屈亞寧,李建勛,馬春娜,邱慧慧
(山東山大華天軟件有限公司,山東 濟(jì)南 250101)
在后全球化競(jìng)爭(zhēng)格局下,智能制造轉(zhuǎn)型和自主創(chuàng)新壓力加劇,傳統(tǒng)PLM軟件無(wú)法滿足智能制造轉(zhuǎn)型需求,缺乏對(duì)正向設(shè)計(jì)和系統(tǒng)工程的支持,缺乏對(duì)云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等高新技術(shù)的融合應(yīng)用。PLM 軟件作為工業(yè)知識(shí)沉淀管控平臺(tái),其自主可控性是我國(guó)工業(yè)技術(shù)的深化創(chuàng)新和高端制造轉(zhuǎn)型升級(jí)的安全屏障。為此,需要研發(fā)自主可控的新一代國(guó)產(chǎn)化PLM系統(tǒng),融合大數(shù)據(jù)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù),應(yīng)對(duì)智能制造背景下產(chǎn)品生命周期管理需求,助力企業(yè)提升自主創(chuàng)新研發(fā)、智能管控、質(zhì)量追溯和產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同能力,推進(jìn)產(chǎn)品研制模式的變革,既是智能制造技術(shù)發(fā)展需求,也是國(guó)家戰(zhàn)略需求。
國(guó)外PLM軟件廠商,達(dá)索、西門(mén)子、PTC壟斷高端市場(chǎng),通過(guò)并購(gòu)整合,拓展產(chǎn)品線、探索新領(lǐng)域,在CAD / CAE/ CAM / CAPP / PLM / MOM / SLM等領(lǐng)域占據(jù)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。達(dá)索系統(tǒng)在3DExperience體驗(yàn)平臺(tái)中將多學(xué)科設(shè)計(jì)協(xié)同能力和傳統(tǒng)PDM功能融合,三維建模功能采用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化的方式進(jìn)行存儲(chǔ)、應(yīng)用,平臺(tái)強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品全生命周期融合打通,數(shù)字連續(xù)。西門(mén)子工業(yè)軟件強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)、仿真、制造、服務(wù)一體化,虛實(shí)融合打通,打造Teamcenter數(shù)字平臺(tái)。PTC通過(guò)收購(gòu)Onshape和ThingWorx等產(chǎn)品,向云和物聯(lián)網(wǎng)等方向轉(zhuǎn)型,打造ThingWorx 物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),在ALM軟件生命周期管理、SLM服務(wù)生命周期管理方面布局,為智能產(chǎn)品管理應(yīng)用提供服務(wù)。
國(guó)內(nèi)PLM軟件廠商,思普、天喻、開(kāi)目、CAXA、用友等業(yè)務(wù)集中在cPDM領(lǐng)域,主要應(yīng)用為工程數(shù)據(jù)管理,側(cè)重于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃領(lǐng)域,各廠商在產(chǎn)品全生命周期業(yè)務(wù)覆蓋不全,如圖1所示。索為、神軟等PLM廠商,重點(diǎn)面向航空航天行業(yè)提供典型應(yīng)用。華天軟件產(chǎn)品線全面,擁有三維建模設(shè)計(jì)CAD、三維可視化設(shè)計(jì)SView、智能制造管理Inforcenter三大自主可控核心技術(shù),業(yè)務(wù)覆蓋需求-設(shè)計(jì)-工藝-制造-服務(wù)產(chǎn)品全生命周期,推出了基于三維模型全面貫通的PLM整體解決方案。
整體看PLM發(fā)展趨勢(shì),業(yè)務(wù)向產(chǎn)品全生命周期全面融合,技術(shù)向平臺(tái)、云端、生態(tài)化發(fā)展。國(guó)內(nèi)PLM軟件廠商在業(yè)務(wù)覆蓋的全面性、功能深度、技術(shù)架構(gòu)的先進(jìn)性等方面都與國(guó)外巨頭存在較大差距。多數(shù)國(guó)產(chǎn)PLM系統(tǒng),缺少與先進(jìn)設(shè)計(jì)模式的融合,難以支撐產(chǎn)品創(chuàng)新正向設(shè)計(jì)。國(guó)外PLM系統(tǒng)占據(jù)國(guó)防軍工和高端核心裝備行業(yè)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì),國(guó)內(nèi)企業(yè)遭遇“卡脖子”的風(fēng)險(xiǎn)極高。
