基于SOA 的产品全寿命周期管理模式的研究与实现

苗壮，江涌涛，杨锡森

（江苏自动化研究所，江苏连云港 222006）

随着军工院所现代化进程的快速推进，对高、精、尖型号系统装备的可靠性、保障性、维修性、可靠性提出了更为苛刻的要求，因此,必须对产品整个生命周期进行数字化创新协同管理。部分军工院所的产品研发模式[1-2]处于节点分散式运作状态，科研人员无法把握产品的实时信息，制约了产品创新能力的提升，急需形成产品的全寿命周期管理，实现产品数据的互联互通，为产品创新能力奠定基础，以产品数据贯通带动产品创新，以创新带动智慧院所的建设，全面提升产品协同设计创新能力。

对于一个产品，从需求分析、详细设计、工艺设计、生产制造到后期维护，直至报废的全流程管理方式被称为产品全寿命管理[3-5]（Product Life-cycle Management，PLM）。它是一种以产品数据管理（Product Data Management，PDM）[6-8]为中心，以面向服务架构（Service Oriented Architect，SOA）[9-11]为系统架构，以产品物料清单（Bill of Material，BOM）[12-16]为主干，对产品需求分析、技术设计、原型试制、产品试验、服务保障进行全过程实时管控，实现研制流程信息化以及进一步的知识创新和应用。推进业务的精益管理，提升流程自动化水平，形成精细化、透明、闭环的全过程管理，支持全过程的数字化协同和并行工程。

1 产品全寿命周期管理系统设计

1.1 功能模块设计

PLM 系统包括零部件管理、图文管理、BOM 管理、流程管理、更改管理、可视化管理、用户和安全控制管理、工艺管理八个模块，如图1所示。

图1 PLM总体功能架构

PLM 系统具体功能构成如下：

零部件管理：通过定制产品模型的方式，把所有系列产品都通过产品树进行管理。支持不同产品类型、不同产品系列等建立不同产品的不同属性，并进行维护。

图文管理：实现对图纸/文档的版本管理与权限控制，不同的版本存储各阶段属性信息，并支持文档齐套性检查，自带不同类型文档模板、不同尺寸图纸图框。

流程管理：提供图形化的流程编辑工具，定义审批流程，支持查询流程历史记录和正在运行的流程，并在流程结束后记录流程审签人员信息。

BOM 管理：支持科研人员创建和编辑零部件结构，并且可对版本、版次进行管理，建立零部件与图文档、零部件间的关联关系，对任意两个BOM 进行比较，并生成产品配套明细表、汇总表等。

可视化管理：支持广泛的CAD 源数据转换和查看浏览，提供相应的JT 转换插件，使得来源于不同CAD 工具的数模能够轻松录入PLM，并组装在一起，应用于协同设计和模拟验证等工程中。

用户和安全控制管理：基于访问规则列表的权限管理体系，支持对不同组织、项目、角色、人员的访问管理，实现对特定数据的安全控制。

更改管理：实现设计变更的电子化，参与更改审核的角色可以在系统中完成审核、评估，并将更改单作为审核、评估对象。

工艺管理：支持对工艺资源库进行分类创建，实现对工艺资源的增加、删除、编辑等操作。实现机加、装配、电装等多种工艺类型的设计工作，能够输出工艺卡片、作业指导书。

1.2 集成接口设计

基于PLM 系统框架实现数字化设计与工艺全面管控，打通与AutoCAD、Office、Cadence 等设计工具及PM、ERP、MES、MDM 等信息化系统的集成应用。PLM 系统集成架构如图2 所示。

图2 PLM系统集成架构

PLM系统与AutoCAD集成，科研人员在AutoCAD上进行二维工程图的绘制，通过与PLM 系统的紧密集成应用，实现设计过程中图纸、BOM 等数据的传递，实现基于PLM 系统的业务过程紧密集成。

PLM 系统与Cadence 实现应用集成，向PLM 系统同步原理图、PCB 版图等数据。

PLM 系统与Office 集成，实现科研人员在本地使用Office 编辑文档后，上传并保存到PLM，以及在Office 端打开PLM 中的文档，实现文档双向传递。

PLM 系统与MDM 系统集成，实现基础物料的集成应用，包括人员、物料、项目、标准工序等，能够保证数据的唯一性。

PLM 系统与ERP 系统、MES 系统集成，实现图纸、BOM、工艺路线、更改通知单、问题报告、调试/检验细则等设计数据的集成，初步打通产品设计、工艺、制造各环节，实现设计工艺制造一体化。

