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什么是全生命周期管理
產品全生命周期管理( Product lifecycle management, PLM)是指管理產品從需求、規(guī)劃、設計、生產、經銷、運行、使用、維修保養(yǎng)、直到回收再用處置的全生命周期中的信息與過程。它既是一門技術, 又是一種制造的理念。它支持并行設計、敏捷制造、協(xié)同設計和制造, 網絡化制造等先進的設計制造技術。
系統(tǒng)框架
產品全生命周期系統(tǒng)框架分成數據建模層、技術支持層、領域接口層、應用系統(tǒng)層等4 層結構。如圖所示：
關鍵技術
建模
產品全生命周期建模目的是建立面向產品全生命周期的統(tǒng)一的、具有可擴充性的能表達完整信息的產品模型, 該產品模型能隨著產品開發(fā)進程自動擴張, 并從設計模型自動映射為不同目的的模型, 如可制造性評價模型、成本估算模型、可裝配性模型、可維護性模型等, 同時產品模型應能全面表達和評價與產品全生命周期相關的性能指標, 產品全生命周期模型如圖所示：
ST EP 標準是工業(yè)自動化中關于產品描述的標準, 從多種角度對產品的綜合屬性進行定義, 包括產品的技術性能、生產制造工藝、結構形狀等屬于產品全生命周期中全部的相關信息。由于STEP中的產品數據能夠對產品整個生命周期信息進行完整一致的描述, 因此提供了產品數據在整個生命周期中信息共享的基礎。ST EP 體系結構可以看作3 層: 應用層, 邏輯層, 物理層。系統(tǒng)中產品信息建模參照ST EP 標準的體系結構, 并遵循STEP 的有關標準。ST EP 體系中的應用層, 采用UML 對產品數據進行全生命周期建模, 邏輯層采用STEP 標準中的EXPESSX語言描述應用協(xié)議和集成資源, 物理層采用XML 對交換文件進行描述, 如上圖所示。
集成數據環(huán)境
產品全生命周期管理系統(tǒng)能夠為用戶建立個集成的數據環(huán)境( Integ rated data environment) , 在虛擬企業(yè)環(huán)境下, 實現數據的一致性管理。如圖：
在虛擬設計環(huán)境下, 產品全生命周期的數據分開存放, 系統(tǒng)提供數據的聯邦機制, 分散在網絡上的用戶在對數據進行存取時, 所有數據對用戶都應是透明的, 這種位置上的透明性可用電子倉庫來實現。電子倉庫對分散在虛擬企業(yè)中的數據建立一個統(tǒng)一索引, 指定數據單元存放的具體物理空間, 并能對數據的增刪和修改操作進行動態(tài)的維護。在產品全生命周期管理體系中, 電子倉庫應能保持數據的惟一性和一致性, 惟一性指不同的用戶在對同一數據單元進行操作時, 通過網絡傳遞的是數據的映像或者是一種參照關系, 而不是通過復制和拷貝生成一個新的數據單元; 一致性指數據單元的變更能及時通知到有關的工作結點, 并且在數據變更時, 提供一種加解鎖機制, 保證數據版本的統(tǒng)一。
PLM 系統(tǒng)所管理的數據對象由數據建模中的邏輯層進行定義, 保證數據模型的一致性。在數據建模中, 表示層和邏輯層采用面向對象的方法, 在邏輯層生成數據單元的對象模型, 這些對象模型作為數據集成平臺下的管理對象, 納入到PLM 系統(tǒng)的管理體系中。對象模型可以通過數據建模工具進行動態(tài)擴展, PLM 提供對數據模型動態(tài)擴展的支持。PLM 作為統(tǒng)一的數據管理平臺, 提供對產品數據生命周期有關過程的控制, 如版本管理、一致性維護、出入庫操作等, 對于具體的數據屬性信息并不加以限制, 這種結構保證數據模型的可擴展性。
產品數據在物理存儲上, 一種存放在文件數據庫中, 另一種存放在關系數據庫中。文件數據庫通過文件管理引擎對數據進行管理, 這些數據包括圖紙、文檔、三維模型、工藝文件等類型的數據, 這類文件信息量較大, 占用的存儲空間較多, 一般可以作為獨立的信息單元進行處理, 并可以存放在不同的存儲設備上, 在管理中用XML 對其進行封裝。對于產品數據中的結構化信息采用關系數據庫進行管理, 在PDM 系統(tǒng)中, 需要建立對象模型到關系模式的映射機制, 將數據屬性信息保存到關系表的對應字段中。關系數據庫可以選擇各種主流商品化產品, 如MS SQL Ser ver, Oracle, Sybase, DB2等。
設計制造協(xié)同
