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构建PLM系统的点线面中的若干技术关键点
深刻认识点线面策略中的技术关键点，包括具有一定前瞻性的技术，对企业确立技术开发重点，充分挖掘PLM的实施效益具有重要意义。下面论述的技术关键点实际上也可以说都是潜在的效益产出
产品应用
点线面策略中的若干技术关键点
深刻认识点线面策略中的技术关键点，包括具有一定前瞻性的技术，对企业确立技术开发重点，充分挖掘PLM的实施效益具有重要意义。下面论述的技术关键点实际上也可以说都是潜在的效益产出点。我们不追求面面俱到，只希望能给企业带来些许启发与思考。
1．点的定制开发
点是PLM系统中最基础、最容易获得效益的应用。为了充分发挥点的应用效率，通常需要根据企业的实际需求对点进行定制开发。比如三维CAD设计系统是一个典型的点应用，一般来说，他是一个通用的设计平台，能够完成各种各样的设计任务，就象活动扳手一样可适用各种大小的螺钉，但其工作效率取决于使用者的经验水平，需要较高的技能。
为了提高工作效率；同时降低对使用者技能的要求，实际中又设计出许多专用扳手，他们不用调节大小直接进行工作，显著提高了工作效率。象扳手的使用一样，机械设计中也有一些复杂的设计问题，如果使用专用的设计工具，就可以显著提高设计的效率与质量，同时降低使用者的知识技能，使一般人也可象专家一样进行复杂系统的设计。
这就要对CAD系统进行定制开发，将领域知识以各种形式镶嵌进系统，形成所谓的专家系统或者基于知识的设计系统等，比如铸锻件毛坯设计系统，模架自动选择系统等。因此企业在PLM系统的构建过程中，必须高度重视点应用的定制开发，充实PLM的应用基础。点的应用开发包括CAD、CAE、CAM等。
2．点与点的集成
点与点的集成本质上就是要将点连成线，形成套装应用，共同完成一类任务，象Office系列办公产品那样，他们具有非常好的相互集成性。但在CAD／CAM／CAE／CAPP领域，要实现其紧密集成并非易事，许多问题还处于学术研究中。比如由于CAD模型先天信息的不完整使其很难实现与CAPP／CAM的集成。CAM虽然可以自动产生刀具轨迹文件，但刀具的选择以及加工参数的确定仍需人工确定。
对于CAD／CAE的集成，现在的过程一般是先在CAD系统进行建模，再进行一定的约简(即进行CAE分析)，如果发现问题须再返回CAD系统修改，然后再分析。显然如果能够在CAE系统中根据分析结果直接驱动模型的修改就要方便的多，同时有限元模型可尝试基于知识驱动自动生成。另外在反向工程中，一般是由点云生成CAD模型，再生成CAE模型，如果能够从点去直接生成CAE模型就可显著提高设计效率。
尽管全面实现上述点与点集成在技术上还存在困难，但企业还是可以根据自己特定的需求，通过应用开发实现局部的、一定程度上的集成，这往往会成为企业的竞争优势。在构建PLM系统的过程中，企业应根据自己的实际需求和技术分析来确定点与点集成的必要性和可行性，比如CAD/VR/PDM的集成等。
3．点与线的集成
点与线的关系主要是指点应用与PLM核心功能(纵线，如文档管理)的集成。由于PLM的基本理念是管理以及重用企业的知识资产，因此要求能够将知识资产在正确的时间以正确的形式送达给正确的人。资料显示，75％以上的设计都重用过去的设计知识和经验，因此如何在应用CAD系统进行设计或者应用CAPP系统进行工艺规划时，及时获得以前的设计经验，在PLM平台构建中就显得尤为重要。图6显示了一个在PLM平台中利用知识发现工具来支持CAx设计的原理图。
图6 基于PLM平台的CAx设计系统
在这个系统中，CAx模型存储于PLM数据库中，通过知识发现工具(如三维CAD模型的聚类和相似性评估等技术)CAx系统可以进行基于事例的设计、工艺规划以及成本评估等，不仅提高了设计效率和质量，同时可促进企业零件与工艺设计的标准化。图中右边虚线框则显示了知识挖掘的基本过程。
4．点与面的集成
☆CAD与PLM的集成
PLM最基本的功能就是管理CAD软件产生的电子图档，因此实现PLM与CAD的集成是实施PLM项目的基本要求。一般而言，集成可分为如下三种模式：
(1)应用封装模式：产品数据的集成是对产生这些数据的应用程序的集成。PLM系统能够自动识别、存储和管理由应用程序产生的文件，同时被存储的文件可以在PLM系统环境中被激活。
