全生命周期管理:概念,系統框架,關鍵技術,建模,集成數據環境,設計製造協同,工作流

產品全生命周期管理( Product lifecycle management, PLM)是指管理產品從需求、規劃、設計、生產、經銷、運行、使用、維修保養、直到回收再用處置的全生命周期中的信息與過程。它既是一門技術, 又是一種製造的理念。它支持並行設計、敏捷製造、協同設計和製造, 網路化製造等先進的設計製造技術。

基本介紹

中文名：全生命周期管理
外文名：Product lifecycle management
簡稱：PLM
定義：一門技術, 一種製造的理念

概念,系統框架,關鍵技術,建模,集成數據環境,設計製造協同,工作流管理技術,系統實現技術,分散式計算,基於Web 技術,意義,

概念

系統框架

產品全生命周期系統框架分成數據建模層、技術支持層、領域接口層、套用系統層等4 層結構。如圖所示：

關鍵技術

建模

產品全生命周期建模目的是建立面向產品全生命周期的統一的、具有可擴充性的能表達完整信息的產品模型, 該產品模型能隨著產品開發進程自動擴張, 並從設計模型自動映射為不同目的的模型, 如可製造性評價模型、成本估算模型、可裝配性模型、可維護性模型等, 同時產品模型應能全面表達和評價與產品全生命周期相關的性能指標, 產品全生命周期模型如圖所示：

ST EP 標準是工業自動化中關於產品描述的標準, 從多種角度對產品的綜合屬性進行定義, 包括產品的技術性能、生產製造工藝、結構形狀等屬於產品全生命周期中全部的相關信息。由於STEP中的產品數據能夠對產品整個生命周期信息進行完整一致的描述, 因此提供了產品數據在整個生命周期中信息共享的基礎。ST EP 體系結構可以看作3 層: 套用層, 邏輯層, 物理層。系統中產品信息建模參照ST EP 標準的體系結構, 並遵循STEP 的有關標準。ST EP 體系中的套用層, 採用UML 對產品數據進行全生命周期建模, 邏輯層採用STEP 標準中的EXPESSX語言描述套用協定和集成資源, 物理層採用XML 對交換檔案進行描述, 如上圖所示。

集成數據環境

產品全生命周期管理系統能夠為用戶建立個集成的數據環境( Integ rated data environment) , 在虛擬企業環境下, 實現數據的一致性管理。如圖：

在虛擬設計環境下, 產品全生命周期的數據分開存放, 系統提供數據的聯邦機制, 分散在網路上的用戶在對數據進行存取時, 所有數據對用戶都應是透明的, 這種位置上的透明性可用電子倉庫來實現。電子倉庫對分散在虛擬企業中的數據建立一個統一索引, 指定數據單元存放的具體物理空間, 並能對數據的增刪和修改操作進行動態的維護。在產品全生命周期管理體系中, 電子倉庫應能保持數據的惟一性和一致性, 惟一性指不同的用戶在對同一數據單元進行操作時, 通過網路傳遞的是數據的映像或者是一種參照關係, 而不是通過複製和拷貝生成一個新的數據單元; 一致性指數據單元的變更能及時通知到有關的工作結點, 並且在數據變更時, 提供一種加解鎖機制, 保證數據版本的統一。

PLM 系統所管理的數據對象由數據建模中的邏輯層進行定義, 保證數據模型的一致性。在數據建模中, 表示層和邏輯層採用面向對象的方法, 在邏輯層生成數據單元的對象模型, 這些對象模型作為數據集成平台下的管理對象, 納入到PLM 系統的管理體系中。對象模型可以通過數據建模工具進行動態擴展, PLM 提供對數據模型動態擴展的支持。PLM 作為統一的數據管理平台, 提供對產品數據生命周期有關過程的控制, 如版本管理、一致性維護、出入庫操作等, 對於具體的數據屬性信息並不加以限制, 這種結構保證數據模型的可擴展性。

產品數據在物理存儲上, 一種存放在檔案資料庫中, 另一種存放在關係資料庫中。檔案資料庫通過檔案管理引擎對數據進行管理, 這些數據包括圖紙、文檔、三維模型、工藝檔案等類型的數據, 這類檔案信息量較大, 占用的存儲空間較多, 一般可以作為獨立的信息單元進行處理, 並可以存放在不同的存儲設備上, 在管理中用XML 對其進行封裝。對於產品數據中的結構化信息採用關係資料庫進行管理, 在PDM 系統中, 需要建立對象模型到關係模式的映射機制, 將數據屬性信息保存到關係表的對應欄位中。關係資料庫可以選擇各種主流商品化產品, 如MS SQL Ser ver, Oracle, Sybase, DB2等。

