目前我國正在開展制造業(yè)信息化工程，對PLM技術(shù)和系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)研究，尤其為廣大中小型制造企業(yè)研究開發(fā)先進(jìn)實用的PLM系統(tǒng)，將有助于提高我國制造業(yè)企業(yè)的產(chǎn)品持續(xù)創(chuàng)新能力，進(jìn)一步提升我們國家的制造業(yè)技術(shù)水平。

雖然產(chǎn)品全生命周期管理PLM得到了國內(nèi)外學(xué)術(shù)界和企業(yè)界的廣泛重視，但對PLM還沒有一個能被廣泛接受的統(tǒng)一定義。

實際上，產(chǎn)品全生命周期管理PLM是指對產(chǎn)品從市場預(yù)測、產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、制造、裝配、分銷、供貨、售后服務(wù)到最終報廢/回收處理的全生命周期進(jìn)行管理和提供服務(wù)支持的技術(shù)。因此，PLM是PDM技術(shù)在生命周期上的全面擴(kuò)展，在技術(shù)層次上的進(jìn)一步深化。

1 PLM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的演化

PLM系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了該系統(tǒng)的性能特點。當(dāng)前在制造業(yè)企業(yè)中應(yīng)用較成功的PLM系統(tǒng)可以分為兩類:C/S結(jié)構(gòu)的PLM系統(tǒng)和B/S結(jié)構(gòu)的PLM系統(tǒng)。

1. 1 C/S結(jié)構(gòu)的PLM系統(tǒng)

C/S結(jié)構(gòu)即兩層C/S模型，該種體系結(jié)構(gòu)采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，以網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)為文撐，在一定程度上解決了制造業(yè)企業(yè)信息共享程度低、反饋速度慢，產(chǎn)品設(shè)計重用度差，產(chǎn)品開發(fā)方式主要以申行方式為主等問題C/S結(jié)構(gòu)的PLM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)包括二層:應(yīng)用層和數(shù)據(jù)層。

但由于C/S結(jié)構(gòu)上的缺陷。使得許多PDM /PLM系統(tǒng)難以有效融人新技術(shù)和充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，因而限制了它們的使用效率和擴(kuò)展性;同時也難以有效地統(tǒng)一管理分布于各個企業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，不能實現(xiàn)異地產(chǎn)品并行設(shè)計和協(xié)同制造。

1. 2 B/S結(jié)構(gòu)的PLM系統(tǒng)

B/S結(jié)構(gòu)即三層C/S模型，該種體系結(jié)構(gòu)基于Web，將商業(yè)邏輯從客戶端分離出來集中在中間層服務(wù)器上，以瀏覽器為客戶端，從而形成B/S模式。它包括三層:用戶層(表示層)、中間層(邏輯層)和數(shù)據(jù)層。這種結(jié)構(gòu)通過中間層服務(wù)器，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理邏輯的完全分離。其特點體現(xiàn)在:客戶端使用通用的瀏覽器，不需要任何維護(hù)工作;系統(tǒng)的擴(kuò)展性好，只要安裝了瀏覽器就可以隨時連接到系統(tǒng)中;信息共享程度高，開放性好，能夠方便地提供廣域網(wǎng)支持。因此，B/S結(jié)構(gòu)的PLM系統(tǒng)可以滿足新一代制造模式下企業(yè)間并行設(shè)計和協(xié)同制造的需要。但也存在一些問題和挑戰(zhàn):(1)技術(shù)難度較大。目前基于Web的分布式技術(shù)仍不太成熟，瀏覽器功能不夠完善，單純以瀏覽器作客戶端難以完全實現(xiàn)PDM/PLM系統(tǒng)環(huán)境所需的復(fù)雜操作。(2)應(yīng)用工具的網(wǎng)絡(luò)支持不夠普遍。

PDM/PLM系統(tǒng)必須實現(xiàn)對一些應(yīng)用工具，如GAx、DFx等應(yīng)用系統(tǒng)的集成，但就目前情況而言，這些工具還不能普遍支持網(wǎng)絡(luò)文件即時傳輸。(3)對網(wǎng)絡(luò)管理、服務(wù)器負(fù)載平衡和錯誤的承受力提出了更高的要求。

