产品全生命周期管理（PLM） 与企业生产运行管控

金晖 牛薇 黄飞淋

随着制造业信息化的稳步推进，产品生命周期管理（PLM）已经成为复杂产品制造企业加速产品创新、降低研发成本、缩短产 品上市周期的利器。当下制造业普遍存在各式各样的问题制约着其进一步发展，例如产品被过度设计却无法很好的满足客 户需求，产品的相关商业过程不透明、信息流不连续，市场和销售对于下一代产品缺乏认识等等。因此需要我们借助于 PLM 技术对过程、资源和数据信息进行整合，将现存的局域商业过程和架构拓展为连续的商业过程，基于对产品全生命周期的优 化以改善工业过程，采用革新技术为产品开发寻求新的应用领域。

产品生命周期管理（PLM）基本情况介绍

产品生命周期管理（PLM）是全公司级 的产品与流程数据集成型信息管理。它包括 产品的规划、管理和组织，和对整个产品生 命周期中所有数据、文档、资源和流程进行 必要的全面管理。参与此工作的所有人，无 论他们的位置和从属关系，都将在 PLM 中一 起工作，解决特定问题。

PLM 对公司生产运行管控的主要增值 有：对产品全生命周期支持，特别是在早期 产品工程阶段 ;与产品相关的全公司级信息 管理; 在整个产品生命周期中管理产品记录; 跨企业的工程支持;全面的规划、管理、组织 和流程需求考虑; 连接所有需要的人一起解 决特定的任务，不管他们的位置和从属关 系。总之，PLM 是产品工程中的经营和管理 主干，是综合性的跨学科的联合。

PLM 的数据组成及应用结构PLM 解 决 方 案 通过 综 合 利 用 PDM、 ERP、SCM、CRM 等信息系统，覆盖了产品概 念、设计与开发、原型与试生产、投产决策、 生产、服务与支持、报废处置等生命周期的 各个阶段。其中，原型阶段至关重要，利用恰当的技术如虚拟现实制造技术，可以缩短产品开发周期，降低成本。

PLM 关键在于管理和利用好存储在各 种信息系统中的数据，包括用户数据、元数 据、主数据等，它们是产品知识和经验知识 的载体，是 PLM 的核心关注点。已有 PDM 的 主要功能有产品结构管理、参数和配置管 理、数据管理、工作流管理以及查看和修订

等;PLM 功能是在产品数据管理 （PDM 功能）

支持开发和生产部门高效快速开发活动的 功能基础上，通过利用产品使用期间客户反 馈信息的投资规划开始到产品的维护和回 收，主要功能有投资组合管理，项目管理、目 标成本核算，产品服务系统等，从而支持整 个产品生命周期（PLM 功能）管理。PLM 的主 要模块，包含组合管理（前期服务 - 调研与规

划），项目管理模块，法律法规和企业工作流

和规则制度的应用，与供应商以及客户建立 的合作模式，目标价格模块，产品服务模块， 以及反馈管理等。

通常一套 PLM 系统主要由 ERP 系统， PDM（include  CAD soft），SCM，CRM 构成，其 实它还可以包含很多其他模块。但是有两个 是它必须要具备的就是 PDM 和 ERP 系统， 其他的功能模块都可以替代。但是如果没有

PDM 和 ERP 是不能构成 PLM 系统的。PLM 相对完整的结构图如下图所示。ERP 系统是 基于生产的一个系统，同时还产生了很多附 属功能模块，PDM 系统是基于设计的一个系 统，也有其他的附属功能模块，基于生产的 系统和设计的系统是相互不可替代的，而那 些功能模块会跟 SCM，CRM 等系统有所重合 且相互补充。所以为了能够集成整合这些数 据，PLM 系统提供连接各个数据的接口和流 程的整合，来保证数据的一致性和共享性， 当然这是基于权限基础的共享。

PLM 在生产运行管控中的部署实施驱动部署实施 PLM 解决方案的四股力量：更复杂的产品、更加复杂的设计或者分散的设计环境、全球化市场与供应链、对更短产品生命周期的需求。PLM 实施方法，流程驱动 IT，选择和分析先前的 PDM / PLM 过程，导出 相应的 PDM / PLM 功能和体系结构。最优 PLM 点，符合二八原则，即花百分之二十的力 气，实现百分之八十的效果。PLM 组织的最佳 点在自治成本和组织成本之间，在没有对工 作项目进行整理之前，组织成本为零，但是查 找这些项目非常麻烦，如果人工对这些工作 项目进行整理之后，查找工作项非常便利，但 是产生了组织成本。PLM 实施前期投入多，收 益低。随着时间增加，投资降低，收益增加，这 段过程是 PLM 实施的关键阶段。

要实现产品全生命周期管理，首先需要 梳理生产运行管控的流程，流程分析和优化 的目标包括：提高生产力、改进质量、提高顾 客导向、加强员工满意度、提高透明度、减少 流程时间、降低成本、避免重复工作等等。流 程優化在 IT 系统中非常重要，因为“新技术

（PLM 系统）+ 旧的流程和组织 （未修改的流

程和组织）= 非常昂贵的旧组织”，PLM 成功

实施的必要条件是“在有效性和高效性基础

上对流程优化”。理解了什么是流程，即在什 么时间，由谁，在哪里，用什么工具做什么事 情。理解了流程管理中的角色及其职责，包 括流程总监、流程顾问、流程控制者、流程专 家、流程所有者和流程执行者。

PLM 实施的流程级别分为：管理级别（根据市场趋势和业务目标进行战略管理）、 操作级别（即流程操作）、集成级别（即流程和 IT 系统集成）、IT 解决方法 （即 IT 自带的功 能）。流程分析和优化分为 5 个步骤，一是项