異地設計與制造是指在異地異時、異構系統(tǒng)、異種平臺進行實時動態(tài)地設計和制造, 它是在企業(yè)內部或企業(yè)聯盟中進行產品全生命周期管理的重要支持手段。在系統(tǒng)中, 設計與制造協(xié)同更多地表現為一種設計理念和制造指導思想, 它的實現需要許多相關技術的支持, 體現在產品數據管理、分布式計算、工作流管理以及產品統(tǒng)一建模的實施過程中。在產品全生命周期的管理支持下產品協(xié)同設計與制造體系結構如圖5所示：
該體系結構在物理邏輯上分為用戶工作站和PLM 服務器。聯盟企業(yè)用戶通過用戶工作站參與整個協(xié)同產品開發(fā)過程, 而PLM 服務器為整個環(huán)境提供協(xié)同管理、工具服務、資源管理、數據服務等支持。在PLM 服務器端提供符合CORBA 規(guī)范的多種服務, 這些服務分別由產品數據管理、項目管理、工作流管理等分系統(tǒng)提供。
協(xié)同管理服務: 負責協(xié)調參與協(xié)同開發(fā)各用戶的行為, 目的是將各用戶的工作有機集成, 最終獲得滿足要求的產品。協(xié)同管理包括任務分配、過程監(jiān)控、沖突檢查等, 這些服務由工作流管理系統(tǒng)中的服務提供。
工具服務: 為客戶端特定的工具請求提供服務, 使它們在總體上形成一種群體工具, 為協(xié)同開發(fā)人員提供協(xié)同工具, 以提高用戶的協(xié)同工作效率。工具服務包括產品的可視化工具、批注圈閱工具、視頻會議、共享白板、文件傳輸、電子郵件等工具。其中, 可視化工具、批注圈閱工具由產品數據管理系統(tǒng)提供, 視頻會議、共享白板、文件傳輸、電子郵件等工具由工作流管理系統(tǒng)提供。
資源管理服務: 為開發(fā)人員提供有關系統(tǒng)內資源的信息, 輔助產品開發(fā)人員進行資源的選擇。同時對資源的使用情況和狀態(tài)變化進行管理, 當資源發(fā)生意外情況時可以主動通知相關的客戶端進行處理。資源管理服務由項目管理分系統(tǒng)提供。
通訊服務: 專門負責服務器與用戶工作站之間的通訊, 這是分布式計算平臺的基本功能。
數據服務: 包括產品信息模型及其管理、共享數據庫及其管理。產品信息模型表達了產品整個生命周期內的各種信息, 包括數據、文件、圖形、圖像等多種數據格式的數據源, 包含了從概念設計、產品工程設計、生產準備和制造、售后服務等的數據,分布在網絡不同的節(jié)點上, 信息模型的管理負責信息模型的建立、維護、信息抽象等工作。
工作流管理技術
在分布式異構的網絡環(huán)境中, 為提高相互關聯任務的執(zhí)行效率, 企業(yè)管理提出了“業(yè)務過程”(Business process) 的概念, 即要實現“業(yè)務過程自動化”(Business process automation) 和“業(yè)務過程重組”(Business pro cess re-eng ineering ) , 工作流管理技術可完成這個任務。工作流管理的主要內容是工作任務的整體處理過程和工作組成員之間依照一組已定義的規(guī)則及已制定的共同目標所交換的文本文件、各種媒體信息或任務。
工作流管理必須具備3 個關鍵要素:
( 1) 流轉路徑的智能化: 能夠根據定義的規(guī)則自動選擇路徑, 確保信息的正確流轉。
( 2) 提供跟蹤與監(jiān)控信息: 必須能夠隨時跟蹤和監(jiān)控信息的流轉, 從而進行必要的操作, 如催辦、雙驅動等, 保證信息流轉暢通;
( 3) 與應用結合的能力: 具有較強的應用結合能力, 才能得到廣泛的應用。
參考模型中將工作流分為2 個階段( 設計、運行階段)、3 個部分( 定義、控制、交互) 。工作流設計提供的功能包括: 圖形化設計工作流網絡圖; 能夠基于工作性質、用戶名或上下級關系將有關信息沿特定的路徑傳遞; 監(jiān)控工作流狀態(tài); 動態(tài)地改變工作流; 完善的日志管理。工作流運行環(huán)境由工作流模板設計器(Wo rkFlow designer ) 、工作流客戶端節(jié)點( Wor kFlow client ) 、工作流流程控制器(Wor kFlow manag ement ) 等幾個主要部分組成。
