境上，从最简单的用户终端、PC机到高端的工作站和服务器都可以运行相应的PLM系统。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，但由于成本低廉、界面友好、操作方便等原因PC/Windows正在悄然扩张自己的领地。 由于企业级PLM系统庞大的数据量、很高的性能要求，因此底层数据库几乎无一例外都集中于Oracle、SQL Server、Sybase等大型数据库，尤其是Oracle是很多PLM系统的首选或独选数据库。此外，PLM软件几乎都支持TCP/IP、IIOP、NetBIOS和HTTP等局域网和广域网标准协议。 数据模型层 在数据模型层中包括对象模型管理、PLM基础服务、数据处理和交换机制、以及WEB实现机制等。对象模型层是PLM各种上层功能实现的基础，因此是必须的，比如Metaphase的对象管理框架、Windchill的Windchill Foundation、Matrix10的AEF（Application Exchange Framework）等都属于各自的数据模型层。 数据模型层有五个主要的服务功能，一是向下连接并操纵数据库；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；五是实现Web处理机制。 功能组件层 PLM功能组件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。比如说工作流与过程管理组件，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的功能模块。各PLM厂商都不断丰富自己的应用组件，像Metaphase提供了包括生命周期管理器、更改控制管理器、产品结构管理器、产品配置管理器、零部件族管理器、用于同CAx/DFx/ERP/CSM/EC/SCM等应用软件集成的Metaphase应用集成接口、可视化工具、协同设计支持工具、数字样机等大量丰富的应用组件。 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，来实现某一特定方面的应用。选择这些应用模块可以大大减少用户进行客户化的时间和人员投入，从而提高系统实施的效率；与此同时，这些应用模块中还包含了一些成熟的业务流程和先进的管理经验，对用户进行业务流程重组可以起到重要的参考作用。例如，Matrix10的Engineering Central就是整个系统中的一个应用模块，其中包括了文档管理、零部件管理、产品结构与配置管理、工作流与过程管理、变更管理等好几个功能组件，用户在Engineering Central基础上只要作有限的二次开发，就可以实现一个比较完整的PDM应用。 用户界面层 主流的PLM软件系统都支持基于WEB方式访问，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，浏览器包括通用浏览器，如Microsoft IE，Netscape等，也可以是其它类型的浏览器，只要它支持HTTP协议，XML/WML数据格式，Javascript语言，以及Java技术等等。 关键实现技术介绍 PLM中涉及的技术很多，包括：并行工程技术（集成框架、CSCW、CAX、DFX、IPT、约束问题求解）；虚拟制造技术（visualization、数字样机、虚拟现实）；集成产品开发技术（IPT、IPD、IPPD）；项目管理技术（WBS分解、项目资源、工作流）；统一数据模型技术（动态建模、模型交换）等。在上述各种技术中，目前的难点有数字样机技术和统一数据模型技术，前者有很多机构在研究，而后者则未引起足够重视。 数字样机技术是以CAD技术为基础，是一种基于计算机仿真模型的数字化设计方法。在产品环境模型支持的虚拟环境下，通过产品模型库相关产品开发工具（CAX/DFX工具、外观/功能/行为建模工具等）或已有相关产品模型（CAD模型、外观表示模型、性能仿真模型等）构造产品的数字样机，并根据需求对模型进行模拟分析，进而根据分析结果，在模型的VV&A过程支持下，修改产品设计模型和相应的仿真分析模型。在建模和分析的过程中，可能有多个企业参与活动，这些企业采用的CAD环境往往不同，如何在统一平台下进行虚拟装配是最大的难题。在早期的CAD图形交换标准中，STEP曾有很大影响，各种CAD系统通过STEP中间文件进行交互，但STEP在实际应用中效果并不理想，原因主要是采用文本格式描述的中间文件组织繁琐，但又不能精确表达模型的几何信息与结构信息。