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学习时间到!新一代国产化 PLM 系统的研发与实现

2022-06-11

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      由华天软件屈亚宁、李建勋、马春娜、邱慧慧共同撰写的论文《新一代国产化 PLM 系统的研发与实现》刊登于期刊《智能制造》。

以下为文章的精彩节选。

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1 引言

      在后全球化竞争格局下,智能制造转型和自主创新压力加剧,传统 PLM 软件无法满足智能制造转型需求,缺乏对正向设计和系统工程的支持,缺乏对云计算、大数据、人工智能、工业互联网等高新技术的融合应用。PLM 软件作为工业知识沉淀管控平台,其自主可控性是我国工业技术的深化创新和高端制造转型升级的安全屏障。为此,需要研发自主可控的新一代国产化 PLM 系统,融合大数据、人工智能、工业互联网等新技术,应对智能制造背景下产品生命周期管理需求,助力企业提升自主创新研发、智能管控、质量追溯和产业链协同能力,推进产品研制模式的变革,既是智能制造技术发展需求,也是国家战略需求。

2 国内外 PLM 发展趋势

      国外PLM软件厂商,垄断高端市场,通过并购整合,拓展产品线、探索新领域,在 CAD / CAE / CAM / CAPP / PLM / MOM / SLM 等领域占据市场的主导地位。

国内 PLM 软件厂商业务集中在 cPDM 领域,主要应用为工程数据管理,侧重于产品设计、工艺规划领域,各厂商在产品全生命周期业务覆盖不全,如图 1 所示。华天软件产品线全面,拥有三维建模设计 CAD、三维可视化设计 SView、智能制造管理 Inforcenter 三大自主可控核心技术,业务覆盖需求 - 设计 - 工艺 - 制造 - 服务产品全生命周期,推出了基于三维模型全面贯通的 PLM 整体解决方案。

     整体看 PLM 发展趋势,业务向产品全生命周期全面融合,技术向平台、云端、生态化发展。

3 新一代国产化 PLM 系统的内涵

        PLM 软件系统承载着企业智力知识资产,既是支撑产品研制流程的“高速路”,又是企业核心机密的“保险箱”,承载从产品需求、研发、工艺、制造、服务等产品全生命周期的关键业务数据和流程数据,可以说是工业软件的航母。新一代国产化 PLM 系统应该支撑中国特色、中国战略,支撑双循环、新基建、双碳等国家战略目标。

3.1 全面自主可控

       为避免“卡脖子”“后门”事件的发生,国内软件商应研究新一代的国产化 PLM 系统,在产品全生命周期设计 - 制造 - 服务各阶段采用全面自主可控的软件工具及系统(CAx、PLM、MOM、SLM),适配兼容国产操作系统、国产数据库等底层基础设施,同时要具备异构工具、异构系统的兼容能力,支持国外PLM异构系统数据的迁移管理,开展国产化替代,解决企业产品数据、智力资产安全自主可控 , 支撑内循环战略和自主创新,解决“卡脖子”问题。

3.2 支持正向设计

      当前国产 PLM 系统,在支持系统工程(Model Based System Engineering,MBSE)的正向设计、CAD 深度集成、超大规模 BOM 管理、多学科多专业协同等方面存在较大差距。新一代国产化 PLM 系统,应当支撑系统工程的正向设计研发体系,多学科仿真验证,多专业跨域协同,虚拟验证,持续迭代;构建基于模型的智能产品设计、智能制造、智能服务,提高产品创新能力、产品质量、产品极致体验,实现产品研制模式数字化转型、提升自主创新研发能力。

3.3 全新技术架构

      新一代国产化 PLM 系统,需要融入大数据、人工智能、云计算、低代码等最新技术,全面升级技术架构,具备敏捷、高效、动态、易管理、少代码的平台集成能力;支持全栈式服务,高并发、高可用,以平台化、模块化、服务化设计思路;采用可扩展、可配置业务建模技术,支撑不同行业业务模式产品全生命周期全面贯通;构建产品全生命周期基于统一数据模型的工业操作系统开放技术平台,以工业互联网云平台 - 工业 APP 软件形态,发展工业软件生态。

