0 引言
在產(chǎn)品開發(fā)過程中，不可避免會有反復(fù)的設(shè)計更改，以及由此產(chǎn)生的對項目周期和成本的影響。一個典型的新產(chǎn)品開發(fā)周期包括概念設(shè)計、初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計以及后續(xù)生產(chǎn)等幾個階段。如何盡景把設(shè)計更改限制在產(chǎn)品開發(fā)的前期，將對降低成本和縮短周期至關(guān)重要。圖1從統(tǒng)計學(xué)的角度詮釋了PLM系統(tǒng)可以幫助企業(yè)實現(xiàn)以上目標(biāo)。
圖1 PLM對于產(chǎn)品開發(fā)中設(shè)計更改的影響
根據(jù)德國機械設(shè)備制造業(yè)聯(lián)合會(VDMA)的研究統(tǒng)計，一張A4圖紙（元件）的平均維護(hù)管理成本要達(dá)到上千美元。除了元件本身的建模繪圖，還需要相應(yīng)的人工和時間進(jìn)行工程分析、首件認(rèn)證、采購計劃、設(shè)計變更、備品備件等工作。PLM系統(tǒng)可以有效地協(xié)調(diào)企業(yè)各方面資源，建立對應(yīng)的流程來滿足以上需要，并降低企業(yè)成本。
此外，將來的法律法規(guī)和技術(shù)指令會對工業(yè)產(chǎn)品對環(huán)境的影響和回收利用有越來越嚴(yán)格的要求，因此原始設(shè)備制造商(OEM)需要借助PLM系統(tǒng)實現(xiàn)產(chǎn)品整個生命周期的管理。這不僅限于開發(fā)、制造和銷售，還包括產(chǎn)品最終的回收再利用。例如現(xiàn)行的《歐盟關(guān)于報廢汽車的技術(shù)指令2000/53/EC》詳細(xì)地規(guī)定了汽車制造商在汽車報廢、回收利用中的責(zé)任，這也印證了PLM在汽車行業(yè)中的廣泛應(yīng)用。同樣，風(fēng)電行業(yè)在將來也會面臨相似的監(jiān)管。
1 PLM系統(tǒng)的定義和功能
結(jié)合業(yè)內(nèi)權(quán)威的PLM咨詢公司CIMdata的解釋，PLM系統(tǒng)可定義如下：
(1)PLM系統(tǒng)是一種戰(zhàn)略意義上的企業(yè)策略，它應(yīng)用一套可持續(xù)發(fā)展的企業(yè)解決方案，能夠跨地域、跨部門地實現(xiàn)產(chǎn)品信息的定義、維護(hù)、傳播等。
(2)能夠支持?jǐn)U展的企業(yè)運作機制，例如與客戶、供貨商、合作伙伴等的協(xié)作。
(3)能夠覆蓋從產(chǎn)品最初的概念設(shè)計到最終的報廢回收整個生命周期的維護(hù)管理。
(4)能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)人員、流程、系統(tǒng)、信息等的高度整合。
PLM不僅是某一項軟件技術(shù)，更是一套完整的企業(yè)范疇解決方案，以應(yīng)對貫穿整個生命周期的產(chǎn)品管理。從某種意義上看，在PLM系統(tǒng)中，流程比數(shù)據(jù)更加重要。相對于什么樣的數(shù)據(jù)被創(chuàng)造出來，PLM系統(tǒng)更關(guān)注數(shù)據(jù)是如何被創(chuàng)造出來和后期維護(hù)的。
同其他企業(yè)解決方案如企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)相比，PLM系統(tǒng)有著顯著的不同。ERP側(cè)重于優(yōu)化實物產(chǎn)品和事務(wù)或交易的流程。對于反復(fù)的事務(wù)性工作，ERP可以表現(xiàn)得很好。但是對于開發(fā)新產(chǎn)品所需的快速迭代和創(chuàng)新工作，PLM系統(tǒng)有著先天優(yōu)勢。PLM系統(tǒng)提供了從概念到實施的解決方案，覆蓋所有相應(yīng)的部門。數(shù)字化產(chǎn)品使企業(yè)能夠快速進(jìn)行試驗分析、更改設(shè)計、細(xì)化設(shè)計等各種操作。這一切都可以在費用高昂的實際生產(chǎn)前完成。
如今由于Web 2.0的應(yīng)用，更把PLM系統(tǒng)擴(kuò)展成現(xiàn)實世界的網(wǎng)絡(luò)，很多業(yè)務(wù)流程可以很方便地通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行激活、配置與使用。PLM系統(tǒng)成了可以發(fā)揮集體智慧共同協(xié)作的在線社區(qū)。
2 PLM系統(tǒng)的實施
