产品全生命周期
项目管理系统
配方管理系统
实验管理系统
电子实验记录本
化工行业
PLM的PDM技术
随着全球经济进入一体化时代，企业不仅需要整合企业的内部业务流程，而且要和合作伙伴进行实时协同，资源共享和数据集成。过去人们比较关注产品全生命周期内各个阶段上的单元
产品应用
2.1PLM思想
随着全球经济进入一体化时代，企业不仅需要整合企业的内部业务流程，而且要和合作伙伴进行实时协同，资源共享和数据集成。过去人们比较关注产品全生命周期内各个阶段上的单元技术，如：各种先进的产品工程设计技术(CAX、DFX等)，或者侧重于某个环节的解决方案，如：SCM、PDM、CRM等，但从产品整个生命周期内企业内部与外部协同的角度则考虑得较少。
产品全生命周期管理(Product Lifecycle Management，PLM)是过去十几年对PDM／CAX／CIMS等信息化方案的积累与凝练，是近20年市场竞争和技术演化的结果。CIMdate将产品生命周期管理定义为：一种战略性的业务方法，它应用一组一致的业务解决方案，支持协作性地建立、管理和使用产品定义信息；它支持扩展企业(客户、设计和供应伙伴等)及跨越产品从概念到报废的整个生命周期；它将人员、流程、业务系统和信息集成在一起。
IDC(Internet Data Center，网络数据中心)将产品生命周期定义为包括规划、开发、建模、跟踪、管理控制、制造、销售、支付、维护和报废阶段全部活动的企业解决方案。
由上述观点可以得出：PLM是一个管理重构或重组的方法，是一种管理产品贯穿其生命周期中的每一个操作过程中信息的方法，它是对从产品需求开始，到产品淘汰报废的整个历程的管理。PLM是以产品数据集为基础，研究产品在其生命周期内从产品规划，设计、制造到销售等过程的管理与协同，旨在尽量缩短产品上市时间、降低费用，尽量满足用户的个性化需求。
PLM旨在通过一致的数据访问接口将不同业务和工程应用数据集成，使用户可以异地协同地工作，消除产品活动中各种数据间的信息孤岛。例如，从设计应用系统中提取材料清单到ERP系统中。它为企业提供支持产品快速设计和制造优化的集成化产品协同与制造系统，是一种战略性的思想方法。
产品生命周期管理注重对产品全生命周期的管理，注重与其他应用系统(如：ERP／SCM／CRM／PDM等软件系统)的集成，不仅可以作为制造业的产品数据管理平台，而且能够其他应用系统的集成平台，是解决制造业中“信息孤岛”问题的有效方法。
PLM的实质包含以下几个方面：
从战略上说，PLM是一个以产品为核心的商业战略。它应用一系列的商业解决方案来协同化地支持产品定义信息的生成、管理、分发和使用，从地域上横跨整个企业和供应链，从时间上覆盖从产品的概念阶段一直到产品结束它的使命的全生命周期。
从数据上说，PLM包含完整的产品定义信息，包括所有的机械的、电子的产品数据，包括软件和文件内容等信息。从技术上说，PLM结合了一整套技术和最佳实践方法，例如产品数据管理、协作、协同产品商务、企业应用集成、零部件供应管理以及其它业务方案。它沟通了在延伸的产品定义供应链上的所有的OEM(Original Equipment Manufacture，简称原始设备制造商)、转包商、外协厂商、合作伙伴以及客户。从业务上说，PLM能够开拓潜在业务并且能够整合现在的、未来的技术和方法，以便高效地把创新和盈利的产品推向市场。
PLM理念与技术的飞速发展主要有以下三个原因：第一是信息技术的推动。信息技术的快速发展使人们可以通过网络传递产品的各种数据，实现复杂异构数据的采集、异地协同和企业内部与外部的产品数据集成。设计或工程以外的部门(如用户、供应商、分销商等)可以分享设计或工程数据(如产品的三维图形、装配信息等)；设计或工程部门可以更好地了解与产品有关的其他信息(如用户需求等)。
第二是市场激烈竞争的结果。在全球化市场的大背景下，如何缩短产品上市时间和降低产品成本永远是企业孜孜追求的目标。第三是用户个性化需求的增长要求企业拥有更强大的研发与设计手段，更敏捷地对市场做出反应的机制。
2.2面向PLM的产品数据管理解决方案
在产品生命周期过程，与产品相关的数据不仅要为本部门服务，还应贯穿产品整个生命周期，能够为其他部门服务，以实现产品数据的集成和信息共享，与此相对应的应用软件系统需要能够理解其他应用系统产生的数据，这就需要在这些应用系统间建立统一的标准规范。
当前的PDM系统存在三个主要问题：系统内产品相关数据的引导问题、系统间不同产品数据格式的转换，产品数据多处存储导致的不一致问题。针对以上问题，面向PLM的产品数据管理系统采用产品配置的引导技术、接口BOM技术和产品数据容器技术，作为解决手段。
面向PLM的PDM管理是从产品全生命周期的角度出发，对与产品相关数据(如静态的产品结构和动态的开发流程)进行全面的规划，即建立面向全生命周期的产品数据定义规范、数据分类编码规范、用户视图规范、功能视图规范、数据表单规范和方法规范及它们之间的映射关系等。这些规范的建立，将贯穿业务需求分析、功能建模、数据需求分析、数据建模和后续应用开发的全过程，是实现产品全生命周期管理的基石。
面向PLM的PDM系统是以产品为核心，以产品配置数据为引导，通过接口BOM，以共享数据库和标准文件格式为基础，实现产品数据在不同应用系统间的一致性、完整性和集成性。在该系统内部各个模块之间通过产品配置的引导作用，以产品数据容器对象为载体，实现产品数据高度集成。在系统外部以接口BOM技术为手段，以共享数据库和标准文件格式为数据传递的载体，实现系统间的有效集成，进而为产品生命周期内数据的传递提供基础平台。
