0 引言
在產品開發過程中，不可避免會有反復的設計更改，以及由此產生的對項目周期和成本的影響。一個典型的新產品開發周期包括概念設計、初步設計、詳細設計以及后續生產等幾個階段。如何盡景把設計更改限制在產品開發的前期，將對降低成本和縮短周期至關重要。圖1從統計學的角度詮釋了PLM系統可以幫助企業實現以上目標。
圖1 PLM對于產品開發中設計更改的影響
根據德國機械設備制造業聯合會(VDMA)的研究統計，一張A4圖紙（元件）的平均維護管理成本要達到上千美元。除了元件本身的建模繪圖，還需要相應的人工和時間進行工程分析、首件認證、采購計劃、設計變更、備品備件等工作。PLM系統可以有效地協調企業各方面資源，建立對應的流程來滿足以上需要，并降低企業成本。
此外，將來的法律法規和技術指令會對工業產品對環境的影響和回收利用有越來越嚴格的要求，因此原始設備制造商(OEM)需要借助PLM系統實現產品整個生命周期的管理。這不僅限于開發、制造和銷售，還包括產品最終的回收再利用。例如現行的《歐盟關于報廢汽車的技術指令2000/53/EC》詳細地規定了汽車制造商在汽車報廢、回收利用中的責任，這也印證了PLM在汽車行業中的廣泛應用。同樣，風電行業在將來也會面臨相似的監管。
1 PLM系統的定義和功能
結合業內權威的PLM咨詢公司CIMdata的解釋，PLM系統可定義如下：
(1)PLM系統是一種戰略意義上的企業策略，它應用一套可持續發展的企業解決方案，能夠跨地域、跨部門地實現產品信息的定義、維護、傳播等。
(2)能夠支持擴展的企業運作機制，例如與客戶、供貨商、合作伙伴等的協作。
(3)能夠覆蓋從產品最初的概念設計到最終的報廢回收整個生命周期的維護管理。
(4)能夠實現企業人員、流程、系統、信息等的高度整合。
PLM不僅是某一項軟件技術，更是一套完整的企業范疇解決方案，以應對貫穿整個生命周期的產品管理。從某種意義上看，在PLM系統中，流程比數據更加重要。相對于什么樣的數據被創造出來，PLM系統更關注數據是如何被創造出來和后期維護的。
同其他企業解決方案如企業資源規劃(ERP)相比，PLM系統有著顯著的不同。ERP側重于優化實物產品和事務或交易的流程。對于反復的事務性工作，ERP可以表現得很好。但是對于開發新產品所需的快速迭代和創新工作，PLM系統有著先天優勢。PLM系統提供了從概念到實施的解決方案，覆蓋所有相應的部門。數字化產品使企業能夠快速進行試驗分析、更改設計、細化設計等各種操作。這一切都可以在費用高昂的實際生產前完成。
如今由于Web 2.0的應用，更把PLM系統擴展成現實世界的網絡，很多業務流程可以很方便地通過網絡進行激活、配置與使用。PLM系統成了可以發揮集體智慧共同協作的在線社區。
2 PLM系統的實施
本節詳述了PLM系統在風電機組制造企業的實施應用，并從不同模塊的實施過程中展現了PLM系統如何滿足企業各方面需求。
2.1 PLM系統用戶管理
作為大型的產品信息管理系統，嚴格的用戶管理是PLM最重要的功能。在PLM系統中，可以定義十幾個不同的用戶權限分類，比如設計工程師、制圖工程師、生產工程師、采購工程師、項目工程師、商務經理、系統管理員等。不同的角色和權限設置保證了產品信息的創建和更改都是受控的，讓企業能夠開發出適合自身特點的企業流程，使PLM系統真正描繪現實產品的虛擬化數字化管理。
2.2 分步驟的PLM模塊化實施
因為PLM系統涵蓋了整個產品生命周期，涉及到多個部門和流程，所以整個項目也是分階段、分步驟地具體到不同的模塊化實施。每個PLM模塊都實現各自獨立的功能。圖2包含了在本例PLM實施中的各個模塊，本文會以其中的部分模塊為重點詳述。在所有的模塊中，工程模塊處于核心位置，同其他各個模塊有著密不可分的聯系。作為PLM系統的一個重要功能，它需要具備與其他系統接口的能力，比如ERP、商務管理等。同時由于不同行業產品以及企業的特殊性，PLM系統應該能夠根據企業的不同需求進行定制。
圖2 PLM系統的功能模塊與接口