目设置，即制定项目进度、详细的项目计划、评估项目工作量;二是原有流程分析，目的是为了识别相关流程的顺序 / 步骤、优势、劣势、问题和改 进的潜力;三是明确流程要求，目的是为未来的、有 效的和高效的流程开发当前和未来的需求 （用于 PLM）;四是未来流程开发，目的是当使用 PLM 系统 时推导和定义有效和高效的流程;五是实施，目的 是实现新流程。

PLM 的生产运行盈利分析

在 PLM 实施的不同阶段 / 流程中都要持续考 虑经济效益。PLM 的投资，当 PLM 实施成本≤使用 PLM 获得的效益时，PLM 系统是经济的。PLM 实施 成本分为一次性成本（包括计划成本、系统采购成 本、安装成本、软件定制开发成本和感应成本）和持 续性成本（直接运行成本、间接运行成本和管理成本）。PLM 的收益，使用 PLM 的效益包括节约成本、提高生产效率、质量改进、提高弹性、提高市场竞争力。在各种收益的同时，PLM 也面临着众多挑战，如很多不增值的活动耗费了很多时间、流程需要持续的 IT 系统支持、缺乏流程透明性等等。PLM 系统经 济评估的方法，通过理论模型和实际案例的测算， 但实际上评估收益远远比评估成本复杂的多。

PLM 的衍生——生产运行数字化工厂与数字孪生技术

数字化工厂是高端制造业辅助生产的下一步 信息化发展阶段，包括市场营销数字化、设计研发 数字化、资源准备数字化、研产制造数字化、过程管 控数字化、服务维保数字化等。除了在传统产品研 发过程必要的仿真建模外，还要针对不同用户或应 用环境在产品实现层面的迭代来再次数据分析和 运行仿真，目的是在大批量排产之前进行相对充分 的预测评估，分析市场趋势、经济性、可靠性、生命 周期等，为生产运行管控和跨地域跨时空制造提供 支撑。

当下数字化工厂主要是数字化模型、方法和 工具构成的综合网络，通过各种功能类型协同的数 据管理集组合实现。目标是建立产品与工厂基本结 构、过程和资源的同步连接，通过整体规划、评估实 现持续改进。主要涉及产品设计、生产规划与生产 执行三大环节。数字化工厂的实现为制造商、供应 商等上下游配套企业提供了一个制造数据信息共 享平台，更好的开展互通和协作，保障生产运行的 顺利进行。

数字孪生技术的典型应用是通过 3D 建模为 物理对象创建一个数字复制，它可以用来查看实际 物理对象的状态，这提供了一种将物理对象投射到数字世界的方法。在物理对象上设置合理的数据采 集点，利用传感器技术收集数据并同步更新状态， 这样就会得到类似于“Device Shadow”的副本，通 过此副本对物理对象的属性和状态 （包括形状、位置、姿态、状态和运动）进行更深入的预判、分析和定位。建立的物理对象历史信息积累可进一步改善或提高生产率。 数字孪生技术在高端制造业研发机构已作为用于管理服务相关信息的中心数据结构出现在项目开 发过程中。产品的数字孪生模型代表 PLM 后端真正 智能产品的虚拟映像。它包含关于实际配置的产品 功能、可监视的产品和环境参数、当前测量的参数值 以及单个产品功能的状态的信息。所有这些信息将使用虚拟 3D 模型和增强现实技术进行可视化。

PLM 衍生——全球数字化智能制造

在工厂里我们需要数字化吗？从高端制造业到 通讯、经济和知识文化等等，互联网使新的产品和商 业模式成为现实，云端的数据分析从广域网或局域 网的传感器收集数据开始，数据经过网络传输到云 端服务器，最后进行整体数据的分析对比实现数据 的智能分类，而通过智能的分析和分类，数据和信息也从传统的由用户主动获取，到云端服务器的主动推送给用户，从而真正的实现了智能化、定制化。

新的商业模型同时也面向着新的用户，在大数 据时代，数据的智能化推送使得世界各地的用户面 临着更多的选择，也更容易接触和使用新系统、新 技术。高端制造业应更加注重在原有的设备、处理 流程和系统上进行优化。在对流程进行优化的过程 中，对中间媒介的控制就显得尤为重要。同时要实 现生产运行智能制造，首先要实现的是精益和流程 组织管理，以此为基础将设备和流程信息化，形成 文档信息，并且保证信息的实时性，接下来要进行 的是各类信息和数据的集成和交互，最后是智能化 数据处理。在实现智能制造的过程中并存着机遇与 挑战。智能化减少了工作准备和信息收集的时间， 使员工能专注于重点工作，但同时也意味着员工们 需要不断提高学习能力以适应岗位竞争。

结语

综合以上，PLM 对提升高端制造业的研制效 率、缩短研制周期、减少研制成本等生产运行管控 方面的意義非常重大。采用 PLM 技术可有效的对企业生产运行链路进行管控，并利用流程管理控制下实现各信息系统之间的协同作用，解决跨部门跨地 域的产品设计制造难题，建立完整的产品全生命周 期数据包，降低一致性和准确性的错误率，缩短研 制周期。同时在管理环节的流程优化，进一步降低 成本，提高工作效率和劳动生产率，为企业决策提 供有力支撑。

各行业间的发展壁垒早已打破，高端制造业正 高速发展，跨行业竞争对企业核心竞争力提出了更 高要求，要适应这样的激烈竞争，必须要有先进的 理念和工具作支撑，“工欲善其事必先利其器”，有 效运用先进的技术是未来发展的唯一道路。