工作流管理實現的機制主要有兩種: 基于數據庫和基于電子郵件�；跀祿䦷熘饕蕾嚁祿蚕韥韺崿F工作流管理, 在開發(fā)上只需借助數據庫開發(fā)技術即可, 其優(yōu)點是工作流和應用系統(tǒng)緊密結合,缺點是實現廣域范圍的工作流很難�；陔娮余]件只需利用電子郵件的編程接口即可, 其優(yōu)點是實現廣域范圍內的工作流比較容易, 缺點是應用系統(tǒng)和工作流的分離。
系統(tǒng)實現技術
分布式計算
在分布式計算環(huán)境中, 異構性是一個十分明顯的特點。在異構環(huán)境下實現信息和軟件資源的共享是一項極大的挑戰(zhàn), 而CORBA 則可以提供有力的支持。各種軟件通過封裝都可以作為CORBA 軟總線上的組件實現即插即用, 從而實現信息和過程的共享。
對象管理體系結構( Object manag ement architecture,OMA) 就是OMG 組織作為分布對象計算的參考模型, 如圖所示。
OMA 體系結構的核心是對象請求代理( Objectrequest bro ker, ORB) , 它支持對象服務、通用設施、領域接口和應用接口之間的交互和通信。在OMA 參考模型的接口層示意圖中, 對象服務( Object Services) 是獨立于應用領域、為各種分布式對象軟件提供的一組基本服務的接口, 如名錄服務,事件服務等。通用設施( Common Facilit ies) 是向終端用戶應用提供的一組服務接口, 如組合文檔等。領域接口( Domain Interfaces) 是針對某個應用領域( 如產品數據管理PDM) 而提供的服務接口。應用接口( Applicat ion Interfaces) 是特定的高層應用的對外接口。
在產品全生命周期管理系統(tǒng)框架中, CORBA產品的應用, 重點是在一個CORBA 產品平臺上實現系統(tǒng)的各項功能, 實現應用功能的CORBA 封裝。在功能的集成上, 參照領域接口層定義的集成框架, 用IDL 把各分系統(tǒng)需要交互操作的接口定義出來, 所有接口封裝為CORBA 對象。CORBA 軟總線系統(tǒng)作為復雜產品異地協(xié)同開發(fā)工具集的基礎支撐技術, 與Web 技術、計算機安全技術及計算機支持協(xié)同工作等其他技術一起,構成分布、安全、開放和互操作的支撐平臺, 為項目管理、文檔管理以及各種應用系統(tǒng)的集成提供支持。
基于Web 技術
為支持異地協(xié)同設計和產品數據交換的需要,產品全生命周期管理系統(tǒng)應提供Web 客戶端�；贑ORBA 開發(fā)的應用系統(tǒng)通過IIOP ( Internet inter-ORB pro to col ) 協(xié)議, 可以比較方便地在瀏覽器中地實現對服務器端CORBA 對象的狀態(tài)查看及方法的調用。
CORBA 與WWW 結合, 構架出真正的3 層體系結構。這種3 層的體系結構, 以分布對象技術為基礎構架, 增加了應用層, 將客戶層與資源層隔開, 降低了Web 服務器的負載, 避免了Web 服務器的性能缺陷對整體性能的影響, 并且具有連接緩沖、負載均衡、安全管理等功能, 從而提高了Web應用整體的靈活性、可伸縮性和可擴展性。
在這種3 層體系結構中, CORBA 客戶方程序從Web 服務器下載執(zhí)行, 與應用服務器上的CORBA 應用對象通過IIOP 協(xié)議進行通訊, 調用指定的操作。CORBA 應用對象首先對客戶的請求進行認證和解釋, 根據客戶請求的內容, 或是直接訪問資源層的數據庫, 或是與網絡上的其他CORBA對象交互, 共同完成客戶請求。CORBA-Web體系與ActiveX, Jav a RMI( Remote method invo-cat ion) 比較起來, 有明顯優(yōu)勢。
意義
產品全生命周期管理是企業(yè)信息化的關鍵技術之一, PLM 可以提高市場競爭力, 也提高產品的質量和競爭力。產品全生命周期管理系統(tǒng)是一個采用了CORBA 和WEB 等技術的應用集成平臺和一套支持復雜產品異地協(xié)同制造的的, 具有安全、開放、實用、可靠、柔性等功能, 集成化、數字化、虛擬化、網絡化、智能化的支撐工具集。它拓展了PDM 的應用范圍, 支持整個產品全生命周期的產品協(xié)同設計、制造和管理, 從概念設計、產品工程設計、生產準備和制造、售后服務等整個過程的產品全生命周期的管理。
[什么是全生命周期管理]
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