2.2.1 工程模塊
工程模塊包含了定義產品設計細節的3D模型、圖紙、規范、物料清單等，是整個PLM系統的核心，也是最先實施的模塊。表格1展示工程模塊的基本功能。
表1 PLM系統工程模塊的功能表
每一個獨立的、可被采購的螺栓、螺母、支架、開關、電線等都被賦予一個元件號，成為PLM系統虛擬世界中的一部分。每一個元件都有相應的設備屬性，例如單位、尺寸、描述等。同時，不同類別的元件還會具備某些特殊屬性，如電氣元件的電壓、頻率等。這些元件的大部分屬性都是可編輯、可更改的。但是，單位就是一個例外。一旦元件被創建后，單位就是不可更改的，這與大部分的ERP系統規則相一致。對于復雜的元件，僅有PLM系統預設的設備屬性不足以充分地描述元件特性，所以需要借助額外的圖紙或規范。PLM系統能夠把元件和相關的設計文檔以一種可視化的方式關聯起來。如圖3所示，以風電機組葉片為例，需要從外形尺寸、材料、防腐、運輸、質最控制等各個方面定義不同的文檔，并形成完整描述葉片信息的一整套技術資料。PLM系統同時提供了強大的查詢功能，例如“where used”功能可以查詢某一張圖紙被哪些元件所調用。任何一張圖紙再被修改時，PLM系統可以方便地查出它影響的所有元件，保證設計更改的準確性。
圖3 元件與其圖紙/規范在PLM系統中的關系體現
設計更改管理是PLM系統中的一項重要功能，是企業在維護產品信息中不可或缺的一環。本例的PLM系統借助更改通知單(ECO)實現此功能。每一個新創建、修改、廢除的元件、圖紙、規范、物料清單都需要以ECO為載體實現，并且，得到相關不同人員的批準才能生效。由此也印證了PLM系統用戶權限管理的重要性。不同權限的用戶只能在ECO的特定范圍內使用自己的批準權利進行電子簽名。
物料清單包含了組裝所需的所有元件清單及相關文檔。在PLM系統中，物料清單的裝配圖可以調用3D模型的簡化版直接呈現給用戶，有效地指導工廠組裝，并提高工程師檢查物料清單的準確性。
2.2.2 ERP接口
PLM系統從本質上不能完全替代ERP系統處理有關實物產品的事務交易，但是建立PLM與ERP的接口可以加強工程部門與采購、生產部門的緊密聯系，極大地減輕在產品設計信息傳遞過程中的人工工作最，相應降低人工出錯的幾率。
由于實際中采購生產工廠往往會分布在多個不同國家的不同城市，但是企業的研發中心往往會集中在一地。通過建立PLM系統與不同工廠數據庫系統的接口，可以確保任何工廠生產出來的風電機組都能同樣地滿足設計要求，同時又可以發揮本地供應鏈 的特殊優勢。由此也印證了PLM系統在全球化設計與本地化生產中的重要樞紐作用。
在PLM和ERP接口中，PLM系統中創建出來的元件、物料清單都可以實時地從系統后臺自動傳輸到ERP系統中。因為不同的產品線往往會安排在不同的工廠生產，所以PLM系統允許用戶可以有選擇地傳輸數據。某一個元件可以被選擇傳輸到特定工廠的ERP系統中。類似地，在PLM系統中創建的更改通知單也會被傳輸到ERP系統中并自動執行。如此可以極大的減少工作景。
在PLM與ERP的接口設計中，還可以充分考慮不同用戶的需求做一些客戶化定制。例如，為滿足風電機組產品的全球化市場需要，企業必須充分考慮到不同國家地區技術規范指令的要求，如歐盟的產品認證(CE)要求。在ERP系統中可以定制某個屬性欄位用來專門接收PLM系統中元件的CE特性，并對其設置提醒機制，提醒采購人員需要從供貨商處收集CE認證聲明，并確保最終風電機組產品滿足CE要求。
對于某些復雜的元件，往往借助圖紙、技術規范等描述具體的技術細節，而這些詳細資料會保存在PLM系統中。通過PLM與ERP的接口，這些資料的超鏈接可以被發送到ERP系統中，方便采購、生產等部門直接點擊查看元件的相關技術細節。這也是一種客戶化的定制功能。
2.2.3 產品配置模塊
產品配置是PLM系統的一項重要功能。風電機組是由成千上萬的元件組成的，每個機組制造商都會有一系列的產品線，每個風電場客戶可能又會有不同的要求。這就需要PLM系統能夠把所有的設計資料組織成清晰的結構，滿足外部市場和公司內部的需要。
