產(chǎn)品全生命周期管理（PLM） 與企業(yè)生產(chǎn)運行管控

金暉 牛薇 黃飛淋

隨著制造業(yè)信息化的穩(wěn)步推進，產(chǎn)品生命周期管理（PLM）已經(jīng)成為復雜產(chǎn)品制造企業(yè)加速產(chǎn)品創(chuàng)新、降低研發(fā)成本、縮短產(chǎn) 品上市周期的利器。當下制造業(yè)普遍存在各式各樣的問題制約著其進一步發(fā)展，例如產(chǎn)品被過度設計卻無法很好的滿足客 戶需求，產(chǎn)品的相關(guān)商業(yè)過程不透明、信息流不連續(xù)，市場和銷售對于下一代產(chǎn)品缺乏認識等等。因此需要我們借助于 PLM 技術(shù)對過程、資源和數(shù)據(jù)信息進行整合，將現(xiàn)存的局域商業(yè)過程和架構(gòu)拓展為連續(xù)的商業(yè)過程，基于對產(chǎn)品全生命周期的優(yōu) 化以改善工業(yè)過程，采用革新技術(shù)為產(chǎn)品開發(fā)尋求新的應用領(lǐng)域。

產(chǎn)品生命周期管理（PLM）基本情況介紹

產(chǎn)品生命周期管理（PLM）是全公司級 的產(chǎn)品與流程數(shù)據(jù)集成型信息管理。它包括 產(chǎn)品的規(guī)劃、管理和組織，和對整個產(chǎn)品生 命周期中所有數(shù)據(jù)、文檔、資源和流程進行 必要的全面管理。參與此工作的所有人，無 論他們的位置和從屬關(guān)系，都將在 PLM 中一 起工作，解決特定問題。

PLM 對公司生產(chǎn)運行管控的主要增值 有：對產(chǎn)品全生命周期支持，特別是在早期 產(chǎn)品工程階段 ;與產(chǎn)品相關(guān)的全公司級信息 管理; 在整個產(chǎn)品生命周期中管理產(chǎn)品記錄; 跨企業(yè)的工程支持;全面的規(guī)劃、管理、組織 和流程需求考慮; 連接所有需要的人一起解 決特定的任務，不管他們的位置和從屬關(guān) 系?？傊?，PLM 是產(chǎn)品工程中的經(jīng)營和管理 主干，是綜合性的跨學科的聯(lián)合。

PLM 的數(shù)據(jù)組成及應用結(jié)構(gòu)PLM 解 決 方 案 通過 綜 合 利 用 PDM、 ERP、SCM、CRM 等信息系統(tǒng)，覆蓋了產(chǎn)品概 念、設計與開發(fā)、原型與試生產(chǎn)、投產(chǎn)決策、 生產(chǎn)、服務與支持、報廢處置等生命周期的 各個階段。其中，原型階段至關(guān)重要，利用恰當?shù)募夹g(shù)如虛擬現(xiàn)實制造技術(shù)，可以縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低成本。

PLM 關(guān)鍵在于管理和利用好存儲在各 種信息系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，包括用戶數(shù)據(jù)、元數(shù) 據(jù)、主數(shù)據(jù)等，它們是產(chǎn)品知識和經(jīng)驗知識 的載體，是 PLM 的核心關(guān)注點。已有 PDM 的 主要功能有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、參數(shù)和配置管 理、數(shù)據(jù)管理、工作流管理以及查看和修訂

等;PLM 功能是在產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 （PDM?功能）

支持開發(fā)和生產(chǎn)部門高效快速開發(fā)活動的 功能基礎(chǔ)上，通過利用產(chǎn)品使用期間客戶反 饋信息的投資規(guī)劃開始到產(chǎn)品的維護和回 收，主要功能有投資組合管理，項目管理、目 標成本核算，產(chǎn)品服務系統(tǒng)等，從而支持整 個產(chǎn)品生命周期（PLM 功能）管理。PLM 的主 要模塊，包含組合管理（前期服務 - 調(diào)研與規(guī)