PLM 系统与PM 系统集成，通过PM 系统向PLM系统同步项目任务及时间等信息,PLM 系统为PM 系统反馈任务的进度及结果，实现项目进度管控。

PLM 系统与软件项目管理集成，实现对软件项目文档的集中管控。

PLM 系统与知识管理系统集成，实现在任务前推送知识，任务中应用知识，任务后沉淀知识，达到知识与业务的深度融合，提高知识的重用率，提高设计效率和工艺的规范性。

2 产品全寿命周期管理系统实现

首先，项目负责人在PLM 中完成项目与项目计划的接收与下发。然后，总体方案负责人在线上完成总体方案等文档的编辑。结构设计人员通过CAD工具完成图纸、BOM 等的设计工作。电气设计人员通过PCB 工具完成电气原理图的绘制等工作。最后，工艺人员根据图纸信息，完成工艺设计。数字化产品研发主流程如图3 所示。

图3 数字化产品研发主流程

2.1 项目/任务创建及下发

项目/任务创建及下发步骤如下：

步骤一：项目负责人在PLM 中接收项目管理系统同步的项目信息及项目计划。

步骤二：由项目负责人组建项目团队，并设置权限。

步骤三：项目负责人根据项目计划，对任务负责人下发任务。任务负责人在接收任务和完成任务后，系统自动将任务进度反馈给项目管理系统。

步骤四：任务负责人根据任务的难易程度、工作体量进行任务细化，并将细化任务下发给下级任务负责人。下级任务负责人同样在接收任务和完成任务后，系统自动将任务进度反馈给项目管理系统。

2.2 文档在线编辑

文档在线编辑步骤如下：

步骤一：任务负责人接收到文档设计任务并确认后，系统将进度反馈给项目管理系统，调用项目文档或技术文档模板创建文件。

步骤二：双击打开文档模板，进行文档编辑。

步骤三：文档编辑后，发起在线流程审批，并确认完成任务，系统自动将任务进度反馈给项目管理系统。

2.3 图纸在线设计

图纸在线设计步骤如下：

步骤一：任务负责人接收到结构图纸设计任务并确认后，系统将进度反馈给项目管理系统。

步骤二：任务负责人打开CAD 工具，通过集成菜单登陆PLM 系统，并进行图纸初始化操作。

步骤三：图纸初始化后，选择“级类型种”向主数据系统申请图号，并编辑标题栏，绘制图纸；编辑明细栏，保存图纸并上传至PLM 系统。

步骤四：登陆PLM 系统查看图纸和BOM 是否有误，若没有问题，提交在线审批流程。

如图4 所示，通过“PLM 接口功能”实现了图纸模板的初始化、标题栏在线编辑、编辑明细栏等工作，达到了标准化、快速化绘制图等目标。

图4 图纸在线设计

图纸审批流程采用五级审批，即图纸所有者、小组领导、工艺人员、标准化人员、部领导五人审核。每级审核人员均可完成对图纸的圈阅，圈阅内容作为新图层存储在图纸附件上，不影响图纸原内容；每级审核人员对图纸不通过审核，均将图纸退回给图纸所有者，需要作者重新作图，并发起流程，避免了图纸被重复审核退回；图纸所有者还可以选中多张图纸，选择一个审批流程模板完成图纸的批量审批，避免对图纸的逐一审批。

2.4 工艺在线设计

工艺在线设计步骤如下：

步骤一：若做加工工艺，需要完成加工工序、指派工艺资源、创建数控程序、创建加工工步。

步骤二：若做装配工艺，需要添加工艺件、创建装配工艺、创建装配工序、指派消耗件、创建装配工艺。

步骤三：在完成加工/装配工艺后，系统将生成工艺卡片，并发起工艺审批。

步骤四：工艺批准后，PLM 将BOM、工艺路线及文件同步给ERP，供生产管理人员完成采购、投产、生产计划制定、工时定额等工作。PLM 系统将工艺路线、作业指导书等通用文件同步给ERP，供操作工完成生产作业。

图纸发布后，系统自动将对应的设计BOM（即EBOM）同步给下游系统。然后工艺人员对图纸进行编辑工艺，同时会对EBOM 增加工艺件、增加紧固件、变更原材料等操作，用于完成装配或加工工艺。因此，在工艺完成审批后，系统将工艺BOM（即PBOM）同步给下游系统，EBOM 和PBOM 组成如图5所示。

图5 EBOM和PBOM组成

3 系统上线达成效果

PLM 系统上线前完成技术文档、图纸、工艺的在线设计、在线签署、产品结构自动汇总、变更管理、设计库管理与应用等功能开发。针对PLM 涉及的企标件命名规则、结构BOM与电气BOM层次关系、技术更改管理、转阶段管理等业务流程，确定方案并完成系统功能开发、测试。对比上线前的业务现状，如表1所示。

表1 PLM系统上线后达成效果

4 结论

通过分析建设产品全寿命周期管理系统的必要性，研究产品全寿命周期管理系统相关技术，通过对零部件管理、产品结构管理、流程管理、变更管理等模块的设计，打通与ERP、MES、MDM 等信息化系统数据流，打破数据孤岛，创建统一的数据研制平台。通过一年上线运行，证明了该文研究成果的可行性、可用性和优越性。