基于Web面向中小型制造企业的PLM系统的研究与实现

目前我国正在开展制造业信息化工程，对PLM技术和系统进行系统研究，尤其为广大中小型制造企业研究开发先进实用的PLM系统，将有助于提高我国制造业企业的产品持续创新能力，进一步提升我们国家的制造业技术水平。

虽然产品全生命周期管理PLM得到了国内外学术界和企业界的广泛重视，但对PLM还没有一个能被广泛接受的统一定义。

实际上，产品全生命周期管理PLM是指对产品从市场预测、产品规划、概念设计、详细设计、制造、装配、分销、供货、售后服务到最终报废/回收处理的全生命周期进行管理和提供服务支持的技术。因此，PLM是PDM技术在生命周期上的全面扩展，在技术层次上的进一步深化。

1 PLM系统体系结构的演化

PLM系统的体系结构在很大程度上决定了该系统的性能特点。当前在制造业企业中应用较成功的PLM系统可以分为两类:C/S结构的PLM系统和B/S结构的PLM系统。

1. 1 C/S结构的PLM系统

C/S结构即两层C/S模型，该种体系结构采用面向对象技术，以网络和数据库技术为文撑，在一定程度上解决了制造业企业信息共享程度低、反馈速度慢，产品设计重用度差，产品开发方式主要以申行方式为主等问题C/S结构的PLM系统体系结构包括二层:应用层和数据层。

但由于C/S结构上的缺陷。使得许多PDM /PLM系统难以有效融人新技术和充分利用网络资源，因而限制了它们的使用效率和扩展性;同时也难以有效地统一管理分布于各个企业的产品数据，不能实现异地产品并行设计和协同制造。

1. 2 B/S结构的PLM系统

B/S结构即三层C/S模型，该种体系结构基于Web，将商业逻辑从客户端分离出来集中在中间层服务器上，以浏览器为客户端，从而形成B/S模式。它包括三层:用户层(表示层)、中间层(逻辑层)和数据层。这种结构通过中间层服务器，实现了数据、数据处理逻辑的完全分离。其特点体现在:客户端使用通用的浏览器，不需要任何维护工作;系统的扩展性好，只要安装了浏览器就可以随时连接到系统中;信息共享程度高，开放性好，能够方便地提供广域网支持。因此，B/S结构的PLM系统可以满足新一代制造模式下企业间并行设计和协同制造的需要。但也存在一些问题和挑战:(1)技术难度较大。目前基于Web的分布式技术仍不太成熟，浏览器功能不够完善，单纯以浏览器作客户端难以完全实现PDM/PLM系统环境所需的复杂操作。(2)应用工具的网络支持不够普遍。

PDM/PLM系统必须实现对一些应用工具，如GAx、DFx等应用系统的集成，但就目前情况而言，这些工具还不能普遍支持网络文件即时传输。(3)对网络管理、服务器负载平衡和错误的承受力提出了更高的要求。

综上所述，必须寻求一种更新的PLM系统的体系结构，基于新体系结构的PLM系统应能够支持广域网.具备扩展性好、信息共享程度高、互操作能力强、资源共享程度高、软件维护方便、使用简单和信息安全程度高的特点;能够在分布式、多用户的网络协作环境中实现统一的数据管理功能，同时充分利用现有企业网络和原来的系统功能，尽可能保护企业已有投资，便于应用系统集成。

2 PLM系统体系结构模型

2. 1 PLM系统的功能模型

作为全面支持扩展企业应用的软件集成平台和工具集，PLM系统应用功能的范围和系统的体系结构都表现的参差不齐。根据对几种主流PLM系统和专门从事PLM和CIM 相关技术咨询业务的国际公司(CIMdata公司)的研究报告，我们认为PLM 系统应包括下列核心功能:([)金生命周期模型管理;(2)电子仓库/文销管理;(3) 产品结构与配置管理;(4) 工作流/过程管理; (5)产品零部件分类管理;(6)项目管理; (7)工程变更管理; (8) 协同设计与制造;(9) 浏览与圈阅; (10) 系统定制与集成工具。该PLM 系统功能模型如图l 所示。

2. 2产品全生命周期模型-RCEMS模型

为了建立统一、高效的产品全生命周期模型，基于我们以前的研究进展，离散制造企业的产品全生命周期应划分为下列5个阶段:产品需求分析、概念设计、详细设计、制造和瞥后服务支持阶段。与之相对应的产品模型分别为:产品需求模型(product Require model-R)、产品概念模型(product Conception model--C )、产品设计模型(product Engineering model-E)、产品制造模型(product Manufacturing model---M)和产品服务模型(product Service model-S)。

因此，我们将此产品全生命周期模型体系称为RCEMS模型。该RCEMS模型间的转化和映射主要通过产品配置、相应的BOM及相关文档来实现。

2. 3 PLM系统的体系结构模型

对于面向并行设计和协同制造的PLM系统，使用J2EE.Web/Web Service，及其相关技术构建多层模型是一种可行的方案，因为该模型是基于可在广泛平台实现的开放标准和协议。

这种PLM系统的体系结构模型如图2所示，该模型包括7层:数据层、执行层、功能层、网络层转换层、工具层和用户层。

数据层:采用UML作为建模语言，使用集成的图形化建模工具Rational Rose或ARIS对产品全生命周期中的信息和过程进行建模。数据逻辑层的数据结构采用STEP标准中的EX-PRESS语言进行表达，定义产品数据的应用解释模型。在数据模型的物理层描述方面，利用XML作为中间文件交换格式。实现面向并行设计和协同制造的虚拟企业各应用系统之间的数据传递与解析。该层包含与产品全生命周期过程相关的各种数据库、知识库、资源库和模型库等。对于异地分布的企业或动态联盟企业，这里的数据库通常指的是分布式数据库。