面向PLM的PDM系统是一个包含有外部过程(如，来自CAX、ERP、SCM和CRM的数据交换)的集成平台，形成产品生命周期上下游充分利用产品知识，自循化的闭环体系结构。
根据上述对面向PLM的产品数据管理的论述给出了如图2-1所示的面向PLM的产品数据管理的整体模型，在此模型中产品配置数据是产品生命周期中设计、生产、采购和销售等活动过程中所依赖的标准数据，由于这些数据的动态性大多是由产品技术数据(包括产品设计数据，工艺数据和制造数据)的变更所引起的，因此，本文采用以产品配置为引导的组织方式，将产品生命周期中不同阶段的目标数据通过接口BOM动态地绑定在产品配置树上，以解决产品数据的一致性维护问题；模型中的局部数据库中存放和管理的是产品生命周期中不同阶段的过程数据。
图2-1 面向PLM的PDM系统整体模型
2.3面向PLM的PDM的实现技术
2.3.1产品配置的引导技术
在产品全生命周期中，产品设计数据是企业其它数据的主要数据源，产品配置是设计数据中重要的一部分，它记录了组成产品的零部件以及其装配关系。由于在产品整个生命周期中的各阶段的数据属性大多与产品直接有关或由产品引起，因此，可以将这些属性数据与产品配置关联起来，即以产品配置为产品数据引导源，以便于对各种分散数据进行有效的管理、统计和决策，在引导方式上可分为显性引导和隐性引导两种：
1.显性引导所谓显性引导就是以产品配置为主要特征的产品配置树为显性引导源，将与产品有关的属性数据动态绑定在产品配置树上，并通过产品配置树的引导将这些属性数据按一定的规则显示在用户界面上或用于其它业务部门。采用这种引导方式的有产品设计数据、产品工艺数据和产品制造数据等。
2.隐性引导所谓隐性引导是指不通过产品配置树直接引导，而是利用产品配置树中的层次关系和相应的遍历算法对相关的数据进行相关的提取和统计，这是按照产品配置机制进行的一种间接引导方式。
下面以产品配置为引导的工艺数据管理为例，具体阐述产品配置的引导作用，在产品配置树中，产品逐层分解成部件和零件，其中根节点表示产品，枝节点表示部件，叶节点表示零件，树节点间的关系清楚地表示了产品零部件之间的装配关系。图2.2是采用面向对象的建模技术构建的基于产品配置的工艺数据管理类图。从图中可以看出，系统通过产品配置树的显性引导作用将工艺数据中的产品工艺过程信息、机加工工艺信息以及数控加工工艺信息等和产品配置树联系在一起；通过产品配置树的隐性引导作用，借助数据统计等的数据操作函数提取和统计产品、部件或者零件的材料消耗以及工时定额等。
图2-2 基于产品配置的工艺数据管理类图
2.3.2接口BOM技术
2.3.2.1PDM系统集成方式分析
随着计算机技术的不断提高，面向对象技术成为软件开发的主流设计思想，PDM系统与其他应用系统间的集成方式也在发生着变化，集成层次不断提高，粗略的可以分为三个层次：
1、应用封装
封装是将其他对象可访问的外部内容与对象隐蔽的内部细节分开，这一特征保证了对象的界面独立于对象的内部表达。PDM系统中应用封装的目的是实现异构系统间的文件信息集成。例如当对一个CAD软件被封装后，在PDM系统中就可以直接启动它，然后进行设计绘图，当设计结束后，所获得的图形文件可自动的置于PDM系统的管理之下。应用封装只能管理应用系统产生的文件整体，而不能管理文件内部数据，即不能操作文件内部的具体数据。当必须要处理各应用系统生成的内部数据关系时，应用封装显得无能为力。因此这是一种较低层次的系统集成。
2、接口模式
接口模式是比应用封装更高层次的集成模式，它把应用系统与PDM系统之问需要共享的数据模型抽象出来，把它定义到PDM的整体模型中。因此，PDM与其他应用系统之间有了统一的数据结构，应用面向对象的继承特性，每个应用除了共享的数据模型外，还可以拥有自己的扩展数据模型。如图2.3是其UML示例模型。
图2-3 接口模式
由图可以看出产品对象具有属性“产品编号”，“产品名称”，从产品对象继承的产品采购类不仅具有共享属性“产品编号”，“产品名称”，还有自己的扩展属性“供应商名称”，类似地质检类拥有扩展属性“质量等级”。在应用封装基础上，在应用系统与PDM系统共享数据模型的指导下，通过数据交换接口，实现应用系统的某些数据对象自动创建到PDM系统中去，或从PDM系统提取应用系统所需的数据对象，使两者保持异步一致。例如，在CAD系统中通过接口将零部件的描述信息和结构层次关系通过接口输出到PDM系统中，建立PDM中的产品结构树。或者从PDM系统中更改了产品结构关系后通过接口去修改CAD系统中的装配树，使两者保持一致。
3、紧密集成
紧密集成是比接口模式集成更高层次的集成模式，在这种集成模式中不同应用成了PDM系统的有机组成部分，它们之间除了可以共享数据外，还可以共享操作服务。该集成模式允许PDM系统与其他应用系统之间可以互相调用有关服务，执行相关操作，形成更紧密的集成，真正实现一体化。紧密集成是所有实施PDM企业所追求的目标，但是由于PDM系统和各应用系统分别由不同的软件厂商提供，对彼此系统的内部结构了解的不够详细，因此，目前这样的集成模式在大多数PDM系统中还难以实现。
2.3.2.2XML概述
可扩展标记语言(Extensible Markup Language，XML)是由万维网协会(World Wide Web Consortium，W3C)在1998年2月发布的面向Web应用的开放标准15⋯，XML源自标准通用标记语言(SGML，Standard Generalized Markup)，XML把SGML的丰富功能与HTML的易用性结合到一起，通过使用一个简单而又灵活的标准格式，为基于Web的应用提供了一个描述数据和交换数据的有效手段。
