按照客戶訂單分離點在生產過程中位置的不同，可以將企業分為按訂單銷售(sale to order，STO)、按訂單制造(make to order，MTO)、按訂單裝配(assemble to order，ATO)、按訂單設計(engineer to order，ETO)等類型 。其中ETO類型的企業中，需要按照客戶訂單的要求，重新設計滿足這些要求的零部件，或對其他零件進行變形設計，在此基礎上，向客戶提供定制產品。在ETO的生產方式中，全部或部分零部件的設計、采購、制造、裝配都是由客戶訂單驅動的，典型的ETO類型的企業有飛機、鐵路機車制造等。對于ETO類型的企業來說，由于產品的復雜性與特殊性，以及產品的技術準備周期長、設計變更多、工藝種類繁多、裝配任務重等特點，使得產品源頭數據的準確與規范以及設計工藝的協同應用顯得尤為重要。對于某些復雜裝備制造(飛機、機車)企業來說，售后運維也是企業重要的業務環節，在運維業務執行的過程中也需要能夠及時、準確地消化產品源頭的數據信息。產品全生命周期管理(product lifecyele management，PLM)是一種在系統思想指導下，綜合人、過程和技術對產品全生命周期內與產品相關信息、過程、資源等進行管理的方法，它覆蓋產品從需求分析至報廢的整個生命周期。實際上PLM技術是由PDM(product data management，產品數據管理)技術發展而來，但又不局限于PDM技術，它的核心理念是以產品數據為核心，將產品數據及時地分發到企業業務的各個環節，并對過程進行統一的管理。對于PDM來說，其側重于產品開發階段數據的管理，PLM則側重于對產品全生命周期內數據的管理；PDM側重于對企業內部產品數據的管理，PLM則強調對產品生命周期內跨越供應鏈的企業聯盟內的所有信息進行管理和利用 。對于ETO類型的企業來說，由于企業自身的特點，使得PLM系統的建設在實現企業信息化的過程中具有舉足輕重的地位。
從信息化在離散制造企業的應用來看，目前大多數企業已實施了PDM系統，實現了諸如圖文檔管理、工作流審批、CAD集成、BOM管理等PDM核心功能的建設，達到了設計內部的協同及信息化的應用。但此時企業面臨的問題是如何將PDM的價值延伸到企業的工藝、生產、維護等各個業務環節，實現各個業務環節對產品數據的消費及再創造，所以設計工藝的一體化、PLM系統平臺的建設成為離散制造行業的信息化應用熱點。
1 PLM系統平臺的架構及實施理念
Teamcenter是西門子工業軟件公司的產品全生命周期管理核心解決方案，是業內首個將單個軟件應用轉變為在SOA(service oriented architecture。面向服務的體系結構)的基礎上建立的，跨專業、跨項目階段和計劃、真正集成化的PLM解決方案，為大小制造企業提供了平臺可擴展性、應用豐富性以及可配置性能力。Teamcenter軟件包涵蓋了從早期的需求計劃到最后的維護檢修階段所有過程的跨越產品全生命周期的應用及解決方案，它包括維護檢修、需求協同、企業協同、工程協同、制造協同、項目協同等多個方面。Teamcenter既具備PLM軟件平臺的能力，同時也可以作為單個業務解決方進行部署。同時，Teamcenter也是在行業內應用最為廣泛的PLM系統解決方案。
如圖l所示，企業選擇Teamcenter作為PLM系統的解決方案，并在PLM系統構建工程協同、制造協同、項目協同等諸多解決方案。其中制造協同是Teamcenter數字化工藝的解決方案，它建立了一個管理產品、工藝、車間和資源信息的統一集成環境，可以實現與工程協同的無縫集成，支持在產品的技術準備周期中設計業務與工藝業務之間準確、迅速地傳遞信息，實現工程變更的快速協同與閉環管理。