目前EDS的EAI平台推出JT这种中间文件格式，它能够保留产品模型必要的几何信息和装配信息，过滤与数字样机无关的其它信息，为虚拟装配实现提供了可行的解决方案。 统一数据模型的建立对PLM系统的实现具有重要意义。PLM系统的运做与执行涉及到产品设计与生产的各个方面，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，而目前通过集成框架的信息集成方法存在明显的缺点：缺乏信息模型的统一规划，难以做到企业资源的统一调度，只是实现了关联数据在分系统间的传递与交互。实际运行的企业是一个高度复杂的系统，只有把整个企业作为统一整体进行考虑，才能实现信息最终的有效集成。对于在统一数据模型下企业信息模型的整体集成方法，需要重点解决两方面的问题，一是企业信息模型的表示，二是信息模型的交换。 企业数据模型的建立需要一套明确语义支持的建模语言，建模方法有很多种，如ARIS、PERA、IDEFx、CIM-OSA等，比较方便的是UML。UML是一种可视化的建模语言，它是在面向对象思想的形成和发展过程中成熟起来的，具有定义良好、易于表达、功能强大和普遍适用的特点，成为面向对象建模的首选。UML的定义包括UML语义和UML表示法两个部分，UML语义通过其元模型严格定义。元模型为UML的所有元素在语法和语义上提供了简单、一致、通用的定义性说明，使开发者在语义上取得一致，另外，UML语义支持对元模型的扩展定义。UML表示法定义了UML的表示符号，为建模者和建模支持工具的开发者提供了标准的图形符号和正文语法。这些图形符号和文字所表达的是应用级的模型，在语义上它是UML元模型的实例。在实际建模过程中，以UML语义为基础，根据企业模型的特点，加入领域知识方面的约束。约束采用UML中的构造型（Stereotype）和标记值（Tag）表示，对于复杂约束，采用对象约束语言（OCL）进行描述。 大量的模型最终存放在知识库中，表示模型的数据格式采用XML，因此，UML建模环境下构造的图形化数据模型需要转换成字节流格式。转换过程中采用数据流交换格式（Stream-based Model Interchange Format， SMIF），目的是建立不同知识库、中间件、工具之间的标准交换机制。转换实现需要两方面的支持：XML DTD生成规则和XML Document生成规则，前者针对编码元数据生成XML DTD，后者把元数据解释成与XML兼容的格式。DTD与XML分离的优点在于DTD可以存储在本地，数据交换只需传递XML文件。 模型管理与应用主要包括两部分内容：1）对模型的访问和调用；2）应用系统模型与元模型的交互。对模型的管理和应用关系到PLM系统是否能集成在统一的元模型下，因此，各类管理工具和接口转换工具是必不可少的。PLM在开发时会选择一种具体的开发技术，实际可供选择的开发平台有很多种，主流的包括J2EE/ CORBA /Web services/.Net等，这些开发平台体系结构各不相同，在进行模型到接口的转换过程中，需要针对每种开发平台分别提供模型转换服务。如针对Web Services，从模型中生成WSDL和UDDI文件；针对CORBA服务，生成PSDL（Persistent State Definition Language）和CIDL（Component-Implementation Definition Language）；针对J2EE，生成相应的Java文件。这些接口与相应的服务进行联编，生成.obj、.dll、.intermediate byte code（java）等资源，最后是对服务端应用程序的组装和配置。 另一方面，知识库中的模型需要与现有的CAD/ERP等系统进行交互，交换的格式同样选择XML文件作为中间介质，通过XML Mapper完成数据格式的映射，并把外部应用系统中的数据模型信息通过XML Builder转换到数据模型的知识库中。有关应用系统的集成，可参照EAI（Enterprise Application Integration）集成思想，EAI重点解决应用系统数据库的连接问题，采用数据引用参考或信息拷贝方式，可以简化应用系统的集成方式。在XML Mapper实现方面，微软公司的BizTalk Server是一个可供选择的产品。它的Mapper工具提供一个可视化的操作界面，可以通过关联方式建立XML文档到与XML模型间的对应关系。结合自身的Editor、Orchestration Designer工具，BizTalk能在企业内部、企业之间对分布式商务活动进行建模、配置和维护。