劃），項目管理模塊，法律法規(guī)和企業(yè)工作流

和規(guī)則制度的應用，與供應商以及客戶建立 的合作模式，目標價格模塊，產(chǎn)品服務模塊， 以及反饋管理等。

通常一套 PLM 系統(tǒng)主要由 ERP 系統(tǒng)， PDM（include ?CAD soft），SCM，CRM 構(gòu)成，其 實它還可以包含很多其他模塊。但是有兩個 是它必須要具備的就是 PDM 和 ERP 系統(tǒng)， 其他的功能模塊都可以替代。但是如果沒有

PDM 和 ERP 是不能構(gòu)成 PLM 系統(tǒng)的。PLM 相對完整的結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。ERP 系統(tǒng)是 基于生產(chǎn)的一個系統(tǒng)，同時還產(chǎn)生了很多附 屬功能模塊，PDM 系統(tǒng)是基于設計的一個系 統(tǒng)，也有其他的附屬功能模塊，基于生產(chǎn)的 系統(tǒng)和設計的系統(tǒng)是相互不可替代的，而那 些功能模塊會跟 SCM，CRM 等系統(tǒng)有所重合 且相互補充。所以為了能夠集成整合這些數(shù) 據(jù)，PLM 系統(tǒng)提供連接各個數(shù)據(jù)的接口和流 程的整合，來保證數(shù)據(jù)的一致性和共享性， 當然這是基于權(quán)限基礎(chǔ)的共享。

PLM 在生產(chǎn)運行管控中的部署實施驅(qū)動部署實施 PLM 解決方案的四股力量：更復雜的產(chǎn)品、更加復雜的設計或者分散的設計環(huán)境、全球化市場與供應鏈、對更短產(chǎn)品生命周期的需求。PLM 實施方法，流程驅(qū)動 IT，選擇和分析先前的 PDM / PLM 過程，導出 相應的 PDM / PLM 功能和體系結(jié)構(gòu)。最優(yōu) PLM 點，符合二八原則，即花百分之二十的力 氣，實現(xiàn)百分之八十的效果。PLM 組織的最佳 點在自治成本和組織成本之間，在沒有對工 作項目進行整理之前，組織成本為零，但是查 找這些項目非常麻煩，如果人工對這些工作 項目進行整理之后，查找工作項非常便利，但 是產(chǎn)生了組織成本。PLM 實施前期投入多，收 益低。隨著時間增加，投資降低，收益增加，這 段過程是 PLM 實施的關(guān)鍵階段。

要實現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期管理，首先需要 梳理生產(chǎn)運行管控的流程，流程分析和優(yōu)化 的目標包括：提高生產(chǎn)力、改進質(zhì)量、提高顧 客導向、加強員工滿意度、提高透明度、減少 流程時間、降低成本、避免重復工作等等。流 程優(yōu)化在 IT 系統(tǒng)中非常重要，因為“新技術(shù)

（PLM 系統(tǒng)）+ 舊的流程和組織 （未修改的流

程和組織）= 非常昂貴的舊組織”，PLM 成功

實施的必要條件是“在有效性和高效性基礎(chǔ)

上對流程優(yōu)化”。理解了什么是流程，即在什 么時間，由誰，在哪里，用什么工具做什么事 情。理解了流程管理中的角色及其職責，包 括流程總監(jiān)、流程顧問、流程控制者、流程專 家、流程所有者和流程執(zhí)行者。

PLM 實施的流程級別分為：管理級別（根據(jù)市場趨勢和業(yè)務目標進行戰(zhàn)略管理）、 操作級別（即流程操作）、集成級別（即流程和 IT 系統(tǒng)集成）、IT 解決方法 （即 IT 自帶的功 能）。流程分析和優(yōu)化分為 5 個步驟，一是項