設計製造協同

異地設計與製造是指在異地異時、異構系統、異種平台進行實時動態地設計和製造, 它是在企業內部或企業聯盟中進行產品全生命周期管理的重要支持手段。在系統中, 設計與製造協同更多地表現為一種設計理念和製造指導思想, 它的實現需要許多相關技術的支持, 體現在產品數據管理、分散式計算、工作流管理以及產品統一建模的實施過程中。在產品全生命周期的管理支持下產品協同設計與製造體系結構如圖5所示：

該體系結構在物理邏輯上分為用戶工作站和PLM 伺服器。聯盟企業用戶通過用戶工作站參與整個協同產品開發過程, 而PLM 伺服器為整個環境提供協同管理、工具服務、資源管理、數據服務等支持。在PLM 伺服器端提供符合CORBA 規範的多種服務, 這些服務分別由產品數據管理、項目管理、工作流管理等分系統提供。

協同管理服務: 負責協調參與協同開發各用戶的行為, 目的是將各用戶的工作有機集成, 最終獲得滿足要求的產品。協同管理包括任務分配、過程監控、衝突檢查等, 這些服務由工作流管理系統中的服務提供。

工具服務: 為客戶端特定的工具請求提供服務, 使它們在總體上形成一種群體工具, 為協同開發人員提供協同工具, 以提高用戶的協同工作效率。工具服務包括產品的可視化工具、批註圈閱工具、視頻會議、共享白板、檔案傳輸、電子郵件等工具。其中, 可視化工具、批註圈閱工具由產品數據管理系統提供, 視頻會議、共享白板、檔案傳輸、電子郵件等工具由工作流管理系統提供。

資源管理服務: 為開發人員提供有關係統內資源的信息, 輔助產品開發人員進行資源的選擇。同時對資源的使用情況和狀態變化進行管理, 當資源發生意外情況時可以主動通知相關的客戶端進行處理。資源管理服務由項目管理分系統提供。

通訊服務: 專門負責伺服器與用戶工作站之間的通訊, 這是分散式計算平台的基本功能。

數據服務: 包括產品信息模型及其管理、共享資料庫及其管理。產品信息模型表達了產品整個生命周期內的各種信息, 包括數據、檔案、圖形、圖像等多種數據格式的數據源, 包含了從概念設計、產品工程設計、生產準備和製造、售後服務等的數據,分布在網路不同的節點上, 信息模型的管理負責信息模型的建立、維護、信息抽象等工作。

工作流管理技術

在分散式異構的網路環境中, 為提高相互關聯任務的執行效率, 企業管理提出了“業務過程”(Business process) 的概念, 即要實現“業務過程自動化”(Business process automation) 和“業務過程重組”(Business pro cess re-eng ineering ) , 工作流管理技術可完成這個任務。工作流管理的主要內容是工作任務的整體處理過程和工作組成員之間依照一組已定義的規則及已制定的共同目標所交換的文本檔案、各種媒體信息或任務。

工作流管理必須具備3 個關鍵要素:

( 1) 流轉路徑的智慧型化: 能夠根據定義的規則自動選擇路徑, 確保信息的正確流轉。

( 2) 提供跟蹤與監控信息: 必須能夠隨時跟蹤和監控信息的流轉, 從而進行必要的操作, 如催辦、雙驅動等, 保證信息流轉暢通;

( 3) 與套用結合的能力: 具有較強的套用結合能力, 才能得到廣泛的套用。

參考模型中將工作流分為2 個階段( 設計、運行階段)、3 個部分( 定義、控制、互動) 。工作流設計提供的功能包括: 圖形化設計工作流網路圖; 能夠基於工作性質、用戶名或上下級關係將有關信息沿特定的路徑傳遞; 監控工作流狀態; 動態地改變工作流; 完善的日誌管理。工作流運行環境由工作流模板設計器(Wo rkFlow designer ) 、工作流客戶端節點( Wor kFlow client ) 、工作流流程控制器(Wor kFlow manag ement ) 等幾個主要部分組成。