圖1 Teamcenter架構圖
1.1 PLM 系統平臺的架構
某公司研發軟件系統平臺始建于2002年，由PDM系統、CAPP系統、通知管理系統、編碼管理系統等組成，實現了以二維設計為主的產品設計和產品數據管理。各系統相對獨立，信息孤島的情況嚴重，軟件系統架構陳舊，難以承擔整個PLM平臺的重任。而公司未來產品研發的發展方向是要構建全三維的研發生態環境，形成產品的數字化樣機(digital mockup，DMU)及基于模型的定義(model based definition，MBD)的應用模式，同時需要可以支持日常研發應用、協同仿真分析、設計協同等功能的PLM系統。而對于工藝的業務，則需要一個可以滿足工藝業務需求的工藝平臺系統，可以同時支持設計工藝一體化的協同應用。
除了PLM系統的建設之外，公司還在開發面向經營的ERP系統平臺、面向生產的MES系統平臺及面向售后維護的MRO平臺，PLM系統需要實現和這些下游信息系統的緊密集成。PLM平臺的架構原則如下：
1)可以兼容原有的信息系統的數據，覆蓋其功能應用。
2)PLM平臺支持企業目前二、三維混用的業務模式，同時支持向全三維應用環境的擴展。
3)PLM平臺具備很好的開放性，可以在平臺上構建協同分析仿真、協同設計、裝配工藝仿真等子系統。
4)PLM平臺需要支持設計工藝的一體化應用模式。
5)PLM平臺能夠實現和下游信息系統的緊密集成。
根據以上需求，將PLM系統平臺的架構分為PLM平臺層、業務平臺層、子業務平臺層、工具層等4個層次，其中產品全生命周期系統中公共的、平臺型的系統功能抽象PLM平臺層中，關于PLM平臺層的功能在2.2節中詳細介紹。PLM系統平臺的架構如圖2所示。
圖2 企業PLM系統架構
1.2 PLM系統的實施理念
整個PLM的實施是一個龐大的系統工程，牽涉到企業眾多的業務部門；涉及到對部門的業務流程、規章制度的梳理及再造；涉及到供應商的實施團隊、企業的IT團隊、企業的關鍵用戶、最終用戶在一個平臺上協同工作；涉及到需求調研、開發編碼、上線測試等眾多步驟的統籌規劃。同時，信息化項目又是典型的“一把手工程”，需要在企業高層的牽頭領導下，按照項目管理的理念及PLM的實施方法進行項目的實施工作。
在項目實施過程中，企業與供應商項目團隊共同總結了“總體規劃、分步實施、快速應用、基礎先行”的十六字實施原則，并嚴格遵照執行。首先在系統的規劃階段，對整個PLM系統的需求進行整體設計與規劃，既要能夠兼容企業原有信息系統的數據與應用，又要能夠滿足企業現行的業務模式，同時還能支撐企業未來業務的擴充與發展。在確定了系統的總體設計方案與實施方案之后，按照分步實施的原則，挑選出系統中覆蓋面最廣、應用門檻最低、用戶最常用的功能優先實施，并通過培養種子用戶的方式以點帶面，經過實踐驗證后再應用推廣。在系統實施過程中，始終堅持快速應用、應用為先的原則，所有的工作圍繞著用戶應用展開。對用戶平日最常用的功能反復測試。力求穩定高效，使得系統的應用可以迅速見到效果，在系統應用穩定后再逐步完善和添加新的功能。對于系統運行必備的基礎數據和基礎知識庫，如標準件庫、計算公式等，首先組織用戶整理并進行錄人，同時建立知識沉淀的規則與制度，這樣既沉淀了企業的知識資產，又讓系統應用的友好性大大提升，起到了促進系統應用的效果。
在系統的單元應用穩定后，形成整個PLM系統的貫通應用，打通企業的數據流與業務流；最后通過系統實施與應用過程中的不斷總結與改善，對企業進行業務流程與規章制度的梳理與再造，拓展系統應用的廣度與深度。
2 PLM在高鐵制造企業的應用
