什么是产品全生命周期

什么是产品全生命周期（共6篇）

篇1：什么是产品全生命周期

产品全生命周期管理( Product lifecycle management, PLM)是指管理产品从需求、规划、设计、生产、经销、运行、使用、维修保养、直到回收再用处置的全生命周期中的信息与过程。它既是一门技术, 又是一种制造的理念。它支持并行设计、敏捷制造、协同设计和制造, 网络化制造等先进的设计制造技术。

系统框架

产品全生命周期系统框架分成数据建模层、技术支持层、领域接口层、应用系统层等4 层结构。如图所示：

关键技术

建模

产品全生命周期建模目的是建立面向产品全生命周期的统一的、具有可扩充性的能表达完整信息的产品模型, 该产品模型能随着产品开发进程自动扩张, 并从设计模型自动映射为不同目的的模型, 如可制造性评价模型、成本估算模型、可装配性模型、可维护性模型等, 同时产品模型应能全面表达和评价与产品全生命周期相关的性能指标, 产品全生命周期模型如图所示：

ST EP 标准是工业自动化中关于产品描述的标准, 从多种角度对产品的综合属性进行定义, 包括产品的技术性能、生产制造工艺、结构形状等属于产品全生命周期中全部的相关信息。由于STEP中的产品数据能够对产品整个生命周期信息进行完整一致的描述, 因此提供了产品数据在整个生命周期中信息共享的基础。ST EP 体系结构可以看作3 层: 应用层, 逻辑层, 物理层。系统中产品信息建模参照ST EP 标准的体系结构, 并遵循STEP 的有关标准。ST EP 体系中的应用层, 采用UML 对产品数据进行全生命周期建模, 逻辑层采用STEP 标准中的EXPESSX语言描述应用协议和集成资源, 物理层采用XML 对交换文件进行描述, 如上图所示。

集成数据环境

产品全生命周期管理系统能够为用户建立个集成的数据环境( Integ rated data environment) , 在虚拟企业环境下, 实现数据的一致性管理。如图：

在虚拟设计环境下, 产品全生命周期的数据分开存放, 系统提供数据的联邦机制, 分散在网络上的用户在对数据进行存取时, 所有数据对用户都应是透明的, 这种位置上的透明性可用电子仓库来实现。电子仓库对分散在虚拟企业中的数据建立一个统一索引, 指定数据单元存放的具体物理空间, 并能对数据的增删和修改操作进行动态的维护。在产品全生命周期管理体系中, 电子仓库应能保持数据的惟一性和一致性, 惟一性指不同的用户在对同一数据单元进行操作时, 通过网络传递的是数据的映像或者是一种参照关系, 而不是通过复制和拷贝生成一个新的数据单元; 一致性指数据单元的变更能及时通知到有关的工作结点, 并且在数据变更时, 提供一种加解锁机制, 保证数据版本的统一。

PLM 系统所管理的数据对象由数据建模中的逻辑层进行定义, 保证数据模型的一致性。在数据建模中, 表示层和逻辑层采用面向对象的方法, 在逻辑层生成数据单元的对象模型, 这些对象模型作为数据集成平台下的管理对象, 纳入到PLM 系统的管理体系中。对象模型可以通过数据建模工具进行动态扩展, PLM 提供对数据模型动态扩展的支持。PLM 作为统一的数据管理平台, 提供对产品数据生命周期有关过程的控制, 如版本管理、一致性维护、出入库操作等, 对于具体的数据属性信息并不加以限制, 这种结构保证数据模型的可扩展性。

产品数据在物理存储上, 一种存放在文件数据库中, 另一种存放在关系数据库中。文件数据库通过文件管理引擎对数据进行管理, 这些数据包括图纸、文档、三维模型、工艺文件等类型的数据, 这类文件信息量较大, 占用的存储空间较多, 一般可以作为独立的信息单元进行处理, 并可以存放在不同的存储设备上, 在管理中用XML 对其进行封装。对于产品数据中的结构化信息采用关系数据库进行管理, 在PDM 系统中, 需要建立对象模型到关系模式的映射机制, 将数据属性信息保存到关系表的对应字段中。关系数据库可以选择各种主流商品化产品, 如MS SQL Ser ver, Oracle, Sybase, DB2等。

设计制造协同

异地设计与制造是指在异地异时、异构系统、异种平台进行实时动态地设计和制造, 它是在企业内部或企业联盟中进行产品全生命周期管理的重要支持手段。在系统中, 设计与制造协同更多地表现为一种设计理念和制造指导思想, 它的实现需要许多相关技术的支持, 体现在产品数据管理、分布式计算、工作流管理以及产品统一建模的实施过程中。在产品全生命周期的管理支持下产品协同设计与制造体系结构如图5所示：

该体系结构在物理逻辑上分为用户工作站和PLM 服务器。联盟企业用户通过用户工作站参与整个协同产品开发过程, 而PLM 服务器为整个环境提供协同管理、工具服务、资源管理、数据服务等支持。在PLM 服务器端提供符合CORBA 规范的多种服务, 这些服务分别由产品数据管理、项目管理、工作流管理等分系统提供。

协同管理服务: 负责协调参与协同开发各用户的行为, 目的是将各用户的工作有机集成, 最终获得满足要求的产品。协同管理包括任务分配、过程监控、冲突检查等, 这些服务由工作流管理系统中的服务提供。

工具服务: 为客户端特定的工具请求提供服务, 使它们在总体上形成一种群体工具, 为协同开发人员提供协同工具, 以提高用户的协同工作效率。工具服务包括产品的可视化工具、批注圈阅工具、视频会议、共享白板、文件传输、电子邮件等工具。其中, 可视化工具、批注圈阅工具由产品数据管理系统提供, 视频会议、共享白板、文件传输、电子邮件等工具由工作流管理系统提供。