相对于如何在Web页面上展示数据的HTML，XML能够描述结构模型更为复杂的信息数据。XML是一种简单的、能够用任何编辑器读取的文本。这种机制让用户能够制定底层数据交换的规范，进而开发应用系统的模块，模块之间数据的传输将是符合规范的。推而广之，依据特殊的数据格式，分布式或异种数据库之间可以传输结构化数据。
XML支持跨平台、跨地域、异构应用间的协同工作，它具有良好的可扩展性、自描述性、内容和形式相分离、遵循严格的语法要求以及提供对多语种的支持等特性，可用于异构数据源之间的交互，同一数据不同的呈现方式，以及Web数据发布等等方面。另外，XML具有开放式性，可以在任何平台、任何语言上正常工作，例如Microsoft Visual Basic，Visual C++，Perl，Java，甚至COBOL都可读取XML数据，任何程序语言都可以使用XML来描述数据。
另外，XML是基于开放式的文本格式，不需要改变现有的网络，直接可以同HTTP协议进行文本文档的传送。XML是一种元语言，通过定义面向内容的标识，计算机可以理解XML文档。因此XML不仅适用于人机之间的信息交流，也适用于机器与机器之间的信息交流，XML集成的范围很广。
采用XML进行集成，不需要通过编程来提取集成多个不同数据源的信息只需要把来自不同数据源的信息先转换成XML文件，然后再经过解析器解析处理成数据流即可。因此XML也是应用程序之间信息数据交换的最佳选择。
2.3.2.3接口BOM技术分析
在产品的全生命周期中，产品配置信息跨越了几乎所有的业务部门，它在产品整个生命周期中占有重要地位。产品生命周期内不同阶段的产品数据表现为产品配置信息的不同视图描述，能够集中并反映产品配置信息的主要是各种BOM即物料清单，如设计BOM、工艺BOM、制造BOM等。如何准确、及时地做好这些物料的管理，并保证各BOM视图之间的信息正确、一致以及其数据的完整，是面向PLM的产品数据管理必须要解决的问题之一。接口BOM技术的提出为该问题的解决提供了有效途径。
接口BOM技术是PDM集成方式中的接口模式，它是指把应用系统与PDM系统之间需要共享的BOM数据模型抽取出来，定义到PDM的整体模型中去，以使应用系统与PDM系统之间的BOM具有统一的数据结构。应用系统通过对接口BOM的继承，不仅具有共享的BOM数据结构，还可以自定义扩展的BOM数据结构，应用系统可以通过接口BOM从PDM系统获得自己所需的BOM数据，同时可以将自己的BOM自动创建到PDM系统中去，保证了产品数据在其生命周期内的一致性。尽管各个应用系统的接口BOM类型各异，但是利用面向对象的多态性，这些接口BOM对于PDM系统来说是透明的，从而便于系统管理接口BOM。
接口BOM技术需要从两个方面解决系统间数据集成问题：产品数据的表达规范，产品数据的存储方式。
1、产品数据的表达规范
由于不同的应用系统对相同的产品数据可能存在多种表达方式，这样在进行集成时就存在数据的二义性问题。本论文在产品数据模型表达方面参考STEP国际标准。
产品模型数据交换标准(Standard For Exchange of Product Definition Data Model，STEP)是用于不同CAD／CAM问进行信息交换的一个国际标准。STEP技术提供一个不依赖于具体系统的中性机制，规定了产品设计、开发、制造，甚至于产品全生命周期中所包括的诸如产品形状、解析模型、材料、加工方法等必要的信息定义和数据交换的外部描述。STEP是基于集成的产品信息模型，以EXPRESS语言进行描述，以中性文件作为媒介。
2、产品数据的存储方式
在面向PLM的PDM系统中产品数据的存储方式主要有以下两种：
(1)共享数据库
目前大部分企业应用软件均采用数据库方式进行数据存储。采用共享数据库方式的特点是各子系统通过接口BOM按数据库要求直接存取数据或操作数据库。它不需要通过接口进行数据格式转换，不仅加快了集成系统的运行速度，，而且也提高了系统的集成程度。可以说采用这种方式，既可以实现各子系统之间的直接信息交换，又可以使产品全生命周期管理中各系统达到真正的数据一致性、准确性、及时性和共享性。这种方式下BOM数据的转换流程如图2-5所示。
图2-5 共享数据库方式BOM数据转换流程
(2)XML标准文件
目前各种单元软件(如CAD，CAPP等)系统大多有自己专用的文件格式，不利于系统间数据交换与集成。采用与各应用系统无关的XML标准格式文件，来解决系统间数据的输出输入问题。其数据转换过程如图2-6所示。
图2-6 基于XML的BOM转换流程
使用XML标准格式文件作为数据交换标准，每个子系统只与标准格式文件打交道，便于应用系统的开发和使用。但由于各系统不能直接从数据库中存取数据，而必须通过各种接口来进行数据交换，使其运行效率低，有可能产生数据冗余。
采用接口BOM方式实现系统间的数据集成和过程集成，彼此独立的应用系统之间通过暴露的接口中定义的方法进行操作，从而不需要知道其他应用系统的内部细节，减少了系统集成的难度，加快了系统开发的进度，降低了系统之间的耦合。这种方式既可以实现产品数据在其生命周期中的一致性、共享性和集成性，又可以使系统内的专有数据不被非法访问，因为所有的数据操作都在接口定义的控制下进行。
2.3.2.4产品生命周期中的多BOM
采用计算机辅助企业生产管理，首先要使计算机能够读出企业所制造的产品构成和所有要涉及的物料，为了便于计算机识别，必须把用图示表达的产品结构转化成某种数据格式，这种以数据格式来描述产品结构的文件就是物料清单，即是BOM(Bill of Material，物料清单)。在制造企业中，物料一词有着广泛的含义，它是所有产品、半成品、在制品、原材料、配套件，协作件等等与生产有关的物料的统称。