PLM軟件系統(tǒng)承載著企業(yè)智力知識(shí)資產(chǎn),既是支撐產(chǎn)品研制流程的“高速路”,又是企業(yè)核心機(jī)密的“保險(xiǎn)箱”,承載從產(chǎn)品需求、研發(fā)、工藝、制造、服務(wù)等產(chǎn)品全生命周期的關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和流程數(shù)據(jù),可以說(shuō)是工業(yè)軟件的航母。新一代國(guó)產(chǎn)化 PLM 系統(tǒng)應(yīng)該支撐中國(guó)特色、中國(guó)戰(zhàn)略,支撐雙循環(huán)、新基建、雙碳等國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)。
國(guó)內(nèi)大型制造企業(yè)普遍采用達(dá)索、西門(mén)子、PTC等國(guó)外廠商的PLM系統(tǒng),為確保國(guó)內(nèi)重點(diǎn)行業(yè)、企業(yè)數(shù)據(jù)的安全,避免“卡脖子”“后門(mén)”事件的發(fā)生,國(guó)內(nèi)軟件商應(yīng)研究新一代的國(guó)產(chǎn)化PLM系統(tǒng),在產(chǎn)品全生命周期設(shè)計(jì)-制造-服務(wù)各階段采用全面自主可控的軟件工具及系統(tǒng)(CAx、PLM、MOM、SLM),適配兼容國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)、國(guó)產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)等底層基礎(chǔ)設(shè)施,同時(shí)要具備異構(gòu)工具、異構(gòu)系統(tǒng)的兼容能力,支持國(guó)外PLM異構(gòu)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的遷移管理,開(kāi)展國(guó)產(chǎn)化替代,解決企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)、智力資產(chǎn)安全自主可控,支撐內(nèi)循環(huán)戰(zhàn)略和自主創(chuàng)新,解決“卡脖子”問(wèn)題。
當(dāng)前國(guó)產(chǎn)PLM系統(tǒng),在支持系統(tǒng)工程(Model Based System Engineering,MBSE)的正向設(shè)計(jì)、CAD深度集成、超大規(guī)模BOM管理、多學(xué)科多專業(yè)協(xié)同等方面存在較大差距。新一代國(guó)產(chǎn)化 PLM 系統(tǒng),應(yīng)當(dāng)支撐系統(tǒng)工程的正向設(shè)計(jì)研發(fā)體系,多學(xué)科仿真驗(yàn)證,多專業(yè)跨域協(xié)同,虛擬驗(yàn)證,持續(xù)迭代;構(gòu)建基于模型的智能產(chǎn)品設(shè)計(jì)、智能制造、智能服務(wù),提高產(chǎn)品創(chuàng)新能力、產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品極致體驗(yàn),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研制模式數(shù)字化轉(zhuǎn)型、提升自主創(chuàng)新研發(fā)能力。
目前國(guó)產(chǎn)PLM產(chǎn)品普遍采用陳舊的軟件架構(gòu)和技術(shù),系統(tǒng)擴(kuò)展性和靈活性差,無(wú)法滿足復(fù)雜多變需求,以及云化、在線化應(yīng)用需求。新一代國(guó)產(chǎn)化PLM系統(tǒng),需要融入大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算、低代碼等最新技術(shù),全面升級(jí)技術(shù)架構(gòu),具備敏捷、高效、動(dòng)態(tài)、易管理、少代碼的平臺(tái)集成能力;支持全棧式服務(wù),高并發(fā)、高可用,以平臺(tái)化、模塊化、服務(wù)化設(shè)計(jì)思路;采用可擴(kuò)展、可配置業(yè)務(wù)建模技術(shù),支撐不同行業(yè)業(yè)務(wù)模式產(chǎn)品全生命周期全面貫通;構(gòu)建產(chǎn)品全生命周期基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型的工業(yè)操作系統(tǒng)開(kāi)放技術(shù)平臺(tái),以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)-工業(yè)APP軟件形態(tài),發(fā)展工業(yè)軟件生態(tài)。