资源管理服务: 为开发人员提供有关系统内资源的信息, 辅助产品开发人员进行资源的选择。同时对资源的使用情况和状态变化进行管理, 当资源发生意外情况时可以主动通知相关的客户端进行处理。资源管理服务由项目管理分系统提供。

通讯服务: 专门负责服务器与用户工作站之间的通讯, 这是分布式计算平台的基本功能。

数据服务: 包括产品信息模型及其管理、共享数据库及其管理。产品信息模型表达了产品整个生命周期内的各种信息, 包括数据、文件、图形、图像等多种数据格式的数据源, 包含了从概念设计、产品工程设计、生产准备和制造、售后服务等的数据,分布在网络不同的节点上, 信息模型的管理负责信息模型的建立、维护、信息抽象等工作。

工作流管理技术

在分布式异构的网络环境中, 为提高相互关联任务的执行效率, 企业管理提出了“业务过程”(Business process) 的概念, 即要实现“业务过程自动化”(Business process automation) 和“业务过程重组”(Business pro cess re-eng ineering ) , 工作流管理技术可完成这个任务。工作流管理的主要内容是工作任务的整体处理过程和工作组成员之间依照一组已定义的规则及已制定的共同目标所交换的文本文件、各种媒体信息或任务。

工作流管理必须具备3 个关键要素:

( 1) 流转路径的智能化: 能够根据定义的规则自动选择路径, 确保信息的正确流转。

( 2) 提供跟踪与监控信息: 必须能够随时跟踪和监控信息的流转, 从而进行必要的操作, 如催办、双驱动等, 保证信息流转畅通;

( 3) 与应用结合的能力: 具有较强的应用结合能力, 才能得到广泛的应用。

参考模型中将工作流分为2 个阶段( 设计、运行阶段)、3 个部分( 定义、控制、交互) 。工作流设计提供的功能包括: 图形化设计工作流网络图; 能够基于工作性质、用户名或上下级关系将有关信息沿特定的路径传递; 监控工作流状态; 动态地改变工作流; 完善的日志管理。工作流运行环境由工作流模板设计器(Wo rkFlow designer ) 、工作流客户端节点( Wor kFlow client ) 、工作流流程控制器(Wor kFlow manag ement ) 等几个主要部分组成。

工作流管理实现的机制主要有两种: 基于数据库和基于电子邮件。基于数据库主要依赖数据共享来实现工作流管理, 在开发上只需借助数据库开发技术即可, 其优点是工作流和应用系统紧密结合,缺点是实现广域范围的工作流很难。基于电子邮件只需利用电子邮件的编程接口即可, 其优点是实现广域范围内的工作流比较容易, 缺点是应用系统和工作流的分离。

系统实现技术

分布式计算

在分布式计算环境中, 异构性是一个十分明显的特点。在异构环境下实现信息和软件资源的共享是一项极大的挑战, 而CORBA 则可以提供有力的支持。各种软件通过封装都可以作为CORBA 软总线上的组件实现即插即用, 从而实现信息和过程的共享。

对象管理体系结构( Object manag ement architecture,OMA) 就是OMG 组织作为分布对象计算的参考模型, 如图所示。

OMA 体系结构的核心是对象请求代理( Objectrequest bro ker, ORB) , 它支持对象服务、通用设施、领域接口和应用接口之间的交互和通信。在OMA 参考模型的接口层示意图中, 对象服务( Object Services) 是独立于应用领域、为各种分布式对象软件提供的一组基本服务的接口, 如名录服务,事件服务等。通用设施( Common Facilit ies) 是向终端用户应用提供的一组服务接口, 如组合文档等。领域接口( Domain Interfaces) 是针对某个应用领域( 如产品数据管理PDM) 而提供的服务接口。应用接口( Applicat ion Interfaces) 是特定的高层应用的对外接口。

在产品全生命周期管理系统框架中, CORBA产品的应用, 重点是在一个CORBA 产品平台上实现系统的各项功能, 实现应用功能的CORBA 封装。在功能的集成上, 参照领域接口层定义的集成框架, 用IDL 把各分系统需要交互操作的接口定义出来, 所有接口封装为CORBA 对象。CORBA 软总线系统作为复杂产品异地协同开发工具集的基础支撑技术, 与Web 技术、计算机安全技术及计算机支持协同工作等其他技术一起,构成分布、安全、开放和互操作的支撑平台, 为项目管理、文档管理以及各种应用系统的集成提供支持。

基于Web 技术

为支持异地协同设计和产品数据交换的需要,产品全生命周期管理系统应提供Web 客户端。基于CORBA 开发的应用系统通过IIOP ( Internet inter-ORB pro to col ) 协议, 可以比较方便地在浏览器中地实现对服务器端CORBA 对象的状态查看及方法的调用。

CORBA 与WWW 结合, 构架出真正的3 层体系结构。这种3 层的体系结构, 以分布对象技术为基础构架, 增加了应用层, 将客户层与资源层隔开, 降低了Web 服务器的负载, 避免了Web 服务器的性能缺陷对整体性能的影响, 并且具有连接缓冲、负载均衡、安全管理等功能, 从而提高了Web应用整体的灵活性、可伸缩性和可扩展性。

在这种3 层体系结构中, CORBA 客户方程序从Web 服务器下载执行, 与应用服务器上的CORBA 应用对象通过IIOP 协议进行通讯, 调用指定的操作。CORBA 应用对象首先对客户的请求进行认证和解释, 根据客户请求的内容, 或是直接访问资源层的数据库, 或是与网络上的其他CORBA对象交互, 共同完成客户请求。CORBA-Web体系与ActiveX, Jav a RMI( Remote method invo-cat ion) 比较起来, 有明显优势。