工作流管理實現的機制主要有兩種: 基於資料庫和基於電子郵件。基於資料庫主要依賴數據共享來實現工作流管理, 在開發上只需藉助資料庫開發技術即可, 其優點是工作流和套用系統緊密結合,缺點是實現廣域範圍的工作流很難。基於電子郵件只需利用電子郵件的編程接口即可, 其優點是實現廣域範圍內的工作流比較容易, 缺點是套用系統和工作流的分離。

系統實現技術

分散式計算

在分散式計算環境中, 異構性是一個十分明顯的特點。在異構環境下實現信息和軟體資源的共享是一項極大的挑戰, 而CORBA 則可以提供有力的支持。各種軟體通過封裝都可以作為CORBA 軟匯流排上的組件實現即插即用, 從而實現信息和過程的共享。

對象管理體系結構( Object manag ement architecture,OMA) 就是OMG 組織作為分布對象計算的參考模型, 如圖所示。

OMA 體系結構的核心是對象請求代理( Objectrequest bro ker, ORB) , 它支持對象服務、通用設施、領域接口和套用接口之間的互動和通信。在OMA 參考模型的接口層示意圖中, 對象服務( Object Services) 是獨立於套用領域、為各種分散式對象軟體提供的一組基本服務的接口, 如名錄服務,事件服務等。通用設施( Common Facilit ies) 是向終端用戶套用提供的一組服務接口, 如組合文檔等。領域接口( Domain Interfaces) 是針對某個套用領域( 如產品數據管理PDM) 而提供的服務接口。套用接口( Applicat ion Interfaces) 是特定的高層套用的對外接口。

在產品全生命周期管理系統框架中, CORBA產品的套用, 重點是在一個CORBA 產品平台上實現系統的各項功能, 實現套用功能的CORBA 封裝。在功能的集成上, 參照領域接口層定義的集成框架, 用IDL 把各分系統需要互動操作的接口定義出來, 所有接口封裝為CORBA 對象。CORBA 軟匯流排系統作為複雜產品異地協同開發工具集的基礎支撐技術, 與Web 技術、計算機安全技術及計算機支持協同工作等其他技術一起,構成分布、安全、開放和互操作的支撐平台, 為項目管理、文檔管理以及各種套用系統的集成提供支持。

基於Web 技術

為支持異地協同設計和產品數據交換的需要,產品全生命周期管理系統應提供Web 客戶端。基於CORBA 開發的套用系統通過IIOP ( Internet inter-ORB pro to col ) 協定, 可以比較方便地在瀏覽器中地實現對伺服器端CORBA 對象的狀態查看及方法的調用。

CORBA 與WWW 結合, 構架出真正的3 層體系結構。這種3 層的體系結構, 以分布對象技術為基礎構架, 增加了套用層, 將客戶層與資源層隔開, 降低了Web 伺服器的負載, 避免了Web 伺服器的性能缺陷對整體性能的影響, 並且具有連線緩衝、負載均衡、安全管理等功能, 從而提高了Web套用整體的靈活性、可伸縮性和可擴展性。

在這種3 層體系結構中, CORBA 客戶方程式從Web 伺服器下載執行, 與套用伺服器上的CORBA 套用對象通過IIOP 協定進行通訊, 調用指定的操作。CORBA 套用對象首先對客戶的請求進行認證和解釋, 根據客戶請求的內容, 或是直接訪問資源層的資料庫, 或是與網路上的其他CORBA對象互動, 共同完成客戶請求。CORBA-Web體系與ActiveX, Jav a RMI( Remote method invo-cat ion) 比較起來, 有明顯優勢。

意義

產品全生命周期管理是企業信息化的關鍵技術之一, PLM 可以提高市場競爭力, 也提高產品的質量和競爭力。產品全生命周期管理系統是一個採用了CORBA 和WEB 等技術的套用集成平台和一套支持複雜產品異地協同製造的的, 具有安全、開放、實用、可靠、柔性等功能, 集成化、數位化、虛擬化、網路化、智慧型化的支撐工具集。它拓展了PDM 的套用範圍, 支持整個產品全生命周期的產品協同設計、製造和管理, 從概念設計、產品工程設計、生產準備和製造、售後服務等整個過程的產品全生命周期的管理。

全生命周期管理