在现代制造企业中，BOM是核心的基础数据，是产品数字化定义的重要内容，是连接产品工程设计和生产经营管理的桥梁。在产品全生命周期的不同阶段，面对不同的生产部门，存在着多种不同意义和用途的BOM，因此保证这些BOM数据的完整性、正确性和一致性具有重要的意义。通常情况下，面向产品全生命周期为不同目的创建、设计和使用的BOM，主要有如下几种：
(1)设计BOM(Engineering BOM，EBOM)EBOM是设计部门运作过程中产生的数据清单，产品设计人员根据客户定单或技术要求进行产品设计，产生包括产品名称、产品型号、装配产品结构、明细表、产品技术条件和包装规范等信息。
(2)工艺BOM(Process Planning BOM，PPBOM)PPBOM是工艺部门组织和管理某产品及其相关零部件工艺的文件。它是在EBOM的基础上，加入零部件的工艺流程和相关设备、夹具等工艺信息而形成的。
(3)制造BOM(Manufacturing BOM，MBOM)MBOM是企业生产制造部门用来组织和管理在实际制造和生产管理过程中生产某种产品所需的零部件BOM，是制造部门按照EBOM和PBOM结合生产实际，加入详细工艺工序信息和生产目标计划后形成。它也是PDM系统与ERP系统集成的一个纽带。
(4)质量管理BOM(Quality BOM，QBOM)QBOM是企业的生产管理部门和质量控制部门根据产品的制造BOM和工艺BOM对质量的要求，描述各种自制件、外协件以及采购件的质量要求、质量检测和质量控制标准，用来指导生产质量控制和检查。
(5)成本BOM(Cost BOM，CBOM)CBOM用来描述产品及零部件的最终成本信息。它是企业的财务管理部门根据制造BOM中自制件、外协件和采购件的信息，追加企业的管理费用、设备折旧费用后计算出产品及零部件的最终成本。它用于制造成本控制和成本差异分析。
(6)采购BOM(Buying BOM，BBOM)采购部门根据制造BOM中零部件的外购和外协信息，制定产品的外购件、外协件的购买清单，同时根据自制件的工艺BOM，制定自制件的购买清单。
2.3.2.5产品数据BOM与其他BOM之间的映射
产品生命周期中BOM视图定义可以得出，设计BOM和工艺BOM是其他BOM视图的数据源。采用如下关系式表达这种关系：
D_BOM=F(EBOM，PBOM)
式中：F——BOM视图的映射函数；
D输入视图；_BOM——BOM；
EBOM——设计BOM；
PBOM——工艺BOM。
根据上述对接口BOM的论述，将BOM映射函数F在接口中定义。由于接口具有面向对象的诸多特征(如：多态，继承)，因此，当BOM映射函数改变时，只需要更改与此相关的接口，而不需要更改所有的BOM映射函数。既避免了产生BOM映射方法级联更改效应，又提高了系统的可维护性，降低了系统的维护成本。
产品数据BOM与其他BOM间的映射是面向PLM的PDM的关键技术，该技术的实现保证了产品设计数据到其他业务数据的正确转换，是实现产品生命周期管理战略思想的基础。
2.3.3产品数据的容器对象模型
随着计算机技术在企业应用的深入，产品数据管理技术在企业在中也迅速发展起来。但是产品数据管理系统内部各模块之间存在数据存储格式不一致问题(如，各种报表数据是封装在文件中)，同一数据以不同的方式存储在不同的位置。较难实现系统内相关数据模块之间的集成，形成系统内“信息孤岛”。鉴于此，为了有效实现信息集成，本文针对产品相关数据的存储与显示采用容器的方式进行数据一致性处理。
产品数据集成管理中的面向产品的特性，从中可以得出产品相关数据是实现产品全生命周期信息集成的核心。产品全生命周期过程中不同业务的处理过程实际上是对大量产品数据分析处理的过程。产品数据根据在其生命周期中作用不同可分为：设计数据、工艺数据、生产数据、装备数据、制造数据等。产品数据是其他数据的数据源，如何保证产品数据的一致性、准确性和安全性是首要解决的问题。
物理容器是产品数据的实际存储位置，它是以数据库的形式存在的，并以此作为单一数据源。逻辑容器是物理容器的可视化表现，是将物理容器中的数据根据业务处理需要，按定义的规则重新组合而形成的面向用户的显示单元如各种统计报表等，这些统计类容器对象在数据库中并不实际存在。逻辑容器是从不同角度对产品数据的描述，借助于之前论述的接口技术建立逻辑容器和物理容器之间的一对多、多对多的交互关系，实现产品数据各容器对象的有效管理。
由于接口的可继承性、多态性等特征，以此方式构建的容器对象具有很好的开放性、扩展性，用户可以根据需要定制不同的逻辑容器对象，进而实现系统的可定制。如图2·7所示为物理容器和逻辑容器之间的映射关系图。采用物理容器和逻辑容器处理产品数据，很好地解决了系统内不同功能模块之间相同产品数据的存储问题，消除了系统内信息孤岛。
图2.7 物理容器与逻辑容器的映射
首先，用户可以通过逻辑容器提供的接口向系统输入信息，这些信息在经过系统的处理后被系统统一存储在物理容器中，实现数据的一次性存储；其次，物理容器中存在的数据可以通过接口中定义的转换规则，被赋给不同的逻辑容器，从而实现了同一数据被不同数据模块的应用；最后，物理容器中的数据通过定义的接口与逻辑容器进行数据转换，所有存入和取出的数据都处在接口规则的约束下，保证了数据的一致性、安全性和易扩展性。
2.4小结
在阐述产品生命周期管理思想基础上，详细论述了面向PLM的产品数据的概念以及意义，并给出了系统解决方案的整体模型。最后详细阐述了系统实现的主要关键技术：以产品配置为产品数据引导源，通过对各种与产品相关的数据进行有效的组织、统计，将产品数据和产品配置有机关联起来的产品配置引导技术：以产品数据BOM为源头，通过数据BOM间的遗传、衍生、变异等映射技术，为企业实现产品全生命周期数据管理提供接口BOM的多BOM映射技术；以及为满足产品数据单一数据源特性，将数据存储容器划分为面向数据存储的物理容器和面向数据可视化表现的逻辑容器的产品数据容器对象模型技术。
