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工程机械跨生命周期数据管理系统
来源：清华大学
浅论企业PDM/PLM系统建设成功经验
来源：e-works 作者：陈凡
https://articles.e-works.net.cn/pdm/article149572.htm
随着“中国制造2025”强基工程战略的稳步推进，企业数字化转型实施如火如荼的践行落地，作为构建企业研发制造数字化转型重要支撑平台的PDM/PLM系统建设成功与否，对实现企业的数字化转型至关重要。
笔者现结合部分典型企业PDM/PLM的建设成功经验进行浅显总结分享，旨在相互学习、相互促进，助推企业高水平发展、助力企业全产业链数字化转型，努力向着“碳达峰”、“碳中和”目标迈进。欢迎批评指正。
1.PDM/PLM平台选型建议
企业推进数字化转型，第一步即规划构建企业数字化信息支撑架构平台，进行企业数字化转型基础设施建设，而PDM/PLM平台选型就是其重要的基础性工作之一。市场上PDM/PLM系统提供商，虽型号众多品牌广泛，其中不乏国际知名PDM/PLM系统供应商、也有雨后春笋般的国产跟进PDM/PLM系统供应商，但经过市场检验和时间沉淀，具有市场主导地位的PDM/PLM系统平台，现阶段仍为欧美三巨头PTC、西门子、达索。
图1 产品认可价值
1.1 PDM/PLM系统支撑领域
新一代PDM/PLM系统平台的产品全生命周期管理能力包括：需求管理、产品数据管理、项目协调管理、BOM管理、变更及配置管理、制造过程管理、服务流程管理。
图2 产品全生命周期管理能力
1.2 可选 PDM/PLM系统产品特性要求
1.2.1 产品特性
-
具备完整的产品线
产品地位高；
产品覆盖广；
产品模块全。 -
构建强大的技术架构
体系架构的先进性；
系统的开放性和灵活性；
系统服务器支持；
强大的系统集成；
良好的扩展能力；
易学、易用、易维护；
安全性。 -
搭建强大的技术支撑
成熟技术应用；
新技术应用。
1.2.2 应用价值
产品能持续提升用户研制能力；
产品更便于工程化应用；
产品支撑企业技术变革，支持企业战略发展。
2.PDM/PLM建设核心内容
2.1 需求管理
2.1.1 构建系统工程模型
使用统一建模语言（Unified Modeling Language，UML），应用SysML工具，把SysML的建模工具和已有专业分析软件如FEA、CAD等进行集成，给出MBSE的整体解决方案，用于工程系统的开发。
2.1.2 统一的需求信息库
建立产品研制统一的需求项信息存储库，支持能力包括：需求信息的捕获；需求项属性定义；需求的追溯；需求的更改；需求报告；需求的协同。
2.1.3 构建基于MBSE的产品全生命周期管理
建设基于系列化的产品平台实施应用，驱动数字世界与物理世界有效融合，提升跨团队与跨学科的软件和系统工程设计成熟度来加速产品创新与企业增值。
图3 基于MBSE的产品全生命周期管理
2.2 数字化研发项目管理
2.2.1 项目管理模板定义
PDM/PLM系统建设平台项目管理重点构建定义项目管理模板的能力，使用不同项目类型及对应模板的定义（按事业部、按规模、按重要程度），定义不同项目的模板、包括项目中计划、可交付结构、项目团队模角色、文档模板、文件夹结构、权限模板等。可根据实际项目进行裁剪。
2.2.2 项目计划WBS分解
项目或产品开发有其固有的生命周期，如项目的立项、方案设计、详细设计、制造、采购、服务等。工作分解结构（WBS），定义项目必须完成的工作活动，它标识必须被完成的步骤，定义活动的排序。分解复杂项目成可管理的组件，在一个非常大的项目或者方案中，定义一个顶层结构，接着定义一级的活动计划和任务接受者，一级任务接受者可定义二级的活动计划，三级的依次类推。
2.2.3 项目任务与项目成果物关联交付管理
PDM/PLM系统平台建设需保障设计师能够在个人工作看板中了解到工作任务，按要求开始工作，提交交付物，走相应的审批流程，达到批准状态，完成设计任务。
PDM/PLM系统平台建设保障落地项目文档的集中存储和共享，根据项目的阶段划分文件夹，项目的团队成员能够及时上传项目的数据，很多的任务需要提交交付项，交付项可以与任务，里程碑关联，每个任务可关联多个交付项，交付项数据类型和文件模板都可以在项目模板中定义好。
图4 工作任务
图5 新建交付项
2.3 数字化研发数据管理
2.3.1 机械数据管理