意义

产品全生命周期管理是企业信息化的关键技术之一, PLM 可以提高市场竞争力, 也提高产品的质量和竞争力。产品全生命周期管理系统是一个采用了CORBA 和WEB 等技术的应用集成平台和一套支持复杂产品异地协同制造的的, 具有安全、开放、实用、可靠、柔性等功能, 集成化、数字化、虚拟化、网络化、智能化的支撑工具集。它拓展了PDM 的应用范围, 支持整个产品全生命周期的产品协同设计、制造和管理, 从概念设计、产品工程设计、生产准备和制造、售后服务等整个过程的产品全生命周期的管理。

[什么是全生命周期管理]

篇2：什么是产品全生命周期

机械产品的全生命周期设计是多学科融合的综合科学,并涉及许多新兴学科和现代先进技术。探讨了机械产品全生命周期设计概念和思想、主要研究内容和涉及的学科前沿课题。全生命周期设计的提出和建立是现代设计理论发展的产物,也将是机械设计发展的必然方向。

1、全生命周期设计的基本概念

1.1、全生命周期

产品的全生命周期与产品的寿命是不同的概念。产品的全生命周期包括产品的孕育期(产品市场需求的形成、产品规划、设计)、生产期(材料选择制备、产品制造、装配)、储运销售期(存储、包装、运输、销售、安装调试)、服役期(产品运行、检修、待工)和转化再生期(产品报废、零部件再用、废件的再生制造、原材料回收再利用、废料降解处理等)的整个闭环周期。而产品的寿命往往指产品出厂或投入使用后至产品报废不再使用的一段区间, 仅是全生命周期内服役期的一部分。由于传统的产品功能和性能主要在服役期实现, 传统设计主要为产品的运行功能设计和产品的使用寿命以及近年来日益重视的产品自然寿命设计。

基于产品的社会效应, 全生命周期包括对产品的社会需求的形成, 产品的设计、试验、定型, 产品的制造、使用、维修以及达到其经济使用寿命之后的回收利用和再生产的整个闭环周期。如图1所示, 机械的全生命周期涵盖全寿命期, 全寿命期涵盖经济使用寿命和安全使用寿命。

图1 全生命周期与全寿命期

作为全生命周期的一个重要转折点, 产品报废一般有3 种判据: 功能失效、安全失效、经济失效。

1.2、全生命周期设计

所谓全生命周期设计, 就是面向产品全生命周期全过程的设计, 要考虑从产品的社会需求分析、产品概念的形成、知识及技术资源的调研、成本价格分析、详细机械设计、制造、装配、使用寿命、安全保障与维修计划, 直至产品报废与回收、再生利用的全过程, 全面优化产品的功能ö性能(F)、生产效率(T)、品质ö质量(Q)、经济性(C)、环保性(E)和能源ö资源利用率(R)等目标函数,求得其最佳平衡点。1.3、全生命周期设计的目的

全生命周期设计的主要目的可以归结为3个: ①在设计阶段尽可能预见产品全生命期的各个环节的问题, 并在设计阶段加以解决或设计好解决的途径。现代产品日趋复杂、庞大和昂贵, 其中的知识含量也与日俱增, 一旦出现问题仅靠用户的经验和技能很难有效解决和保障设备的有效运行。

②在设计阶段对产品全生命周期的所有费用(包括维修费用、停机损失和报废处理费用)、资源消耗和环境代价进行整体分析规划, 最大程度地提高产品的整体经济性和市场竞争力。

③在设计阶段对从选材、制造、维修、零部件更换、安全保障直到产品报废、回收、再利用或降解处理的全过程对自然资源和环境的影响进行分析预测和优化, 以积极有效的利用和保护资源、保护环境、创造好的人-机环境, 保持人类社会生产的持续稳定发展。

2、全生命周期设计的主要内容

全生命周期设计实际上是面向全生命周期所有环节、所有方面的设计。图2为全生命周期设计所面向的全过程。其中每一个面向都需要专门的知识、技术做支撑, 这种技术采用专家系统、分析系统或仿真系统等智能方法来评判概念设计与详细设计满足全生命周期不同方面需求的程度, 发现所存在的问题提出改进方案。但是, 全生命周期设计不是简单的面向设计(DFX), 而是多学科、多技术在人类生产、社会发展、与自然界共存等多层次上的融合, 所涉及的问题十分广博、深远。

图2 面向产品全生命周期的设计

2.1、面向材料及其加工成形工艺的设计

在全生命周期设计中, 材料的选择应考虑的因素如下: 材料的产品性能：主要考虑满足产品本身功能、性能、质量设计的有关材料性能。包括材料的常规机械性能、疲劳断裂性能、抗复杂环境侵蚀的性能, 对特殊机电产品采用的特殊材料, 如压电陶瓷材料、功能梯度材料、电ö磁致流变材料、各种纳米材料等的特殊性能。这些材料性能指标往往受当前材料科学的发展局限, 设计选材时必须清楚地认识材料的各种特性。

材料的环保性能：绿色材料概念已经形成,材料在使用过程中的对环境的影响、废弃后的可降解性等是全生命周期设计中必须考虑的因素。

材料的加工性能：在设计阶段考虑材料的可加工性可以提高产品经济性、减少能耗和制造过程的不利副产品。例如, 使用粉末冶金成形技术制造齿轮等外形复杂、加工精度要求高的部件, 在强度和寿命要求可以满足的情况下能够显著提高工效、降低成本。

材料的价格性能比：材料的价格性能比是制约设计选材的一个重要因素。但在全生命周期设计中不能单纯看待材料价格, 而应当全面分析材料的使用效能。

针对材料的产品设计：在设计中, 材料的选择和结构细节设计是一种互动关系。当材料性能难以满足产品性能或寿命要求时必须改进设计。

此外, 工程材料往往是各向异性的, 因此结合使用材料时的取向和产品力学分析使材料性能得以最优发挥也是设计选材的重要因素。

2.2、面向制造与装配的设计

在设计阶段利用计算机辅助工程(CAE)方法对制造过程进行模拟分析, 改进设计以简化加工制造工艺、简化模具和夹具设计、充分利用标准件等。设计中一些小的改进往往会在很大程度上方便制造、降低制造 成本、缩短制造周期。