綜上所述，必須尋求一種更新的PLM系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，基于新體系結(jié)構(gòu)的PLM系統(tǒng)應(yīng)能夠支持廣域網(wǎng).具備擴(kuò)展性好、信息共享程度高、互操作能力強(qiáng)、資源共享程度高、軟件維護(hù)方便、使用簡單和信息安全程度高的特點;能夠在分布式、多用戶的網(wǎng)絡(luò)協(xié)作環(huán)境中實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理功能，同時充分利用現(xiàn)有企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和原來的系統(tǒng)功能，盡可能保護(hù)企業(yè)已有投資，便于應(yīng)用系統(tǒng)集成。

2 PLM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)模型

2. 1 PLM系統(tǒng)的功能模型

作為全面支持?jǐn)U展企業(yè)應(yīng)用的軟件集成平臺和工具集，PLM系統(tǒng)應(yīng)用功能的范圍和系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)的參差不齊。根據(jù)對幾種主流PLM系統(tǒng)和專門從事PLM和CIM 相關(guān)技術(shù)咨詢業(yè)務(wù)的國際公司(CIMdata公司)的研究報告，我們認(rèn)為PLM 系統(tǒng)應(yīng)包括下列核心功能:([)金生命周期模型管理;(2)電子倉庫/文銷管理;(3) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理;(4) 工作流/過程管理; (5)產(chǎn)品零部件分類管理;(6)項目管理; (7)工程變更管理; (8) 協(xié)同設(shè)計與制造;(9) 瀏覽與圈閱; (10) 系統(tǒng)定制與集成工具。該PLM 系統(tǒng)功能模型如圖l 所示。

2. 2產(chǎn)品全生命周期模型-RCEMS模型

為了建立統(tǒng)一、高效的產(chǎn)品全生命周期模型，基于我們以前的研究進(jìn)展，離散制造企業(yè)的產(chǎn)品全生命周期應(yīng)劃分為下列5個階段:產(chǎn)品需求分析、概念設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、制造和瞥后服務(wù)支持階段。與之相對應(yīng)的產(chǎn)品模型分別為:產(chǎn)品需求模型(product Require model-R)、產(chǎn)品概念模型(product Conception model--C )、產(chǎn)品設(shè)計模型(product Engineering model-E)、產(chǎn)品制造模型(product Manufacturing model---M)和產(chǎn)品服務(wù)模型(product Service model-S)。

因此，我們將此產(chǎn)品全生命周期模型體系稱為RCEMS模型。該RCEMS模型間的轉(zhuǎn)化和映射主要通過產(chǎn)品配置、相應(yīng)的BOM及相關(guān)文檔來實現(xiàn)。

2. 3 PLM系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)模型

對于面向并行設(shè)計和協(xié)同制造的PLM系統(tǒng)，使用J2EE.Web/Web Service，及其相關(guān)技術(shù)構(gòu)建多層模型是一種可行的方案，因為該模型是基于可在廣泛平臺實現(xiàn)的開放標(biāo)準(zhǔn)和協(xié)議。

這種PLM系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)模型如圖2所示，該模型包括7層:數(shù)據(jù)層、執(zhí)行層、功能層、網(wǎng)絡(luò)層轉(zhuǎn)換層、工具層和用戶層。

數(shù)據(jù)層:采用UML作為建模語言，使用集成的圖形化建模工具Rational Rose或ARIS對產(chǎn)品全生命周期中的信息和過程進(jìn)行建模。數(shù)據(jù)邏輯層的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用STEP標(biāo)準(zhǔn)中的EX-PRESS語言進(jìn)行表達(dá)，定義產(chǎn)品數(shù)據(jù)的應(yīng)用解釋模型。在數(shù)據(jù)模型的物理層描述方面，利用XML作為中間文件交換格式。實現(xiàn)面向并行設(shè)計和協(xié)同制造的虛擬企業(yè)各應(yīng)用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳遞與解析。該層包含與產(chǎn)品全生命周期過程相關(guān)的各種數(shù)據(jù)庫、知識庫、資源庫和模型庫等。對于異地分布的企業(yè)或動態(tài)聯(lián)盟企業(yè)，這里的數(shù)據(jù)庫通常指的是分布式數(shù)據(jù)庫。