这种方法只能满足以文件形式生成数据的应用系统的需求，PLM系统不能管理文件内部的具体数据。一旦要处理产品结构信息时，应用封装就不能满足集成的要求。
(2)接口集成模式：在封装的基础上，应用系统与PLM系统间共享数据模型，通过数据接口，实现应用系统的部分数据对象自动创建到PLM系统环境中，或从PLM系统中调用应用系统需要的某些数据对象。
如PLM系统除了要理CAD系统产生的文件外，还需要从CAD系统生成的装配树中获取零部件的描述信息及结构层次关系(产品结构树)，以形成PLM系统的产品结构树。
(3)紧密集成模式：在两者之间建立一种互动的共享产品信息模型，PLM中创建修改共享数据时，CAD系统能自动修改相应的数据，保证双方数据的一致性。这种紧密集成模式一般由软件供应商提供。
☆CAPP与PLM的集成
CAPP系统是连接设计与制造的重要桥梁，也是ERP系统重要的数据来源。现行CAPP系统存在文件(卡片)式和数据库式两种模式。CAPP与PLM的集成类似于CAD与PLM的集成，同样存在应用封装和紧密集成等模式。
(1)基于文档的PLM／CAPP集成模式。其技术路线为：PLM系统调用工艺卡片的编辑控件，完成工艺卡片的编辑工作，将工艺文件作为一类文档纳入PLM系统进行管理，工艺文件作为零件的一个文档附加到产品结构树上，实现在PLM的产品结构树上查到工艺文件，进行工艺数据汇总时按产品将工艺文档导出，由CAPP系统完成对工艺文件上的工艺数据的汇总，然后PLM系统将EBOM和物料清单传递给ERP系统，CAPP系统将相关的工艺数据传递给ERP。
这种集成方式的优点在于设计数据和工艺数据完全组织在同一个数据库中，形成单一数据源，关系简单，数据之间的一致性便于维护，而缺点在于，由PLM传递给ERP的BOM信息，ERP系统不能直接使用，需对这些数据进一步维护后(如在自制件下挂毛坯和材料的子节点等)才行，因此存在着数据的二次维护。
(2)基于数据库的PLM／CAPP集成模式：基于数据库的CAPP系统一方面提供了工艺人员在设计时更大的灵活性，另一方面，由于这些系统将工艺文件上的信息变成了结构化的信息存入数据库系统，使得以往的直接在PLM中管理工艺文件的方法不再适用，虽然，可以从CAPP导出文件，然后再采取前面所述的基于文档的集成策略完成系统的集成，但是这样做不可避免地会出现数据冗余，而这些冗余的数据恰恰是导致一致性无法维护的根源，自然这样的方法是不可取的。
新的实现技术，导致PLM对于CAPP的集成策略必须从基于文件的集成转向基于数据库的集成。此时，由于CAPP、PLM、ERP系统各存在一套独立维护的数据，数据的唯一性成为集成的障碍。
5．面与面的集成
从企业信息化的发展和目标来看，PLM系统与ERP系统的集成是必然的趋势。因此企业无论先上哪个系统，都必须充分考虑两者集成的可能性与方便性。PLM与ERP的集成一般分为接口和集成两种模式。
接口模式下BOM在两个系统中都进行存储，数据从一个系统传递到另一个系统进行更新。集成模式下两个系统根据需要共同访问同一个BOM数据库，BOM数据是唯一的。接口模式易于实现，但要同时维护两个BOM，数据的一致性较难保证。接口模式的两种方法(见图7)：
(1)内部函数调用：这种集成技术是利用PLM与ERP系统各自提供的API函数访问数据库，实现两系统之间信息交换。这种集成技术需要PLM与ERP系统都必须提供访问底层数据库的函数和API接口，并且往往需要原系统开发人员的支持，开发工作量大、集成成本高，但可以获得较高的效率。
(2)中间文件交换：这种集成技术是将PLM与ERP系统需要交换的信息按照统一的文件格式和接口要求进行存储，PLM与ERP系统通过各自编制的数据导入，导出接口来实现两系统的信息交换。与上述接口模式技术相比，集成模式技术有开发量周期短、集成成本低、容易实施、见效快等特点。
图7 PLM／ERP接口集成模式
结论
全面实施产品生命周期管理战略对提高企业产品创新能力，获得综合竞争优势具有重要意义。正确的实施方法论对达到预期目标至关重要。现实案例中存在不少企业由于方法不当未能达到预期效益而对PLM甚至信息化失去信心。特别应该指出的是，PLM不是一个点解决方案，因此需要根据企业的需求渐进式地不断进化完善。
就象买了一台电视机和电脑不同一样，电视机就是一个“点”解决方案，买回来就可以用；而电脑就不一样了，需要根据个人的需求不断安装、开发、定制各种应用工具，只有这样才能发挥电脑的潜能和优势，提高工作效率。
