基于Teamcenter的PLM系統軟件在制造業中應用的研究

黨應聰 陳勁杰

摘 要：隨著制造全球化和工業4.0的推進，產品生命周期管理（PLM）這一概念得到越來越多的重視。本文以全球最大的PLM軟件-Teamcenter為例，首先對PLM中產品設計信息管理和流程信息管理兩個方面做了詳細的分析和研究，抽象出了產品生命周期管理的實質；其次，對PLM在制造行業中的應用優勢做了分析；最后，從企業工程師長期使用的角度找出了國外PLM系統在本地化應用中兩大層面上的問題，并解釋了出現問題的相應原因。

關鍵詞：生命周期管理；Teamcenter；產品設計與流程信息；協同設計開發

中圖分類號：TP319 文獻標識碼：A

1 引言（Introduction）

PDM形成于1980年并在1990年快速發展，它以軟件技術作為基礎，制造業產品作為核心，管理與產品相關的數據，流程和資源，而PLM這個概念相當于是PDM的一個擴展[1]。產品全生命周期管理（PLM）是在工程數據管理（PDM）的基礎上慢慢發展成長起來的，為內容管理系統（CMS）提供了一個新的思路和集成框架結構[2]。

面對如今眾多的管理系統，PLM系統最為值得稱贊的一點是其整合了各種不同的自動化系統（例如：CAD、PDM、ERP等），使它們有機得結合在一起[3]，這對提高產品的設計質量與生產效率和對整個行業的智能化推進有著非常重要的意義。

隨著智能制造與工業4.0的推進，制造業中各類產品的協同設計開發與整個產品生命周期各類生產資料的集成管理成為了關鍵的突破點，因此對PLM管理系統的研究成為智能制造中最為重要的一個環節[4]。

2 基于Teamcenter的PLM系統理解（Understanding

of PLM system based on Teamcenter）

PLM能夠有效地管理研發過程的圖文檔，能夠在一個產品的全生命周期里統籌所有資源信息，能夠保證產品數據的整性、正確性、一致性，能夠解決企業產品研發過程中的頻繁變更、可追溯性差的問題，并且能夠實現數據的版本管理等功能[5]。PLM平臺完成了產品數據的“刪繁化簡”，將以前需要人手工存儲的產品三維數據和二維圖紙標準化和數字化，將它們統一地放在共享數據庫中，為產品的協同設計提供了可能[6]。

PLM系統的實質分析如圖1所示，它管理的數據種類非常之多但主要可以分為四個部分，其中最為核心的內容包括兩個方面：產品設計信息和審批流程，下面將針對這兩個方面做分析和闡述。

2.1 產品設計信息的管理

產品設計信息主要包括產品零部件和總成的三維模型、二維圖紙、工藝流程、仿真分析報告和產品說明等基本信息。這些產品數據信息就是公司的生命，它為企業的產品創新和技術改進提供源源不斷的活力，因此對其有效、有序地管理與保存顯得十分重要。

如圖2所示，Teamcenter的后臺底層架構是用Java編寫的，為了存儲產品設計信息，開發者創建了很多對象（Object），其中包括Engineering Part、Support Design、Engineering Drawing、Control Document等Java對象。這些對象相當于特定化的文件夾，具有高度的靈活性和自由性，為工程師管理產品信息提供了多樣化的選擇。在對象這一層級之后的是數據集（Dataset），這些數據集并不是Teamcenter特有的，例如PPT、Word、CatPart、CatDrawing等，這些數據集合儲存的就是實際的產品信息。

Teamcenter內的數據集合并不是獨立存在的，實際上它能夠整合市場大多數的CAD等各種自動化軟件，因此其對應得java對象類也特別多，同時其包含的數據集范圍也十分廣泛[7]。

2.2 審批流程信息管理

流程信息主要涉及兩個方面的內容，一個方面是單個產品項目的商業運作和人員分配，另一個方面是已經設計的產品數據的審核校驗與更新改善；其本質可理解為單個項目的人力資源分配和單個項目下所以產品數據的審核狀態管理。

如圖3所示，審批流程信息管理主要分為兩個階段：首先獲取客戶需求和設計目的，其次由項目經理在系統中建立相應項目代號并指定項目主負責人，負責人根據實際情況將要參與到該項目的SDT（協同開發團隊）成員添加進項目中完成人員的分配，這是自上而下的一個過程；所有人員確定后，產品工程師根據客戶需求和設計要求完成產品模型，最后產品工程師向上級提交產品發放申請或者變更申請，由各個部門的管理者分析和審批，通過則完成這個產品的設計進入生產階段，這是一個自下而上的過程。

3 PLM系統的優勢分析（Analysis on advantages of

PLM system）

PLM的使用對產品制造中的集約化管理和設計生產制造的細分有良好的促進作用，只有通過設計制造過程模塊化細分化，才能真正的實現制造智能化。Teamcenter作為一款集大成于一身的PLM實施軟件，它具備非常多的優勢和特點。下面以Teamcenter為例，分析PLM系統在系統工程與需求管理，物料清單管理和仿真測試過程管理三個方面的優勢。

3.1 系統工程和需求管理

Teamcenter通過對產品需求、工程需求、完整制造系統約束優化要求來減少設計制造問題，降低供應鏈問題風險；能夠將系統級別的理解、客戶需求、制造客觀限制條件等結合起來，以協助工程師做出更好的決策并及時完成產品的完整設計制造與市場推廣。

Teamcenter將整個產品的生命周期作為一個閉環系統，從需求的提出到產品的交付，再到用戶的反饋和改進完全結合在一起，使得每一個產品都有自己的生命循環系統，并記錄下這個過程中產生的所有細節信息，提高公司對于市場的反應速度，提升產品的生產效率，促進產品的良性改進[8]。

