离散制造业产品全生命周期管理PLM应用研究
随着智能制造的提出和相关技术的不断发展，传 统 PDM已无法满足离散制造行业的发展。作为PDM的扩展，产品生命周期管理PLM已成为企业发展的必经之路。
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引言
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离散制造业在我国工业领域长期占据重要位置，但是传统的离散型制造企业在创新能力、生产效率和 效益、生产模式、信息化建设、研发能力等方面仍有待提高，这些因素制约着智能制造模式在我国工业中的 快速发展。产品数据管理平台PDM技术已在很多制造行业中得到广泛应用。
由于离散制造行业产品品种多、批量小，在离散制造行业中产品数据管理 PDM 的功能依然以管理设计图纸模型数据为主。随着智能制造的提出和相关技术的不断发展，传统PDM已无法满足离散制造行业的发展。作为PDM的扩展，产品生命周期管PLM已成为企业发展的必经之路。
离散制造行业基于订单进行设计，设计周期长，出错率高，同时仿真复杂，设计与产品使用脱节，产品交付后往往难以追踪。通过PLM平台的建设，可以实现设计、工艺仿真、制造一体化，使得产品设计周期和设计质量得到大幅提升，产品升级改进周 期大大缩短。
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产品全生命周期管理平台的架构
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现代产品生命周期管理平台中的内容相当丰富，为智能制造提供了许多信息化工具，其主要功能如图1所示。
工厂层：通过对工厂整体工艺规划、生产设备布局、生产过程进行仿真，确保产品生产过程顺利进行。离散制造由于生产节拍不一致，各生产工位之间、生产工位与物流系统之间都需要协同，因此在建厂或者工艺改造时，应充分考虑各种因素，避免工厂工艺节拍失调和投资浪费。
产品设计层：在产品设计时利用三维参数化设计工具、设计成本控制、产品性能仿真等手段，在缩短设计周期的同时保证设计质量，并从设计端控制设计成本，实现目标成本管理功能。
工艺设计层：工艺包含结构化三维工艺、三维加工仿真、三维装配仿真等内容。通过结构化的三维工艺， 将工艺数据传递给下游MES系统，指导各工位按工艺要求进行相应工序内容。通过三维加工仿真与三维装配仿真，确保产品工艺设计的合理性和准确性。
制造层：将制造所需数据通过WEB、3D-PDF等形式进行分发展示，使得车间生产员工更直观地看到产品和工艺内容，将工艺人员编写的加工程序发送给现场数控设备，并将现场数控设备的最终程序保存至PLM系统。
售后层：通过现场采集的数据对产品进行不断改进，通过售后数据的整理分析，实现产品售后追踪，解决产品存在的问题，进行更新换代。
平台层：通过项目管理、资源库管理、知识库管理、BOM管理、协同管理以及集成接口等，实现平台与设 计分析工具软件以及各系统的互联互通，并对平台内的数据进行归档分析，保证数据传递的正确性和及时性。与此同时，实现企业内部设计到制造、企业外部上下游企业对模型的重用和同一平台协同，达到提质增效和知识积累的目的。
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数字孪生模型的发展与应用
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随着PLM技术的不断发展，西门子公司提出了数字孪生模型的概念。数字孪生模型不是一种全新的技术，它具有现有的虚拟制造、数字样机等技术的特征，并以这些技术为基础发展而来，如图2所示。
虚拟制造技术以虚拟现实和仿真技术为基础，对产品的设计、生产过程统一建模，在计算机上实现产品从设计、加工和装配、检验、使用及回收整个生命周期的模拟和仿真，从而无需进行样品制造，在产品的设计阶段就可以模拟出产品及其性能和制造流程，以此来优化产品的设计质量和制造流程，优化生产管理和资源规划，达到产品开发周期和成本的最小化、产品设计质量的最优化和生产效率最高化，从而形成企业的市场竞争优势。
将数字孪生模型应用于离散制造业，建立基于模型的企业（Model Based Enterprise，MBE )，是满足离散制造多品种、小批量的制造新模式。MBE在整个企 业以及上下游的供应商之间建立一个集成的工作环境，各业务环节均在全三维产品定义的基础上开展工作，有效地缩短了整个产品的研制周期，提高了产品质量和生产效率。
在MBE技术实施过程中，在产品设计、生产、管理各环节所使用的数据全部在三维模型上体现，使产品工厂数据的结构特征增强，数字化程度不断提高。MBE建立在全三维产品定义上的集成和协同环境，并能在整个产品生命周期内共享，保证从概念设计到产品实现的快速性、准确性和经济可承受性。
MBE使下游用户在三维模型基础上增加3D产品定义数据，以保证模型重用的准确性。模型中包含产品需要的所有信息，可以被非设计人员查阅或自动提取信息，取代传统的图纸文档。企业将其在产品生命周期所需要的数据、信息和知识进行整理，结合信息系统，建立便于系统继承和应用的产品模型和过程模型，通过模型进行多学科、跨部门、跨企业的产品协同设计、制造和管理，通过模型支持技术创新、大批量定制和绿色制造。基于模型，整个企业实现精细管理、敏捷制造和知识共享。
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产品全生命周期管理平台与其他系统的集成
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产品全生命周期管理平台与其他主要业务系统的集成内容如图3所示。
PLM与客户关系管理（Customer Relationship Management，CRM)系统的集成：客户可实时了解项目的设计进度，根据技术协议中的节点时间审查项目重要资料，并对评审结果进行记录；项目交付时，可以通过系统直接将项目交付资料进行发送。
PLM与企业资源计划（Enterprise Resource Planning，ERP)系统的集成：ERP系统将订单信息中与设计相关的关键信息发送给PLM平台生成设计项目，PLM平台将设计结果中的工艺路线和产品BOM发送至ERP系统进行MRPII运算，保证项目按计划 节点顺利进行。
PLM与供应商关系管理（Supplier Relationship Management，SRM) 系统的集成：可以让供应商在 PLM平台中进行协同设计，对供应商的设计进度与设计内容进行审查和考核，同时对供应商的交付资料进 行统一管理，保证供货质量。
PLM与制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES)的集成：将基于模型的工艺指导书下发到车间各工位，内容可以是PDF、网页、视频，充分展示工艺内容；PLM中CAM编写的NC程序可以通过MES传递到数控设备，并将数控设备修改过的NC程序传回PLM进行备份留档；同时，生产过程中遇到的问题可以通过PLM反馈到设计人员，帮助产品改进。
PLM与售后平台系统的集成：售后平台将产品运行记录的分析结果、故障信息分析结果以及产品的实时运行关键数据记录通过PLM平台传递给产品研发和设计人员，促使产品研发的不断进步。
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结论
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随着智能制造的高速发展，越来越多的信息化系统加入到智能制造的框架当中。数据的准确性成为制约各信息化系统顺畅运行的关键因素。产品全生命周期管理平台作为产品数据的源头和唯一数据源，其重要性不言而喻。通过不断加强产品全生命周期管理平台的功能和数据范围，并对细节功能和系统集成不断完善，才能为智能制造的长远发展提供数据保障，为企业知识积累提供数据平台。