随着全球经济进入一体化时代，企业不仅需要整合企业的内部业务流程，而且要和合作伙伴进行实时协同，资源共享和数据集成。过去人们比较关注产品全生命周期内各个阶段上的单元技术，如：各种先进的产品工程设计技术(CAX、DFX等)，或者侧重于某个环节的解决方案，如：SCM、PDM、CRM等，但从产品整个生命周期内企业内部与外部协同的角度则考虑得较少。
产品全生命周期管理(Product Lifecycle Management，PLM)是过去十几年对PDM／CAX／CIMS等信息化方案的积累与凝练，是近20年市场竞争和技术演化的结果。CIMdate将产品生命周期管理定义为：一种战略性的业务方法，它应用一组一致的业务解决方案，支持协作性地建立、管理和使用产品定义信息；它支持扩展企业(客户、设计和供应伙伴等)及跨越产品从概念到报废的整个生命周期；它将人员、流程、业务系统和信息集成在一起。
IDC(Internet Data Center，网络数据中心)将产品生命周期定义为包括规划、开发、建模、跟踪、管理控制、制造、销售、支付、维护和报废阶段全部活动的企业解决方案。
由上述观点可以得出：PLM是一个管理重构或重组的方法，是一种管理产品贯穿其生命周期中的每一个操作过程中信息的方法，它是对从产品需求开始，到产品淘汰报废的整个历程的管理。PLM是以产品数据集为基础，研究产品在其生命周期内从产品规划，设计、制造到销售等过程的管理与协同，旨在尽量缩短产品上市时间、降低费用，尽量满足用户的个性化需求。
PLM旨在通过一致的数据访问接口将不同业务和工程应用数据集成，使用户可以异地协同地工作，消除产品活动中各种数据间的信息孤岛。例如，从设计应用系统中提取材料清单到ERP系统中。它为企业提供支持产品快速设计和制造优化的集成化产品协同与制造系统，是一种战略性的思想方法。
产品生命周期管理注重对产品全生命周期的管理，注重与其他应用系统(如：ERP／SCM／CRM／PDM等软件系统)的集成，不仅可以作为制造业的产品数据管理平台，而且能够其他应用系统的集成平台，是解决制造业中“信息孤岛”问题的有效方法。
PLM的实质包含以下几个方面：
从战略上说，PLM是一个以产品为核心的商业战略。它应用一系列的商业解决方案来协同化地支持产品定义信息的生成、管理、分发和使用，从地域上横跨整个企业和供应链，从时间上覆盖从产品的概念阶段一直到产品结束它的使命的全生命周期。
从数据上说，PLM包含完整的产品定义信息，包括所有的机械的、电子的产品数据，包括软件和文件内容等信息。从技术上说，PLM结合了一整套技术和最佳实践方法，例如产品数据管理、协作、协同产品商务、企业应用集成、零部件供应管理以及其它业务方案。它沟通了在延伸的产品定义供应链上的所有的OEM(Original Equipment Manufacture，简称原始设备制造商)、转包商、外协厂商、合作伙伴以及客户。从业务上说，PLM能够开拓潜在业务并且能够整合现在的、未来的技术和方法，以便高效地把创新和盈利的产品推向市场。
PLM理念与技术的飞速发展主要有以下三个原因：第一是信息技术的推动。信息技术的快速发展使人们可以通过网络传递产品的各种数据，实现复杂异构数据的采集、异地协同和企业内部与外部的产品数据集成。设计或工程以外的部门(如用户、供应商、分销商等)可以分享设计或工程数据(如产品的三维图形、装配信息等)；设计或工程部门可以更好地了解与产品有关的其他信息(如用户需求等)。
第二是市场激烈竞争的结果。在全球化市场的大背景下，如何缩短产品上市时间和降低产品成本永远是企业孜孜追求的目标。第三是用户个性化需求的增长要求企业拥有更强大的研发与设计手段，更敏捷地对市场做出反应的机制。
2.2面向PLM的产品数据管理解决方案
在产品生命周期过程，与产品相关的数据不仅要为本部门服务，还应贯穿产品整个生命周期，能够为其他部门服务，以实现产品数据的集成和信息共享，与此相对应的应用软件系统需要能够理解其他应用系统产生的数据，这就需要在这些应用系统间建立统一的标准规范。
当前的PDM系统存在三个主要问题：系统内产品相关数据的引导问题、系统间不同产品数据格式的转换，产品数据多处存储导致的不一致问题。针对以上问题，面向PLM的产品数据管理系统采用产品配置的引导技术、接口BOM技术和产品数据容器技术，作为解决手段。
面向PLM的PDM管理是从产品全生命周期的角度出发，对与产品相关数据(如静态的产品结构和动态的开发流程)进行全面的规划，即建立面向全生命周期的产品数据定义规范、数据分类编码规范、用户视图规范、功能视图规范、数据表单规范和方法规范及它们之间的映射关系等。这些规范的建立，将贯穿业务需求分析、功能建模、数据需求分析、数据建模和后续应用开发的全过程，是实现产品全生命周期管理的基石。
面向PLM的PDM系统是以产品为核心，以产品配置数据为引导，通过接口BOM，以共享数据库和标准文件格式为基础，实现产品数据在不同应用系统间的一致性、完整性和集成性。在该系统内部各个模块之间通过产品配置的引导作用，以产品数据容器对象为载体，实现产品数据高度集成。在系统外部以接口BOM技术为手段，以共享数据库和标准文件格式为数据传递的载体，实现系统间的有效集成，进而为产品生命周期内数据的传递提供基础平台。
面向PLM的PDM系统是一个包含有外部过程(如，来自CAX、ERP、SCM和CRM的数据交换)的集成平台，形成产品生命周期上下游充分利用产品知识，自循化的闭环体系结构。