作為全面支持?jǐn)U展企業(yè)應(yīng)用的軟件集成平臺和工具集，PLM 系統(tǒng)應(yīng)用功能的范圍和系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)都表現(xiàn)的參差不齊。根據(jù)對幾種主流PLM 系統(tǒng)和專門從事PLM和CIM相關(guān)技術(shù)咨詢業(yè)務(wù)的國際公司(CIMdata公司)的研究報告，我們認(rèn)為PLM 系統(tǒng)應(yīng)包括下列核心功能:(1)金生命周期模型管理;(2)電子倉庫/文銷管理;(3) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理;(4) 工作流/過程管理; (5)產(chǎn)品零部件分類管理;(6)項目管理; (7)工程變更管理; (8) 協(xié)同設(shè)計與制造;(9) 瀏覽與圈閱; (10) 系統(tǒng)定制與集成工具。該PLM 系統(tǒng)功能模型如圖1所示。

網(wǎng)絡(luò)層:包括Internet /lntranet/extranet.分布式計算標(biāo)準(zhǔn)與協(xié)議，如Web/Web Services,CORBA/IIOP等o Web Service，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)包裝數(shù)據(jù)，通過簡單對象訪間協(xié)議SOAP實現(xiàn)基于Web的不同應(yīng)用的訪問。

事實上，這個訪問過程就是通過遠(yuǎn)程調(diào)用各種目標(biāo)系統(tǒng)的不同信息和行為。Web Services及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，包括XML,SOAP, WSDL, UDDf和WSFL等，是Web應(yīng)用的更高級形式。Web Service，是自包含、自描述和模塊化的應(yīng)用，可以發(fā)布和定位，并通過Web調(diào)用。Web Service，一旦部署之后，其他WebServices應(yīng)用程序可以發(fā)現(xiàn)并調(diào)用它部署的服務(wù)。

轉(zhuǎn)換層:針對不同用戶對產(chǎn)品數(shù)據(jù)的使用情況，采用不同建模語言及轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)。對于設(shè)計合作者《即設(shè)計工程師)，通常情況下是使用自己所熟悉的CAD系統(tǒng)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計，作為設(shè)計結(jié)果的CAD文件按照STEP標(biāo)準(zhǔn)可以被轉(zhuǎn)換成STEP格式，并存儲在數(shù)據(jù)庫中;對于需要對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的其他設(shè)計合作者或設(shè)計協(xié)作者，需要將STEP文件轉(zhuǎn)換為XML文件.以便于進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸;實際使用時又需將XML文件轉(zhuǎn)換為STEP文件，以實現(xiàn)并行設(shè)計和協(xié)同開發(fā);對于產(chǎn)品客戶或不需要對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行操作的 設(shè)計協(xié)作者(如一些產(chǎn)品管理人員)，只需要將STEP文件轉(zhuǎn)換VRML文件形式，以便使用瀏覽器瀏覽、查閱即可。

工具層:包括統(tǒng)計分析工具、設(shè)計創(chuàng)新工具、CAx/DFx 、三維圖襠瀏覽工具和管理信息系統(tǒng)等。統(tǒng)計分析工具包括AHP( 層次分析法)、QFD( 質(zhì)量功能展開)等;設(shè)計創(chuàng)新工具包括TRIZ 或其他專用設(shè)計軟件; CAx/ DFx 包括CAD 、CAE 、CAPP、CAM ，DFM 、DFA、DFC 、DFE 等;三維圖擋瀏覽工具一般是在通用瀏覽器中安裝VRML 插件以實現(xiàn)產(chǎn)品三維圖擋的瀏覽;管理信息系統(tǒng)主要包括ERP， SCM 和CRM 等。

