基于Teamcenter的PLM系統(tǒng)軟件在制造業(yè)中應(yīng)用的研究

黨應(yīng)聰 陳勁杰

摘 要：隨著制造全球化和工業(yè)4.0的推進，產(chǎn)品生命周期管理（PLM）這一概念得到越來越多的重視。本文以全球最大的PLM軟件-Teamcenter為例，首先對PLM中產(chǎn)品設(shè)計信息管理和流程信息管理兩個方面做了詳細的分析和研究，抽象出了產(chǎn)品生命周期管理的實質(zhì)；其次，對PLM在制造行業(yè)中的應(yīng)用優(yōu)勢做了分析；最后，從企業(yè)工程師長期使用的角度找出了國外PLM系統(tǒng)在本地化應(yīng)用中兩大層面上的問題，并解釋了出現(xiàn)問題的相應(yīng)原因。

關(guān)鍵詞：生命周期管理；Teamcenter；產(chǎn)品設(shè)計與流程信息；協(xié)同設(shè)計開發(fā)

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

PDM形成于1980年并在1990年快速發(fā)展，它以軟件技術(shù)作為基礎(chǔ)，制造業(yè)產(chǎn)品作為核心，管理與產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)，流程和資源，而PLM這個概念相當于是PDM的一個擴展[1]。產(chǎn)品全生命周期管理（PLM）是在工程數(shù)據(jù)管理（PDM）的基礎(chǔ)上慢慢發(fā)展成長起來的，為內(nèi)容管理系統(tǒng)（CMS）提供了一個新的思路和集成框架結(jié)構(gòu)[2]。

面對如今眾多的管理系統(tǒng)，PLM系統(tǒng)最為值得稱贊的一點是其整合了各種不同的自動化系統(tǒng)（例如：CAD、PDM、ERP等），使它們有機得結(jié)合在一起[3]，這對提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量與生產(chǎn)效率和對整個行業(yè)的智能化推進有著非常重要的意義。

隨著智能制造與工業(yè)4.0的推進，制造業(yè)中各類產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計開發(fā)與整個產(chǎn)品生命周期各類生產(chǎn)資料的集成管理成為了關(guān)鍵的突破點，因此對PLM管理系統(tǒng)的研究成為智能制造中最為重要的一個環(huán)節(jié)[4]。

2 基于Teamcenter的PLM系統(tǒng)理解（Understanding

of PLM system based on Teamcenter）

PLM能夠有效地管理研發(fā)過程的圖文檔，能夠在一個產(chǎn)品的全生命周期里統(tǒng)籌所有資源信息，能夠保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的整性、正確性、一致性，能夠解決企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)過程中的頻繁變更、可追溯性差的問題，并且能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的版本管理等功能[5]。PLM平臺完成了產(chǎn)品數(shù)據(jù)的“刪繁化簡”，將以前需要人手工存儲的產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)和二維圖紙標準化和數(shù)字化，將它們統(tǒng)一地放在共享數(shù)據(jù)庫中，為產(chǎn)品的協(xié)同設(shè)計提供了可能[6]。

PLM系統(tǒng)的實質(zhì)分析如圖1所示，它管理的數(shù)據(jù)種類非常之多但主要可以分為四個部分，其中最為核心的內(nèi)容包括兩個方面：產(chǎn)品設(shè)計信息和審批流程，下面將針對這兩個方面做分析和闡述。

2.1 產(chǎn)品設(shè)計信息的管理

產(chǎn)品設(shè)計信息主要包括產(chǎn)品零部件和總成的三維模型、二維圖紙、工藝流程、仿真分析報告和產(chǎn)品說明等基本信息。這些產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息就是公司的生命，它為企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新和技術(shù)改進提供源源不斷的活力，因此對其有效、有序地管理與保存顯得十分重要。

如圖2所示，Teamcenter的后臺底層架構(gòu)是用Java編寫的，為了存儲產(chǎn)品設(shè)計信息，開發(fā)者創(chuàng)建了很多對象（Object），其中包括Engineering Part、Support Design、Engineering Drawing、Control Document等Java對象。這些對象相當于特定化的文件夾，具有高度的靈活性和自由性，為工程師管理產(chǎn)品信息提供了多樣化的選擇。在對象這一層級之后的是數(shù)據(jù)集（Dataset），這些數(shù)據(jù)集并不是Teamcenter特有的，例如PPT、Word、CatPart、CatDrawing等，這些數(shù)據(jù)集合儲存的就是實際的產(chǎn)品信息。