本節(jié)詳述了PLM系統(tǒng)在風(fēng)電機組制造企業(yè)的實施應(yīng)用，并從不同模塊的實施過程中展現(xiàn)了PLM系統(tǒng)如何滿足企業(yè)各方面需求。
2.1 PLM系統(tǒng)用戶管理
作為大型的產(chǎn)品信息管理系統(tǒng)，嚴(yán)格的用戶管理是PLM最重要的功能。在PLM系統(tǒng)中，可以定義十幾個不同的用戶權(quán)限分類，比如設(shè)計工程師、制圖工程師、生產(chǎn)工程師、采購工程師、項目工程師、商務(wù)經(jīng)理、系統(tǒng)管理員等。不同的角色和權(quán)限設(shè)置保證了產(chǎn)品信息的創(chuàng)建和更改都是受控的，讓企業(yè)能夠開發(fā)出適合自身特點的企業(yè)流程，使PLM系統(tǒng)真正描繪現(xiàn)實產(chǎn)品的虛擬化數(shù)字化管理。
2.2 分步驟的PLM模塊化實施
因為PLM系統(tǒng)涵蓋了整個產(chǎn)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(xiàn)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(lián)系。作為PLM系統(tǒng)的一個重要功能，它需要具備與其他系統(tǒng)接口的能力，比如ERP、商務(wù)管理等。同時由于不同行業(yè)產(chǎn)品以及企業(yè)的特殊性，PLM系統(tǒng)應(yīng)該能夠根據(jù)企業(yè)的不同需求進(jìn)行定制。
圖2 PLM系統(tǒng)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(chǎn)品設(shè)計細(xì)節(jié)的3D模型、圖紙、規(guī)范、物料清單等，是整個PLM系統(tǒng)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(tǒng)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(guān)、電線等都被賦予一個元件號，成為PLM系統(tǒng)虛擬世界中的一部分。每一個元件都有相應(yīng)的設(shè)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(chuàng)建后，單位就是不可更改的，這與大部分的ERP系統(tǒng)規(guī)則相一致。對于復(fù)雜的元件，僅有PLM系統(tǒng)預(yù)設(shè)的設(shè)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(guī)范。PLM系統(tǒng)能夠把元件和相關(guān)的設(shè)計文檔以一種可視化的方式關(guān)聯(lián)起來。如圖3所示，以風(fēng)電機組葉片為例，需要從外形尺寸、材料、防腐、運輸、質(zhì)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(shù)資料。PLM系統(tǒng)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(diào)用。任何一張圖紙再被修改時，PLM系統(tǒng)可以方便地查出它影響的所有元件，保證設(shè)計更改的準(zhǔn)確性。
圖3 元件與其圖紙/規(guī)范在PLM系統(tǒng)中的關(guān)系體現(xiàn)
設(shè)計更改管理是PLM系統(tǒng)中的一項重要功能，是企業(yè)在維護(hù)產(chǎn)品信息中不可或缺的一環(huán)。本例的PLM系統(tǒng)借助更改通知單(ECO)實現(xiàn)此功能。每一個新創(chuàng)建、修改、廢除的元件、圖紙、規(guī)范、物料清單都需要以ECO為載體實現(xiàn)，并且，得到相關(guān)不同人員的批準(zhǔn)才能生效。由此也印證了PLM系統(tǒng)用戶權(quán)限管理的重要性。不同權(quán)限的用戶只能在ECO的特定范圍內(nèi)使用自己的批準(zhǔn)權(quán)利進(jìn)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(guān)文檔。在PLM系統(tǒng)中，物料清單的裝配圖可以調(diào)用3D模型的簡化版直接呈現(xiàn)給用戶，有效地指導(dǎo)工廠組裝，并提高工程師檢查物料清單的準(zhǔn)確性。
2.2.2 ERP接口
PLM系統(tǒng)從本質(zhì)上不能完全替代ERP系統(tǒng)處理有關(guān)實物產(chǎn)品的事務(wù)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(chǎn)部門的緊密聯(lián)系，極大地減輕在產(chǎn)品設(shè)計信息傳遞過程中的人工工作最，相應(yīng)降低人工出錯的幾率。