结合设计工具应用，完成MCAD设计工具集成，实现机械结构数据的管理。为了简化设计人员的数据重复录入和实现系统的良好集成，产品数据管理系统应该能够提供相应的CAD系统的接口，保证系统能够直接将CAD系统的产品BOM输入到数据管理系统中，建立对应的产品结构树或BOM结构。并将其与CAD系统的模型文件或图纸建立关联。
2.3.2 电子数据管理
结合设计工具应用，完成ECAD设计工具集成，实现电子设计数据的管理。如Windchill提供和Mentor/Cadence/Altuim等ECAD工具的集成接口，设计人员在ECAD中完成原理图/印制板图的设计后，可以通过Windchill和ECAD之间的集成模块，将设计的结果以及BOM表上载到Windchill系统中进行管理和后续的签审工作。如图7是ECAD软件与Windchill的接口示意。
图6 MCAD集成
图7 ECAD集成
2.3.3 基础数据管理
在实现基于MCAD-ECAD的机电一体化数据管理过程中，需要结合企业自身实际落实企业的标准件及标准件模型管理、电子元器件管理、通用件管理、外购件管理、原材料管理。
2.3.4 产品技术文档管理
根据企业的研发设计管理程序文件规定，研发产品数据需要根据产品的研制类型和研制阶段进行产品技术文档编制提交，保证项目研制过程的产品技术文档提交完整、签审发布合规、归档下发正确，保障产品技术文档的齐套、分类管控精准、产品交检顺利，后续资料文档追溯便捷。
2.3.5 产品EBOM数据管理
PDM系统是以产品结构（EBOM）为核心进行产品数据的管理。在PDM系统中，作为产品研发设计的协同管理平台，围绕EBOM形成和管理研发相关的所有产品数据，各业务单位通过EBOM可以准确获取各自所需的产品相关的数据。
图8 业界标准CMII变更控制规范
2.4 数字化研发流程管理
2.4.1 研发数据首版发布管理流程
产品研发数据管理的核心流程之一是产品BOM结构关联的模型图纸、技术文件的首版签审发布，其流程提交的便捷性、友好性，签审数据的合规性，审核数据的操作易用性，流程路由的稳定性等至关重要。
2.4.2 研发数据变更发布管理流程
产品研发数据管理的核心重要流程变更发布管理流程，在PDM/PLM系统建设过程中需重点落实数据版本控制、变更历史可追溯目标，同时需充分考虑更改流程执行效率及可行性。
建立基于CMII变更管理要求的工程变更管理体系（如图8），同时，结合企业实际简化更改管理流程。
2.5 数字化工艺制造管理
2.5.1 工艺MBOM管理
在生产实施和计划过程中，企业通过MBOM进行指导生产，PLM系统需要提供EBOM向MBOM转换的能力，并建立EBOM与MBOM之间的动态关联。
工艺MBOM的核心管理要素如下：
- 建立设计零部件对等的工艺零部件；
- 基于eBOM，在MBOM中进行零部件装配数量的拆分；
- 增加用于制造和运输的相关零部件和消耗品；
- 指派工艺零部件的所属；
- 为同一车间或不同车间定义多种有效的BOM；
- 分析MBOM的数量，确认它消耗的数量和eBOM相同；
- 实现基于MBOM的工艺任务分工与工艺路线创建。
图9 工艺BOM管理
2.5.2 工艺设计管理
实现基于结构化的工艺设计管理，构建更小颗粒的数据管理体系，拓展数据管理细化至工序、工步级别。以此进行结构化工艺设计管理，并能基于统一操作界面修改多个制造相关的数据结构。同步实现装配动画、工序模型及工艺标准文件通过关联的方式与工序、工步节点建立关系，实现基于结构树的一体结构化管理。
2.5.3 工艺资源管理
着力构建实现按照企业要求的工艺资源分类定义工艺系统中的工艺资源类别，实现工艺资源的集中管理，并以结构化的数据方式将各种工艺标准、规范、设备、工装、工艺术语、量具、材料等有序的关联管理起来，并能够详细的描述它们之间的依存和约束关系。建立对工艺资源数据的创建、审核、更改功能。同时将经常被使用或者经过验证并被推荐重用的工艺编辑的常用语在PLM系统中进行发布提升管理，提升为典型工艺方便工艺员直接调用这些常用语，实现具体产品的实际工艺规程编制。在输入工艺内容过程中，建立输入内容或首字母与工艺常用语库中内容匹配智能化，构建系统智能自动提示后面的内容关联能力。
图10 结构化的工艺编辑器
图11 工艺资源管理
2.5.4 工艺变更管理
基于PLM系统平台强化设计工艺一体化变更管理，提升工艺变更管理质量，落实设计工艺一体化变更中设计更改的工艺会签机制，落实工艺提前协同程序，并支持工艺开展MBOM同步变更。同时系统以显性标识显示设计变更信息，设计变更必须要在MBOM进行落实，保障设计工艺信息一致性。设计更改归档后，下发工艺更改任务继续执行MBOM/工艺规程换版更改，实现设计工艺一体化更改闭环管理。
图12 工艺变更管理