Teamcenter內(nèi)的數(shù)據(jù)集合并不是獨立存在的，實際上它能夠整合市場大多數(shù)的CAD等各種自動化軟件，因此其對應(yīng)得java對象類也特別多，同時其包含的數(shù)據(jù)集范圍也十分廣泛[7]。

2.2 審批流程信息管理

流程信息主要涉及兩個方面的內(nèi)容，一個方面是單個產(chǎn)品項目的商業(yè)運作和人員分配，另一個方面是已經(jīng)設(shè)計的產(chǎn)品數(shù)據(jù)的審核校驗與更新改善；其本質(zhì)可理解為單個項目的人力資源分配和單個項目下所以產(chǎn)品數(shù)據(jù)的審核狀態(tài)管理。

如圖3所示，審批流程信息管理主要分為兩個階段：首先獲取客戶需求和設(shè)計目的，其次由項目經(jīng)理在系統(tǒng)中建立相應(yīng)項目代號并指定項目主負責(zé)人，負責(zé)人根據(jù)實際情況將要參與到該項目的SDT（協(xié)同開發(fā)團隊）成員添加進項目中完成人員的分配，這是自上而下的一個過程；所有人員確定后，產(chǎn)品工程師根據(jù)客戶需求和設(shè)計要求完成產(chǎn)品模型，最后產(chǎn)品工程師向上級提交產(chǎn)品發(fā)放申請或者變更申請，由各個部門的管理者分析和審批，通過則完成這個產(chǎn)品的設(shè)計進入生產(chǎn)階段，這是一個自下而上的過程。

3 PLM系統(tǒng)的優(yōu)勢分析（Analysis on advantages of

PLM system）

PLM的使用對產(chǎn)品制造中的集約化管理和設(shè)計生產(chǎn)制造的細分有良好的促進作用，只有通過設(shè)計制造過程模塊化細分化，才能真正的實現(xiàn)制造智能化。Teamcenter作為一款集大成于一身的PLM實施軟件，它具備非常多的優(yōu)勢和特點。下面以Teamcenter為例，分析PLM系統(tǒng)在系統(tǒng)工程與需求管理，物料清單管理和仿真測試過程管理三個方面的優(yōu)勢。

3.1 系統(tǒng)工程和需求管理

Teamcenter通過對產(chǎn)品需求、工程需求、完整制造系統(tǒng)約束優(yōu)化要求來減少設(shè)計制造問題，降低供應(yīng)鏈問題風(fēng)險；能夠?qū)⑾到y(tǒng)級別的理解、客戶需求、制造客觀限制條件等結(jié)合起來，以協(xié)助工程師做出更好的決策并及時完成產(chǎn)品的完整設(shè)計制造與市場推廣。

Teamcenter將整個產(chǎn)品的生命周期作為一個閉環(huán)系統(tǒng)，從需求的提出到產(chǎn)品的交付，再到用戶的反饋和改進完全結(jié)合在一起，使得每一個產(chǎn)品都有自己的生命循環(huán)系統(tǒng)，并記錄下這個過程中產(chǎn)生的所有細節(jié)信息，提高公司對于市場的反應(yīng)速度，提升產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，促進產(chǎn)品的良性改進[8]。

3.2 物料清單管理

從設(shè)計到生產(chǎn)Teamcenter都能很好地管理完整的產(chǎn)品物料清單（BOM），不管是簡單的結(jié)構(gòu)還是復(fù)雜的產(chǎn)品定義它都能很好展現(xiàn)出來。結(jié)構(gòu)管理（Strucure Manager）這一功能模塊能夠建立獨立的完整的產(chǎn)品定義，能夠在BOM（Bills Of Material）里面直觀地向用戶呈現(xiàn)所有產(chǎn)品零部件信息，能夠?qū)λ渲玫漠a(chǎn)品進行可視化。

如圖5所示，PLM系統(tǒng)中模塊化的物料清單管理功能能夠利用產(chǎn)品的共性將整個產(chǎn)品系列整合到單一結(jié)構(gòu)中，這種單一的結(jié)構(gòu)使得管理同類產(chǎn)品的各個系列十分方便，無需額外的工作量就能提供更多產(chǎn)品配置選擇和管理完整的產(chǎn)品物料清單。這一功能使得企業(yè)能夠針對用戶的特定需求來提供清晰、即時和準確的產(chǎn)品BOM定義，從而有效地改善生產(chǎn)效率和降低協(xié)同開發(fā)成本。

3.3 仿真測試過程管理

在整個產(chǎn)品生命周期中，仿真測試過程是一個必不可少的階段，其主要用于對產(chǎn)品的工況性能進行綜合評估，給出改進意見報告。仿真測試過程管理主要包括兩方面：產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)在虛擬工況下的仿真數(shù)據(jù)管理和產(chǎn)品樣件在實際工況下的測試數(shù)據(jù)管理。