目設置，即制定項目進度、詳細的項目計劃、評估項目工作量;二是原有流程分析，目的是為了識別相關(guān)流程的順序 / 步驟、優(yōu)勢、劣勢、問題和改 進的潛力;三是明確流程要求，目的是為未來的、有 效的和高效的流程開發(fā)當前和未來的需求 （用于 PLM）;四是未來流程開發(fā)，目的是當使用 PLM 系統(tǒng) 時推導和定義有效和高效的流程;五是實施，目的 是實現(xiàn)新流程。

PLM 的生產(chǎn)運行盈利分析

在 PLM 實施的不同階段 / 流程中都要持續(xù)考 慮經(jīng)濟效益。PLM 的投資，當 PLM 實施成本≤使用 PLM 獲得的效益時，PLM 系統(tǒng)是經(jīng)濟的。PLM 實施 成本分為一次性成本（包括計劃成本、系統(tǒng)采購成 本、安裝成本、軟件定制開發(fā)成本和感應成本）和持 續(xù)性成本（直接運行成本、間接運行成本和管理成本）。PLM 的收益，使用 PLM 的效益包括節(jié)約成本、提高生產(chǎn)效率、質(zhì)量改進、提高彈性、提高市場競爭力。在各種收益的同時，PLM 也面臨著眾多挑戰(zhàn)，如很多不增值的活動耗費了很多時間、流程需要持續(xù)的 IT 系統(tǒng)支持、缺乏流程透明性等等。PLM 系統(tǒng)經(jīng) 濟評估的方法，通過理論模型和實際案例的測算， 但實際上評估收益遠遠比評估成本復雜的多。

PLM 的衍生——生產(chǎn)運行數(shù)字化工廠與數(shù)字孿生技術(shù)

數(shù)字化工廠是高端制造業(yè)輔助生產(chǎn)的下一步 信息化發(fā)展階段，包括市場營銷數(shù)字化、設計研發(fā) 數(shù)字化、資源準備數(shù)字化、研產(chǎn)制造數(shù)字化、過程管 控數(shù)字化、服務維保數(shù)字化等。除了在傳統(tǒng)產(chǎn)品研 發(fā)過程必要的仿真建模外，還要針對不同用戶或應 用環(huán)境在產(chǎn)品實現(xiàn)層面的迭代來再次數(shù)據(jù)分析和 運行仿真，目的是在大批量排產(chǎn)之前進行相對充分 的預測評估，分析市場趨勢、經(jīng)濟性、可靠性、生命 周期等，為生產(chǎn)運行管控和跨地域跨時空制造提供 支撐。

當下數(shù)字化工廠主要是數(shù)字化模型、方法和 工具構(gòu)成的綜合網(wǎng)絡，通過各種功能類型協(xié)同的數(shù) 據(jù)管理集組合實現(xiàn)。目標是建立產(chǎn)品與工廠基本結(jié) 構(gòu)、過程和資源的同步連接，通過整體規(guī)劃、評估實 現(xiàn)持續(xù)改進。主要涉及產(chǎn)品設計、生產(chǎn)規(guī)劃與生產(chǎn) 執(zhí)行三大環(huán)節(jié)。數(shù)字化工廠的實現(xiàn)為制造商、供應 商等上下游配套企業(yè)提供了一個制造數(shù)據(jù)信息共 享平臺，更好的開展互通和協(xié)作，保障生產(chǎn)運行的 順利進行。