如有任何看法或投稿请联系 MSN：hjf_2009；QQ：761006944第三节 PLM系统的主要功能组件介绍 电子仓库管理 电子仓库的概念 所谓电子仓库（Data Vault），是在PLM系统中实现某种特定数据存储机制的元数据（Meta-data，即管理数据的数据）库及其管理系统。它保存所有与产品相关的物理文件和物理数据的元数据，以及指向物理文件和物理数据的指针，该指针指向实际存放物理文件的文件系统与目录，或者是存放物理数据的数据库记录。将元数据与物理数据和物理文件分离，并通过指针建立它们之间的联系，可以实现快速检索和节省存储空间的目的。电子仓库是PLM系统中最基本、最核心的功能，是实现PLM系统中其它相关功能的基础。 电子仓库的类型 电子仓库有三种类型：集中式、分布式与虚拟式。 集中式电子仓库是将元数据库与存放物理数据的数据库记录及存放物理文件的文件系统和目录集中在一个服务器中进行管理，数据的唯一性得到保证，安全性好，但访问和查询速度慢，效率低。分布式电子仓库具有文件系统分布与电子仓库之间互联的特点，同一电子仓库可以对应多个分布在不同计算机上的文件系统和目录；同一物理数据库可以对应多个不同的电子仓库，并且它们之间的元数据共享。虚拟电子仓库是在分布式电子仓库的基础上，不仅做到文件系统分布，而且做到元数据库与物理数据库的分布，即只有一个虚拟的电子仓库，而实际元数据的确分布在多个物理电子仓库中。虚拟的元数据管理与分布式文件管理的实现，使得用户能透明地访问全企业的产品信息，而不用考虑数据和文件的物理位置。 目前，大多数的PLM系统提供集中式或分布式管理方式，少数系统提供虚拟式电子仓库管理方式。对于分布式电子仓库，在提交使用之前还应指明，什么类型的数据可以交由该电子仓库管理，什么类型的文件应放在什么文件系统和目录中，PLM系统中不同用户或角色对该电子仓库中的数据具有什么样的操作权限等。 电子仓库的功能 为了保证数据的安全性、正确性和一致性，用户在存取PLM系统中的共享数据时，都要通过检入（Check In）和检出（Check Out）操作以及相应权限检验。 检入操作主要实现将用户的私有信息放人电子仓库，而检出的功能主要实现将电子仓库中的信息检出到用户个人工作区进行修改或浏览。只有对电子仓库有检入权限的用户才可以将个人工作区中的对象检入到电子仓库中；普通用户在权限许可的情况下，才能浏览电子仓库中对象的内容，但不允许修改；只有对该电子仓库具有修改权限的用户，才能对电子仓库中的对象进行修改。当用户需要修改电子仓库中的对象时，必须将对象从电子仓库中检出，放到个人工作区中进行修改，此时，电子仓库对该对象加锁，其它用户只能浏览对象的内容而不能进行操作，经过用户修改的对象再次放回到原来的电子仓库中时，并不覆盖原有的对象，而是生成新的版本，此时原对象才能解锁。 由于只有电子仓库的属主或授权用户才能对电子仓库中的数据进行相应操作，其他未经授权的用户不能操纵其中的数据，这就为PLM系统控制其内部管理环境和外部应用之间的数据传递提供了一种安全的管理手段。 电子仓库提供给用户的主要数据操作功能包括： - 数据对象的检入和检出； - 改变数据对象的状态； - 转换数据对象的属主关系； - 按对象属性进行检索； - 数据对象的动态浏览与导航； - 数据对象的归档； - 数据对象的安全控制与管理功能等。 文档管理 文档管理的对象和分类方法 在产品的整个生命周期中与产品相关的信息是多种多样的，这些信息以文件或图档的形式存在，统称为文档。它们包括设计任务书、设计规范、二维图纸、三维模型、设计技术文件、各种工艺数据文件（工艺卡、工序卡、工步文件、刀位文件等）、制造资源文件（设备文件、刀具文件、夹具文件、量具文件等）、合同文书、技术手册、使用手册、维修卡等。在企业中，这些文档分属于不同的部门，具有不同的动静态特征，由不同的人员管理。 文档具有不同的分类方法，比较典型的是按照文档存在状态进行划分，通常与产品相关的文档可以分为文本文件、数据文件、图形文件、表格文件及音像文件等。文本文件是描述产品性能的、以文字描述为主的文件，如产品说明书、设计任务书等；数据文件是描述产品的以数据为主的文件，如性能测试报告、有限元分析文件等；图形文件是描述产品及其零部件的二维、三维图形，是由各种CAD工具生成的文件；表格文件是描述具有类似属性的零部件和结构关系，如按照一定格式组织的材料明细表；音像文件是为了某种特殊用途，如为生产指导和客户服务而生成的多媒体文件。 在PLM 系统中，往往通过文件夹作为连接零部件对象与文档的桥梁，通过对文件夹的分类来达到对各种不同文档的分类管理，如可以通过合理建立设计过程、工艺过程、更改过程等，对每一个过程建立一个专门的文件夹来管理该过程中涉及的文件。