作为全面支持扩展企业应用的软件集成平台和工具集，PLM 系统应用功能的范围和系统的体系结构都表现的参差不齐。根据对几种主流PLM 系统和专门从事PLM和CIM相关技术咨询业务的国际公司(CIMdata公司)的研究报告，我们认为PLM 系统应包括下列核心功能:(1)金生命周期模型管理;(2)电子仓库/文销管理;(3) 产品结构与配置管理;(4) 工作流/过程管理; (5)产品零部件分类管理;(6)项目管理; (7)工程变更管理; (8) 协同设计与制造;(9) 浏览与圈阅; (10) 系统定制与集成工具。该PLM 系统功能模型如图1所示。

网络层:包括Internet /lntranet/extranet.分布式计算标准与协议，如Web/Web Services,CORBA/IIOP等o Web Service，采用面向对象技术包装数据，通过简单对象访间协议SOAP实现基于Web的不同应用的访问。

事实上，这个访问过程就是通过远程调用各种目标系统的不同信息和行为。Web Services及其相关标准协议，包括XML,SOAP, WSDL, UDDf和WSFL等，是Web应用的更高级形式。Web Service，是自包含、自描述和模块化的应用，可以发布和定位，并通过Web调用。Web Service，一旦部署之后，其他WebServices应用程序可以发现并调用它部署的服务。

转换层:针对不同用户对产品数据的使用情况，采用不同建模语言及转换标准。对于设计合作者《即设计工程师)，通常情况下是使用自己所熟悉的CAD系统进行产品设计，作为设计结果的CAD文件按照STEP标准可以被转换成STEP格式，并存储在数据库中;对于需要对产品数据进行操作的其他设计合作者或设计协作者，需要将STEP文件转换为XML文件.以便于进行网络传输;实际使用时又需将XML文件转换为STEP文件，以实现并行设计和协同开发;对于产品客户或不需要对产品数据进行操作的 设计协作者(如一些产品管理人员)，只需要将STEP文件转换VRML文件形式，以便使用浏览器浏览、查阅即可。

工具层:包括统计分析工具、设计创新工具、CAx/DFx 、三维图裆浏览工具和管理信息系统等。统计分析工具包括AHP( 层次分析法)、QFD( 质量功能展开)等;设计创新工具包括TRIZ 或其他专用设计软件; CAx/ DFx 包括CAD 、CAE 、CAPP、CAM ，DFM 、DFA、DFC 、DFE 等;三维图挡浏览工具一般是在通用浏览器中安装VRML 插件以实现产品三维图挡的浏览;管理信息系统主要包括ERP， SCM 和CRM 等。

用户层:包括设计合作者、设计协作者和客户。设计合作者一般是指设计工程师。设计协作者包括制造工程师、质检工程师、标准化工程师、生产管理人员、采购"销售·供应人员、技术服务人员等。客户一般分为忠实客户、一般客户和潜在客户等。

3、PLM系统实现策略及工程应用实例

3.1 PLM系统实现策略

为了满足广大中小型制造企业适应在动态联盟的环境中对产品全生命周期数据管理的需求，协调产品开发进程.充分利用成员企业的软硬件资源，为产品开发团队提供异地产品开发的并行设计和协同开发工作环绕， PLM 系统应采用局部自治、全局共享的系统实现策略。

为实现PLM系统软件的可重构，在系统实现方面采用面向对象技术和组件技术，并参照"Product Data Management Enablers进行系统的模块化设计。在协同设计可视化方面，可以集成典型的商用系统，如Autovue,ConceptWorks, Alibre Design, Onespace, 3Space Assistants from Template Graphics Software，Solid Views from Solid Concepts 。

为了实现设计信息的自动更新、自动获取以及产品全生命周期数据管理及过程的自动化，可以采用多仰望技术(Multi - agents)。由于Web/Web Se凹ic曲技术使用了标准的Web 协议(HTTP，SMTP等)和一系列其他的标准协议(XML、SOAP、WSDL，UDDI和WSFL等)而具有良好的跨越网络防火墙的能力，对于虚拟企业之间应用系统的集成，应采用Web Services技术将各应用系统封装为Web Services组件，并在Web seRVices服务中心进行注册， Web servic回请求者使用查找操作到Web services 服务中心搜索服务描述，然后使用服务描述与Web services 提供者进行绑定，可以直接词用Web serices 提供者部署的服务。

因此，基于J2EE 规范和Web/Web Services 技术的PLM系统体系结构及其解决方案为实现动态联盟企业的信息集成、过程集成和企业集成提供了坚实的技术支撑;同时也为企业应用集成提供了一种崭新的集成方法。

3.2 系统实现与应用

根据上述的系统实现策略和提出的PLM系统的体系结构，我们采用Java语言、J2EE技术标准、Tomcat5. 0 , Jbuilder8. 0和SQL Sever2000 等工具开发了一套基于Web 的产品全生命周期数据管理系统，该系统包括系统管理、组织管理、产品结构管理、文档管理、流程管理和售后服务管理等模块，该系统目前正在沈阳东方钦业有限公司使用，应用效果良好。

4、结语

本研究针对离散制造业中的中小型企业，在参考当前国内外知名PDM/PLM软件供应商和研究机构研究成果的基础上，提出了一种适合并行设计和协同制造的PLM系统体系结构；给出了PLM系统实现策略，采用WEB技术、Java语言和基于J2EE体系系统结构开发了一个基于WEB的面向广大中小型制造企业的PLM系统;并在试点企业中进行了应用，取得了较好的效果。