2.5.5 工艺发布管理
实现企业级工艺发布需求，整合定制三维的、动态的、基于网页的工艺发布模式，支持三维模型、动画、二维图、文本、特殊符号等多种工艺设计内容的发布与展示，同时建立工艺发布信息在车间终端展示的平台载体能力，减少纸质图纸文档的下发与车间流转现象，实现数字化管理应用与智能化发布应用。
图13 无纸化发布
2.6 数字化售后服务管理
2.6.1 售后服务SBOM管理
在产品全生命周期的不同阶段，BOM数据结构因业务关注点不同而存在差异，从而衍生出不同类型的BOM，例如设计阶段的EBOM、生产阶段的MBOM和售后服务的SBOM、OSBOM等。每种BOM都基于上一环节的BOM进行改造处理，可达到最大程度复用企业已有BOM以及贯通企业上下游数据链的目的。
针对高端产品售后服务领域数据不能有效管理，更改的设计数据不能及时传递到售后服务部门，而导致产品数据在不同部门不一致的问题，在EBOM数据管理的基础上，分析EBOM数据到SBOM数据、再到OSBOM的转换处理方式，提出以SBOM为主线组织、管理和存储售后服务数据。SBOM作为SLM业务的核心，关联了EPC、IETM等业务应用，SBOM的功能包含SBOM管理、变更、配置以及基础数据等。
图14 基于SBOM的售后服务业务逻辑图
2.6.2 基于SBOM的电子零备件目录EPC
EPC系统专注于优化售后服务和零备件业务，用于查看产品的电子零备件目录，导航管理、产品信息发布(打印，互联网发布)；各类产品信息及零备件的搜索/浏览；零备件的订单生成（电子商务，电子采购）；客户、技术服务人员交换信息和注释，便于反馈；与经销商系统集成，用于上下游协调管理。
图15 EPC系统业务流程
2.6.3 基于SBOM的交互式电子技术手册IETM
以技术手册为载体的服务信息作为售后服务支持的重要组成部分，直接关系到售后服务的成效和水平。其所涉及的信息不仅包括设计、试验、生产、使用等环节产生的数据，技术手册的电子化、网络化、标准化的特征，决定了其在售后运维中的核心地位和作用。在企业快速成长的过程中需要依托业界领先的、成熟优秀的产品和专业的技术服务，助力企业实现各种服务信息（产品说明书、技术说明书、使用说明书、维护与保养手册、故障分析与排除手册、安装指南、服务公告、培训信息、零件列表/目录等）的全流程管理。
图16 服务信息系统SIM架构
3.PDM/PLM建设成功的保障
3.1 优秀支撑平台选择
优秀的PDM/PLM系统平台供应商，其PDM/PLM产品须具备全面的产品数据管理能力，结构化工艺制造管理能力、数字化售后服务保障能力，以及支撑企业数字化转型的拓展能力。其PDM/PLM平台须具备先天外向的开放基因、成熟稳定的扩展性、一体化基于纯Web Internet和互联互通的成熟体系架构、全球头部企业成功实践应用的可靠性、技术设计先进性、未来版本升级兼容性、系统成熟可维护性、操作使用便捷性等诸多要素，才能作为企业建设PDM/PLM系统的综合优选考量基准。
图17 数物融合
3.2 优秀合作伙伴选择
实施PDM/PLM是一项复杂的工程，涉及到企业的各个方面，PDM/PLM应用的好坏，将直接影响到企业的研发质量和效率。因此在选择IT合作伙伴时，不仅关注IT合作伙伴能提供适合企业需求的软件产品，还应关注IT合作伙伴具备长期合作、强大的技术支持和服务能力。
北京典道互联科技有限公司成立于2008年，是专业致力于离散制造业产品全生命周期管理PLM解决方案、新兴的基于物联网及大数据技术的智能制造解决方案供应商。公司凭借在制造业产品全生命周期管理领域20余年的咨询规划、产品研发以及实施服务经验，结合工业互联网和大数据分析技术，通过构建高效的CPS数物结合的产品全生命周期管理价值链，为工业企业提供包含创新研发、卓越制造、敏捷服务、智慧管控的数字化转型解决方案，促进工业企业的动能转换和提质增效。
3.3 建立长期发展PDM/PLM建设资源投入规划机制
数字化转型本身就是一个持续性推进与实施战略，企业PDM/PLM系统建设也不是一蹴而就、一两期项目就能建设完成的，需要企业信息管理者与规划者从企业顶层推进，建立长期发展PDM/PLM建设资源投入规划机制。
4.结论
“万丈高楼平地起”在庞大的数字化转型宏观视角下，企业要脚踏实地从产品数据管理基础内核着手构建PDM/PLM系统平台核心能力，强化内力、提升研制效率与质量向管理要效率、向管理要产值。
从整个公司层面，打造基于业务活动的数字化系统，基于数据流向的信息化系统，实现数字信息化，构建工业互联的智慧管控体系，为中国的智能制造赋能，为全球“碳达峰”、“碳中和”目标贡献企业智慧与企业动能。