一个文件夹中可以包含多个文件，文件夹与文件的关系就好像计算机操作系统中文件夹（目录）与其包含的文件间的关系一样。产品以及零部件可以有多个文件夹，这些文件夹管理着多个不同的文件。通过建立文件夹与零部件间的关联指针，实现对产品不同文件的分类管理。通过这种管理方式能够更好地完成产品从设计、制造到销售整个生命周期中信息管理工作。 文档管理的主要功能 文档的管理方法 文档在PLM系统中可以有两种管理方法：一种是将文档进行“打包”管理，即将文档整体看作一个对象，规定其名称、大小等描述信息，并将这些信息放到PLM数据库表中，而文档的物理位置仍然在操作系统的目录下，由PLM提供管理该文档的机制。另一种是将文档内容打散，将其内容分门别类放到数据库中，由PLM提供分类查询，或建立其与其它数据库中对象的关联，并提供图示化的管理工具。 文本文件以说明性的文字为主，信息不便于计算机识别，因此，一般对其进行整体打包管理；数据文件与音像文件的特点是信息量大，数据脱离了具体的应用程序就会失去意义或无法显示，因此也以对文件进行整体管理为好；图形文件，如来自CAD/CAM的三维模型文件或二维图形文件，也需要结合具体的图形软件管理，一般也管理文件整体。 由于表格文件具有数据结构化与逻辑性强的特点，因此一般采用打散管理方式，但需要区别不同的情况。例如，表征零部件构成关系的材料明细表，它是CAD/CAM的输出文件，从保证数据的一致性角度出发，应从该文件中提取产品结构树各节点及层次关系信息，并将它们分别放到PLM系统的零部件表与关系表中。而对于来自CAPP的工艺文件，如果仅仅需要管理工艺卡片，就按照文件对象整体进行管理；但如果还需要管理具体的工艺与资源信息，则可以从工艺文件中分别提取出工序、工步、装卡、夹具、机床、设备等信息的具体内容，放入PLM的数据库中。 文档管理的主要功能 文档对象的浏览与导航 该功能可按对象属性进行文档查询，即可根据文档的类型、名称、状态、所属的项目、文档的所有者等属性进行查询，也可根据文档与零部件的关联指针，查询该文档的零部件情况。对文档对象的浏览，既可以查看文档的属性概况以作总统概览，也可利用PLM系统的文本编辑器打开该文本文件，浏览文件的具体内容，并在权限许可时直接进行修改。在有其它载体编辑器的情况下，还能浏览图形文件、多媒体文件等。文档对象的浏览与导航能满足PLM用户方便、快捷地查询并获取所需的当前或过去的技术资料，减少并杜绝重复设计，从而大大缩短系列产品以至新产品设计的时间。 文档的分类归档管理 该功能提供按照不同类型的文档进行分类查询、分类归档，使各类文档在系统中不再是杂乱无章的，而是按照文档类型有序管理，一方面缩短了信息查询的时间，另一方面使得相关产品信息的描述更直观、更清晰。 文档的版本管理 在产品的设计过程中，经常存在设计修改的情况，例如，CAD对产品零部件结构的修改，将引起BOM的改变，进而影响CAPP产生不同的工艺规划，还会带来制造等其它方面一些连锁变化，在这种情况下，如何保证前后数据的一致性是非常重要的问题。通过文档的版本管理，可将文档的每一次变化设置为不同的版本，建立不同版本间的对应关系，以保证在特定的时间阶段对应特定有效的数据。 文档的安全控制 文档在系统中存放是否安全，是否会由于意外事件而丢失，会不会遭到非法的复制、修改和调用，即保密性如何，这是文档管理的重要问题。PDM通过将文档放置于不同的电子仓库中，对不同的用户赋予不同的操作权限，使得他们只能在规定的权限下处理规定范围内的文档，保证各类文档不被非法盗用和修改，从而保证文档在系统中的安全性。其次，PDM可以将提供给其他用户共享的文档置于专门的共享电子仓库中，只有对共享电子仓库具有查询权限的用户才能看到相关的资料。此外，为了防止意外事故造成不必要的损失，系统还提供定期数据备份的功能。 工作流与过程管理 工作流与过程管理是PLM系统中重要的基本功能之一。它用来定义和控制数据操作的基本过程，主要管理当用户对数据进行操作时人与人之间或活动与活动之间的数据流向，以及在一个项目的生命周期内跟踪所有事务和数据的活动。这里的数据可以是前节叙述的需要纳入到流程中管理的各种文档。在企业中，过程管理广泛用来跟踪和控制产品的设计和修改过程，以增强产品开发过程的自动化程度。同时，运用PLM中特定的过程建模工具，还能对产品开发过程进行重组，规范开发流程，降低开发成本，提高开发效率，获取最大的经济效益。 工作流与过程管理的基本概念及类型 基本概念 工作流与过程管理中涉及到的基本概念有：产品数据的全生命周期、过程以及工作流等。 