全球氣候變暖、極端天氣、自然災(zāi)害明顯增多,全球各國(guó)紛紛做出碳中和承諾,中國(guó)提出“3060”雙碳戰(zhàn)略目標(biāo),創(chuàng)造可持續(xù)發(fā)展環(huán)境。新一代國(guó)產(chǎn)化PLM系統(tǒng),應(yīng)支撐雙碳戰(zhàn)略,面向產(chǎn)品全生命周期各階段引入低碳設(shè)計(jì)及低碳性能指標(biāo)要求,在產(chǎn)品規(guī)劃設(shè)計(jì)階段、產(chǎn)品工藝制造階段、產(chǎn)品交付運(yùn)輸階段、產(chǎn)品使用運(yùn)維階段、產(chǎn)品回收再利用階段,建立加入產(chǎn)品碳足跡信息模型,低碳性能指標(biāo)評(píng)估,開(kāi)展產(chǎn)品全生命周期綠色設(shè)計(jì)、綠色制造、綠色服務(wù)。對(duì)數(shù)字化產(chǎn)品研發(fā)制造、交付使用、回收再利用進(jìn)行全面的碳設(shè)計(jì),從源頭降低產(chǎn)品全生命周期、全產(chǎn)業(yè)鏈、全供應(yīng)鏈的能耗、碳排放。
目前,與國(guó)外主流PLM系統(tǒng)相比,國(guó)內(nèi)PLM系統(tǒng)在產(chǎn)品架構(gòu)設(shè)計(jì)、功能完備性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、性能等方面存在差距。為響應(yīng)新一代國(guó)產(chǎn)化PLM系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)和內(nèi)涵要求,華天軟件規(guī)劃設(shè)計(jì)了一款具備1套研發(fā)體系、1個(gè)數(shù)字主線、1個(gè)技術(shù)底座、N個(gè)生態(tài)應(yīng)用的新一代國(guó)產(chǎn)化PLM 系統(tǒng),其整體框架如圖1所示。
圖1 新一代國(guó)產(chǎn)化PLM系統(tǒng)整體框架
新一代國(guó)產(chǎn)化PLM系統(tǒng),要支持產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)、產(chǎn)品正向設(shè)計(jì),首先要建立支持MBSE的新一代數(shù)字化研發(fā)體系,貫穿“需求、功能、邏輯、物理、工藝、制造、服務(wù)保障”諸領(lǐng)域,建立覆蓋產(chǎn)品全生命周期的全局統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型,形成產(chǎn)品數(shù)字主線、支持全局?jǐn)?shù)據(jù)追溯的研發(fā)數(shù)據(jù)管理能力。如圖2所示,構(gòu)建基于模型的系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)MBSE需求模型、功能模型、邏輯模型、物理模型,建立多專業(yè)、多學(xué)科綜合仿真的閉環(huán)及迭代驗(yàn)證體系。針對(duì)產(chǎn)品工程階段的物理、工藝、制造、服務(wù)領(lǐng)域模型,構(gòu)建基于xBOM的關(guān)聯(lián)管理體系,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期各領(lǐng)域技術(shù)狀態(tài)統(tǒng)一管控,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期過(guò)程數(shù)據(jù)及產(chǎn)品數(shù)據(jù)的有效管理、可溯源、可持續(xù)發(fā)展。
圖2 新一代國(guó)產(chǎn)化PLM系統(tǒng)的研發(fā)體系
新一代國(guó)產(chǎn)化PLM系統(tǒng)的技術(shù)底座如圖3所示,全面升級(jí)底層技術(shù)架構(gòu),采用微服務(wù)、容器化、DevOps、持續(xù)交付等全新技術(shù)架構(gòu),融合大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、低代碼等最新技術(shù),構(gòu)建新一代工業(yè)軟件技術(shù)底座“產(chǎn)品全生命周期操作系統(tǒng)PLMOS”,具備感知數(shù)據(jù)接入(IOT物聯(lián)平臺(tái))能力、云架構(gòu)技術(shù)平臺(tái)集成能力(工業(yè)PaaS)、數(shù)字中臺(tái)(數(shù)據(jù)中臺(tái)、業(yè)務(wù)中臺(tái))共性服務(wù)能力、工業(yè)APP應(yīng)用生態(tài)構(gòu)建能力,遵循業(yè)界主流相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)體制,具有開(kāi)放性高、可移植性強(qiáng)、兼容性好和可擴(kuò)展性等特點(diǎn),支持全棧式服務(wù)、高并發(fā)、高可用,支持模型驅(qū)動(dòng)和可定制,滿足個(gè)性化需求應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)服務(wù)化應(yīng)用的快速響應(yīng)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應(yīng)用、工業(yè)APP應(yīng)用,靈活部署以及客戶端多樣化服務(wù)擴(kuò)展。
圖3 新一代國(guó)產(chǎn)化PLM系統(tǒng)的技術(shù)底座