根据上述对面向PLM的产品数据管理的论述给出了如图2-1所示的面向PLM的产品数据管理的整体模型，在此模型中产品配置数据是产品生命周期中设计、生产、采购和销售等活动过程中所依赖的标准数据，由于这些数据的动态性大多是由产品技术数据(包括产品设计数据，工艺数据和制造数据)的变更所引起的，因此，本文采用以产品配置为引导的组织方式，将产品生命周期中不同阶段的目标数据通过接口BOM动态地绑定在产品配置树上，以解决产品数据的一致性维护问题；模型中的局部数据库中存放和管理的是产品生命周期中不同阶段的过程数据。
图2-1 面向PLM的PDM系统整体模型
2.3面向PLM的PDM的实现技术
2.3.1产品配置的引导技术
在产品全生命周期中，产品设计数据是企业其它数据的主要数据源，产品配置是设计数据中重要的一部分，它记录了组成产品的零部件以及其装配关系。由于在产品整个生命周期中的各阶段的数据属性大多与产品直接有关或由产品引起，因此，可以将这些属性数据与产品配置关联起来，即以产品配置为产品数据引导源，以便于对各种分散数据进行有效的管理、统计和决策，在引导方式上可分为显性引导和隐性引导两种：
1.显性引导所谓显性引导就是以产品配置为主要特征的产品配置树为显性引导源，将与产品有关的属性数据动态绑定在产品配置树上，并通过产品配置树的引导将这些属性数据按一定的规则显示在用户界面上或用于其它业务部门。采用这种引导方式的有产品设计数据、产品工艺数据和产品制造数据等。
2.隐性引导所谓隐性引导是指不通过产品配置树直接引导，而是利用产品配置树中的层次关系和相应的遍历算法对相关的数据进行相关的提取和统计，这是按照产品配置机制进行的一种间接引导方式。
下面以产品配置为引导的工艺数据管理为例，具体阐述产品配置的引导作用，在产品配置树中，产品逐层分解成部件和零件，其中根节点表示产品，枝节点表示部件，叶节点表示零件，树节点间的关系清楚地表示了产品零部件之间的装配关系。图2.2是采用面向对象的建模技术构建的基于产品配置的工艺数据管理类图。从图中可以看出，系统通过产品配置树的显性引导作用将工艺数据中的产品工艺过程信息、机加工工艺信息以及数控加工工艺信息等和产品配置树联系在一起；通过产品配置树的隐性引导作用，借助数据统计等的数据操作函数提取和统计产品、部件或者零件的材料消耗以及工时定额等。
图2-2 基于产品配置的工艺数据管理类图
2.3.2接口BOM技术
2.3.2.1PDM系统集成方式分析
随着计算机技术的不断提高，面向对象技术成为软件开发的主流设计思想，PDM系统与其他应用系统间的集成方式也在发生着变化，集成层次不断提高，粗略的可以分为三个层次：
1、应用封装
封装是将其他对象可访问的外部内容与对象隐蔽的内部细节分开，这一特征保证了对象的界面独立于对象的内部表达。PDM系统中应用封装的目的是实现异构系统间的文件信息集成。例如当对一个CAD软件被封装后，在PDM系统中就可以直接启动它，然后进行设计绘图，当设计结束后，所获得的图形文件可自动的置于PDM系统的管理之下。应用封装只能管理应用系统产生的文件整体，而不能管理文件内部数据，即不能操作文件内部的具体数据。当必须要处理各应用系统生成的内部数据关系时，应用封装显得无能为力。因此这是一种较低层次的系统集成。
2、接口模式
接口模式是比应用封装更高层次的集成模式，它把应用系统与PDM系统之问需要共享的数据模型抽象出来，把它定义到PDM的整体模型中。因此，PDM与其他应用系统之间有了统一的数据结构，应用面向对象的继承特性，每个应用除了共享的数据模型外，还可以拥有自己的扩展数据模型。如图2.3是其UML示例模型。
图2-3 接口模式
由图可以看出产品对象具有属性“产品编号”，“产品名称”，从产品对象继承的产品采购类不仅具有共享属性“产品编号”，“产品名称”，还有自己的扩展属性“供应商名称”，类似地质检类拥有扩展属性“质量等级”。在应用封装基础上，在应用系统与PDM系统共享数据模型的指导下，通过数据交换接口，实现应用系统的某些数据对象自动创建到PDM系统中去，或从PDM系统提取应用系统所需的数据对象，使两者保持异步一致。例如，在CAD系统中通过接口将零部件的描述信息和结构层次关系通过接口输出到PDM系统中，建立PDM中的产品结构树。或者从PDM系统中更改了产品结构关系后通过接口去修改CAD系统中的装配树，使两者保持一致。
3、紧密集成
紧密集成是比接口模式集成更高层次的集成模式，在这种集成模式中不同应用成了PDM系统的有机组成部分，它们之间除了可以共享数据外，还可以共享操作服务。该集成模式允许PDM系统与其他应用系统之间可以互相调用有关服务，执行相关操作，形成更紧密的集成，真正实现一体化。紧密集成是所有实施PDM企业所追求的目标，但是由于PDM系统和各应用系统分别由不同的软件厂商提供，对彼此系统的内部结构了解的不够详细，因此，目前这样的集成模式在大多数PDM系统中还难以实现。
2.3.2.2XML概述
可扩展标记语言(Extensible Markup Language，XML)是由万维网协会(World Wide Web Consortium，W3C)在1998年2月发布的面向Web应用的开放标准15⋯，XML源自标准通用标记语言(SGML，Standard Generalized Markup)，XML把SGML的丰富功能与HTML的易用性结合到一起，通过使用一个简单而又灵活的标准格式，为基于Web的应用提供了一个描述数据和交换数据的有效手段。
相对于如何在Web页面上展示数据的HTML，XML能够描述结构模型更为复杂的信息数据。XML是一种简单的、能够用任何编辑器读取的文本。这种机制让用户能够制定底层数据交换的规范，进而开发应用系统的模块，模块之间数据的传输将是符合规范的。推而广之，依据特殊的数据格式，分布式或异种数据库之间可以传输结构化数据。
