目前我國正在開展制造業(yè)信息化工程，對PLM技術和系統(tǒng)進行系統(tǒng)研究，尤其為廣大中小型制造企業(yè)研究開發(fā)先進實用的PLM系統(tǒng)，將有助于提高我國制造業(yè)企業(yè)的產品持續(xù)創(chuàng)新能力，進一步提升我們國家的制造業(yè)技術水平。

雖然產品全生命周期管理PLM得到了國內外學術界和企業(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，產品全生命周期管理PLM是指對產品從市場預測、產品規(guī)劃、概念設計、詳細設計、制造、裝配、分銷、供貨、售后服務到最終報廢/回收處理的全生命周期進行管理和提供服務支持的技術。因此，PLM是PDM技術在生命周期上的全面擴展，在技術層次上的進一步深化。

1 PLM系統(tǒng)體系結構的演化

PLM系統(tǒng)的體系結構在很大程度上決定了該系統(tǒng)的性能特點。當前在制造業(yè)企業(yè)中應用較成功的PLM系統(tǒng)可以分為兩類:C/S結構的PLM系統(tǒng)和B/S結構的PLM系統(tǒng)。

1. 1 C/S結構的PLM系統(tǒng)

C/S結構即兩層C/S模型，該種體系結構采用面向對象技術，以網絡和數(shù)據(jù)庫技術為文撐，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，產品設計重用度差，產品開發(fā)方式主要以申行方式為主等問題C/S結構的PLM系統(tǒng)體系結構包括二層:應用層和數(shù)據(jù)層。

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

1. 2 B/S結構的PLM系統(tǒng)

B/S結構即三層C/S模型，該種體系結構基于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。這種結構通過中間層服務器，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，不需要任何維護工作;系統(tǒng)的擴展性好，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支持。因此，B/S結構的PLM系統(tǒng)可以滿足新一代制造模式下企業(yè)間并行設計和協(xié)同制造的需要。但也存在一些問題和挑戰(zhàn):(1)技術難度較大。目前基于Web的分布式技術仍不太成熟，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)境所需的復雜操作。(2)應用工具的網絡支持不夠普遍。

PDM/PLM系統(tǒng)必須實現(xiàn)對一些應用工具，如GAx、DFx等應用系統(tǒng)的集成，但就目前情況而言，這些工具還不能普遍支持網絡文件即時傳輸。(3)對網絡管理、服務器負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)的體系結構，基于新體系結構的PLM系統(tǒng)應能夠支持廣域網.具備擴展性好、信息共享程度高、互操作能力強、資源共享程度高、軟件維護方便、使用簡單和信息安全程度高的特點;能夠在分布式、多用戶的網絡協(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)網絡和原來的系統(tǒng)功能，盡可能保護企業(yè)已有投資，便于應用系統(tǒng)集成。

2 PLM系統(tǒng)體系結構模型

2. 1 PLM系統(tǒng)的功能模型

作為全面支持擴展企業(yè)應用的軟件集成平臺和工具集，PLM系統(tǒng)應用功能的范圍和系統(tǒng)的體系結構都表現(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 相關技術咨詢業(yè)務的國際公司(CIMdata公司)的研究報告，我們認為PLM 系統(tǒng)應包括下列核心功能:([)金生命周期模型管理;(2)電子倉庫/文銷管理;(3) 產品結構與配置管理;(4) 工作流/過程管理; (5)產品零部件分類管理;(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產品全生命周期模型-RCEMS模型

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

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

2. 3 PLM系統(tǒng)的體系結構模型

對于面向并行設計和協(xié)同制造的PLM系統(tǒng)，使用J2EE.Web/Web Service，及其相關技術構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)的開放標準和協(xié)議。

這種PLM系統(tǒng)的體系結構模型如圖2所示，該模型包括7層:數(shù)據(jù)層、執(zhí)行層、功能層、網絡層轉換層、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對產品全生命周期中的信息和過程進行建模。數(shù)據(jù)邏輯層的數(shù)據(jù)結構采用STEP標準中的EX-PRESS語言進行表達，定義產品數(shù)據(jù)的應用解釋模型。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)面向并行設計和協(xié)同制造的虛擬企業(yè)各應用系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳遞與解析。該層包含與產品全生命周期過程相關的各種數(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。