本文试图围绕所提的点线面策略全方位地论述增量式构建PLM系统的若干问题，因此涉及的面较广，有些问题的论述也并不是很深入，有些问题目前可能还处于学术研究阶段，但所提方法、策略是作者在进行企业信息化研究和咨询过程中一些想法的总结和提炼，对企业开阔视野、全面理解和深化实施PLM战略，以及PLM研究爱好者有一定参考价值，希望能起到抛砖引玉的效果。
深刻认识点线面策略中的技术关键点，包括具有一定前瞻性的技术，对企业确立技术开发重点，充分挖掘PLM的实施效益具有重要意义。下面论述的技术关键点实际上也可以说都是潜在的效益产出点。我们不追求面面俱到，只希望能给企业带来些许启发与思考。
1．点的定制开发
点是PLM系统中最基础、最容易获得效益的应用。为了充分发挥点的应用效率，通常需要根据企业的实际需求对点进行定制开发。比如三维CAD设计系统是一个典型的点应用，一般来说，他是一个通用的设计平台，能够完成各种各样的设计任务，就象活动扳手一样可适用各种大小的螺钉，但其工作效率取决于使用者的经验水平，需要较高的技能。
为了提高工作效率；同时降低对使用者技能的要求，实际中又设计出许多专用扳手，他们不用调节大小直接进行工作，显著提高了工作效率。象扳手的使用一样，机械设计中也有一些复杂的设计问题，如果使用专用的设计工具，就可以显著提高设计的效率与质量，同时降低使用者的知识技能，使一般人也可象专家一样进行复杂系统的设计。
这就要对CAD系统进行定制开发，将领域知识以各种形式镶嵌进系统，形成所谓的专家系统或者基于知识的设计系统等，比如铸锻件毛坯设计系统，模架自动选择系统等。因此企业在PLM系统的构建过程中，必须高度重视点应用的定制开发，充实PLM的应用基础。点的应用开发包括CAD、CAE、CAM等。
2．点与点的集成
点与点的集成本质上就是要将点连成线，形成套装应用，共同完成一类任务，象Office系列办公产品那样，他们具有非常好的相互集成性。但在CAD／CAM／CAE／CAPP领域，要实现其紧密集成并非易事，许多问题还处于学术研究中。比如由于CAD模型先天信息的不完整使其很难实现与CAPP／CAM的集成。CAM虽然可以自动产生刀具轨迹文件，但刀具的选择以及加工参数的确定仍需人工确定。
对于CAD／CAE的集成，现在的过程一般是先在CAD系统进行建模，再进行一定的约简(即进行CAE分析)，如果发现问题须再返回CAD系统修改，然后再分析。显然如果能够在CAE系统中根据分析结果直接驱动模型的修改就要方便的多，同时有限元模型可尝试基于知识驱动自动生成。另外在反向工程中，一般是由点云生成CAD模型，再生成CAE模型，如果能够从点去直接生成CAE模型就可显著提高设计效率。
尽管全面实现上述点与点集成在技术上还存在困难，但企业还是可以根据自己特定的需求，通过应用开发实现局部的、一定程度上的集成，这往往会成为企业的竞争优势。在构建PLM系统的过程中，企业应根据自己的实际需求和技术分析来确定点与点集成的必要性和可行性，比如CAD/VR/PDM的集成等。
3．点与线的集成
点与线的关系主要是指点应用与PLM核心功能(纵线，如文档管理)的集成。由于PLM的基本理念是管理以及重用企业的知识资产，因此要求能够将知识资产在正确的时间以正确的形式送达给正确的人。资料显示，75％以上的设计都重用过去的设计知识和经验，因此如何在应用CAD系统进行设计或者应用CAPP系统进行工艺规划时，及时获得以前的设计经验，在PLM平台构建中就显得尤为重要。图6显示了一个在PLM平台中利用知识发现工具来支持CAx设计的原理图。
图6 基于PLM平台的CAx设计系统
4．点与面的集成
☆CAD与PLM的集成
PLM最基本的功能就是管理CAD软件产生的电子图档，因此实现PLM与CAD的集成是实施PLM项目的基本要求。一般而言，集成可分为如下三种模式：
(1)应用封装模式：产品数据的集成是对产生这些数据的应用程序的集成。PLM系统能够自动识别、存储和管理由应用程序产生的文件，同时被存储的文件可以在PLM系统环境中被激活。
这种方法只能满足以文件形式生成数据的应用系统的需求，PLM系统不能管理文件内部的具体数据。一旦要处理产品结构信息时，应用封装就不能满足集成的要求。
(2)接口集成模式：在封装的基础上，应用系统与PLM系统间共享数据模型，通过数据接口，实现应用系统的部分数据对象自动创建到PLM系统环境中，或从PLM系统中调用应用系统需要的某些数据对象。
