什么是全生命周期管理
产品全生命周期管理( Product lifecycle management, PLM)是指管理产品从需求、规划、设计、生产、经销、运行、使用、维修保养、直到回收再用处置的全生命周期中的信息与过程。它既是一门技术, 又是一种制造的理念。它支持并行设计、敏捷制造、协同设计和制造, 网络化制造等先进的设计制造技术。
系统框架
产品全生命周期系统框架分成数据建模层、技术支持层、领域接口层、应用系统层等4 层结构。如图所示：
关键技术
建模
产品全生命周期建模目的是建立面向产品全生命周期的统一的、具有可扩充性的能表达完整信息的产品模型, 该产品模型能随着产品开发进程自动扩张, 并从设计模型自动映射为不同目的的模型, 如可制造性评价模型、成本估算模型、可装配性模型、可维护性模型等, 同时产品模型应能全面表达和评价与产品全生命周期相关的性能指标, 产品全生命周期模型如图所示：
ST EP 标准是工业自动化中关于产品描述的标准, 从多种角度对产品的综合属性进行定义, 包括产品的技术性能、生产制造工艺、结构形状等属于产品全生命周期中全部的相关信息。由于STEP中的产品数据能够对产品整个生命周期信息进行完整一致的描述, 因此提供了产品数据在整个生命周期中信息共享的基础。ST EP 体系结构可以看作3 层: 应用层, 逻辑层, 物理层。系统中产品信息建模参照ST EP 标准的体系结构, 并遵循STEP 的有关标准。ST EP 体系中的应用层, 采用UML 对产品数据进行全生命周期建模, 逻辑层采用STEP 标准中的EXPESSX语言描述应用协议和集成资源, 物理层采用XML 对交换文件进行描述, 如上图所示。
集成数据环境
产品全生命周期管理系统能够为用户建立个集成的数据环境( Integ rated data environment) , 在虚拟企业环境下, 实现数据的一致性管理。如图：
在虚拟设计环境下, 产品全生命周期的数据分开存放, 系统提供数据的联邦机制, 分散在网络上的用户在对数据进行存取时, 所有数据对用户都应是透明的, 这种位置上的透明性可用电子仓库来实现。电子仓库对分散在虚拟企业中的数据建立一个统一索引, 指定数据单元存放的具体物理空间, 并能对数据的增删和修改操作进行动态的维护。在产品全生命周期管理体系中, 电子仓库应能保持数据的惟一性和一致性, 惟一性指不同的用户在对同一数据单元进行操作时, 通过网络传递的是数据的映像或者是一种参照关系, 而不是通过复制和拷贝生成一个新的数据单元; 一致性指数据单元的变更能及时通知到有关的工作结点, 并且在数据变更时, 提供一种加解锁机制, 保证数据版本的统一。
PLM 系统所管理的数据对象由数据建模中的逻辑层进行定义, 保证数据模型的一致性。在数据建模中, 表示层和逻辑层采用面向对象的方法, 在逻辑层生成数据单元的对象模型, 这些对象模型作为数据集成平台下的管理对象, 纳入到PLM 系统的管理体系中。对象模型可以通过数据建模工具进行动态扩展, PLM 提供对数据模型动态扩展的支持。PLM 作为统一的数据管理平台, 提供对产品数据生命周期有关过程的控制, 如版本管理、一致性维护、出入库操作等, 对于具体的数据属性信息并不加以限制, 这种结构保证数据模型的可扩展性。
产品数据在物理存储上, 一种存放在文件数据库中, 另一种存放在关系数据库中。文件数据库通过文件管理引擎对数据进行管理, 这些数据包括图纸、文档、三维模型、工艺文件等类型的数据, 这类文件信息量较大, 占用的存储空间较多, 一般可以作为独立的信息单元进行处理, 并可以存放在不同的存储设备上, 在管理中用XML 对其进行封装。对于产品数据中的结构化信息采用关系数据库进行管理, 在PDM 系统中, 需要建立对象模型到关系模式的映射机制, 将数据属性信息保存到关系表的对应字段中。关系数据库可以选择各种主流商品化产品, 如MS SQL Ser ver, Oracle, Sybase, DB2等。
设计制造协同