例如, 在冲压成形制造中, 如能够在设计阶段利用大变形接触问题的有限元软件对成形过程进行模拟分析并优化设计, 会避免许多设计缺陷和由此导致的制造困难, 提高成品率和生产效率。

复合材料结构的制造与设计联系更为密切。复合材料本身既是材料又是结构, 材料的复合制造与结构制造常常同时进行。在设计阶段就需对材料组分、铺层方式、成形工艺等进行分析并提出明确要求。

制造技术发展到今天已形成门类齐全的制造工艺。与现代信息技术、计算机技术、控制技术、人工智能等相结合, 制造技术已由传统的制造技术发展到先进制造技术。机械的设计应充分与各种制造工艺和制造技术相协调, 才能发挥各种制造技术的长处, 方便制造并提高工效。对大批量的生产, 设计的部件应能适应生产线流水作业制造。

方便装配是全生命周期设计必须考虑的又一重要因素。装配方式、装配强度、装配工艺应在设计阶段确定, 以避免装配过程的困难或临时改动对产品完整性的破坏。

2.3、面向功能的设计

产品功能和性能设计一直是机械设计的核心, 也贯穿全生命周期设计的所有环节。与传统的设计相比, 现代产品具有一系列新的特征, 见图3。

图3 现代产品全生命周期特征

产品功能和性能的开发和提高依赖于相关多学科的发展和技术突破, 同时也受市场需求的推动。模块化和标准化已被证明是保证产品高性能、低成本和短的开发生产周期的有效方式。但随人类生活水平的提高, 对产品多样性和个性化的要求日益突出。在全生命周期设计中如何将模块化和标准化要求与多样化和个性化要求相协调统一是争夺市场的重要问题, 但这并非是难以解决的矛盾。在产品性能与功能方面, 可以充分发挥模块化和标准化的优势, 而在产品的表现形式、外部结构等方面尽量满足多样化和个性化的市场要求。例如汽车的设计, 在引挚和驱动装置方面应注重功能和标准化, 但车的外形和车内布局则要多样化和个性化。又如分体式空调的室外机(主机)和室内机, 手表的功能与外形等。

集成化和微型化往往带来产品性能的变革。而绿色、节能已成为产品品质的组成部分。环保节能型汽车、无氟节能冰箱就是最好的例证。

现代产品除了安全、可靠、美观等性能指标外, 智能化、功能重组和自修复等功能是产品创新的重要体现, 从大到多功能军用飞机,小到移动电话,现代产品都需要这些创新功能。全生命周期设计更要注重这方面功能的创新。

借助计算机仿真和计算试验技术,可以在设计阶段考察、改进产品的功能和性能。产品的功能与材料、结构、工艺、质量等是一种互动关系。

2.4、安全使用寿命设计

产品的安全使用寿命是产品价值的重要体现。在设计阶段对产品安全使用寿命进行设计的基础是对产品使用寿命和可能破坏的准确分析预测。目前产品结构的使用寿命预测主要有基于疲劳力学的安全寿命方法和基于断裂力学的损伤容限耐久性方法。对规定可靠度下产品结构的安全使用寿命的确定见图4。

(a)产品寿命与破坏概率(b)损伤尺寸与寿命

图4 产品安全使用寿命期

对机电产品, 除了机械疲劳破坏外, 电致电子元件的疲劳、控制开关的电接触疲劳、运动部件的磨损、腐蚀环境中部件的剥蚀等都对产品的安全使用寿命构成影响。此时, 只要将损伤理解为广义损伤, 寿命理解为疲劳循环、接触次数、腐蚀时间等广义寿命, 仍可以沿用图4 的安全使用寿命概念。

在安全使用寿命设计中, 除了寿命分析和预测方法外, 材料的选择和材料客观性能指标的试验测定、对制造和加工工艺质量的评估、载荷谱和环境谱的编制等都具有重要影响。

2.5、经济寿命设计

经济寿命设计的目的是在安全寿命预测的基础上, 通过制定合理的检测、维修、更换零部件、再制造等计划, 保障设备运行的经济性。根据经济寿命设计原则, 易损零部件应设计为可更换部分, 不可更换的主体或高值部件应按等寿命原则设计,一些关键的安全薄弱环节应设计为可检测和便于维修的。

2.6、安全可监测性设计

机械结构的疲劳断裂破坏是机械失效最主要的方式。疲劳破坏的危险性表现在达到疲劳寿命时无明显先兆(显著变形或显著的动力学性能变化)结构就会突然断裂解体。目前工程界对一些重要设备采用对运行全过程进行实时监测并对信号进行各种分析处理以便诊断出早期故障。损伤容限设计则采用高韧性的材料以使结构对较小的、难于发现的损伤具有容忍性。安全可监测性设计要求重要的机械设备能够容忍运行监测和可能采用的损伤诊断技术所无法判定的损伤。当损伤已发展到危及安全之前, 可以可靠地由计划使用的检查、监测手段发现。否则, 结构就应设计成不可监测的类型。

例如, 大型发电机组主轴的断裂往往导致重大事故。但停机拆检会造成大的经济损失。因此对大型发电机组一般实施连续状态监测以避免恶性事故。然而当主轴出现裂纹时, 以动力学为基础的故障诊断方法目前尚很难明确判别小于轴直径四分之一的裂纹。如果在运行负荷下轴的临界断裂尺寸小于四分之一轴直径, 那么这种监测诊断对避免主轴断裂事故就没有任何意义。因此, 在设定的监测诊断技术水平下, 机械设备的安全可监测性在设计阶段就决定了。当然, 损伤监测诊断技术在不断的发展, 进行安全可监测性设计应掌握这方面的发展动态。