1. 产品数据的全生命周期：产品数据从生成到报废是由一系列有序状态组成的，例如，从设计开始，经过审批、发放、生产、使用、变更与报废等状态，这一系列有序的状态构成了产品数据的全生命周期。 2. 过程：数据对象在其全生命周期中从一种状态变到另一种状态时应进行的操作或处理的规则集合，称为过程。过程为工作流程的基本构成单元。 3. 工作流：面向某类或某几类数据对象的多个过程的有序组合称为一个工作流。 工作流与过程管理的类型 工作流与过程的管理按照管理的范围和功能进行划分，可分为三种类型：任务管理、工作流管理与任务历史管理。 1. 任务管理：任务管理主要管理某人在某时对哪些数据对象做了哪些事情，对其它哪些数据会产生影响，应该通知哪些人。 由于工程设计中工程师需要经常“创建”或“修改”产品数据，维护不同的版本，有时在生成某些数据而又未正式发布之前（如生产零件主模型），需要通过任务管理器发给有关技术顾问，希望通过咨询得到有关专家反馈回来的修改建议。此外，产品设计的下游（如工艺设计、生产、组装等）需要依据所谓的“正版”数据进行工作。所以，一旦有人对电子仓库中的零件主模型的原始“正版”进行了修改，就应该通知相关人员，或通过电子邮件将有关更改通知或更改后的数据分发给相关人员。任务管理往往是单活动的。 2. 工作流管理：在产品设计与制造过程中，小到一张工程图纸的审批、发放或更改，大到零部件设计、分析、制造，都是面向工作群体的，同时依照一定流程行事。例如，一张图纸需要根据设计意图由设计师生成实体模型并成图，然后交给同组工作人员进行审核，未发现问题，再交由项目负责人审批、签字，最后正式发布给其它部门（如生产、组装部门），并交由图档管理部门归档。在同一个企业中，类似这样有一定约束的工作流程数以百计，千变万化，即使是工程图纸的审批、发放，对于不同部门、不同性质的图纸，其流程也不一样，更何况PLM系统的工作流管理要面向不同企业，所以工作流的定义与管理工具必须有很好的灵活性，以适应各企业自身的组织、经营、管理风格。 工作流的建立涉及到三方面模型的有机结合，其一是工作流模型，即建立如上所述的过程的有序结合；其二为资源模型，包括用户、用户组、角色与应用工具等，它们是过程中的任务执行者；最后是数据模型，用于定义和追踪提交给工作流的数据对象的类型。 3. 任务历史管理：正如数据的版本管理是维护产品数据有效性和演变过程核查的必要手段，各项任务的完成情况及其过程也应有完善的记录，便于将来查询。提供这一过程核查功能，也完全符合国家质量标准ISO9000对前后过程一致性追踪的基本要求。此外，如果用户希望追溯项目开发过程中以前什么地方出现过问题，以资借鉴，那么项目历史管理对此就是一个十分重要的工具。在产品研究开发过程中，往往设定一些阶段性节点，并归档该阶段的所有相关数据，以便检查各项变更的记录，了解状态演变的前因后果。同样，新产品开发时可吸收其中的成功经验和失败的教训，并估算新方案的进度日程和资源分配。 工作流与过程管理的功能 工作流与过程管理的功能包括：定义并建立工作流程、运行并控制工作流程、查看流程中文档的状态等。 定义并建立工作流程 定义并建立工作流程的方法有：定义产品的开发流程、定义数据的审批流程、指派流程的用户。 在长期的生产实践中，每个企业都形成了自己的产品研制开发工作流程。一般来说，开发新产品首先需要分析市场需求，提出可行性分析报告，然后进行初步设计、样机生产、新产品鉴定等阶段。只有通过鉴定以后，才能开始定型设计，实现批量生产。上述过程只是粗线条地划分了产品开发的过程，实际上，在产品的生命周期中，工作流程是环环相扣的，工作流程间存在着嵌套、分支的情形，一个工作过程还可包含一个具体的工作流程。 1 定义产品的开发流程 产品的开发流程涉及流程的分支与嵌套。例如新产品开发中的初步设计阶段，可细分为原理设计、方案设计、结构设计等过程。这些工作过程构成了初步设计的一个流程。进行结构设计时，按照设计对象的不同，有两个分支流程：一个是装配件设计流程，另一个是零件设计流程。在进行零件设计时，还可进一步细分为若干个子工作过程。一般来说，构成产品生命周期的每一个工作过程的内容、要完成的工作是不同的。产品的开发流程分为串行式的开发流程与并行化的工作流程。 传统的产品开发流程主要是串行式的，往往是装配件设计完成后才能进行零件设计，而零件结构设计结束后才能进行工艺设计，然后进行制造。因此，零件设计中的错误只有到样机试装配时才能发现，设计效率相当低，为了提高效率，应采用并行化的工作流程。 PLM系统的工作流和过程管理提供了一个控制并行工作流程的计算机环境。