异地设计与制造是指在异地异时、异构系统、异种平台进行实时动态地设计和制造, 它是在企业内部或企业联盟中进行产品全生命周期管理的重要支持手段。在系统中, 设计与制造协同更多地表现为一种设计理念和制造指导思想, 它的实现需要许多相关技术的支持, 体现在产品数据管理、分布式计算、工作流管理以及产品统一建模的实施过程中。在产品全生命周期的管理支持下产品协同设计与制造体系结构如图5所示：
该体系结构在物理逻辑上分为用户工作站和PLM 服务器。联盟企业用户通过用户工作站参与整个协同产品开发过程, 而PLM 服务器为整个环境提供协同管理、工具服务、资源管理、数据服务等支持。在PLM 服务器端提供符合CORBA 规范的'多种服务, 这些服务分别由产品数据管理、项目管理、工作流管理等分系统提供。
协同管理服务: 负责协调参与协同开发各用户的行为, 目的是将各用户的工作有机集成, 最终获得满足要求的产品。协同管理包括任务分配、过程监控、冲突检查等, 这些服务由工作流管理系统中的服务提供。
工具服务: 为客户端特定的工具请求提供服务, 使它们在总体上形成一种群体工具, 为协同开发人员提供协同工具, 以提高用户的协同工作效率。工具服务包括产品的可视化工具、批注圈阅工具、视频会议、共享白板、文件传输、电子邮件等工具。其中, 可视化工具、批注圈阅工具由产品数据管理系统提供, 视频会议、共享白板、文件传输、电子邮件等工具由工作流管理系统提供。
资源管理服务: 为开发人员提供有关系统内资源的信息, 辅助产品开发人员进行资源的选择。同时对资源的使用情况和状态变化进行管理, 当资源发生意外情况时可以主动通知相关的客户端进行处理。资源管理服务由项目管理分系统提供。
通讯服务: 专门负责服务器与用户工作站之间的通讯, 这是分布式计算平台的基本功能。
数据服务: 包括产品信息模型及其管理、共享数据库及其管理。产品信息模型表达了产品整个生命周期内的各种信息, 包括数据、文件、图形、图像等多种数据格式的数据源, 包含了从概念设计、产品工程设计、生产准备和制造、售后服务等的数据,分布在网络不同的节点上, 信息模型的管理负责信息模型的建立、维护、信息抽象等工作。
工作流管理技术
在分布式异构的网络环境中, 为提高相互关联任务的执行效率, 企业管理提出了“业务过程”(Business process) 的概念, 即要实现“业务过程自动化”(Business process automation) 和“业务过程重组”(Business pro cess re-eng ineering ) , 工作流管理技术可完成这个任务。工作流管理的主要内容是工作任务的整体处理过程和工作组成员之间依照一组已定义的规则及已制定的共同目标所交换的文本文件、各种媒体信息或任务。
工作流管理必须具备3 个关键要素:
( 1) 流转路径的智能化: 能够根据定义的规则自动选择路径, 确保信息的正确流转。
( 2) 提供跟踪与监控信息: 必须能够随时跟踪和监控信息的流转, 从而进行必要的操作, 如催办、双驱动等, 保证信息流转畅通;
( 3) 与应用结合的能力: 具有较强的应用结合能力, 才能得到广泛的应用。
参考模型中将工作流分为2 个阶段( 设计、运行阶段)、3 个部分( 定义、控制、交互) 。工作流设计提供的功能包括: 图形化设计工作流网络图; 能够基于工作性质、用户名或上下级关系将有关信息沿特定的路径传递; 监控工作流状态; 动态地改变工作流; 完善的日志管理。工作流运行环境由工作流模板设计器(Wo rkFlow designer ) 、工作流客户端节点( Wor kFlow client ) 、工作流流程控制器(Wor kFlow manag ement ) 等几个主要部分组成。
工作流管理实现的机制主要有两种: 基于数据库和基于电子邮件。基于数据库主要依赖数据共享来实现工作流管理, 在开发上只需借助数据库开发技术即可, 其优点是工作流和应用系统紧密结合,缺点是实现广域范围的工作流很难。基于电子邮件只需利用电子邮件的编程接口即可, 其优点是实现广域范围内的工作流比较容易, 缺点是应用系统和工作流的分离。