如PLM系统除了要理CAD系统产生的文件外，还需要从CAD系统生成的装配树中获取零部件的描述信息及结构层次关系(产品结构树)，以形成PLM系统的产品结构树。
(3)紧密集成模式：在两者之间建立一种互动的共享产品信息模型，PLM中创建修改共享数据时，CAD系统能自动修改相应的数据，保证双方数据的一致性。这种紧密集成模式一般由软件供应商提供。
☆CAPP与PLM的集成
CAPP系统是连接设计与制造的重要桥梁，也是ERP系统重要的数据来源。现行CAPP系统存在文件(卡片)式和数据库式两种模式。CAPP与PLM的集成类似于CAD与PLM的集成，同样存在应用封装和紧密集成等模式。
(1)基于文档的PLM／CAPP集成模式。其技术路线为：PLM系统调用工艺卡片的编辑控件，完成工艺卡片的编辑工作，将工艺文件作为一类文档纳入PLM系统进行管理，工艺文件作为零件的一个文档附加到产品结构树上，实现在PLM的产品结构树上查到工艺文件，进行工艺数据汇总时按产品将工艺文档导出，由CAPP系统完成对工艺文件上的工艺数据的汇总，然后PLM系统将EBOM和物料清单传递给ERP系统，CAPP系统将相关的工艺数据传递给ERP。
这种集成方式的优点在于设计数据和工艺数据完全组织在同一个数据库中，形成单一数据源，关系简单，数据之间的一致性便于维护，而缺点在于，由PLM传递给ERP的BOM信息，ERP系统不能直接使用，需对这些数据进一步维护后(如在自制件下挂毛坯和材料的子节点等)才行，因此存在着数据的二次维护。
(2)基于数据库的PLM／CAPP集成模式：基于数据库的CAPP系统一方面提供了工艺人员在设计时更大的灵活性，另一方面，由于这些系统将工艺文件上的信息变成了结构化的信息存入数据库系统，使得以往的直接在PLM中管理工艺文件的方法不再适用，虽然，可以从CAPP导出文件，然后再采取前面所述的基于文档的集成策略完成系统的集成，但是这样做不可避免地会出现数据冗余，而这些冗余的数据恰恰是导致一致性无法维护的根源，自然这样的方法是不可取的。
新的实现技术，导致PLM对于CAPP的集成策略必须从基于文件的集成转向基于数据库的集成。此时，由于CAPP、PLM、ERP系统各存在一套独立维护的数据，数据的唯一性成为集成的障碍。
5．面与面的集成
从企业信息化的发展和目标来看，PLM系统与ERP系统的集成是必然的趋势。因此企业无论先上哪个系统，都必须充分考虑两者集成的可能性与方便性。PLM与ERP的集成一般分为接口和集成两种模式。
接口模式下BOM在两个系统中都进行存储，数据从一个系统传递到另一个系统进行更新。集成模式下两个系统根据需要共同访问同一个BOM数据库，BOM数据是唯一的。接口模式易于实现，但要同时维护两个BOM，数据的一致性较难保证。接口模式的两种方法(见图7)：
(1)内部函数调用：这种集成技术是利用PLM与ERP系统各自提供的API函数访问数据库，实现两系统之间信息交换。这种集成技术需要PLM与ERP系统都必须提供访问底层数据库的函数和API接口，并且往往需要原系统开发人员的支持，开发工作量大、集成成本高，但可以获得较高的效率。
(2)中间文件交换：这种集成技术是将PLM与ERP系统需要交换的信息按照统一的文件格式和接口要求进行存储，PLM与ERP系统通过各自编制的数据导入，导出接口来实现两系统的信息交换。与上述接口模式技术相比，集成模式技术有开发量周期短、集成成本低、容易实施、见效快等特点。
图7 PLM／ERP接口集成模式
结论
全面实施产品生命周期管理战略对提高企业产品创新能力，获得综合竞争优势具有重要意义。正确的实施方法论对达到预期目标至关重要。现实案例中存在不少企业由于方法不当未能达到预期效益而对PLM甚至信息化失去信心。特别应该指出的是，PLM不是一个点解决方案，因此需要根据企业的需求渐进式地不断进化完善。
就象买了一台电视机和电脑不同一样，电视机就是一个“点”解决方案，买回来就可以用；而电脑就不一样了，需要根据个人的需求不断安装、开发、定制各种应用工具，只有这样才能发挥电脑的潜能和优势，提高工作效率。
本文试图围绕所提的点线面策略全方位地论述增量式构建PLM系统的若干问题，因此涉及的面较广，有些问题的论述也并不是很深入，有些问题目前可能还处于学术研究阶段，但所提方法、策略是作者在进行企业信息化研究和咨询过程中一些想法的总结和提炼，对企业开阔视野、全面理解和深化实施PLM战略，以及PLM研究爱好者有一定参考价值，希望能起到抛砖引玉的效果。