由于實際中采購生產(chǎn)工廠往往會分布在多個不同國家的不同城市，但是企業(yè)的研發(fā)中心往往會集中在一地。通過建立PLM系統(tǒng)與不同工廠數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的接口，可以確保任何工廠生產(chǎn)出來的風(fēng)電機組都能同樣地滿足設(shè)計要求，同時又可以發(fā)揮本地供應(yīng)鏈 的特殊優(yōu)勢。由此也印證了PLM系統(tǒng)在全球化設(shè)計與本地化生產(chǎn)中的重要樞紐作用。
在PLM和ERP接口中，PLM系統(tǒng)中創(chuàng)建出來的元件、物料清單都可以實時地從系統(tǒng)后臺自動傳輸?shù)?a href="http://www.oesoe.com/" title="" target="_blank" >ERP系統(tǒng)中。因為不同的產(chǎn)品線往往會安排在不同的工廠生產(chǎn)，所以PLM系統(tǒng)允許用戶可以有選擇地傳輸數(shù)據(jù)。某一個元件可以被選擇傳輸?shù)教囟üS的ERP系統(tǒng)中。類似地，在PLM系統(tǒng)中創(chuàng)建的更改通知單也會被傳輸?shù)紼RP系統(tǒng)中并自動執(zhí)行。如此可以極大的減少工作景。
在PLM與ERP的接口設(shè)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(fēng)電機組產(chǎn)品的全球化市場需要，企業(yè)必須充分考慮到不同國家地區(qū)技術(shù)規(guī)范指令的要求，如歐盟的產(chǎn)品認(rèn)證(CE)要求。在ERP系統(tǒng)中可以定制某個屬性欄位用來專門接收PLM系統(tǒng)中元件的CE特性，并對其設(shè)置提醒機制，提醒采購人員需要從供貨商處收集CE認(rèn)證聲明，并確保最終風(fēng)電機組產(chǎn)品滿足CE要求。
對于某些復(fù)雜的元件，往往借助圖紙、技術(shù)規(guī)范等描述具體的技術(shù)細(xì)節(jié)，而這些詳細(xì)資料會保存在PLM系統(tǒng)中。通過PLM與ERP的接口，這些資料的超鏈接可以被發(fā)送到ERP系統(tǒng)中，方便采購、生產(chǎn)等部門直接點擊查看元件的相關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)。這也是一種客戶化的定制功能。
2.2.3 產(chǎn)品配置模塊
產(chǎn)品配置是PLM系統(tǒng)的一項重要功能。風(fēng)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(chǎn)品線，每個風(fēng)電場客戶可能又會有不同的要求。這就需要PLM系統(tǒng)能夠把所有的設(shè)計資料組織成清晰的結(jié)構(gòu)，滿足外部市場和公司內(nèi)部的需要。
如圖4所示，PLM系統(tǒng)可以定義不同的風(fēng)電機組產(chǎn)品線，每個產(chǎn)品線下包含不同的機型，每一個機型都有一系列相應(yīng)的機組特性來描述風(fēng)電機組能夠滿足的風(fēng)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(fēng)電機組特性會關(guān)聯(lián)到不同的設(shè)計資料。當(dāng)客戶根據(jù)風(fēng)電場特點選擇了不同的風(fēng)電機組特性后，相應(yīng)的設(shè)計資料就會被組織起來形成一套特定的風(fēng)電機組物料清單。通過PLM系統(tǒng)與ERP的接口，風(fēng)電機組物料清單可以被導(dǎo)出到任何指定的工廠ERP中指導(dǎo)采購生產(chǎn)。這些過程基本都是由PLM系統(tǒng)自動完成的，只需要極少的人工干預(yù)。
圖4 PLM系統(tǒng)中風(fēng)電機組產(chǎn)品特性的結(jié)構(gòu)化體現(xiàn)
風(fēng)電機組生命周期的管理也具體體現(xiàn)在產(chǎn)品配置模塊中。對任意風(fēng)電機組，都會有不同的生命周期節(jié)點，例如計劃、生產(chǎn)、安裝、調(diào)試、質(zhì)保等。在PLM系統(tǒng)中，不同的風(fēng)電機組生命周期節(jié)點可以反映此時具體的機組配置和對應(yīng)的物料清單，實現(xiàn)了機組在PLM系統(tǒng)中的虛擬化體現(xiàn)。同時，PLM系統(tǒng)的用戶權(quán)限管理也會在這里得到充分的發(fā)揮。在風(fēng)電機組的不同狀態(tài)節(jié)點下，只能由相應(yīng)權(quán)限的人員操作修改PLM系統(tǒng)里機組的具體配置。
