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产品生命周期数字化,PLM的挑战和展望

产品生命周期数字化,PLM的挑战和展望

最近参与了好几次PLM话题的讨论:一家制造企业两年前实施了最顶尖的PLM软件,但是业务部门一直使用不起来,一家全球消费品企业要整合不同业务单元PLM系统,在纠结于PLM系统是直接对接ERP,还是通过MDM系统来连接。

产品生命周期数字化,PLM的挑战和展望

我在 2001-2003年期间曾专注于PLM解决方案一段时间,那时候正是PLM概念刚刚兴起的热潮期,先后参加了SAP PLM,eMatrix MatrixOne,UGS PLM的培训认证,其后,本人参与实施、亲手操盘或者总体管理过的PLM项目有:

  • 某大型高科技设备企业 —— 离散制造型PLM,eMatrix MatrixOne(今属于达索)
  • 某工程机械企业—— 离散制造型PLM,PTC Windchill
  • 某食品生产企业 —— 流程制造型PLM, SAP PLM配方管理
  • 某金属加工企业 —— 流程和离散制造,SAP PLM分类和变式配置
  • 某家具生产企业 —— 离散制造型PLM,PTC Windchill
  • 某鞋服零售和制造企业 —— 零售型PLM, PTC FlexPLM

除此之外,我在给汽车、金属加工、电子制造、食品医药、鞋服等企业做信息化规划时,深入研究过除了上述软件外包括西门子Team Center、Oracle Agile、Oracle Agile P4P、Centric、TXT Retail等各个行业性PLM软件的功能。

我感到最近这些年,PLM应用热度和我十多年前研究、实践PLM时相比,并没有太大增长,从企业得到的实施PLM的反馈大多是满意度低 ,失败案例多。相应地表现在国内IT咨询行业,和ERP、CRM、SCM热闹的咨询市场相比,PLM咨询基本上默默无闻,除了领先PLM厂商(即三大:PTC、达索 、西门子,以及 Centric这样的行业PLM厂商)及其代理商提供相关服务外,大的IT咨询公司和集成商很少参与,甚至让人觉得PLM咨询在江湖上都快消失了。

不过,PLM概念本身仍然存在。数字化制造、数字主线(digital threads)、数字孪生、工业4.0这些更性感、时髦的名词越来越频繁地出现在商业媒体、企业领导和咨询顾问的口中,替代了有些土气、过时的PLM、MES等信息系统名称。

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来源:diota.com

贯穿研发、工艺、制造、服务全过程的制造业数字化的信息系统架构在过去二十年并没有发生非常显著的变化,下面这张制造业“三条数据链”的图片,在我20年前的PPT里就有,今天仍然被广泛使用来解释制造业的数字化转型:

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PLM是制造业数字化的上游,没有PLM支持的“产品数字化”,制造业后续业务流程只能是一幅中看不中的图画。PLM在整个产品生命周期中管理产品数据、连接产品信息,其作用是:

  • 贯穿企业价值链的数据主线的基础
  • 持续跟踪数字孪生的状态
  • 连接智能产品和制造体系

PLM信息系统通常并不是一个单一的应用软件,它的“功能模块”的紧密性、集成性没有ERP高。在21世纪初PLM概念提出的早期,当时AMR等研究机构就曾经指出,PLM业务体系在不同的行业中,例如大型装备制造、汽车制造 、电子制造、流程制造等,在不同业务环节都有专业系统,涉及到十多个到几十个不等的IT系统。

尽管PLM自概念产生以来,解决方案供应商全行业逐步整合到了少数的几家,然而PLM软件本身并没有像ERP那样形成一个或少数几个高度内聚整合的信息系统。对PLM缺乏总体应用规划,以为像ERP那样,上一个软件系统就能解决大部分业务问题,是企业实施PLM常见的误区

从业务上,我将PLM所涉及的业务领域描绘如下:

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PLM主线是沿着产品生命周期的产品相关信息管理——以产品和部件的信息为核心,以及描述产品和部件相关的文档、CAD图纸和CAD模型等,面向这些产品对象,在不同生命周期阶段及版本的特性、结构、状态、关系等数据。