3.4 支撑双碳战略

      全球气候变暖、极端天气、自然灾害明显增多,全球各国纷纷做出碳中和承诺,中国提出“3060”双碳战略目标,创造可持续发展环境。新一代国产化 PLM 系统,应支撑双碳战略,面向产品全生命周期各阶段引入低碳设计及低碳性能指标要求,在产品规划设计阶段、产品工艺制造阶段、产品交付运输阶段、产品使用运维阶段、产品回收再利用阶段,建立加入产品碳足迹信息模型,低碳性能指标评估,开展产品全生命周期绿色设计、绿色制造、绿色服务。对数字化产品研发制造、交付使用、回收再利用进行全面的碳设计,从源头降低产品全生命周期、全产业链、全供应链的能耗、碳排放。

4 新一代国产化 PLM 系统设计与实现

       为响应新一代国产化 PLM 系统的发展趋势和内涵要求,华天软件规划设计了一款具备 1 套研发体系、1 个数字主线、1 个技术底座、N 个生态应用的新一代国产化PLM 系统,其整体框架如图 1 所示。

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图 1 新一代国产化 PLM 系统整体框架

4.1 建立 1 套研发体系

      新一代国产化 PLM 系统,要支持产品创新设计、产品正向设计,首先要建立支持 MBSE 的新一代数字化研发体系,贯穿“需求、功能、逻辑、物理、工艺、制造、服务保障”诸领域,建立覆盖产品全生命周期的全局统一数据模型,形成产品数字主线、支持全局数据追溯的研发数据管理能力。如图 2 所示,构建基于模型的系统工程设计MBSE 需求模型、功能模型、逻辑模型、物理模型,建立多专业、多学科综合仿真的闭环及迭代验证体系。针对产品工程阶段的物理、工艺、制造、服务领域模型,构建基于 xBOM 的关联管理体系,实现产品全生命周期各领域技术状态统一管控,实现产品全生命周期过程数据及产品数据的有效管理、可溯源、可持续发展。

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图 2 新一代国产化 PLM 系统的研发体系

4.2 搭建 1 个技术底座

       新一代国产化 PLM 系统的技术底座如图 3 所示,全面升级底层技术架构,采用微服务、容器化、DevOps、持续交付等全新技术架构,融合大数据、人工智能、物联网、低代码等最新技术,构建新一代工业软件技术底座“产品全生命周期操作系统 PLMOS”,具备感知数据接入(IOT 物联平台)能力、云架构技术平台集成能力(工业 PaaS)、数字中台(数据中台、业务中台)共性服务能力、工业 APP 应用生态构建能力,遵循业界主流相关标准和技术体制,具有开放性高、可移植性强、兼容性好和可扩展性等特点,支持全栈式服务、高并发、高可用,支持模型驱动和可定制,满足个性化需求应用,实现服务化应用的快速响应和敏捷交付。支持私有云、公有云、混合云,多云部署策略,基于云端的 SaaS 应用、工业 APP 应用,灵活部署以及客户端多样化服务扩展。

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图 3 新一代国产化 PLM 系统的技术底座

4.3 贯穿 1 个数字主线

     新一代国产化 PLM 系统的数字主线如图 4 所示,基于 MBD 技术、单一数据源,以 BOM 为核心构建产品全生命周期统一数据模型,通过数字主线及数字孪生技术,以及纵向、横向集成,端到端集成,实现 IT 与 OT 的融合,打通产品全生命周期信息孤岛,并结合数字孪生实现数字与物理世界融合,形成产品全生命周期的数字化数据流,如 CAD 产品模型数据、PLM 产品设计数据、MOM 产品制造数据,SLM 产品服务数据融合打通,面向产品全生命周期 3D 数字孪生表达应用,xBOM 与数模关联映射,实现业务模型与三维模型的深度融合,实现产品全生命周期各个研制阶段、各技术状态清晰记录和管理,确保产品全生命周期过程中产品各种维度的技术状态信息的可追溯。