2.7、面向资源环境的设计

选材 材料选择应考虑资源问题, 在能利用可再生资源的情况下尽量使用可再生资源的材料。合理利用回收再生的材料, 促进材料再利用。

节能 设计中考虑的节能概念包括通过合理的材料选择和工艺设计降低制造加工过程的能耗、通过创新设计和采用先进技术降低设备服役运行中的能耗、选择合适的能源品种、设计好设备的拆卸性, 降低报废后材料和部件回收或再生产的能耗。

环保 全生命周期设计中环保概念应贯彻始终。包括选择环保材料, 设计有利于环保的制造方式和工艺, 控制设备使用过程的有害物产生和排放, 采用先进的动力学设计的制造工艺控制噪音污染、合理设计降低电磁污染, 等等。

全生命周期设计中环境保护的主要方面有: 环境的化学污染、废弃物污染、噪声污染、大气污染、大气层温室效应、辐射污染、电磁污染等的控制。

人机效应 改善设备使用人员的工作环境,创造宜人的人机交互界面, 提高工作效率和质量、降低事故发生率。

2.8、事故-安全设计

任何设施和设备在使用过程中总有出现事故的可能性。在全生命周期设计中一方面应优化设计降低安全使用寿命内事故的发生概率和人致错误的几率, 另一方面针对具体的系统实行事故-安全设计, 以避免恶性事故的发生或降低其危害程度。以事例说明如下: 随着经济的发展, 小汽车越来越成为普遍的交通工具, 但交通事故也随之急剧上升。在设计时就考虑事故-安全性, 通过有限元分析模拟优化设计可以显著提高车辆在撞车时抵抗破坏的能力, 保障人身安全。在竞争日益激烈的汽车领域,许多公司已经采用事故-安全设计来提高市场竞争力。

随着现代能源的发展, 高压输气管道在人类生存和社会发展中起着重要作用。然而高压管道的破裂事故时常发生, 并且一个点的破坏总是引起数百米甚至几千米的爆破, 造成惨重的损失。如何将爆破控制在最小范围就成为事故-安全设计要求的又一典型事例。

高压容器设计中的爆破前泄漏(Leak-Before-Break, 简记为LBB)设计方法也是一种典型的事故-安全设计思想。

因此, 事故-安全设计与损伤容限设计有同样的指导思想。

3、全生命周期优化设计

相对于传统的局部优化、单一性能优化和仅对细节结构设计过程的优化设计思想, 全生命周期优化设计顾名思义应是一种机械系统全局的、面向全部性能和全生命周期过程的广义优化设计。

进行全生命周期优化是一个需要多学科知识的融合的复杂决策过程。数值分析、工程预测、虚拟仿真以及试样和模型试验等是优化设计常用的方法。由于涉及的因素太多, 优化目标相互交织、相互制约甚至相互矛盾, 对产品进行设计方案的全生命周期优化是十分困难的, 严格的数学寻优很难实现。因此除了采用更为先进的优化方法或融合多种优化算法的特点于一体外, 更为重要的是按照图3所列的现代产品的特征进行多约束决策。

例如, 对等寿命设计目标, 考虑到经济维修性只需要将不可维修和更换的部分按等寿命进行优化设计, 可维修更换的部分由经济性设计目标来要求。

模块化、标准化、集成化等使得产品的全局优化可以变为粗线条的子结构化。例如计算机的整机优化可以变为如何更合理地配置电源、CPU、主板、硬盘、内存等满足不同客户的个性化要求。而芯片、硬盘由国际上各专业厂家的产品提供有限种选择。子结构化了的产品的全生命周期优化设计变得十分简洁明了。采用知识共享、分工合作, 子结构化的产品设计还可以促进快速的产品创新。在子结构化产品设计中, 下一级子结构是上一级结构的组件, 其性能、价格等指标可以作为上一级结构优化设计的初始变量。相应的, 上一级结构优化的结果就是下一级子结构的优化目标。依次形成层层关联的优化分层优化决策。子结构的划分应依据产品功能、生产工艺和相关子领域产品的模块化、标准化、集成化情况, 基于相关知识和丰富的信息进行。

图5 产品子结构分级优化设计

4、全寿命周期的安全保障设计

在设备的设计安全使用寿命期间, 设备的运行安全是由一定的可靠性要求来描述的。一方面一定的可靠性下仍然存在破坏的可能, 另一方面可靠性的提高是以更保守的设计安全使用寿命为代价的。还有一个更为重要的问题是, 产品设计所基于的物理模型中有许多影响因素, 其间的关系无论以理论分析、数值分析抑或试验方法都难于确定。因此仅通过安全性设计和可靠性设计是不能杜绝事故发生的。

现代智能材料与结构技术、测控技术、微电子技术、信息处理技术、结构健康诊断技术以及设备的故障诊断技术的发展为机械系统全寿命期安全保障设计提供了基础。系统的安全保障体系是采用分布于系统或结构内的传感系统感知系统出现故障或危险时的异常的信息, 如局部大的变形、动力学参量的变化等, 预报可能出现的危险, 由安全保障系统自动作用制止事故的发生或通过人-机系统制止事故的发生。

除了传统的感知元件如应变片、动力学传感器外, 智能材料如压电陶瓷、铁电体、形状记忆合金、光纤维等作为感知元件和作动元件的研究应用日益广泛。尤其是将这些传感和作动元件埋入复合材料结构从而制成智能结构, 不仅可以自感知损伤和不良振动, 而且可以自修复损伤、自抑制振动等, 从而实现安全保障和控制。这类智能结构是非常昂贵的, 在一般产品的设计中不便使用。

