產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)（PLM）在風(fēng)電企業(yè)中的應(yīng)用

（通用電氣（中國）研究開發(fā)中心有限公司，上海 201203）

（通用電氣（中國）研究開發(fā)中心有限公司，上海 201203）

以達(dá)索公司的生命周期管理系統(tǒng)（PLM）系統(tǒng)為例，闡述了PLM如何幫助風(fēng)電機(jī)組制造企業(yè)縮短開發(fā)周期，快速滿足客戶需求，并在風(fēng)電機(jī)組整個(gè)生命周期內(nèi)對客戶提供準(zhǔn)確的技術(shù)支持。同時(shí)對PLM實(shí)施過程中積累的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)作了歸納總結(jié)。

PLM；風(fēng)電機(jī)組

0 引言

在產(chǎn)品開發(fā)過程中，不可避免會(huì)有反復(fù)的設(shè)計(jì)更改，以及由此產(chǎn)生的對項(xiàng)目周期和成本的影響。一個(gè)典型的新產(chǎn)品開發(fā)周期包括概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)以及后續(xù)生產(chǎn)等幾個(gè)階段。如何盡量把設(shè)計(jì)更改限制在產(chǎn)品開發(fā)的前期，將對降低成本和縮短周期至關(guān)重要。圖1從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度詮釋了PLM系統(tǒng)可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)[1]。

根據(jù)德國機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(huì)[2]（VDMA）的研究統(tǒng)計(jì)，一張A4圖紙（元件）的平均維護(hù)管理成本要達(dá)到上千美元。除了元件本身的建模繪圖，還需要相應(yīng)的人工和時(shí)間進(jìn)行工程分析、首件認(rèn)證、采購計(jì)劃、設(shè)計(jì)變更、備品備件等工作。PLM系統(tǒng)可以有效地協(xié)調(diào)企業(yè)各方面資源，建立對應(yīng)的流程來滿足以上需要，并降低企業(yè)成本。

此外，將來的法律法規(guī)和技術(shù)指令會(huì)對工業(yè)產(chǎn)品對環(huán)境的影響和回收利用有越來越嚴(yán)格的要求，因此原始設(shè)備制造商（OEM）需要借助PLM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品整個(gè)生命周期的管理。這不僅限于開發(fā)、制造和銷售，還包括產(chǎn)品最終的回收再利用。例如現(xiàn)行的《歐盟關(guān)于報(bào)廢汽車的技術(shù)指令2000/53/EC》詳細(xì)地規(guī)定了汽車制造商在汽車報(bào)廢、回收利用中的責(zé)任，這也印證了PLM在汽車行業(yè)中的廣泛應(yīng)用。同樣，風(fēng)電行業(yè)在將來也會(huì)面臨相似的監(jiān)管。

圖1 PLM對于產(chǎn)品開發(fā)中設(shè)計(jì)更改的影響

1 PLM系統(tǒng)的定義和功能

結(jié)合業(yè)內(nèi)權(quán)威的PLM咨詢公司CIMdata的解釋，PLM系統(tǒng)可定義如下：

（1）PLM系統(tǒng)是一種戰(zhàn)略意義上的企業(yè)策略，它應(yīng)用一套可持續(xù)發(fā)展的企業(yè)解決方案，能夠跨地域、跨部門地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息的定義、維護(hù)、傳播等。

（2）能夠支持?jǐn)U展的企業(yè)運(yùn)作機(jī)制，例如與客戶、供貨商、合作伙伴等的協(xié)作。

（3）能夠覆蓋從產(chǎn)品最初的概念設(shè)計(jì)到最終的報(bào)廢回收整個(gè)生命周期的維護(hù)管理。

（4）能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)人員、流程、系統(tǒng)、信息等的高度整合。

PLM不僅是某一項(xiàng)軟件技術(shù)，更是一套完整的企業(yè)范疇解決方案，以應(yīng)對貫穿整個(gè)生命周期的產(chǎn)品管理。從某種意義上看，在PLM系統(tǒng)中，流程比數(shù)據(jù)更加重要。相對于什么樣的數(shù)據(jù)被創(chuàng)造出來，PLM系統(tǒng)更關(guān)注數(shù)據(jù)是如何被創(chuàng)造出來和后期維護(hù)的。