作為全面支持擴展企業(yè)應用的軟件集成平臺和工具集，PLM 系統(tǒng)應用功能的范圍和系統(tǒng)的體系結構都表現(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相關技術咨詢業(yè)務的國際公司(CIMdata公司)的研究報告，我們認為PLM 系統(tǒng)應包括下列核心功能:(1)金生命周期模型管理;(2)電子倉庫/文銷管理;(3) 產品結構與配置管理;(4) 工作流/過程管理; (5)產品零部件分類管理;(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。

網絡層:包括Internet /lntranet/extranet.分布式計算標準與協(xié)議，如Web/Web Services,CORBA/IIOP等o Web Service，采用面向對象技術包裝數(shù)據(jù)，通過簡單對象訪間協(xié)議SOAP實現(xiàn)基于Web的不同應用的訪問。

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

轉換層:針對不同用戶對產品數(shù)據(jù)的使用情況，采用不同建模語言及轉換標準。對于設計合作者《即設計工程師)，通常情況下是使用自己所熟悉的CAD系統(tǒng)進行產品設計，作為設計結果的CAD文件按照STEP標準可以被轉換成STEP格式，并存儲在數(shù)據(jù)庫中;對于需要對產品數(shù)據(jù)進行操作的其他設計合作者或設計協(xié)作者，需要將STEP文件轉換為XML文件.以便于進行網絡傳輸;實際使用時又需將XML文件轉換為STEP文件，以實現(xiàn)并行設計和協(xié)同開發(fā);對于產品客戶或不需要對產品數(shù)據(jù)進行操作的 設計協(xié)作者(如一些產品管理人員)，只需要將STEP文件轉換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( 質量功能展開)等;設計創(chuàng)新工具包括TRIZ 或其他專用設計軟件; 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:包括設計合作者、設計協(xié)作者和客戶。設計合作者一般是指設計工程師。設計協(xié)作者包括制造工程師、質檢工程師、標準化工程師、生產管理人員、采購"銷售·供應人員、技術服務人員等。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)適應在動態(tài)聯(lián)盟的環(huán)境中對產品全生命周期數(shù)據(jù)管理的需求，協(xié)調產品開發(fā)進程.充分利用成員企業(yè)的軟硬件資源，為產品開發(fā)團隊提供異地產品開發(fā)的并行設計和協(xié)同開發(fā)工作環(huán)繞， PLM 系統(tǒng)應采用局部自治、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，在系統(tǒng)實現(xiàn)方面采用面向對象技術和組件技術，并參照"Product Data Management Enablers進行系統(tǒng)的模塊化設計。在協(xié)同設計可視化方面，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)設計信息的自動更新、自動獲取以及產品全生命周期數(shù)據(jù)管理及過程的自動化，可以采用多仰望技術(Multi - agents)。由于Web/Web Se凹ic曲技術使用了標準的Web 協(xié)議(HTTP，SMTP等)和一系列其他的標準協(xié)議(XML、SOAP、WSDL，UDDI和WSFL等)而具有良好的跨越網絡防火墻的能力，對于虛擬企業(yè)之間應用系統(tǒng)的集成，應采用Web Services技術將各應用系統(tǒng)封裝為Web Services組件，并在Web seRVices服務中心進行注冊， Web servic回請求者使用查找操作到Web services 服務中心搜索服務描述，然后使用服務描述與Web services 提供者進行綁定，可以直接詞用Web serices 提供者部署的服務。

因此，基于J2EE 規(guī)范和Web/Web Services 技術的PLM系統(tǒng)體系結構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支撐;同時也為企業(yè)應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)的體系結構，我們采用Java語言、J2EE技術標準、Tomcat5. 0 , Jbuilder8. 0和SQL Sever2000 等工具開發(fā)了一套基于Web 的產品全生命周期數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括系統(tǒng)管理、組織管理、產品結構管理、文檔管理、流程管理和售后服務管理等模塊，該系統(tǒng)目前正在沈陽東方欽業(yè)有限公司使用，應用效果良好。

4、結語

本研究針對離散制造業(yè)中的中小型企業(yè)，在參考當前國內外知名PDM/PLM軟件供應商和研究機構研究成果的基礎上，提出了一種適合并行設計和協(xié)同制造的PLM系統(tǒng)體系結構；給出了PLM系統(tǒng)實現(xiàn)策略，采用WEB技術、Java語言和基于J2EE體系系統(tǒng)結構開發(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)中進行了應用，取得了較好的效果。