數(shù)字孿生技術(shù)的典型應用是通過 3D 建模為 物理對象創(chuàng)建一個數(shù)字復制，它可以用來查看實際 物理對象的狀態(tài)，這提供了一種將物理對象投射到數(shù)字世界的方法。在物理對象上設置合理的數(shù)據(jù)采 集點，利用傳感器技術(shù)收集數(shù)據(jù)并同步更新狀態(tài)， 這樣就會得到類似于“Device Shadow”的副本，通 過此副本對物理對象的屬性和狀態(tài) （包括形狀、位置、姿態(tài)、狀態(tài)和運動）進行更深入的預判、分析和定位。建立的物理對象歷史信息積累可進一步改善或提高生產(chǎn)率。 數(shù)字孿生技術(shù)在高端制造業(yè)研發(fā)機構(gòu)已作為用于管理服務相關(guān)信息的中心數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)在項目開 發(fā)過程中。產(chǎn)品的數(shù)字孿生模型代表 PLM 后端真正 智能產(chǎn)品的虛擬映像。它包含關(guān)于實際配置的產(chǎn)品 功能、可監(jiān)視的產(chǎn)品和環(huán)境參數(shù)、當前測量的參數(shù)值 以及單個產(chǎn)品功能的狀態(tài)的信息。所有這些信息將使用虛擬 3D 模型和增強現(xiàn)實技術(shù)進行可視化。

PLM 衍生——全球數(shù)字化智能制造

在工廠里我們需要數(shù)字化嗎？從高端制造業(yè)到 通訊、經(jīng)濟和知識文化等等，互聯(lián)網(wǎng)使新的產(chǎn)品和商 業(yè)模式成為現(xiàn)實，云端的數(shù)據(jù)分析從廣域網(wǎng)或局域 網(wǎng)的傳感器收集數(shù)據(jù)開始，數(shù)據(jù)經(jīng)過網(wǎng)絡傳輸?shù)皆?端服務器，最后進行整體數(shù)據(jù)的分析對比實現(xiàn)數(shù)據(jù) 的智能分類，而通過智能的分析和分類，數(shù)據(jù)和信息也從傳統(tǒng)的由用戶主動獲取，到云端服務器的主動推送給用戶，從而真正的實現(xiàn)了智能化、定制化。

新的商業(yè)模型同時也面向著新的用戶，在大數(shù) 據(jù)時代，數(shù)據(jù)的智能化推送使得世界各地的用戶面 臨著更多的選擇，也更容易接觸和使用新系統(tǒng)、新 技術(shù)。高端制造業(yè)應更加注重在原有的設備、處理 流程和系統(tǒng)上進行優(yōu)化。在對流程進行優(yōu)化的過程 中，對中間媒介的控制就顯得尤為重要。同時要實 現(xiàn)生產(chǎn)運行智能制造，首先要實現(xiàn)的是精益和流程 組織管理，以此為基礎(chǔ)將設備和流程信息化，形成 文檔信息，并且保證信息的實時性，接下來要進行 的是各類信息和數(shù)據(jù)的集成和交互，最后是智能化 數(shù)據(jù)處理。在實現(xiàn)智能制造的過程中并存著機遇與 挑戰(zhàn)。智能化減少了工作準備和信息收集的時間， 使員工能專注于重點工作，但同時也意味著員工們 需要不斷提高學習能力以適應崗位競爭。

結(jié)語

綜合以上，PLM 對提升高端制造業(yè)的研制效 率、縮短研制周期、減少研制成本等生產(chǎn)運行管控 方面的意義非常重大。采用 PLM 技術(shù)可有效的對企業(yè)生產(chǎn)運行鏈路進行管控，并利用流程管理控制下實現(xiàn)各信息系統(tǒng)之間的協(xié)同作用，解決跨部門跨地 域的產(chǎn)品設計制造難題，建立完整的產(chǎn)品全生命周 期數(shù)據(jù)包，降低一致性和準確性的錯誤率，縮短研 制周期。同時在管理環(huán)節(jié)的流程優(yōu)化，進一步降低 成本，提高工作效率和勞動生產(chǎn)率，為企業(yè)決策提 供有力支撐。

各行業(yè)間的發(fā)展壁壘早已打破，高端制造業(yè)正 高速發(fā)展，跨行業(yè)競爭對企業(yè)核心競爭力提出了更 高要求，要適應這樣的激烈競爭，必須要有先進的 理念和工具作支撐，“工欲善其事必先利其器”，有 效運用先進的技術(shù)是未來發(fā)展的唯一道路。