利用PLM图视化的工作流编辑器，可以在PLM中建立符合各企业习惯的并行的工作流程，如CAD设计人员完成了结构模型的设计后，可以将此模型提交给设计人员进行可装配性与可制造性分析，以便他们并行地开始工作，并且指定每个过程的执行人（角色），设定过程的输入和输出数据。通过将某一规定范围内的数据对象提交给某工作流程，进入工作流运控器运行该流程。 2 定义设计数据的审批流程 在不同的工作过程中产生的产品数据一般需要经过一定的审批会签流程，才能成为指导生产的产品数据。在工作流程中涉及到各种人员，他们在过程中充当不同的角色，被授予的权限也不相同。在传统的审批流程的执行过程中，各个环节是按照串行的方式进行的。等待审批的产品图纸或文件在某一时刻只能被一个审批者审察，其他审批者只能排队等待前一审批过程结束后才能拿到产品图纸或文件开始审批。如果由于某种外部原因，某个审批者未能按时完成该项工作，整个审批签署的流程会被延误，不能如期完成预定的工作。由此可见，传统的串行式的工作流程效率很低，为了提高效率，也应采用并行化的审批流程。 3 指派流程的用户 指派用户或用户组给工作流的每个过程节点，对这些用户进行角色分工，规定他们的工作权限与工作职责，并在一定的约束条件下进行工作。如有任何看法或投稿请联系 MSN：hjf_2009；QQ：761006944 工作流程的运行 工作流程的运控器可以将每个参与人员的任务放到个人的工作任务列表单里，每个参与人员从计算机中可查看到自己工作任务列表单中列出的工作任务，在流程的规定下并行地工作。系统具有电子邮件接口时，还能通过电子邮件向用户发出目前已有工作任务的消息。 例如，数据进入审批流程时，设计人员将设计数据对象提交给工作流程，将自动进入工作流程运控器，并按照预先定义的审批流程运行。此时数据被自动“冻结”，即使是数据的属主设计人员，暂时也无权对该数据进行修改。而待审批的材料通过网络将展示到各审批人员面前，他们将在各自的审批窗口上同时进行不同的或相同的审批内容，如果不同的审批内容间并无因果关系的话。审批同意与否的意见，通过窗口上的不同按钮来表达，而表达审批意见的窗口只有审批人员才具有，这就杜绝了其他人员的篡改和越权行为。各项审批通过后，将对审批对象进行版本发放，使之成为正式版本，并自动存档，其他任何人员只能通过一定的方式，如通过任务历史管理器进行查阅，但不能再行修改。需要修改时，将按照另外的流程（即工程更改流程）进行。显然，由于网络资源共享，并行化的过程管理大大提高了工作效率，使得企业的各业务流程更为有序、更为合理、更趋结构化而易于控制。 查看流程中文档的状态 在工作流运行的过程中，任何授权的用户均能看到流程执行的情况、流程中文档的确切位置、流程过程的历史以及执行的结果注释。管理员可以根据过程的完成情况检查各个人员工作时间是否超期，以便作出相应决策。 产品结构与配置管理 产品结构与配置管理作为产品数据组织与管理的一种形式，它是以电子仓库为底层支持，以材料明细表（BOM）为其组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，实现产品数据的组织、管理与控制，并在一定目标或规则的约束下，向用户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述，如设计视图、装配视图、制造视图、计划视图等。 产品结构与配置管理包括产品结构管理与产品配置管理两部分。提供给用户的产品结构与配置管理基本功能包括以下几方面： - 产品BOM的创建和修改 - 产品BOM的版本控制 - 支持对“零部件用在产品结构中什么位置”的查询 - 支持对产品文档的查询 - 产品BOM的多视图管理 - 系列化产品结构视图管理 - 支持与ECAD/MCAD工具和ERP系统的集成 产品结构管理 相互关联的一组零件按照特定的装配关系组装起来即构成部件，一系列零部件有机地装配在一起则构成产品，将产品按部件进行分解，部件再进一步向下分解成子部件和零件，层层分解，直到最底层的零件为止，由此形成的分层树状结构，称为产品结构（树）。产品的BOM集中反映了产品结构的汇总信息，它描述了产品结构中所有零部件的这种层次关系、每个零件的数量、材料、自制件还是外购件等信息。 产品结构管理主要包括产品结构层次关系管理、基于文件夹的产品文档关系管理和版本管理等。 产品结构层次关系管理 产品结构管理中的层次关系管理主要满足对单一、具体产品所包含的零部件的基本属性的管理，并要维护它们之间的层次关系，利用PLM系统提供的产品结构管理功能可以有效地、直观地描述所有与产品相关的信息。 