2.1 企業需求分析
某企業是中國軌道交通裝備制造行業的骨干企業，是中國高速列車產業化制造基地和城軌地鐵車輛定點制造企業，公司的產品以高速動車組、高檔鐵路客車、城軌列車為主，企業發展的戰略目標是成為世界軌道交通客運裝備最強企業。企業的生產模式為典型的ETO類型的企業，根據客戶的訂單進行設計，設計模式以二、三維混用的模式為主，并逐步向全三維的應用模式轉變；工藝以機加、焊接、熱處理及裝配工藝為主；同時隨著市場動車保有量的不斷增加，企業的檢修與運維的業務也逐漸增多。
企業在2002年就開始了研發信息系統的建設工作，實現了以二維設計為主的產品設計和產品數據管理，但隨著企業的快速發展，原有的研發系統的問題逐漸凸顯：
1)目前的研發平臺與公司要建成世界最強軌道交通客運裝備制造企業的戰略目標不匹配，必須建設具備高度可擴充性的PLM平臺并持續改進，解決目前多個獨立系統所形成的信息孤島問題，以及不能管理三維數據、不支持研發項目管理和流程管理等重大缺陷。
2)沒有一個統一高效的PLM平臺，因此新產品技術準備周期長，產品數據不能保證及時分發，不能實現異地協同、供應商協同等；工藝信息化水平僅處于初級階段。由于源頭數據的不完備，不能為ERP等下游系統提供及時準確的數據。
3)三維設計沒有得到全面應用。目前僅有部分產品實現了三維設計，其他產品仍采用二維設計。三維設計可以很好地解決設計過程中空間干涉、裝配檢查等諸多問題；而目前的系統主要面向二維設計平臺，在管理三維應用時存在很多問題，沒有完善的三維設計規范，所有這些因素嚴重制約了三維設計工具的推廣。
基于以上的問題與需求，企業決定建立統一的PLM平臺，以滿足企業快速發展的需求。
2.2 PLM平臺功能介紹
在1.1節中介紹過，PLM平臺層是將面向產品生命周期各業務中公共的功能與服務抽取出來，形成PLM的公共平臺，平臺中所包含的功能如圖3所示。
圖3 PLM平臺功能
利用統一的項目管理功能可以將產品生命周期中的項目信息統一管理，對項目的進度可以做到一目了然；在產品生命周期中，變更自始至終都會存在，因此需要一個統一的變更管理對產品生命周期中的變更進行管控；在產品生命周期的各個業務環節都會有申請和使用編碼的工作，需要一個統一的編碼平臺處理物料編碼的領碼與回收的工作；產品生命周期的過程就是企業業務流轉的過程，需要一個統一的工作流引擎及工作流管理平臺對業務流程進行管理；離散制造企業的數據流組織形式是以物料為核心、以BOM為組織形態，各種形態的BOM不斷變化及流轉的過程，因此需要一個統一的BOM管理平臺對BOM數據進行管理。其他的一些如知識管理、集成接口等功能都可以放到PLM平臺層中。
2.3 設計協同系統與PLM的集成
企業需要推行全三維的設計應用模式，因此選擇了達索公司的CATIA作為主要的三維設計工具軟件。對于設計工具軟件來說，它是企業產品工程數據產生的第一源頭，對設計工具中產生的數據直接管理；設計工具基于管理系統的數據直接進行工作；工具與管理系統的深度融合應用已經成為一種應用趨勢。
企業PLM平臺的建設中也包含設計協同平臺的建設，它主要提供對設計部門內部的設計協同支持。從IT方面，這個層面的系統需要能與各類設計應用工具(如ECAD、MCAD、CAE等)緊密集成以對設計數據提供深入的管理；從數據管理對象來看，這個層面的系統管理的是整個設計過程中的設計數據(即各類CAD數據)，在這個層面強調的是如何能夠深入理解設計數據(比如結構件和電氣管路間的位置關系等)，提供設計協同能力，使工程師在設計過程中就能及時和其他設計人員進行設計協調。在早期就發現各種潛在的設計問題。