XML支持跨平台、跨地域、异构应用间的协同工作，它具有良好的可扩展性、自描述性、内容和形式相分离、遵循严格的语法要求以及提供对多语种的支持等特性，可用于异构数据源之间的交互，同一数据不同的呈现方式，以及Web数据发布等等方面。另外，XML具有开放式性，可以在任何平台、任何语言上正常工作，例如Microsoft Visual Basic，Visual C++，Perl，Java，甚至COBOL都可读取XML数据，任何程序语言都可以使用XML来描述数据。
另外，XML是基于开放式的文本格式，不需要改变现有的网络，直接可以同HTTP协议进行文本文档的传送。XML是一种元语言，通过定义面向内容的标识，计算机可以理解XML文档。因此XML不仅适用于人机之间的信息交流，也适用于机器与机器之间的信息交流，XML集成的范围很广。
采用XML进行集成，不需要通过编程来提取集成多个不同数据源的信息只需要把来自不同数据源的信息先转换成XML文件，然后再经过解析器解析处理成数据流即可。因此XML也是应用程序之间信息数据交换的最佳选择。
2.3.2.3接口BOM技术分析
在产品的全生命周期中，产品配置信息跨越了几乎所有的业务部门，它在产品整个生命周期中占有重要地位。产品生命周期内不同阶段的产品数据表现为产品配置信息的不同视图描述，能够集中并反映产品配置信息的主要是各种BOM即物料清单，如设计BOM、工艺BOM、制造BOM等。如何准确、及时地做好这些物料的管理，并保证各BOM视图之间的信息正确、一致以及其数据的完整，是面向PLM的产品数据管理必须要解决的问题之一。接口BOM技术的提出为该问题的解决提供了有效途径。
接口BOM技术是PDM集成方式中的接口模式，它是指把应用系统与PDM系统之间需要共享的BOM数据模型抽取出来，定义到PDM的整体模型中去，以使应用系统与PDM系统之间的BOM具有统一的数据结构。应用系统通过对接口BOM的继承，不仅具有共享的BOM数据结构，还可以自定义扩展的BOM数据结构，应用系统可以通过接口BOM从PDM系统获得自己所需的BOM数据，同时可以将自己的BOM自动创建到PDM系统中去，保证了产品数据在其生命周期内的一致性。尽管各个应用系统的接口BOM类型各异，但是利用面向对象的多态性，这些接口BOM对于PDM系统来说是透明的，从而便于系统管理接口BOM。
接口BOM技术需要从两个方面解决系统间数据集成问题：产品数据的表达规范，产品数据的存储方式。
1、产品数据的表达规范
由于不同的应用系统对相同的产品数据可能存在多种表达方式，这样在进行集成时就存在数据的二义性问题。本论文在产品数据模型表达方面参考STEP国际标准。
产品模型数据交换标准(Standard For Exchange of Product Definition Data Model，STEP)是用于不同CAD／CAM问进行信息交换的一个国际标准。STEP技术提供一个不依赖于具体系统的中性机制，规定了产品设计、开发、制造，甚至于产品全生命周期中所包括的诸如产品形状、解析模型、材料、加工方法等必要的信息定义和数据交换的外部描述。STEP是基于集成的产品信息模型，以EXPRESS语言进行描述，以中性文件作为媒介。
2、产品数据的存储方式
在面向PLM的PDM系统中产品数据的存储方式主要有以下两种：
(1)共享数据库
目前大部分企业应用软件均采用数据库方式进行数据存储。采用共享数据库方式的特点是各子系统通过接口BOM按数据库要求直接存取数据或操作数据库。它不需要通过接口进行数据格式转换，不仅加快了集成系统的运行速度，，而且也提高了系统的集成程度。可以说采用这种方式，既可以实现各子系统之间的直接信息交换，又可以使产品全生命周期管理中各系统达到真正的数据一致性、准确性、及时性和共享性。这种方式下BOM数据的转换流程如图2-5所示。
图2-5 共享数据库方式BOM数据转换流程
(2)XML标准文件
目前各种单元软件(如CAD，CAPP等)系统大多有自己专用的文件格式，不利于系统间数据交换与集成。采用与各应用系统无关的XML标准格式文件，来解决系统间数据的输出输入问题。其数据转换过程如图2-6所示。
图2-6 基于XML的BOM转换流程
使用XML标准格式文件作为数据交换标准，每个子系统只与标准格式文件打交道，便于应用系统的开发和使用。但由于各系统不能直接从数据库中存取数据，而必须通过各种接口来进行数据交换，使其运行效率低，有可能产生数据冗余。
采用接口BOM方式实现系统间的数据集成和过程集成，彼此独立的应用系统之间通过暴露的接口中定义的方法进行操作，从而不需要知道其他应用系统的内部细节，减少了系统集成的难度，加快了系统开发的进度，降低了系统之间的耦合。这种方式既可以实现产品数据在其生命周期中的一致性、共享性和集成性，又可以使系统内的专有数据不被非法访问，因为所有的数据操作都在接口定义的控制下进行。
2.3.2.4产品生命周期中的多BOM
采用计算机辅助企业生产管理，首先要使计算机能够读出企业所制造的产品构成和所有要涉及的物料，为了便于计算机识别，必须把用图示表达的产品结构转化成某种数据格式，这种以数据格式来描述产品结构的文件就是物料清单，即是BOM(Bill of Material，物料清单)。在制造企业中，物料一词有着广泛的含义，它是所有产品、半成品、在制品、原材料、配套件，协作件等等与生产有关的物料的统称。
在现代制造企业中，BOM是核心的基础数据，是产品数字化定义的重要内容，是连接产品工程设计和生产经营管理的桥梁。在产品全生命周期的不同阶段，面对不同的生产部门，存在着多种不同意义和用途的BOM，因此保证这些BOM数据的完整性、正确性和一致性具有重要的意义。通常情况下，面向产品全生命周期为不同目的创建、设计和使用的BOM，主要有如下几种：