新一代國(guó)產(chǎn)化PLM系統(tǒng)的數(shù)字主線如圖4所示,基于 MBD技術(shù)、單一數(shù)據(jù)源,以BOM為核心構(gòu)建產(chǎn)品全生命周期統(tǒng)一數(shù)據(jù)模型,通過(guò)數(shù)字主線及數(shù)字孿生技術(shù),以及縱向、橫向集成,端到端集成,實(shí)現(xiàn)IT與OT的融合,打通產(chǎn)品全生命周期信息孤島,并結(jié)合數(shù)字孿生實(shí)現(xiàn)數(shù)字與物理世界融合,形成產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字化數(shù)據(jù)流,如CAD產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)、PLM產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、MOM產(chǎn)品制造數(shù)據(jù),SLM產(chǎn)品服務(wù)數(shù)據(jù)融合打通,面向產(chǎn)品全生命周期 3D 數(shù)字孿生表達(dá)應(yīng)用,xBOM與數(shù)模關(guān)聯(lián)映射,實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)模型與三維模型的深度融合,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期各個(gè)研制階段、各技術(shù)狀態(tài)清晰記錄和管理,確保產(chǎn)品全生命周期過(guò)程中產(chǎn)品各種維度的技術(shù)狀態(tài)信息的可追溯。
圖4 新一代國(guó)產(chǎn)化PLM系統(tǒng)的數(shù)字主線
新一代國(guó)產(chǎn)化PLM系統(tǒng),以客戶為中心,持續(xù)關(guān)注產(chǎn)品全生命周期的體驗(yàn),關(guān)注用戶參與感、交付體驗(yàn)感、個(gè)性化需求等,以客戶為中心能夠?qū)崟r(shí)洞察客戶需求、能夠?qū)崟r(shí)滿足客戶需求。如圖5所示,通過(guò)技術(shù)底座構(gòu)建工業(yè) APP生態(tài)體系,基于技術(shù)底座沉淀業(yè)務(wù)能力、數(shù)據(jù)能力、低代碼開(kāi)發(fā)能力,直接對(duì)接客戶,提供解決方案,客戶能快速創(chuàng)建業(yè)務(wù)應(yīng)用、快速試錯(cuò)、創(chuàng)新應(yīng)用、迭代優(yōu)化。通過(guò)技術(shù)底座開(kāi)放能力,針對(duì)企業(yè)、合作伙伴、社會(huì)資源等不同群體,提供不同行業(yè)微服務(wù)組件、工業(yè)APP,形成共享服務(wù),增強(qiáng)平臺(tái)能力,以生態(tài)催生新模式。構(gòu)建柔性適配的國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件生態(tài)體系,兼容上下游自主可控軟硬件環(huán)境,通過(guò)生態(tài)的協(xié)同共進(jìn),縮短與國(guó)外工業(yè)軟件先進(jìn)水平的差距,實(shí)現(xiàn)中國(guó)工業(yè)軟件的自主可控,國(guó)產(chǎn)化替代,解決“卡脖子”問(wèn)題。
圖5 以客戶為中心,平臺(tái) + 生態(tài) N 個(gè)應(yīng)用
基于新一代國(guó)產(chǎn)化PLM系統(tǒng),在產(chǎn)品生命周期各個(gè)階段,以BOM為核心,基于模型管理和表達(dá),開(kāi)展創(chuàng)新研發(fā)、卓越制造、敏捷服務(wù)等業(yè)務(wù)藍(lán)圖應(yīng)用,通過(guò)數(shù)字主線連續(xù)貫通用戶需求、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造和產(chǎn)品服務(wù)等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié),以數(shù)字模型為基礎(chǔ),通過(guò)數(shù)字化的形式完整記錄整個(gè)產(chǎn)品生命周期的狀態(tài)變化,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)融合、全局共享、全局優(yōu)化。