用戶層:包括設(shè)計合作者、設(shè)計協(xié)作者和客戶。設(shè)計合作者一般是指設(shè)計工程師。設(shè)計協(xié)作者包括制造工程師、質(zhì)檢工程師、標(biāo)準(zhǔn)化工程師、生產(chǎn)管理人員、采購"銷售·供應(yīng)人員、技術(shù)服務(wù)人員等。客戶一般分為忠實客戶、一般客戶和潛在客戶等。

3、PLM系統(tǒng)實現(xiàn)策略及工程應(yīng)用實例

3.1 PLM系統(tǒng)實現(xiàn)策略

為了滿足廣大中小型制造企業(yè)適應(yīng)在動態(tài)聯(lián)盟的環(huán)境中對產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)管理的需求，協(xié)調(diào)產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)程.充分利用成員企業(yè)的軟硬件資源，為產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊提供異地產(chǎn)品開發(fā)的并行設(shè)計和協(xié)同開發(fā)工作環(huán)繞， PLM 系統(tǒng)應(yīng)采用局部自治、全局共享的系統(tǒng)實現(xiàn)策略。

為實現(xiàn)PLM系統(tǒng)軟件的可重構(gòu)，在系統(tǒng)實現(xiàn)方面采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和組件技術(shù)，并參照"Product Data Management Enablers進(jìn)行系統(tǒng)的模塊化設(shè)計。在協(xié)同設(shè)計可視化方面，可以集成典型的商用系統(tǒng)，如Autovue,ConceptWorks, Alibre Design, Onespace, 3Space Assistants from Template Graphics Software，Solid Views from Solid Concepts 。

為了實現(xiàn)設(shè)計信息的自動更新、自動獲取以及產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)管理及過程的自動化，可以采用多仰望技術(shù)(Multi - agents)。由于Web/Web Se凹ic曲技術(shù)使用了標(biāo)準(zhǔn)的Web 協(xié)議(HTTP，SMTP等)和一系列其他的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議(XML、SOAP、WSDL，UDDI和WSFL等)而具有良好的跨越網(wǎng)絡(luò)防火墻的能力，對于虛擬企業(yè)之間應(yīng)用系統(tǒng)的集成，應(yīng)采用Web Services技術(shù)將各應(yīng)用系統(tǒng)封裝為Web Services組件，并在Web seRVices服務(wù)中心進(jìn)行注冊， Web servic回請求者使用查找操作到Web services 服務(wù)中心搜索服務(wù)描述，然后使用服務(wù)描述與Web services 提供者進(jìn)行綁定，可以直接詞用Web serices 提供者部署的服務(wù)。

因此，基于J2EE 規(guī)范和Web/Web Services 技術(shù)的PLM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)及其解決方案為實現(xiàn)動態(tài)聯(lián)盟企業(yè)的信息集成、過程集成和企業(yè)集成提供了堅實的技術(shù)支撐;同時也為企業(yè)應(yīng)用集成提供了一種嶄新的集成方法。

3.2 系統(tǒng)實現(xiàn)與應(yīng)用

根據(jù)上述的系統(tǒng)實現(xiàn)策略和提出的PLM系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)，我們采用Java語言、J2EE技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、Tomcat5. 0 , Jbuilder8. 0和SQL Sever2000 等工具開發(fā)了一套基于Web 的產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括系統(tǒng)管理、組織管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、文檔管理、流程管理和售后服務(wù)管理等模塊，該系統(tǒng)目前正在沈陽東方欽業(yè)有限公司使用，應(yīng)用效果良好。

4、結(jié)語

本研究針對離散制造業(yè)中的中小型企業(yè)，在參考當(dāng)前國內(nèi)外知名PDM/PLM軟件供應(yīng)商和研究機(jī)構(gòu)研究成果的基礎(chǔ)上，提出了一種適合并行設(shè)計和協(xié)同制造的PLM系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)；給出了PLM系統(tǒng)實現(xiàn)策略，采用WEB技術(shù)、Java語言和基于J2EE體系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開發(fā)了一個基于WEB的面向廣大中小型制造企業(yè)的PLM系統(tǒng);并在試點企業(yè)中進(jìn)行了應(yīng)用，取得了較好的效果。