同其他企業(yè)解決方案如企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）相比，PLM系統(tǒng)有著顯著的不同。ERP側(cè)重于優(yōu)化實(shí)物產(chǎn)品和事務(wù)或交易的流程。對于反復(fù)的事務(wù)性工作，ERP可以表現(xiàn)得很好。但是對于開發(fā)新產(chǎn)品所需的快速迭代和創(chuàng)新工作，PLM系統(tǒng)有著先天優(yōu)勢。PLM系統(tǒng)提供了從概念到實(shí)施的解決方案，覆蓋所有相應(yīng)的部門。數(shù)字化產(chǎn)品使企業(yè)能夠快速進(jìn)行試驗(yàn)分析、更改設(shè)計(jì)、細(xì)化設(shè)計(jì)等各種操作。這一切都可以在費(fèi)用高昂的實(shí)際生產(chǎn)前完成。

如今由于Web 2.0的應(yīng)用，更把PLM系統(tǒng)擴(kuò)展成現(xiàn)實(shí)世界的網(wǎng)絡(luò)，很多業(yè)務(wù)流程可以很方便地通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行激活、配置與使用。PLM系統(tǒng)成了可以發(fā)揮集體智慧共同協(xié)作的在線社區(qū)。

2 PLM系統(tǒng)的實(shí)施

本節(jié)詳述了PLM系統(tǒng)在風(fēng)電機(jī)組制造企業(yè)的實(shí)施應(yīng)用，并從不同模塊的實(shí)施過程中展現(xiàn)了PLM系統(tǒng)如何滿足企業(yè)各方面需求。

2.1 PLM系統(tǒng)用戶管理

作為大型的產(chǎn)品信息管理系統(tǒng)，嚴(yán)格的用戶管理是PLM最重要的功能。在PLM系統(tǒng)中，可以定義十幾個(gè)不同的用戶權(quán)限分類，比如設(shè)計(jì)工程師、制圖工程師、生產(chǎn)工程師、采購工程師、項(xiàng)目工程師、商務(wù)經(jīng)理、系統(tǒng)管理員等。不同的角色和權(quán)限設(shè)置保證了產(chǎn)品信息的創(chuàng)建和更改都是受控的，讓企業(yè)能夠開發(fā)出適合自身特點(diǎn)的企業(yè)流程，使PLM系統(tǒng)真正描繪現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的虛擬化數(shù)字化管理。

2.2 分步驟的PLM模塊化實(shí)施

因?yàn)镻LM系統(tǒng)涵蓋了整個(gè)產(chǎn)品生命周期，涉及到多個(gè)部門和流程，所以整個(gè)項(xiàng)目也是分階段、分步驟地具體到不同的模塊化實(shí)施。每個(gè)PLM模塊都實(shí)現(xiàn)各自獨(dú)立的功能。圖2包含了在本例PLM實(shí)施中的各個(gè)模塊，本文會(huì)以其中的部分模塊為重點(diǎn)詳述。在所有的模塊中，工程模塊處于核心位置，同其他各個(gè)模塊有著密不可分的聯(lián)系。作為PLM系統(tǒng)的一個(gè)重要功能，它需要具備與其他系統(tǒng)接口的能力，比如ERP、商務(wù)管理等。同時(shí)由于不同行業(yè)產(chǎn)品以及企業(yè)的特殊性，PLM系統(tǒng)應(yīng)該能夠根據(jù)企業(yè)的不同需求進(jìn)行定制。

2.2.1 工程模塊

工程模塊包含了定義產(chǎn)品設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的3D模型、圖紙、規(guī)范、物料清單等，是整個(gè)PLM系統(tǒng)的核心，也是最先實(shí)施的模塊。表格1展示工程模塊的基本功能。

圖2 PLM系統(tǒng)的功能模塊與接口

每一個(gè)獨(dú)立的、可被采購的螺栓、螺母、支架、開關(guān)、電線等都被賦予一個(gè)元件號，成為PLM系統(tǒng)虛擬世界中的一部分。每一個(gè)元件都有相應(yīng)的設(shè)備屬性，例如單位、尺寸、描述等。同時(shí)，不同類別的元件還會(huì)具備某些特殊屬性，如電氣元件的電壓、頻率等。這些元件的大部分屬性都是可編輯、可更改的。但是，單位就是一個(gè)例外。一旦元件被創(chuàng)建后，單位就是不可更改的，這與大部分的ERP系統(tǒng)規(guī)則相一致。對于復(fù)雜的元件，僅有PLM系統(tǒng)預(yù)設(shè)的設(shè)備屬性不足以充分地描述元件特性，所以需要借助額外的圖紙或規(guī)范。PLM系統(tǒng)能夠把元件和相關(guān)的設(shè)計(jì)文檔以一種可視化的方式關(guān)聯(lián)起來。如圖3所示，以風(fēng)電機(jī)組葉片為例，需要從外形尺寸、材料、防腐、運(yùn)輸、質(zhì)量控制等各個(gè)方面定義不同的文檔，并形成完整描述葉片信息的一整套技術(shù)資料。PLM系統(tǒng)同時(shí)提供了強(qiáng)大的查詢功能，例如“where used”功能可以查詢某一張圖紙被哪些元件所調(diào)用。任何一張圖紙?jiān)俦恍薷臅r(shí)，PLM系統(tǒng)可以方便地查出它影響的所有元件，保證設(shè)計(jì)更改的準(zhǔn)確性。