新一代國(guó)產(chǎn)化PLM系統(tǒng)采用了系統(tǒng)工程、模塊化設(shè)計(jì)、并行工程等先進(jìn)方法,可以通過(guò)面向市場(chǎng)及客戶定制的需求工程管理,支持客戶在線參與創(chuàng)意設(shè)計(jì)及3D互動(dòng)體驗(yàn)?!皠?chuàng)新研發(fā)”應(yīng)用場(chǎng)景如圖6所示,在方案設(shè)計(jì)階段,開(kāi)展多方案綜合設(shè)計(jì)、模擬擇優(yōu)閉環(huán)驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)多學(xué)科多專業(yè)智能產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)及仿真迭代驗(yàn)證。在工程設(shè)計(jì)階段,開(kāi)展基于MBD的產(chǎn)品工程設(shè)計(jì)、三維工藝規(guī)劃與仿真、虛擬數(shù)字樣機(jī)設(shè)計(jì)驗(yàn)證以及全球跨域跨階段研發(fā)設(shè)計(jì)及協(xié)同管理,通過(guò)數(shù)字主線、數(shù)字孿生技術(shù),構(gòu)建產(chǎn)品全生命周期多領(lǐng)域模型關(guān)聯(lián)及xBOM管理,支持產(chǎn)品生命周期各階段全過(guò)程的業(yè)務(wù)協(xié)同和數(shù)據(jù)交換,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期跨域、跨階段業(yè)務(wù)協(xié)同、信息共享、數(shù)據(jù)連續(xù)、工作高效。
圖6 “創(chuàng)新研發(fā)”應(yīng)用場(chǎng)景
“卓越制造”應(yīng)用場(chǎng)景如圖7所示,采用系統(tǒng)工程、并行工程、模塊化、精益生產(chǎn)等先進(jìn)理念方法支撐,以xBOM為核心,開(kāi)展OTD訂單驅(qū)動(dòng)、數(shù)字化工廠模擬仿真、3D數(shù)字化智能制造、3D可視化運(yùn)營(yíng)監(jiān)控、設(shè)備監(jiān)控與運(yùn)維等智能化應(yīng)用。構(gòu)建基于模型的企業(yè)系列應(yīng)用,從MBD-MBe-MBE,基于模型的工程,基于模型的制造,實(shí)現(xiàn)精確和實(shí)時(shí)的決策能力。探索和驗(yàn)證基于數(shù)字孿生技術(shù)、CPS信息物理智能工廠應(yīng)用,構(gòu)建狀態(tài)感知、實(shí)時(shí)監(jiān)控、自主決策、精準(zhǔn)執(zhí)行的生產(chǎn)制造的閉環(huán)智能。
圖7 “卓越制造”應(yīng)用場(chǎng)景
“敏捷服務(wù)”應(yīng)用場(chǎng)景如圖8所示,以客戶為中心,面向智能產(chǎn)品運(yùn)營(yíng),引入一站式服務(wù)、遠(yuǎn)程服務(wù)等新服務(wù)模式,構(gòu)建敏捷服務(wù)規(guī)劃及運(yùn)營(yíng)環(huán)境,形成產(chǎn)品服務(wù)規(guī)劃、運(yùn)營(yíng)、優(yōu)化的互聯(lián)閉環(huán)服務(wù)體系,以xBOM為核心,建立產(chǎn)品電子履歷實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)管理,通過(guò)SBOM有序傳遞,實(shí)物狀態(tài)有效全面控制。建立預(yù)防性維修、預(yù)見(jiàn)性維修等多級(jí)服務(wù)機(jī)制,快速響應(yīng)主動(dòng)服務(wù),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品高效可靠運(yùn)營(yíng)以及盈利模式創(chuàng)新。
圖8 “敏捷服務(wù)”應(yīng)用場(chǎng)景
面對(duì)當(dāng)前嚴(yán)峻的國(guó)際形勢(shì)以及國(guó)家政策戰(zhàn)略,結(jié)合云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)以及企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求,需要全面升級(jí)PLM系統(tǒng)的技術(shù)架構(gòu)。為此,華天軟件采用自主可控核心技術(shù),規(guī)劃設(shè)計(jì)了具備1套研發(fā)體系、1個(gè)數(shù)字主線、1個(gè)技術(shù)底座、N個(gè)生態(tài)應(yīng)用的新一代國(guó)產(chǎn)化PLM系統(tǒng),構(gòu)建PLM工業(yè)軟件生態(tài)體系,沉淀共性業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)組件,形成了產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字中臺(tái),賦能企業(yè)不同場(chǎng)景快速創(chuàng)新應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)面向產(chǎn)品全生命周期各個(gè)階段的創(chuàng)新研發(fā)、卓越制造、敏捷服務(wù),打造國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件精品,逐步實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代,解決工業(yè)軟件“卡脖子”問(wèn)題,讓中國(guó)工業(yè)知識(shí)用自主國(guó)產(chǎn)工業(yè)軟件來(lái)管理和表達(dá)。