全寿命安全保障设计的另一类方法是将结构损伤容限设计与故障诊断技术融合, 在安全分析指导下进行设备运行状态的监测设计。

5、全生命周期设计的前沿问题

全生命周期设计基于知识对产品全生命期的所有关键环节进行分析预测或模拟仿真, 将功能、安全 性、使用寿命、经济性、可持续发展性等方面的问题在设计阶段就予以解决或设计好解决的方式方法, 是现代机械设计的必然发展方向。但是因涉及的学科、知识、技术和思想观念十分庞杂, 目前对全生命周期设计仍处于见仁见智的阶段, 有许多前沿问题需要研究解决。

(1)知识库、数据库和知识共享 面向全生命周期的设计必须建立在现代最先进的知识平台之上。建立面向全生命周期各阶段设计的知识库、数据库并通过各种方式共享知识是实现全生命周期设计的重要基础。同时, 如何通过网络实现知识共享是现代机械设计面临的紧迫问题。

(2)计算模拟和仿真技术 对初始设计进行制造和装配工艺的仿真、动力学仿真、运行过程仿真等是发现设计问题, 改进设计方案从而实现设计优化的最经济省时的有效途径。采用计算机虚拟试验替代实物试验是机械设计发展的必然方向。对全生命周期机械行为和社会环境影响进行计算模拟和仿真能力实际上是实现全生命周期设计的技术保障。

(3)经济性全局分析与评价体系 实现全生命周期经济性的优化是全生命周期设计的重要目的之一, 也是指导全生命周期设计的指标。除了产品本身的成本和使用的经济性, 全生命周期设计还须综合产品的终生维修服务费用、能源和资源的消耗、对环境影响的代价等复杂因素进行全面分析, 作出全局最优的方案选择。

(4)全寿命分析与等寿命设计 产品的设计寿命和经济使用寿命是传统机械设计的指标, 也是产品全寿命周期的主要有效组成部分。对一些大型、复杂、造价很高的设备, 保证一定期限的日历寿命是实现产品全寿命周期高经济性的重要因素甚至决定性因素。日历寿命的预测与设计是目前需要重点解决的课题。

(5)全寿命期的安全监测与保障 尽管有损伤容限与耐久性设计方法和可靠性分析方法, 建立有效、经济的全寿命期的安全检测与保障体系越来越迫切。智能材料结构、现代测试技术、计算与信息处理技术、微机电技术和分析模拟技术的发展已为安全监测与保障体系的建立提供了良好的知识平台。同时面向全寿命期的后勤服务保障也日益科学化。

(6)维修和再制造工程 如何在设计阶段制定面向全生命周期的经济安全便利的产品维修服务方案, 并在产品的设计中尽可能保证使用维护的经济性, 对提高产品的竞争力十分重要。

篇3：什么是产品全生命周期

关键词：成本企划,全生命周期,成本管理

一、引言

从成本管理模式的演进看, 1959年起源于日本丰田汽车公司的成本企划 (targetcosting) 可以说是代表目前全球成本管理新思潮的一种全新的成本管理模式, 成本企划对成本管理的理论贡献在于将传统的以生产过程成本管理为重心的管理模式向前拓展到产品设计阶段, 其核心是目标成本, 通过对目标成本进行有效管理和控制来建立企业的成本优势, 因其对企业成本管理的有效性甚至超过了作业成本法而引起全世界的关注。产品全生命周期成本 (lifecyclecost, LCC) 是成本企划模式中的重要思想和管理方法, 其对成本管理的理论贡献是在成本企划的基础上, 将成本管理的视野又向后延伸至产品售后的使用成本、维修保养成本、废弃处理成本和环境保护成本等, 创新之处在于其涵盖的内容更为全面, 融传统的成本会计、成本企划、战略成本管理、价值工程、作业成本管理等先进的管理理论为一体, 它是企业价值链在成本管理上的扩展。本文拟就产品全生命周期成本在财务管理中运用的相关问题进行探讨。

二、从生产经营者角度出发的产品全生命周期成本的涵义

所谓产品全生命周期成本是指产品从形成至消亡所历经的从企划、研发、生产到客户使用、报废处理整个循环过程的总成本。产品全生命周期成本有狭义和广义之分。狭义的产品生命周期成本是指在生产企业内部及相关联方发生的由生产者负担的成本, 包括产品企划、开发、设计、制造、营销、物流等过程中的成本。广义的产品生命周期成本不仅包括生产方发生的成本, 而且把消费者购入产品后发生的使用成本、废弃处置成本等也包括在内。

对于产品全生命周期成本的理解从不同的角度出发有着不同的内涵。从成本的直接承受方看, 产品全生命周期成本包括生产者成本、消费者成本及社会成本三部分。其中生产者成本包括开发设计成本、制造成本、营销成本以及物流成本;消费者成本主要包括使用成本、维修成本、保养成本和废弃处理成本;社会成本是产品生产、使用、处置过程中产生的由社会承担的成本, 如绿色成本 (环境保护成本) 、废弃品处置成本等。社会成本并不是一种单一成本, 是贯穿在产品生产、使用、处理和回收等过程的成本, 主要是环境卫生、污染处理等所发生的成本支出。

我们对产品全生命周期成本考察主要从成本管理的主体即企业生产经营者的角度展开。从生产经营者角度出发考虑产品的全生命周期成本在卖方市场条件下只需要考虑生产者成本即可, 而在买方市场条件下, 不仅要考虑上述生产者成本, 还要考虑部分消费者成本。这是因为, 企业财务管理的目标是为股东创造财富, 通过降低成本属于内涵的创造财富方式, 而通过扩大销售为股东创造财富属于外延的创造财富的方式, 在市场竞争日益激烈的情况下, 降低消费者成本无疑可以争取到更多的顾客。所以, 我们认为消费者的使用、维护和保养成本也是企业成本管理需要重视的内容。至于废品处理成本和环境保护成本等社会成本, 虽然企业应该承担社会责任, 但在缺乏激励和约束机制的当前要企业对社会成本在多大程度上承担责任似乎不太现实, 在既无动力又无压力的情况下, 企业产品设计、生产时只要达到国家规定的相应标准即可, 企业不会主动致力于不断降低社会成本。