围绕产品信息管理这个主轴,PLM有几个主要的支持性业务流程:

  • 新产品开发项目
  • 工程变更流程和配置管理
  • 战略寻源,供应商开发及协同
  • 质量管理
  • 工艺开发和制造协同

从软件产品发展历程来看,今天的主流PLM厂商大多是从CAD厂商发展而来的:从产品设计师CAD的数字化工作界面开始,开发后台管理系统,从CAD工作环境里生成产品的部件、BOM和图纸,交给后台——即产品数据管理(PDM)系统,从而将CAD工作站连起来,同时也将非CAD用户的产品研发管理相关人员连接起来。

PLM则在PDM基础上前进,在产品结构的空间维度上,增加了产品生命周期阶段的时间维度——从时间轴上,协同更多的产品管理相关方,管理更多的产品相关的信息对象 。

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跟ERP、CRM、HCM等其他企业软件发展历程一样,PLM的演进也是和企业级IT技术发展阶段一致的:PDM的兴起完全是得益于C/S架构的企业级网络出现,而互联网出现则推进了PDM的升级。实际上,在2000年前后B2B电子商务兴起时,PDM在企业内向研发部门以外的职能扩展,在企业外连接供应链、制造外包、研发外包等合作伙伴,因而一度流行称为“协同产品商务(CPC)”,例如当时的MatrixOne就定位自己是CPC,CPC被广泛认为是介于PDM和PLM的发展阶段。不过随着互联网泡沫破灭 ,B2B电子商务不再流行,CPC这个名词已经退出了历史舞台,可以认为CPC和PLM就是一回事,没必要纠结概念区别,类似的还有协同产品开发(cPD)、产品生命周期协同(PLC)等名词。

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到物联网 、大数据、人工智能、AR/VR时代,PLM和供应链管理及制造现场越来越紧 ,三大PLM厂商都转型成为了工业互联网或者数字化制造公司,这些公司从2005年开始就在布局进入到MES/MOM软件以及嵌入式软件和工业物联网平台。PTC从几年前发力基于物联网的工业互联网PaaS平台ThingWorx,从公司或产品名字上也能看出变化:达索2012年将PLM概念就升级为企业“体验平台”,2019年10月 ,西门子PLM软件(Siemens PLM Software)宣布更名为西门子数字工业软件(Siemens Digital Industries Software)

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来源:达索系统

不管概念怎么变,对产品及相关业务对象进行数字化的基本原理——亦即产品数据管理(PDM)——还是没变,我将其关系总结为下图:

  • 产品数据对象:产品、部件、零件、工艺、工具、设备等
  • 产品数据对象的支持材料:文档、图纸、CAD模型
  • 对象结构管理:物料清单(BOM)以及文档结构(BOD)
  • 对象的变更控制:工程变更、版本和配置管理(configuration management)
  • 分类管理:便于对对象进行结构化的分类、查询、检索,并且定义对象间的配置关系

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这套结构化数据的体系是PLM应用的起点,很多企业PLM用不好,流程不顺,实则是PDM基础不好,没有具备基本的PDM流程和方法,例如:

  • 没有形成规范设计方法,例如“自上而下”搭建产品结构树,基于产品结构开展设计协作工作;又例如没有基于参数模型的企业零部件库,设计效率低,无法优化后续的供应链和制造
  • 缺乏业务流程规范,尤其是工程变更的类型定义,以及不同类型工程变更的业务流程规范化
  • 数据体系不规范,例如没有形成零部件、图纸的参数化体系

从PDM系统,到PLM系统/平台,再到今天新型的PLM SaaS,主流的供应商有:

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在制造企业的总体信息化应用架构中,PLM是和ERP平行的系统,属于企业级的管理层系统(四级系统),和工厂级的制造运营系统(三级系统,传统指MES,现在广义称为制造运营管理——MOM,还包含了高级排产、制造数据分析、质量管理等)形成了制造业信息系统的“铁三角”:

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PLM是由一系列软件构成的,从应用架构上可以分为这样几层:

  • PLM核心:亦即传统PDM的内容
  • PLM扩展功能:基于核心PDM的数据模型的扩展功能,包括前述业务架构里的项目管理、供应链协同、质量管理、开发需求管理等,在不同行业里有些特定应用场景和功能,例如电子行业里的有害物合规、消费品行业的包装设计、高科技产品的嵌入式软件的应用生命周期管理(ALM)、汽车机械行业的服务备件管理等
  • 外部集成:PLM需要和设计人员创作工具、其他企业系统以及企业中间件平台集成
  • 数据分析:基于上述业务,汇集产品数据,进行产品设计优化、项目进度、用户需求等分析

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几个主流的PLM平台都采用了这种“PLM核心+扩展功能模块”的应用架构形式,以PTC为例,Windchill是其PLM核心,其上叠加了零部件和供应商管理、研发项目、需求管理等业务模块,并集成了各种设计工具、文档工具和外部企业系统:

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来源:PTC公司,2016年

在这里,我特别要提下所谓“IPD产品开发流程”和PLM信息系统应用的关系。如上所述,PLM是以产品信息为核心的,项目管理是扩展功能之一,新产品开发项目管理流程和产品创造流程之间是相互独立的,又有一定关联关系。

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在数据管理上,项目数据(以项目活动为对象,以项目网络图为结构)和产品数据(以产品或部件为对象,以BOM为结构)在不同的“文件夹”里分别管理,研发活动的提交物(例如一个图纸对象)与项目数据和产品数据分别建立关联。因而,在PLM系统总体应用架构上,IPD项目管理和产品数据管理是两个有关联又相互独立的系统。

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来源:作者项目材料,2002年

中国企业盲目地“学华为”,引进IPD作为新产品研发管理方法,经常遇到很多问题,难以落地,我在这几篇文章里讲过:【旧文重发】华为IPD你学不会;运营战略 | 从IPD进化谈企业该怎么买咨询;消费品企业新产品研发能不能学华为IPD。

在此不再赘述;IPD是一种典型的瀑布式方法,目前,企业越来越多地采用敏捷方法来开展研发项目,敏捷项目管理的数字化工具和传统项目软件有较大不同。

随着企业信息化平台架构的不断发展,新的IT应用对传统PLM框架产生影响,一些跨职能的应用,涉及到产品数据的部分正侵蚀着PLM边界。例如企业主数据管理(MDM)是近年来新兴的软件领域,过去产品主数据的源头是在PLM里,从 PLM向SCM、ERP等传送产品数据,最近几年,随着MDM在企业内不断普及,产品数据生成、属性体系、特征归类等究竟以MDM为源头,还是以PLM为源头,是PLM实施中需要关注的课题:

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来源:Stibo,一家MDM软件公司

由于产品生命周期管理具有很强的行业特性,因而PLM软件实际上形成了不同的行业应用软件,企业要根据自身行业特性选择正确的PLM软件产品。常见的有:

  • 离散制造PLM:面向汽车、机械、电子制造企业
  • 流程制造PLM:面向化工、医药 、食品制造企业
  • 时尚零售PLM:具有商品规划特征的鞋服、食品等零售企业
  • 建筑BIM:面向建筑施工、房地产开发等企业
  • 其他:企业资产管理 (ALM)、嵌入式软件的应用开发管理

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我认为在数字化时代,PLM跟工业4.0、智能制造的边界越来越模糊,也可能到一定阶段PLM概念就逐渐消失,让位于智能制造了。PLM当前可以遇见的主要发展趋势有二:

1、由PLM扩展功能向数字化场景发展,类似于金融行业的FinTech或者市场营销的MarTech,产品研发的数字化场景越来越碎片化,也会有越来越多的碎片化SaaS,形成丰富多彩的ProductTech的世界

2、传统单体架构的PLM系统进行解耦,在工业互联网平台(如果按照时髦的“中台”说法 ,就制造业的“业务中台”)构建微服务,以用户为中心,构建面向用户体验的数字化产品。例如下图这样的采用AR/VR的数字化装配仿真,就是需要有PLM后台数据支持 。

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