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图 4 新一代国产化 PLM 系统的数字主线

4.4 实现 N 个应用

       新一代国产化 PLM 系统,以客户为中心,持续关注产品全生命周期的体验,关注用户参与感、交付体验感、个性化需求等,以客户为中心能够实时洞察客户需求、能够实时满足客户需求。如图 5 所示,通过技术底座构建工业 APP 生态体系,基于技术底座沉淀业务能力、数据能力、低代码开发能力,直接对接客户,提供解决方案,客户能快速创建业务应用、快速试错、创新应用、迭代优化。通过技术底座开放能力,针对企业、合作伙伴、社会资源等不同群体,提供不同行业微服务组件、工业 APP,形成共享服务,增强平台能力,以生态催生新模式。构建柔性适配的国产工业软件生态体系,兼容上下游自主可控软硬件环境,通过生态的协同共进,实现中国工业软件的自主可控,国产化替代,解决“卡脖子”问题。

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图 5 以客户为中心,平台 + 生态 N 个应用

5 新一代国产化 PLM 系统的应用蓝图

       基于新一代国产化 PLM 系统,在产品生命周期各个阶段,以 BOM 为核心,基于模型管理和表达,开展创新研发、卓越制造、敏捷服务等业务蓝图应用,通过数字主线连续贯通用户需求、产品设计、产品制造和产品服务等业务环节,以数字模型为基础,通过数字化的形式完整记录整个产品生命周期的状态变化,实现产品全生命周期数据融合、全局共享、全局优化。

5.1 “创新研发”应用蓝图

新一代国产化PLM系统采用了系统工程、模块化设计、并行工程等先进方法,可以通过面向市场及客户定制的需求工程管理,支持客户在线参与创意设计及 3D 互动体验。“创新研发”应用场景如图 6 所示,在方案设计阶段,开展多方案综合设计、模拟择优闭环验证,实现多学科多专业智能产品协同设计及仿真迭代验证。在工程设计阶段,开展基于 MBD 的产品工程设计、三维工艺规划与仿真、虚拟数字样机设计验证以及全球跨域跨阶段研发设计及协同管理,通过数字主线、数字孪生技术,构建产品全生命周期多领域模型关联及 xBOM 管理,支持产品生命周期各阶段全过程的业务协同和数据交换,实现产品全生命周期跨域、跨阶段业务协同、信息共享、数据连续、工作高效。

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图 6 “创新研发”应用场景

5.2 “卓越制造”应用蓝图

       “卓越制造”应用场景如图 7 所示,采用系统工程、并行工程、模块化、精益生产等先进理念方法支撑,以xBOM 为核心,开展 OTD 订单驱动、数字化工厂模拟仿真、3D 数字化智能制造、3D 可视化运营监控、设备监控与运维等智能化应用。构建基于模型的企业系列应用,从MBD-MBe-MBE,基于模型的工程,基于模型的制造,实现精确和实时的决策能力。探索和验证基于数字孪生技术、CPS 信息物理智能工厂应用,构建状态感知、实时监控、自主决策、精准执行的生产制造的闭环智能。

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图 7 “卓越制造”应用场景

5.3 “敏捷服务”应用蓝图

“敏捷服务”应用场景如图 8 所示,以客户为中心,面向智能产品运营,引入一站式服务、远程服务等新服务模式,构建敏捷服务规划及运营环境,形成产品服务规划、运营、优化的互联闭环服务体系,以 xBOM 为核心,建立产品电子履历实时动态管理,通过 SBOM 有序传递,实物状态有效全面控制。建立预防性维修、预见性维修等多级服务机制,快速响应主动服务,实现产品高效可靠运营以及盈利模式创新。

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图 8 “敏捷服务”应用场景

6 结束语

       面对当前严峻的国际形势以及国家政策战略,结合云计算、大数据、人工智能等新技术发展趋势以及企业数字化转型需求,需要全面升级 PLM 系统的技术架构。为此,华天软件采用自主可控核心技术,规划设计了具备 1 套研发体系、1 个数字主线、1 个技术底座、N 个生态应用的新一代国产化 PLM 系统,构建 PLM 工业软件生态体系,沉淀共性业务、数据服务组件,形成了产品全生命周期的数字中台,赋能企业不同场景快速创新应用,实现面向产品全生命周期各个阶段的创新研发、卓越制造、敏捷服务,打造国产工业软件精品,逐步实现国产化替代,解决工业软件“卡脖子”问题,让中国工业知识用自主国产工业软件来管理和表达。


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