對于CATIA而言，一定是能夠對其數據進行緊密管理的平臺才能夠體現協同設計的優勢，因此選擇了達索公司的VPM作為企業的協同設計平臺。在產品設計初期，產品的更改頻率是最高的，同時設計師所關心的是專業協同、關聯設計、供應商選擇等設計需求；在設計定型之后，設計師才會關注BOM數據的發布、與工藝生產的協同等需求。設計師在產品設計初期的工作主要集中在CATIA與VPM中，可以通過一個接口實現VPM與Teamcenter之間的數據交換，將頻繁的數據操作放在子系統內部實現，將頻次較低的數據交換工作通過接口來實現，如圖4所示。
圖4 設計協同平臺與PLM集成
2.4 設計工藝的一體化應用
在產品的技術準備周期中，設計與工藝是業務結合最為緊密的環節。因為企業生產產品的技術含量高，工作環境復雜，產品零部件眾多，導致企業的工藝種類繁多。工藝路徑長，裝配任務重。因此需要構建在PLM平臺之上的工藝業務平臺，可以滿足多種工藝類型的編制需求以及裝配工藝仿真等業務的需求。同時由于設計與工藝之間存在大量的業務交互。如設計完成后需要進行工藝性審查，設計的變更會導致工藝的頻繁變更，工藝方法的改變又會導致設計的更改等等，因此需要將設計與工藝的業務構建在統一的平臺之上，實現設計工藝一體化的應用。
在基于Teamcenter的PLM平臺中，設計與工藝的業務基于統一的平臺，工藝工程師與設計工程師基于同一數據庫進行工藝設計工作，可以隨時調用和查看產品結構和產品數據。工藝人員參與設計評審、更改評審，從而獲取新產品設計信息和更改信息。基于MBOM的結構化工藝編制方式，可以將班組、臺位、工裝、夾具等資源和工序關聯，設計完成的卡片、文檔等掛在結構樹上，方便后續的工藝整體借用等。
設計與工藝協同工作的業務流程如圖5所示。
圖5 設計與工藝協同工作的流程圖
Teamcenter Manufacturing(TCM)是Teamcenter的工藝解決方案，在TCM 中可以進行EBOM到PBOM的轉換、工藝路線劃分、結構化工藝的編制、裝配工藝的仿真、工藝資源管理等業務功能的處理。以高速動車組車體的結構化工藝編制過程為例，其結構可以分為總工藝、子工藝、工序3層結構或者多層，子工藝按大的工序組織，總工藝、裝配子工藝、裝配工序下均可以掛虛擬件。各子工藝完成后，需將車體組成發給整車總裝配工藝師，由總裝配工藝師將其指派到對應的整車裝配工序上，工藝數據結構可以劃分為車體總工藝、裝備子工藝、裝配虛擬件、工裝的層次結構。
工藝編制完成后以數據形成存儲在統一的數據庫中，同時TCM還支持工藝卡片與工藝明細報表的生成，如圖6所示。
圖6 TCM生成的工藝卡片
工藝卡片只是作為一種結果展現，卡片中的所有數據都是從數據庫中直接提取。
結構化工藝編制過程的數據都是直接存儲在數據庫中，其編制結果會形成產品的制造BOM。裝配工藝的仿真結果可以以裝配動畫的形式展現出來，用于指導車間現場的生產。
3 結束語
PLM系統已取代PDM成為離散制造企業中的信息化應用熱點，PLM系統的優勢是它可以形成一個產品數據分發與管理的平臺，使得產品生命周期中的各個業務環節可以迅速準確地獲取并消費產品數據，同時各個業務環節對產品數據的再創造又可以在PLM平臺中被統一管理。
通過PLM系統的使用，有效地縮短了企業產品的生產周期，提高了企業的核心競爭能力，沉淀了企業的知識資產。本文結合Teamcenter平臺和實際ETO類型制造企業典型用戶的案例，對PLM平臺的技術架構、PLM系統的實施理念、PLM系統中的核心功能進行了介紹，希望能夠為其他企業進行PLM系統的規劃與實施提供參考和借鑒。
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