我们还注意到, 目前有关产品全生命周期的研究文献都把企业成本管理的对象界定为广义的生命周期成本, 笔者不同意这种看法。现代意义上的产品全生命周期成本是起源于20世纪60年代美国国防部对军用物资成本控制的研究, 其目的是寻求以最低的成本 (包括军用物资的采购成本、采购后整个使用期的使用成本和报废处理的成本总和) 获得国防所需的军用物资, 从而控制国防经费的开支。我们知道, 政府与企业有着不同的分工, 站在政府角度看产品全生命周期成本理应包括上述的社会成本部分, 但若站在企业角度理解产品全生命周期成本问题, 笔者认为应遵循三个原则:一要看企业是否要承担这种成本 (包括显现的和隐性的) 。二要看企业本身的行为能否影响这些成本的发生。三要看这种影响行为本身是否使企业受益。显然, 视角不同, 涵义也是不一样的。

鉴于此, 本文从企业经营管理者角度将产品全生命周期成本划分为如下几类:一是研发成本。指企业研究开发新产品、新技术、新工艺所发生的市场调研费、新产品设计费、工艺规程制定费、设备调试费、原材料和半成品试验费等。二是采购与生产成本。指采购和制造过程中发生的料、工、费等成本。三是营销成本。包括产品销售过程中发生的广告费、包装费以及物流成本等。四是售后成本。包括售后服务成本和消费者使用成本。售后服务成本包括保质期内的维修成本、产品召回成本等;产品使用成本包括产品维修保养和使用所要付出的代价, 如汽车的耗油量、冰箱的耗电量、高级电子产品必须经常更换的附属配件成本等。使用成本虽然不需要企业承担, 但会影响企业产品的市场竞争能力, 所以企业必须要考虑, 属于企业成本管理的范畴。至于废弃处置和环境保护等社会成本, 我们认为不在企业成本管理的范畴。

三、企业财务管理中强调产品全生命周期成本管理的意义

(一) 企业成本构成的结构性变化对成本管理的要求

科技的迅猛发展及其在企业的应用以及市场竞争的加剧, 使得研发和营销受到前所未有的重视, 研发费用和流通性费用在企业成本中的比重越来越高, 而制造成本占总成本的比重却日益下降。企业成本构成的结构性变化使得依靠降低制造成本来降低企业总成本的空间受到极大的限制, 这就要求企业必须改变传统的以制造成本管理为核心的管理模式, 将成本管理的视角转向设计阶段和销售阶段, 只有加强产品全生命周期的成本管理, 才能降低整个企业成本。

(二) 改变了作业成本法下只注重有形成本动因而忽视无形成本动因的情况

在成本管理模式发展演进过程中, 作业成本法的出现及其运用是对传统成本管理方法的一次革命, 但作业成本法只注意到了有形的成本动因, 并按成本动因归集和分配所发生的成本费用。产品全生命周期成本管理将成本管理的范畴由生产过程向前拓展至设计阶段, 不仅仅是因为企业研发费用高、比重大的原因, 还因为研发阶段确定下来的产品特性决定了其他阶段的成本, 导致成本锁入 (lockedin-cost) 。据测算, 研发阶段能够确定的产品成本占到全部产品成本的75%-90%。事实上, 一旦产品设计成型, 要想在生产过程中节约有关的料、工、费那是很难的。显然, 作业成本法只注意到了产品设计成型后制造过程中如何科学合理的分配费用问题, 我们称之为有形的成本动因, 但忽视了设计阶段产品设计时无形的成本动因, 此外, 客户因使用成本高而选择其他企业产品所造成的损失也是一种无形成本。而产品全生命周期成本管理弥补了这一不足, 在事前进行成本企划时, 以“客户满意” (Customer Satisfaction, CS) 为目标, 强调“源流管理”, 从成本的最初起始点做事前的、周密的、全盘的分析, 以避免后续制造过程的大量无效作业, 从而使成本大幅度削减成为可能。换句话说, 产品全寿命周期成本管理在产品设计阶段就已经关注各项成本的动因, 也正是由于这一点, 产品全生命周期成本管理的有效性比作业成本法还高。

(三) 适应市场竞争对成本管理的要求

一方面, 随着各种自动化和信息技术在制造企业中不断应用, 制造加工过程本身的技术手段对提高整个产品竞争力的潜力开始变小。成本管理目标不再由利润最大化这一直接动因决定, 而是定位在更具广度和深度的客户满意层面上, 消费者的使用成本成为企业不得不考虑的问题。为了提高产品竞争力和获得更多客户, 成本管理必须要从市场对产品的要求到用户使用产品的整个价值流向来考虑, 形成“市场导向型”的成本管理理念。企业在确立成本战略时, 必须将目光从管理企业内部生产过程转向产品全生命周期中的企业外部的相关因素, 努力挖掘降低产品成本和满足客户需要的潜力, 这就使得以包括消费者成本在内的产品全生命周期成本为基础的成本战略, 成为成本管理发展的必然趋势。另一方面, 随着缺陷产品召回制度的实施, 缺陷产品召回成本成为企业成本管理必须考虑的一个重要方面。产品全生命周期成本考虑的是从产品的最初研制到市场上撤消客户服务期间发生的全部预期成本, 缺陷产品的召回成本也是其中内容之一。因此, 从产品全生命周期出发制定的目标成本中, 就会充分地考虑召回的可能性, 对召回成本进行事前的预计。同时, 在进行定价策略时, 如果以产品全生命周期预算成本为基数, 产品的定价便会弥补因召回而带来的损失。强调对产品全生命周期成本进行管理, 可从长远的、战略的角度着眼, 做好成本的管理与控制。