3.2 物料清單管理

從設計到生產Teamcenter都能很好地管理完整的產品物料清單（BOM），不管是簡單的結構還是復雜的產品定義它都能很好展現出來。結構管理（Strucure Manager）這一功能模塊能夠建立獨立的完整的產品定義，能夠在BOM（Bills Of Material）里面直觀地向用戶呈現所有產品零部件信息，能夠對所配置的產品進行可視化。

如圖5所示，PLM系統中模塊化的物料清單管理功能能夠利用產品的共性將整個產品系列整合到單一結構中，這種單一的結構使得管理同類產品的各個系列十分方便，無需額外的工作量就能提供更多產品配置選擇和管理完整的產品物料清單。這一功能使得企業能夠針對用戶的特定需求來提供清晰、即時和準確的產品BOM定義，從而有效地改善生產效率和降低協同開發成本。

3.3 仿真測試過程管理

在整個產品生命周期中，仿真測試過程是一個必不可少的階段，其主要用于對產品的工況性能進行綜合評估，給出改進意見報告。仿真測試過程管理主要包括兩方面：產品三維數據在虛擬工況下的仿真數據管理和產品樣件在實際工況下的測試數據管理。

如圖6所示，設計好的產品數據需要先在虛擬工況下進行仿真分析，通過以后進行樣件生產；然后將樣件放在實際使用工況下去做指標測試，通過后才能進行樣件生產。PLM系統將虛擬的仿真數據和實際的測試數據都整合在一起，方便工程師進行產品的優化對比改進，使得產品的更新迭代更為快速。同時它還集成了三維仿真可視化功能，能夠快速地配置和啟動CAE應用程序，并將仿真結果存儲在正確的上下文中，方便協同開發團隊查看使用。

4 Teamcenter本地化問題（Teamcenter localization

problems）

雖然Teamcenter在國內外贊譽無數，但在本地化實施過程仍然存在諸多問題，由于其龐大的系統的較高的使用維護費用使得中小型企業對其望而卻步。下面主要從系統層級和實施層級分析其不足。

4.1 系統層級問題

Teamcenter服務的不僅僅是制造行業，還包括各式各樣與設計生產相關的行業。它將PLM進行模塊化組合，使其能夠切實地滿足客戶的不同需求。然而，針對制造行業模塊化處理后的Teamcenter相當龐大，需要性能極好的工作站才能正常無卡頓使用。經過對Teamcenter系統的長期使用和觀察，本文得出該系統過于龐大的三點系統層級原因。

（1）管理文檔幾乎涵蓋了常見的所有類型，但是大部分文檔類型用不到，其文檔針對性還不夠強。

（2）模塊之間存在功能重復的問題，部分模塊之間界限不清晰。

（3）Teamcenter客戶端的緩存管理機制不夠優化，經常容易出現應用崩潰的情況。

4.2 實施層級問題

在實際的設計生產環境中，本地制造企業已經將Teamcenter的設計協同和數據共享理念運用得十分熟練，但是在物料清單管理和制造工藝管理等其他細分模塊上應用得并不理想。他們更多的只是用到了生命周期的一部分，忽視了這一系統對整個產品生命周期的考量。根據實際經驗，可以總結出Teamcenter與本地企業生產制造結合不深入的三點原因。

（1）該PLM系統由德國西門子公司設計，在操作思路邏輯上較為繁雜不易理解，與中國本地企業推崇的高效、簡潔、準確存在一定的差距。

（2）由于涉及數據安全和泄漏問題本地企業懷著謹慎的態度，其更愿意將不同階段的數據放在不同的管理系統里面。

（3）整個系統的本地化培訓做得比較差勁，存在較多兼容問題，有些概念和操作方法晦澀難懂，PLM工程師人力資源匱乏。

5 結論（Conclusion）

隨著制造行業的全球化和工業4.0的全面實施，Teamcenter作為一款集大成于一身的產品生命周期管理軟件（PLM Software）會越來越被企業所推崇，同時由于該系統的普及和推廣，其在中國本地化的道路上會遇到更多的阻礙。

本文從Teamcenter的實質內容、應用優勢、本地化問題三個方面對其進行了詳細的分析，以期望達到對PLM系統更深層的理解。中國本地制造業應該在借鑒和使用中學習，取其精華，去其糟粕，建立出適合本國制造行業現狀的產品生命周期管理系統。

參考文獻（References）

[1] Yongxian liu，Yu Zhang，Hualong Xie.Research on Product Lifecycle Management System Based on Teamcenter[J].Chinese Control and Decision Conference，2008：1683-1687.

[2] 敖錦龍.基于Teamcenter的PDM研究及總體實施規劃[J].技術導向，2009（04）：33-37.

[3] Dimitar Jetchev，George Todorov.Model-based Virtual Product Development and Data Control with PLM[J].International Conference on Electrical Machines，2017：191-194.

[4] 周亮.基于PDM的協同設計系統的研究與開發[D].河北工業大學，2005.

[5] 楊經宇.PLM在汽配行業的應用[J].電子技術與軟件工程，

2015（04）：104-105.

[6] Xinglong Han，Mali Li.Research on Spacecraft Assembly System Integration Based on PLM[J].IEEE International Conference on Mechatronics & Automation，2016：1-5.

[7] Zhan Xianghui，Li Xiaoda.Methods of Mapping Model Data To Teamcenter[J].Fourth International Conference on Digital Manufacturing & Automation，2013：783-786.

[8] Christof Ebert.Improving engineering efficiency with PLM/ALM[J].Software System Model，2013（12）：443-449.

作者簡介：

黨應聰（1993-），男，碩士生.研究領域：智能器人.

陳勁杰（1969-），男，碩士，副教授.研究領域：智能機器人.