系统实现技术
分布式计算
在分布式计算环境中, 异构性是一个十分明显的特点。在异构环境下实现信息和软件资源的共享是一项极大的挑战, 而CORBA 则可以提供有力的支持。各种软件通过封装都可以作为CORBA 软总线上的组件实现即插即用, 从而实现信息和过程的共享。
对象管理体系结构( Object manag ement architecture,OMA) 就是OMG 组织作为分布对象计算的参考模型, 如图所示。
OMA 体系结构的核心是对象请求代理( Objectrequest bro ker, ORB) , 它支持对象服务、通用设施、领域接口和应用接口之间的交互和通信。在OMA 参考模型的接口层示意图中, 对象服务( Object Services) 是独立于应用领域、为各种分布式对象软件提供的一组基本服务的接口, 如名录服务,事件服务等。通用设施( Common Facilit ies) 是向终端用户应用提供的一组服务接口, 如组合文档等。领域接口( Domain Interfaces) 是针对某个应用领域( 如产品数据管理PDM) 而提供的服务接口。应用接口( Applicat ion Interfaces) 是特定的高层应用的对外接口。
在产品全生命周期管理系统框架中, CORBA产品的应用, 重点是在一个CORBA 产品平台上实现系统的各项功能, 实现应用功能的CORBA 封装。在功能的集成上, 参照领域接口层定义的集成框架, 用IDL 把各分系统需要交互操作的接口定义出来, 所有接口封装为CORBA 对象。CORBA 软总线系统作为复杂产品异地协同开发工具集的基础支撑技术, 与Web 技术、计算机安全技术及计算机支持协同工作等其他技术一起,构成分布、安全、开放和互操作的支撑平台, 为项目管理、文档管理以及各种应用系统的集成提供支持。
基于Web 技术
为支持异地协同设计和产品数据交换的需要,产品全生命周期管理系统应提供Web 客户端。基于CORBA 开发的应用系统通过IIOP ( Internet inter-ORB pro to col ) 协议, 可以比较方便地在浏览器中地实现对服务器端CORBA 对象的状态查看及方法的调用。
CORBA 与WWW 结合, 构架出真正的3 层体系结构。这种3 层的体系结构, 以分布对象技术为基础构架, 增加了应用层, 将客户层与资源层隔开, 降低了Web 服务器的负载, 避免了Web 服务器的性能缺陷对整体性能的影响, 并且具有连接缓冲、负载均衡、安全管理等功能, 从而提高了Web应用整体的灵活性、可伸缩性和可扩展性。
在这种3 层体系结构中, CORBA 客户方程序从Web 服务器下载执行, 与应用服务器上的CORBA 应用对象通过IIOP 协议进行通讯, 调用指定的操作。CORBA 应用对象首先对客户的请求进行认证和解释, 根据客户请求的内容, 或是直接访问资源层的数据库, 或是与网络上的其他CORBA对象交互, 共同完成客户请求。CORBA-Web体系与ActiveX, Jav a RMI( Remote method invo-cat ion) 比较起来, 有明显优势。
意义
产品全生命周期管理是企业信息化的关键技术之一, PLM 可以提高市场竞争力, 也提高产品的质量和竞争力。产品全生命周期管理系统是一个采用了CORBA 和WEB 等技术的应用集成平台和一套支持复杂产品异地协同制造的的, 具有安全、开放、实用、可靠、柔性等功能, 集成化、数字化、虚拟化、网络化、智能化的支撑工具集。它拓展了PDM 的应用范围, 支持整个产品全生命周期的产品协同设计、制造和管理, 从概念设计、产品工程设计、生产准备和制造、售后服务等整个过程的产品全生命周期的管理。
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