如圖6所示，設(shè)計好的產(chǎn)品數(shù)據(jù)需要先在虛擬工況下進行仿真分析，通過以后進行樣件生產(chǎn)；然后將樣件放在實際使用工況下去做指標測試，通過后才能進行樣件生產(chǎn)。PLM系統(tǒng)將虛擬的仿真數(shù)據(jù)和實際的測試數(shù)據(jù)都整合在一起，方便工程師進行產(chǎn)品的優(yōu)化對比改進，使得產(chǎn)品的更新迭代更為快速。同時它還集成了三維仿真可視化功能，能夠快速地配置和啟動CAE應(yīng)用程序，并將仿真結(jié)果存儲在正確的上下文中，方便協(xié)同開發(fā)團隊查看使用。

4 Teamcenter本地化問題（Teamcenter localization

problems）

雖然Teamcenter在國內(nèi)外贊譽無數(shù)，但在本地化實施過程仍然存在諸多問題，由于其龐大的系統(tǒng)的較高的使用維護費用使得中小型企業(yè)對其望而卻步。下面主要從系統(tǒng)層級和實施層級分析其不足。

4.1 系統(tǒng)層級問題

Teamcenter服務(wù)的不僅僅是制造行業(yè)，還包括各式各樣與設(shè)計生產(chǎn)相關(guān)的行業(yè)。它將PLM進行模塊化組合，使其能夠切實地滿足客戶的不同需求。然而，針對制造行業(yè)模塊化處理后的Teamcenter相當龐大，需要性能極好的工作站才能正常無卡頓使用。經(jīng)過對Teamcenter系統(tǒng)的長期使用和觀察，本文得出該系統(tǒng)過于龐大的三點系統(tǒng)層級原因。

（1）管理文檔幾乎涵蓋了常見的所有類型，但是大部分文檔類型用不到，其文檔針對性還不夠強。

（2）模塊之間存在功能重復(fù)的問題，部分模塊之間界限不清晰。

（3）Teamcenter客戶端的緩存管理機制不夠優(yōu)化，經(jīng)常容易出現(xiàn)應(yīng)用崩潰的情況。

4.2 實施層級問題

在實際的設(shè)計生產(chǎn)環(huán)境中，本地制造企業(yè)已經(jīng)將Teamcenter的設(shè)計協(xié)同和數(shù)據(jù)共享理念運用得十分熟練，但是在物料清單管理和制造工藝管理等其他細分模塊上應(yīng)用得并不理想。他們更多的只是用到了生命周期的一部分，忽視了這一系統(tǒng)對整個產(chǎn)品生命周期的考量。根據(jù)實際經(jīng)驗，可以總結(jié)出Teamcenter與本地企業(yè)生產(chǎn)制造結(jié)合不深入的三點原因。

（1）該PLM系統(tǒng)由德國西門子公司設(shè)計，在操作思路邏輯上較為繁雜不易理解，與中國本地企業(yè)推崇的高效、簡潔、準確存在一定的差距。

（2）由于涉及數(shù)據(jù)安全和泄漏問題本地企業(yè)懷著謹慎的態(tài)度，其更愿意將不同階段的數(shù)據(jù)放在不同的管理系統(tǒng)里面。

（3）整個系統(tǒng)的本地化培訓(xùn)做得比較差勁，存在較多兼容問題，有些概念和操作方法晦澀難懂，PLM工程師人力資源匱乏。

5 結(jié)論（Conclusion）

隨著制造行業(yè)的全球化和工業(yè)4.0的全面實施，Teamcenter作為一款集大成于一身的產(chǎn)品生命周期管理軟件（PLM Software）會越來越被企業(yè)所推崇，同時由于該系統(tǒng)的普及和推廣，其在中國本地化的道路上會遇到更多的阻礙。

本文從Teamcenter的實質(zhì)內(nèi)容、應(yīng)用優(yōu)勢、本地化問題三個方面對其進行了詳細的分析，以期望達到對PLM系統(tǒng)更深層的理解。中國本地制造業(yè)應(yīng)該在借鑒和使用中學(xué)習(xí)，取其精華，去其糟粕，建立出適合本國制造行業(yè)現(xiàn)狀的產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)。

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作者簡介：

黨應(yīng)聰（1993-），男，碩士生.研究領(lǐng)域：智能器人.

陳勁杰（1969-），男，碩士，副教授.研究領(lǐng)域：智能機器人.