在产品结构树中，每个零部件对象都有自己的属性，如标识码、名称、描述、版本、数量、材料、类型（自制件、外购件或外协件）等等，在PLM中可以按照单个或多个属性进行单独或联合查询，以获得零部件的详细情况。通过建立零部件之间的关联关系建立产品结构的层次关系，通常随着产品复杂程度的不同，这种层次关系少则两三层，多者六七层不等。在设计、测试、生产、服务过程中，产品的构件经常有修改情况出现，不仅有零部件属性的修改，甚至还有结构关系的修改，在PLM中完成上述修改需要区别不同的情况，较简单的情况（比如未形成版本时）可直接修改，对复杂的情况（如对已发布版本的数据进行修改）则需要按照变更流程进行。 在PDM系统中，产品和零部件对象与其描述文档并不直接发生联系，往往通过文件夹作为连接对象与文档的桥梁，通过文件夹的分类管理来实现对对象的各种不同文档，如图纸、数据文件等的分类管理。 版本管理 通常产品的设计过程是一个连续的、动态的过程，一个设计对象在设计过程中不断修改，会产生许多版本，版本不仅包含了设计对象全部的历史信息，而且还反映了该版本的设计对象与其相关联的对象的联系，例如，零部件对象的版本与文档版本的关联性。 PLM系统中的版本管理可以管理事务对象和数据对象的动态变化情况，一般来说，对这些对象采用的是线性版本模型，即按照时间顺序系统会自动依次赋予一个版本号，且不允许赋重复的值。 按照设计对象所处的不同状态，版本有不同的状态名。设计阶段对象的版本称为工作版本，工作版本驻留在设计人员的私有的电子仓库中，被设计者修改，其他用户不能访问，并且也不能被引用。当设计工作完成后，设计者需要将该对象的版本提交到共享的公共电子仓库待审批，这种存放在共享电子仓库中待审批的版本称为提交版本。提交版本不允许修改或删除，其他用户可以查看，但不能引用。提交版本经审核批准后，成为发放版本。发放版本放在专门的电子仓库中，所有用户只能对它进行查询，不能修改。在设计的某阶段时间内，若需要版本保持不变的状态，则可以将它冻结起来，成为冻结版本。冻结版本一般存放在项目电子仓库中。处于冻结状态的版本不允许有更新、删除等操作，但是冻结版本解冻后成为工作版本，即可对它进行操作。提交版本即是审批阶段的冻结版本，它和冻结版本一样，都能被设计者引用，成为设计者开展下一步工作的基础。不再改变的版本都需要归档保存，版本归档后称为归档版本。 增加版本属性后，产品结构关系的复杂性明显增加。图6.3（a）说明不含版本的部件与文档之间的结构关系，这时可以直接建立部件对象与其相关的文档信息（如实体模型、二维图纸、测试数据、工艺文件与NC代码等）之间的关系。图6.3（b）说明包含版本的部件与文档之间的结构关系，部件有不同的版本，而文档信息也有自己的版本，这时在结构关系中表述了不同版本之间的匹配关系。 图6.3（a）与（b）上的信息可能分布在不同的计算机、操作系统上，分别属于不同的电子仓库和PLM用户，物理上存储在不同的文件系统和数据库中。图6.3 不含版本与包含版本的部件文档结构关系 产品配置管理 配置的概念 单一形式的材料明细表和简单的版本管理并不能满足企业复杂产品信息管理的需求，BOM作为企业进行设计、生产、管理的核心，不同的部门要求有不同的形式和内容。例如，生产部门需要只描述自制件情况的制造BOM表，采购部门需要原材料及标准件的采购BOM表，财务部门更关心的是反映零部件成本核算情况的财务BOM表，设计部门作为产生BOM表的部门，应提供涵盖以上各方面信息的、最为全面的设计BOM表，设计BOM表信息与其它BOM表信息的关系相当于集合概念中的全集与子集的关系。另外，针对产品设计中的同一产品的不同批次及同一批次中的不同阶段（如设计、制造与组装等），需要不同的BOM描述。为了满足上述要求，必须将产品结构中的零部件按照一定的条件进行重新编排，得到该条件下的特定的产品结构，称为配置，其中的条件称为配置条件。用各种不同的配置条件形成产品结构的不同配置，称为产品结构的配置管理。 PLM系统中的配置管理较传统的人工管理方式的优越性体现在以下两个方面： 1 保证了不同BOM表的一致性，特别是设计BOM与制造BOM的一致性。由于不同部门要求的BOM表不同，人工管理这些BOM表，一方面需要花费大量的人力和时间，另一方面还容易出现错误，贻误生产，造成损失。利用PLM的配置管理功能，可以按照产品所处的不同阶段进行配置，得到在不同阶段的产品结构视图，由此形成需要的BOM表。各PLM用户可以在网上共享这些BOM表，避免错误的发生。 2 保证了产品配置信息的准确性。面对产品市场的激烈竞争，企业应考虑各个层次的客户的不同需求，因此，对产品有不同的配置要求。