產(chǎn)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(fēng)電機組控制參數(shù)的定義。通常風(fēng)電機組的控制參數(shù)會受到以下幾方面因素的影響，機型、機組特性、風(fēng)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(shù)都可以在PLM系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)置好，并關(guān)聯(lián)到相應(yīng)的機組屬性上。對于某個風(fēng)電場的風(fēng)電機組，PLM系統(tǒng)可以自動生成整套機組的控制參數(shù)，只需額外做少量的風(fēng)電場參數(shù)設(shè)置，就可減少人工操作和出錯率。
此外，產(chǎn)品配置模塊還可以設(shè)置與公司商務(wù)部門系統(tǒng)的接口。不同的風(fēng)電機組特性往往成本不同。通過PLM系統(tǒng)與商務(wù)系統(tǒng)的接口，商務(wù)部門可以快速準(zhǔn)確地得到風(fēng)電機組配置，并計算出整個機組的成本，提高客戶響應(yīng)速度。
2.2.4 其他功能模塊
PLM系統(tǒng)的供貨商模塊可以幫助企業(yè)實現(xiàn)首件認(rèn)證的功能，協(xié)調(diào)采購及質(zhì)最部門跟蹤整個流程的狀態(tài)，并處理與供貨商的技術(shù)澄清等問題。對于某些重要元件，PLM系統(tǒng)可以設(shè)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(tǒng)同時可以提供元件之間相互替換關(guān)系的管理功能，例如取代(supercede)、互換(alternative)、交叉銷售(cross-sell)等。生產(chǎn)部門可以相應(yīng)地調(diào)配庫存，組織生產(chǎn)。
PLM系統(tǒng)的項目管理模塊提供了人力資源管理、任務(wù)分配、進(jìn)度跟蹤等功能。在PLM環(huán)境下類似web 2.0的社區(qū)討論功能方便了跨部門之間的技術(shù)交流，并保證了完整的系統(tǒng)記錄。
2.2.5 綜合應(yīng)用范例
圖5的流程示意圖展示了一個在PLM系統(tǒng)中的實際應(yīng)用范例，綜合了上述多個模塊功能。首先客戶基于風(fēng)電場特點選擇適合的風(fēng)電機組產(chǎn)品和特性。通過預(yù)先設(shè)定的規(guī)則，不同的風(fēng)電機組特性會到工程模塊中挑選出相應(yīng)的元件和圖紙，形成工程設(shè)計模式下的物料清單。通過PLM系統(tǒng)中預(yù)設(shè)的生產(chǎn)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(chǎn)的物料清單，并被傳輸?shù)紼RP系統(tǒng)中。與此同時，相應(yīng)的控制參數(shù)列表也會根據(jù)機型、機組特性、風(fēng)電場特點和主要元件等自動生成�？刂茀�(shù)列表可以方便地被下裝到風(fēng)電機組調(diào)試設(shè)備。除了少數(shù)的人工操作，例如需要客戶選擇風(fēng)電機組特性外，整套流程都由PLM在數(shù)小時內(nèi)自動完成，這體現(xiàn)了PLM系統(tǒng)在快速準(zhǔn)確滿足客戶需求方面的優(yōu)勢。
圖5 PLM實現(xiàn)從客戶需求到物料清單/控制參數(shù)的生成
3 總結(jié)
本文以實際應(yīng)用范例為基礎(chǔ)闡述了PLM系統(tǒng)的概念、功能以及模塊化的實施細(xì)節(jié)，展示了GE風(fēng)電在推進(jìn)產(chǎn)品研發(fā)，改善產(chǎn)品質(zhì)量，滿足客戶需求，提高響應(yīng)速度等方面的努力。除了構(gòu)建PLM系統(tǒng)本身外，一系列的流程規(guī)范也同時被建立起來指導(dǎo)企業(yè)運作，以最大限度地發(fā)揮PLM系統(tǒng)的優(yōu)勢。
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本文標(biāo)題：產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)(PLM)在風(fēng)電企業(yè)中的應(yīng)用
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