設(shè)計(jì)更改管理是PLM系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要功能，是企業(yè)在維護(hù)產(chǎn)品信息中不可或缺的一環(huán)。本例的PLM系統(tǒng)借助更改通知單（ECO）實(shí)現(xiàn)此功能。每一個(gè)新創(chuàng)建、修改、廢除的元件、圖紙、規(guī)范、物料清單都需要以ECO為載體實(shí)現(xiàn)，并且得到相關(guān)不同人員的批準(zhǔn)才能生效。由此也印證了PLM系統(tǒng)用戶權(quán)限管理的重要性。不同權(quán)限的用戶只能在ECO的特定范圍內(nèi)使用自己的批準(zhǔn)權(quán)利進(jìn)行電子簽名。

物料清單包含了組裝所需的所有元件清單及相關(guān)文檔。在PLM系統(tǒng)中，物料清單的裝配圖可以調(diào)用3D模型的簡化版直接呈現(xiàn)給用戶，有效地指導(dǎo)工廠組裝，并提高工程師檢查物料清單的準(zhǔn)確性。

2.2.2 ERP接口

PLM系統(tǒng)從本質(zhì)上不能完全替代ERP系統(tǒng)處理有關(guān)實(shí)物產(chǎn)品的事務(wù)交易，但是建立PLM與ERP的接口可以加強(qiáng)工程部門與采購、生產(chǎn)部門的緊密聯(lián)系，極大地減輕在產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息傳遞過程中的人工工作量，相應(yīng)降低人工出錯(cuò)的幾率。

由于實(shí)際中采購生產(chǎn)工廠往往會(huì)分布在多個(gè)不同國家的不同城市，但是企業(yè)的研發(fā)中心往往會(huì)集中在一地。通過建立PLM系統(tǒng)與不同工廠數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的接口，可以確保任何工廠生產(chǎn)出來的風(fēng)電機(jī)組都能同樣地滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)又可以發(fā)揮本地供應(yīng)鏈的特殊優(yōu)勢。由此也印證了PLM系統(tǒng)在全球化設(shè)計(jì)與本地化生產(chǎn)中的重要樞紐作用[4]。

表1 PLM系統(tǒng)工程模塊的功能表

圖3 元件與其圖紙/規(guī)范在PLM系統(tǒng)中的關(guān)系體現(xiàn)

在PLM和ERP接口中，PLM系統(tǒng)中創(chuàng)建出來的元件、物料清單都可以實(shí)時(shí)地從系統(tǒng)后臺(tái)自動(dòng)傳輸?shù)紼RP系統(tǒng)中。因?yàn)椴煌漠a(chǎn)品線往往會(huì)安排在不同的工廠生產(chǎn)，所以PLM系統(tǒng)允許用戶可以有選擇地傳輸數(shù)據(jù)。某一個(gè)元件可以被選擇傳輸?shù)教囟üS的ERP系統(tǒng)中。類似地，在PLM系統(tǒng)中創(chuàng)建的更改通知單也會(huì)被傳輸?shù)紼RP系統(tǒng)中并自動(dòng)執(zhí)行。如此可以極大的減少工作量。

在PLM與ERP的接口設(shè)計(jì)中，還可以充分考慮不同用戶的需求做一些客戶化定制。例如，為滿足風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品的全球化市場需要，企業(yè)必須充分考慮到不同國家地區(qū)技術(shù)規(guī)范指令的要求，如歐盟的產(chǎn)品認(rèn)證（CE）要求。在ERP系統(tǒng)中可以定制某個(gè)屬性欄位用來專門接收PLM系統(tǒng)中元件的CE特性，并對其設(shè)置提醒機(jī)制，提醒采購人員需要從供貨商處收集CE認(rèn)證聲明，并確保最終風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品滿足CE要求。

對于某些復(fù)雜的元件，往往借助圖紙、技術(shù)規(guī)范等描述具體的技術(shù)細(xì)節(jié)，而這些詳細(xì)資料會(huì)保存在PLM系統(tǒng)中。通過PLM與ERP的接口，這些資料的超鏈接可以被發(fā)送到ERP系統(tǒng)中，方便采購、生產(chǎn)等部門直接點(diǎn)擊查看元件的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)。這也是一種客戶化的定制功能。