(1)设计BOM(Engineering BOM，EBOM)EBOM是设计部门运作过程中产生的数据清单，产品设计人员根据客户定单或技术要求进行产品设计，产生包括产品名称、产品型号、装配产品结构、明细表、产品技术条件和包装规范等信息。
(2)工艺BOM(Process Planning BOM，PPBOM)PPBOM是工艺部门组织和管理某产品及其相关零部件工艺的文件。它是在EBOM的基础上，加入零部件的工艺流程和相关设备、夹具等工艺信息而形成的。
(3)制造BOM(Manufacturing BOM，MBOM)MBOM是企业生产制造部门用来组织和管理在实际制造和生产管理过程中生产某种产品所需的零部件BOM，是制造部门按照EBOM和PBOM结合生产实际，加入详细工艺工序信息和生产目标计划后形成。它也是PDM系统与ERP系统集成的一个纽带。
(4)质量管理BOM(Quality BOM，QBOM)QBOM是企业的生产管理部门和质量控制部门根据产品的制造BOM和工艺BOM对质量的要求，描述各种自制件、外协件以及采购件的质量要求、质量检测和质量控制标准，用来指导生产质量控制和检查。
(5)成本BOM(Cost BOM，CBOM)CBOM用来描述产品及零部件的最终成本信息。它是企业的财务管理部门根据制造BOM中自制件、外协件和采购件的信息，追加企业的管理费用、设备折旧费用后计算出产品及零部件的最终成本。它用于制造成本控制和成本差异分析。
(6)采购BOM(Buying BOM，BBOM)采购部门根据制造BOM中零部件的外购和外协信息，制定产品的外购件、外协件的购买清单，同时根据自制件的工艺BOM，制定自制件的购买清单。
2.3.2.5产品数据BOM与其他BOM之间的映射
产品生命周期中BOM视图定义可以得出，设计BOM和工艺BOM是其他BOM视图的数据源。采用如下关系式表达这种关系：
D_BOM=F(EBOM，PBOM)
式中：F——BOM视图的映射函数；
D输入视图；_BOM——BOM；
EBOM——设计BOM；
PBOM——工艺BOM。
根据上述对接口BOM的论述，将BOM映射函数F在接口中定义。由于接口具有面向对象的诸多特征(如：多态，继承)，因此，当BOM映射函数改变时，只需要更改与此相关的接口，而不需要更改所有的BOM映射函数。既避免了产生BOM映射方法级联更改效应，又提高了系统的可维护性，降低了系统的维护成本。
产品数据BOM与其他BOM间的映射是面向PLM的PDM的关键技术，该技术的实现保证了产品设计数据到其他业务数据的正确转换，是实现产品生命周期管理战略思想的基础。
2.3.3产品数据的容器对象模型
随着计算机技术在企业应用的深入，产品数据管理技术在企业在中也迅速发展起来。但是产品数据管理系统内部各模块之间存在数据存储格式不一致问题(如，各种报表数据是封装在文件中)，同一数据以不同的方式存储在不同的位置。较难实现系统内相关数据模块之间的集成，形成系统内“信息孤岛”。鉴于此，为了有效实现信息集成，本文针对产品相关数据的存储与显示采用容器的方式进行数据一致性处理。
产品数据集成管理中的面向产品的特性，从中可以得出产品相关数据是实现产品全生命周期信息集成的核心。产品全生命周期过程中不同业务的处理过程实际上是对大量产品数据分析处理的过程。产品数据根据在其生命周期中作用不同可分为：设计数据、工艺数据、生产数据、装备数据、制造数据等。产品数据是其他数据的数据源，如何保证产品数据的一致性、准确性和安全性是首要解决的问题。
物理容器是产品数据的实际存储位置，它是以数据库的形式存在的，并以此作为单一数据源。逻辑容器是物理容器的可视化表现，是将物理容器中的数据根据业务处理需要，按定义的规则重新组合而形成的面向用户的显示单元如各种统计报表等，这些统计类容器对象在数据库中并不实际存在。逻辑容器是从不同角度对产品数据的描述，借助于之前论述的接口技术建立逻辑容器和物理容器之间的一对多、多对多的交互关系，实现产品数据各容器对象的有效管理。
由于接口的可继承性、多态性等特征，以此方式构建的容器对象具有很好的开放性、扩展性，用户可以根据需要定制不同的逻辑容器对象，进而实现系统的可定制。如图2·7所示为物理容器和逻辑容器之间的映射关系图。采用物理容器和逻辑容器处理产品数据，很好地解决了系统内不同功能模块之间相同产品数据的存储问题，消除了系统内信息孤岛。
图2.7 物理容器与逻辑容器的映射
首先，用户可以通过逻辑容器提供的接口向系统输入信息，这些信息在经过系统的处理后被系统统一存储在物理容器中，实现数据的一次性存储；其次，物理容器中存在的数据可以通过接口中定义的转换规则，被赋给不同的逻辑容器，从而实现了同一数据被不同数据模块的应用；最后，物理容器中的数据通过定义的接口与逻辑容器进行数据转换，所有存入和取出的数据都处在接口规则的约束下，保证了数据的一致性、安全性和易扩展性。
2.4小结
在阐述产品生命周期管理思想基础上，详细论述了面向PLM的产品数据的概念以及意义，并给出了系统解决方案的整体模型。最后详细阐述了系统实现的主要关键技术：以产品配置为产品数据引导源，通过对各种与产品相关的数据进行有效的组织、统计，将产品数据和产品配置有机关联起来的产品配置引导技术：以产品数据BOM为源头，通过数据BOM间的遗传、衍生、变异等映射技术，为企业实现产品全生命周期数据管理提供接口BOM的多BOM映射技术；以及为满足产品数据单一数据源特性，将数据存储容器划分为面向数据存储的物理容器和面向数据可视化表现的逻辑容器的产品数据容器对象模型技术。