另外，对于单独订货的单件特殊产品，还应按照特殊的配置进行生产。在这种情况下更能体现配置管理的优越性。 配置管理一方面继承了产品结构管理的主要功能，同时在产品结构构件中增加了配置项（即配置条件）、结构选项、互换件、替换件、供应商等。通过提供结构有效性、配置变量、版本有效性管理，能描述更为复杂的产品配置。此外，还提供了BOM多视图管理，通过BOM的提取，支持与ERP系统的集成。 配置管理通过建立配置规则实现对产品结构变化的控制和管理。 产品配置规则 配置管理通过建立配置规则实现对产品结构变化的控制和管理，产品配置规则分为三类：变量配置规则、版本配置规则与有效性配置规则。 变量配置规则 当产品结构树中的零部件的某个属性具有多个可选项时，可以将该属性视为变量，按照该变量取不同的值来确定具体的产品结构配置，称为变量配置。图6.4展示了某型号电冰箱按变量配置规则的部分产品结构。图6.4 按变量配置的产品结构 变量配置中的属性变量可以是字符型、数字型、日期型的数据；配置条件按照逻辑运算法则进行，可以是“”，“”，“”，“AND”，“OR”等。如有任何看法或投稿请联系 MSN：hjf_2009；QQ：761006944 版本配置规则 在版本产生过程中具有不同的状态，如工作状态、提交状态、发布状态、冻结状态等，按照版本所处的状态可以形成不同的配置。其中，按照已发布的最新版本进行配置和按照已发布的所有版本进行配置是应用较多的配置方法。 有效性配置规则 产品结构中的零部件可能具有多个版本，各个版本的生效时间、有效时间可能不同，有时在产品结构树的不同层次上分别有一个零部件的不同版本或者同一版本分布在结构树的不同层次上，由此形成了不同的配置情况，此时，需要按照有效性进行配置。在有效性配置中，反映有效性的配置条件称为配置项。配置项可以是版本的有效时间配置项、修改序号的有效时间配置项、零部件的有效个数等。配置项的数据类型可以是字符型、数字型，或它们的混合型。 产品配置的形式 运用配置规则，可以进行三种形式的产品配置管理：单一产品配置、系列化产品配置和产品结构多视图管理。 单一产品配置 单一产品的配置管理是指对非系列化产品的单一产品中涉及的不同版本的零件和部件、结构可选件、互换件、替换件，按照配置的思想进行有效管理。它是产品配置管理中较简单的一种情况。替换件与互换件虽然都有更换的意思，但在应用范围上还是有区别的。替换件仅适用于某产品范围，超出了该范围即为无效。互换件则可以超出具体某一个产品的范围，它可以用于多种不同的产品中，例如，标准件就属于互换件的范畴。图6.5展示的产品结构具有不同版本的零件和部件、替换件、互换件信息以及各零件和部件具有的配置项和结构选项等。图6.5 单一产品结构图 表6.1和表6.2分别表示了图中配置项Cfg1的各版本的有效时间定义及结构选项Opt1的取值约定。按照配置项的时间特性，才能够确定某特定时间与产品特定的结构相对应的关系，达到采用配置的思想管理好复杂产品多样性的目的。 在表6.2中，Opt1的数值表示零件3在产品中的数量。按照表6.1和表6.2 的定义，产品在1998年4月（配置1）的结构树（如图6.6（a）与在1998年10月（配置2）的结构树（如图6.6（b）是有差异的。也即表明由于某种需要，产品在设计上作了一点修改，但还不至于影响到产品的版本升级。图6.6(a) 按第一有效性时间配置的产品结构 图6.6(b) 按第二有效时间配置的产品结构 系列化产品配置 一种产品投入市场后，受到用户欢迎，通过市场分析，如果还存在很大的市场潜力，企业就应该迅速作出反应，在原产品的基础上做变型设计，形成满足不同层次用户需求的、具有不同功能的系列化产品。在PLM系统中通过实施变量配置管理，即可获得系列化产品的结构。 产品结构多视图管理 在企业中，对于同一个产品，不同部门需要的产品信息并不相同，PLM系统应能提供满足不同部门的相应产品信息。产品的BOM信息在其生命周期的不同阶段具有不同的内容，形成了产品结构的多视图。设计阶段的产品结构视图与前述的单一产品结构类似。生产阶段的产品结构视图却是按零部件的类型来组织的，对制造型企业，可按轴类、箱体类等不同的类型组织生产，这时的BOM是制造视图。计划视图则是为计划部门安排生产准备工作服务的。从计划BOM应能迅速查到哪些是标准件，需要外购；哪些是外协件，应和哪些供应商联系购买；哪些是自制件，需要什么材料，归哪个车间生产。装配部门关心的是正确的装配顺序。以上几种BOM视图见图6.7。图6.7 产品结构多视图 产品结构多视图只是在其生命周期的不同阶段时的不同表现 。从任