2.2.3 產(chǎn)品配置模塊

產(chǎn)品配置是PLM系統(tǒng)的一項(xiàng)重要功能。風(fēng)電機(jī)組是由成千上萬的元件組成的，每個(gè)機(jī)組制造商都會(huì)有一系列的產(chǎn)品線，每個(gè)風(fēng)電場客戶可能又會(huì)有不同的要求。這就需要PLM系統(tǒng)能夠把所有的設(shè)計(jì)資料組織成清晰的結(jié)構(gòu)，滿足外部市場和公司內(nèi)部的需要。

如圖4所示，PLM系統(tǒng)可以定義不同的風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品線，每個(gè)產(chǎn)品線下包含不同的機(jī)型，每一個(gè)機(jī)型都有一系列相應(yīng)的機(jī)組特性來描述風(fēng)電機(jī)組能夠滿足的風(fēng)電場和客戶需求，例如常溫型或低溫型機(jī)組、塔筒高度、航空燈要求等。不同的風(fēng)電機(jī)組特性會(huì)關(guān)聯(lián)到不同的設(shè)計(jì)資料。當(dāng)客戶根據(jù)風(fēng)電場特點(diǎn)選擇了不同的風(fēng)電機(jī)組特性后，相應(yīng)的設(shè)計(jì)資料就會(huì)被組織起來形成一套特定的風(fēng)電機(jī)組物料清單。通過PLM系統(tǒng)與ERP的接口，風(fēng)電機(jī)組物料清單可以被導(dǎo)出到任何指定的工廠ERP中指導(dǎo)采購生產(chǎn)。這些過程基本都是由PLM系統(tǒng)自動(dòng)完成的，只需要極少的人工干預(yù)。

風(fēng)電機(jī)組生命周期的管理也具體體現(xiàn)在產(chǎn)品配置模塊中。對任意風(fēng)電機(jī)組，都會(huì)有不同的生命周期節(jié)點(diǎn)，例如計(jì)劃、生產(chǎn)、安裝、調(diào)試、質(zhì)保等。在PLM系統(tǒng)中，不同的風(fēng)電機(jī)組生命周期節(jié)點(diǎn)可以反映此時(shí)具體的機(jī)組配置和對應(yīng)的物料清單，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組在PLM系統(tǒng)中的虛擬化體現(xiàn)。同時(shí)，PLM系統(tǒng)的用戶權(quán)限管理也會(huì)在這里得到充分的發(fā)揮。在風(fēng)電機(jī)組的不同狀態(tài)節(jié)點(diǎn)下，只能由相應(yīng)權(quán)限的人員操作修改PLM系統(tǒng)里機(jī)組的具體配置[5-6]。

圖4 PLM系統(tǒng)中風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品特性的結(jié)構(gòu) 化體現(xiàn)

產(chǎn)品配置模塊還可以定義一些其他的高級客戶化功能，例如風(fēng)電機(jī)組控制參數(shù)的定義。通常風(fēng)電機(jī)組的控制參數(shù)會(huì)受到以下幾方面因素的影響，機(jī)型、機(jī)組特性、風(fēng)電場特點(diǎn)以及主要元器件的選擇。其中，機(jī)型/機(jī)組特性/元器件的參數(shù)都可以在PLM系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)置好，并關(guān)聯(lián)到相應(yīng)的機(jī)組屬性上。對于某個(gè)風(fēng)電場的風(fēng)電機(jī)組，PLM系統(tǒng)可以自動(dòng)生成整套機(jī)組的控制參數(shù)，只需額外做少量的風(fēng)電場參數(shù)設(shè)置，就可減少人工操作和出錯(cuò)率。

此外，產(chǎn)品配置模塊還可以設(shè)置與公司商務(wù)部門系統(tǒng)的接口。不同的風(fēng)電機(jī)組特性往往成本不同。通過PLM系統(tǒng)與商務(wù)系統(tǒng)的接口，商務(wù)部門可以快速準(zhǔn)確地得到風(fēng)電機(jī)組配置，并計(jì)算出整個(gè)機(jī)組的成本，提高客戶響應(yīng)速度。

