任务1.1 初识PLM

1.1.1 PLM技术的起源与发展

PLM技术的出现与产品设计方式的变革息息相关。传统的设计方法以经验设计为主，利用绘图板、丁字尺等手绘工具，通过手工绘图的方式对产品的设计方案进行表达，利用手工计算对设计合理性进行演算验证。产品设计的工作方式往往是串行式设计过程（从需求分析、产品结构设计、工艺设计直到加工制造和装配一步步在各部门内部顺序进行），工程师间的工作相对独立，各部门依据各自的职能串行作业，部门间的工作关联性与配合度较低，缺少必要的信息交流。设计图档、文档的存在形式以纸质为主，对于设计图档和文档的管理以人工归档纸质文件的方式为主。由于缺乏虚拟仿真验证的手段，对于设计的仿真验证只能依靠物理样机。由于过早进入了物理样机阶段，缺少详实的设计方案验证，设计问题只能在物理样机阶段暴露出来之后再返回到设计阶段对设计进行修正。由于在设计完成后，其他部门才依次介入，后面各个环节再提出整改意见，设计部门再修改设计，从设计到物理样机阶段的反复迭代过程会相当漫长，且修正设计的依据主要依靠个人经验与手工计算，容易产生设计误差，从而导致设计周期长、成本高等问题。传统产品开发过程如图1-1所示。

图1-1 传统产品开发过程

随着CAX技术的发展，产品设计与仿真验证的手段及精细化程度得到了很大提升，这一变化促进了对传统设计方式在数字样机验证方面的变革。但串行式设计方法对于企业业务而言具有的局限性问题依然没有解决。具体体现在：需求分析、产品结构设计、工艺设计、加工制造等阶段是顺序开展的，前一阶段结束才能开始下一阶段，设计周期较长，无法快速满足市场的需求；并且由于在上述各个阶段中所使用的设计、仿真等软件的系统各不相同，相互之间各自封闭，使得系统间的数据交换较为困难。

20世纪80年代，一种新的产品生命周期管理方法—并行工程（Concurrent Engineering, CE）产生。并行工程以缩短产品上市时间为目标，从产品需求分析阶段开始就考虑产品全生命周期中的质量、成本、进度、用户需求等要素。这里所说的产品生命周期的概念，是指产品从需求分析、概念设计、详细设计、生产、投入使用、维护和后期服务直到产品退出市场并消亡的完整生命周期，一般可分为产品定义、产品生产和产品运作支持三个主要阶段。基于这种管理理念，并行设计的模式也应运而生。并行设计是指在产品开发设计阶段考虑产品生命周期中的工艺规划、制造、测试维护等后端环节的影响，通过各个环节的并行推进与集成，缩短开发周期、降低产品成本并提高产品质量。也就是说，并行设计模式下，各部门能够尽早参加到设计环节并实现专业信息的反馈、数据审核与共享，同时把串行设计模式下针对产品整体的“设计-评价-再设计”大循环，转变成很多轮次的针对产品局部的“设计-评价-再设计”小循环，从而提升设计效率。在此过程中，分属生命周期不同环节的人员可以从不同的角度出发，对设计的合理性、可行性、经济性等因素加以控制，以便快速匹配满足产品性能的技术方案、满足目标成本的采购方案、合理可行的生产工艺等，从而及早发现和改正设计问题。并行产品开发过程如图1-2所示。

图1-2 并行产品开发过程

并行设计的过程需要诸多支撑技术，产品数据管理（Product Data Management, PDM）技术是其中之一。信息共享是实现并行设计的基础。产品数据管理技术的目标是对并行设计中共享的数据与过程进行统一规范管理，保证全局数据的一致性、安全性，并提供统一的数据操作界面，使并行设计人员无论使用何种CAX工具，工作的物理位置如何，都能在统一的操作环境下工作。在此背景下，PDM系统作为产品数据管理的工具与手段出现，随着并行设计的要求逐步迭代，功能也随之日渐完善。美国Gartner管理咨询公司对于PDM的定义：产品数据管理是管理所有与产品相关的信息和过程的技术；与产品相关的信息，即描述产品的各种信息，包括零部件信息、结构配置、文件、CAD档案、审批信息等；与产品相关的所有过程，即对这些过程的定义与管理，包括信息的审批和发放。

PLM系统是在PDM系统的基础上对其内涵和范围进行扩展和延伸而发展起来的。PDM出现于20世纪80年代，初始阶段是为了解决大量图样文档的计算机化管理问题，后来扩展到三个主要领域：设计图样和电子文档的管理；材料报表与产品结构的管理；工程变更的跟踪与管理。20世纪90年代以后，工业的发展需要更复杂、先进的功能来解决变更管理和配置管理等问题，同时出现了诸如产品三维图形可视化技术、企业应用集成技术等应用，大大增强了PDM的功能与应用价值。PDM开始逐步支持计算机辅助工具的信息集成及产品配置、产品设计变更等管理，支持过程集成与虚拟产品开发，直至演变成支持企业间网络化协同工作和涵盖了产品研发、生产、售后服务等方面的产品生命周期管理工具，逐步形成了PLM的概念，如图1-3所示。

图1-3 PDM到PLM的演变过程

PLM技术使产品数据在其整个生命周期内具有唯一准确的数据源，确保已有的产品信息能够为企业中的所有用户共享使用，并且能有效管理业务流程与数据流向，确保及时可靠地把正确的数据，以正确的形式传递给正确的用户，完成正确的任务，提高工作效率，从而提高企业的竞争能力。