如圖4所示，PLM系統可以定義不同的風電機組產品線，每個產品線下包含不同的機型，每一個機型都有一系列相應的機組特性來描述風電機組能夠滿足的風電場和客戶需求，例如常溫型或低溫型機組、塔筒高度、航空燈要求等。不同的風電機組特性會關聯到不同的設計資料。當客戶根據風電場特點選擇了不同的風電機組特性后，相應的設計資料就會被組織起來形成一套特定的風電機組物料清單。通過PLM系統與ERP的接口，風電機組物料清單可以被導出到任何指定的工廠ERP中指導采購生產。這些過程基本都是由PLM系統自動完成的，只需要極少的人工干預。
圖4 PLM系統中風電機組產品特性的結構化體現
風電機組生命周期的管理也具體體現在產品配置模塊中。對任意風電機組，都會有不同的生命周期節點，例如計劃、生產、安裝、調試、質保等。在PLM系統中，不同的風電機組生命周期節點可以反映此時具體的機組配置和對應的物料清單，實現了機組在PLM系統中的虛擬化體現。同時，PLM系統的用戶權限管理也會在這里得到充分的發揮。在風電機組的不同狀態節點下，只能由相應權限的人員操作修改PLM系統里機組的具體配置。
產品配置模塊還可以定義一些其他的高級客戶化功能，例如風電機組控制參數的定義。通常風電機組的控制參數會受到以下幾方面因素的影響，機型、機組特性、風電場特點以及主要元器件的選擇。其中，機型/機組特性/元器件的參數都可以在PLM系統中預先設置好，并關聯到相應的機組屬性上。對于某個風電場的風電機組，PLM系統可以自動生成整套機組的控制參數，只需額外做少量的風電場參數設置，就可減少人工操作和出錯率。
此外，產品配置模塊還可以設置與公司商務部門系統的接口。不同的風電機組特性往往成本不同。通過PLM系統與商務系統的接口，商務部門可以快速準確地得到風電機組配置，并計算出整個機組的成本，提高客戶響應速度。
2.2.4 其他功能模塊
PLM系統的供貨商模塊可以幫助企業實現首件認證的功能，協調采購及質最部門跟蹤整個流程的狀態，并處理與供貨商的技術澄清等問題。對于某些重要元件，PLM系統可以設置序列號或批次跟蹤功能。備品備件的管理是供貨商模塊的另一項重要功能。PLM系統同時可以提供元件之間相互替換關系的管理功能，例如取代(supercede)、互換(alternative)、交叉銷售(cross-sell)等。生產部門可以相應地調配庫存，組織生產。
PLM系統的項目管理模塊提供了人力資源管理、任務分配、進度跟蹤等功能。在PLM環境下類似web 2.0的社區討論功能方便了跨部門之間的技術交流，并保證了完整的系統記錄。
2.2.5 綜合應用范例
圖5的流程示意圖展示了一個在PLM系統中的實際應用范例，綜合了上述多個模塊功能。首先客戶基于風電場特點選擇適合的風電機組產品和特性。通過預先設定的規則，不同的風電機組特性會到工程模塊中挑選出相應的元件和圖紙，形成工程設計模式下的物料清單。通過PLM系統中預設的生產模板，元件會被分配到不同工廠的不同工位和工序，最終形成適合采購和生產的物料清單，并被傳輸到ERP系統中。與此同時，相應的控制參數列表也會根據機型、機組特性、風電場特點和主要元件等自動生成。控制參數列表可以方便地被下裝到風電機組調試設備。除了少數的人工操作，例如需要客戶選擇風電機組特性外，整套流程都由PLM在數小時內自動完成，這體現了PLM系統在快速準確滿足客戶需求方面的優勢。
圖5 PLM實現從客戶需求到物料清單/控制參數的生成
3 總結
本文以實際應用范例為基礎闡述了PLM系統的概念、功能以及模塊化的實施細節，展示了GE風電在推進產品研發，改善產品質量，滿足客戶需求，提高響應速度等方面的努力。除了構建PLM系統本身外，一系列的流程規范也同時被建立起來指導企業運作，以最大限度地發揮PLM系統的優勢。
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