2.2.4 其他功能模塊

PLM系統(tǒng)的供貨商模塊可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)首件認(rèn)證的功能，協(xié)調(diào)采購及質(zhì)量部門跟蹤整個(gè)流程的狀態(tài)，并處理與供貨商的技術(shù)澄清等問題。對于某些重要元件，PLM系統(tǒng)可以設(shè)置序列號或批次跟蹤功能。備品備件的管理是供貨商模塊的另一項(xiàng)重要功能。PLM系統(tǒng)同時(shí)可以提供元件之間相互替換關(guān)系的管理功能，例如取代（supercede）、 互 換（alternative）、交叉銷售（cross-sell）等。生產(chǎn)部門可以相應(yīng)地調(diào)配庫存，組織生產(chǎn)。

PLM系統(tǒng)的項(xiàng)目管理模塊提供了人力資源管理、任務(wù)分配、進(jìn)度跟蹤等功能。在PLM環(huán)境下類似web 2.0的社區(qū)討論功能方便了跨部門之間的技術(shù)交流，并保證了完整的系統(tǒng)記錄。

圖5 PLM實(shí)現(xiàn)從客戶需求到物料清單/控制參數(shù)的生成

2.2.5 綜合應(yīng)用范例

圖5的流程示意圖展示了一個(gè)在PLM系統(tǒng)中的實(shí)際應(yīng)用范例，綜合了上述多個(gè)模塊功能。首先客戶基于風(fēng)電場特點(diǎn)選擇適合的風(fēng)電機(jī)組產(chǎn)品和特性。通過預(yù)先設(shè)定的規(guī)則，不同的風(fēng)電機(jī)組特性會(huì)到工程模塊中挑選出相應(yīng)的元件和圖紙，形成工程設(shè)計(jì)模式下的物料清單。通過PLM系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的生產(chǎn)模板，元件會(huì)被分配到不同工廠的不同工位和工序，最終形成適合采購和生產(chǎn)的物料清單，并被傳輸?shù)紼RP系統(tǒng)中。與此同時(shí)，相應(yīng)的控制參數(shù)列表也會(huì)根據(jù)機(jī)型、機(jī)組特性、風(fēng)電場特點(diǎn)和主要元件等自動(dòng)生成?？刂茀?shù)列表可以方便地被下裝到風(fēng)電機(jī)組調(diào)試設(shè)備。除了少數(shù)的人工操作，例如需要客戶選擇風(fēng)電機(jī)組特性外，整套流程都由PLM在數(shù)小時(shí)內(nèi)自動(dòng)完成，這體現(xiàn)了PLM系統(tǒng)在快速準(zhǔn)確滿足客戶需求方面的優(yōu)勢。

3 總結(jié)

本文以實(shí)際應(yīng)用范例為基礎(chǔ)闡述了PLM系統(tǒng)的概念、功能以及模塊化的實(shí)施細(xì)節(jié)，展示了GE風(fēng)電在推進(jìn)產(chǎn)品研發(fā)，改善產(chǎn)品質(zhì)量，滿足客戶需求，提高響應(yīng)速度等方面的努力。除了構(gòu)建PLM系統(tǒng)本身外，一系列的流程規(guī)范也同時(shí)被建立起來指導(dǎo)企業(yè)運(yùn)作，以最大限度地發(fā)揮PLM系統(tǒng)的優(yōu)勢。

[1] CIMdata. CIMdata 2012 PLM Market Analysis Report[EB/OL](2013-03-07)http://www. cimdata.com/

[2] 德國機(jī)械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(huì)(VDMA) [EB/OL] (2013-03-07). http://www.chinavdma.org/

[3] 達(dá) 索(Dassault). 可 持 續(xù) 風(fēng) 力 發(fā) 電 機(jī)3DEXPERIENCE解決方案[P][EB/OL](2013-03-02) http://www.3ds.com/

[4] Siemens. Siemens PLM software[EB/OL](2013-03-07). http://www.plm.automation.siemens.com

[5] Evans, Mike. The PLM Debate[P]. Cambashi,2012(2).

[6] Teresko, John. The PLM Revolution[J]. IndustryWeek,2004 (12).

產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)（PLM）在風(fēng)電企業(yè)中的應(yīng)用

鄭培磊

Application of Product Lifecycle Management (PLM) in Wind Energy Enterprises

Zheng Peilei
（GE（China）Technology Center Co.,Ltd.,Shanghai 201203, China）

In this paper one typical instance of DASSAULT PLM implementation is used to illustrate how PLM helps reduce development cycle, promptly responding to customers request and providing accurate technical support during turbine whole life cycle. In addition, some best practice and lesson learned are summarized.

PLM; wind turbine

TM614

A

1674-9219（2013）06-0054-05

2013-03-07。

鄭培磊（1978-），男，碩士，電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化專業(yè)，主要從事能源電力工作，包括風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、電廠DCS控制系統(tǒng)、軌道交通SCADA系統(tǒng)等。