四、关于产品全生命周期成本的确定方法问题

与传统的产品成本核算相比, 产品的生命周期成本是难以准确核算的, 因为特定产品的生命周期成本显然不等于该产品包含的四项成本 (研发成本、采购与生产成本、营销成本和售后成本) 之和。如设计成本很小时, 产品的质量可能就比较差, 这将会导致营销成本和顾客服务成本上升。反之, 研发和生产成本的增加会带来消费者成本甚至社会成本的降低, 但研发和生产成本的增加与消费者成本和社会成本的降低并不存在明显的比例关系, 从而给生命周期成本的核算带来了较大的难度。实际上, 这里所说的企业角度产品全生命周期成本的计算实质上是一种预算, 因为很多产品或设备使用的时间都比较长, 它们投入后的使用和维修成本都只能出于相关领域专家的估计, 所使用的只能是近似值。目前产品全生命周期成本的核算主要有如下几种方法:

(一) 滚动预算法

由著名管理会计学家霍尔格伦 (Horngren) 等提出, 他们认为在产品全生命周期中对收益进行全面预测和估算来计算产品生命周期成本是可行的, 并提出了生命周期成本计算的基本关系式:生命周期收益-生命周期成本=生命周期营业利润。

(二) 成本企划法

成本企划 (target Costing) 的基本思路事实从市场需求出发, 在产品策划、开发和设计时, 便设定出符合客户需求的产品品质、功能、价格等目标, 透过目标售价及目标利润倒推目标成本, 通过源流管理, 达成各部门、各环节乃至与供应商的通力合作, 共同去实现成本优化和降低成本目标。

(三) 类推模型法

类推模型是在相似产品或零件的成本上根据其与目标产品的不同来调节成本。该方法的有效性主要取决于正确识别己有案例和那些将要进行比较的产品之间差别的能力。该方法的主要缺点是需要专家判断和完全熟悉产品和过程, 以便识别和处理相似性, 对不易察觉的区别进行调整, 比较适合于新产品。

(四) 参数模型法

参数模型是使用以往系统的历史数据, 基于成本确定变量来预测新系统的成本。使用参数模型法从整体或从各种具体活动的角度预测产品或零部件的成本, 新系统的成本往往通过回归分析的方法得到。参数通常包括制造复杂性、设计熟悉性、重量和性能等。参数模型的缺点是对使用新技术的产品的成本估计不太适用, 它通常在系统生命周期的早期使用。

(五) 详细模型法

细模型法根据生产时间、物料消耗量及其价格等来估计产品或活动的直接成本、间接成本或日常开支也折算其中。详细模型法需要有非常详细的产品和过程的知识, 是最耗时间和成本的方法。通过该方法可以得到的成本估计最精确, 它通常在系统生命周期晚期使用。从原理上看, 详细模型法是最简单的方法:确定完成一项活动所需的时间以及人和机器的每小时价格, 时间和价格相乘得到成本。对简单系统, 通过它可以得到产品的精确成本估计, 但对复杂系统却存在不少困难, 如确定完成每项工作所需要的时间和确定每小时价格都不是一件容易的事, 需要相当的经验和技能。

上述各种模型随着计算机在管理中应用可以利用软件系统进行, 这样可以减少计算量, 国外目前已有些这方面的成熟软件。

五、产品全生命周期成本管理运用中应注意的事项

尽管产品全生命周期成本在加强企业成本管理方面卓有成效, 和其他管理方法一样, 产品全生命周期成本管理也不是尽善尽美的, 实际运用时应注意以下问题:

(一) 谨防闭门造车

产品全生命周期成本管理虽然将管理的视角范围扩大, 但它仍然是针对某一种产品的成本管理, 其关注的重点还是企业内部成本和影响企业财务目标的消费者成本的控制, 而没有将本企业的成本水平与竞争对手同种产品或类似产品的成本进行比较, 找出差距。由于缺少与其竞争者的横向对比, 也就无法确定企业是否具有成本领先优势。

(二) 正确处理质量与成本、功能与成本的关系

企业在追求产品全生命周期成本最小化时, 要充分考虑到质量成本, 如果产品质量设计未达到规定的标准就可能产生相应的损失, 从而导致的成本增加。这就要求企业应在保证可以接受的质量成本的前提下努力降低研发阶段的成本。在应用价值工程分析时, 必须充分考虑产品使用者的需求, 对产品进行功能分析, 可靠地实现产品的必要功能。在此基础上再努力降低生产者成本和消费者成本, 应避免出现为降低生产者成本而减少产品必要功能导致消费者成本及社会成本反向增长的情况。

(三) 不能纯粹为控制成本而忽视战略目标

篇4：什么是产品全生命周期

佳能公司于1937年成立，目前在全球以光学为核心的影像系统产品、办公产品以及工业产品等领域发挥着巨大的影响，通过在美洲、欧洲、大洋洲、亚洲建立区域性总部，展开全球化多种经营战略。佳能在中国的事业开始于20世纪70年代末。目前，佳能已经在大连、珠海、中山、苏州等地拥有包括生产、研发、销售在内的13家现地法人机构，在华投资总额已累积超过10亿美元，拥有员工4万余人。

问题

近年来，我国电子信息产业在高速增长的同时，在加工、制造、使用和废物处理过程中的环境影响受到行业内先锋企业的密切关注和严密管理。并且“绿色经济”的全球共识正在形成，这表现在包括中国在内的环保法律法规越来越严格，政府绿色采购渐成趋势等。根据佳能美国的一项统计，53%的客户在购买产品时，倾向于选择环保声誉良好的公司。作为领先的影像解决方案提供商，佳能在生产经营的过程中关注环境保护，寻求一条可持续的发展之路。

解决方案

自1992年起佳能就在行业内首次引进“生命周期评价系统”概念，将产品评价范围扩大到设计、生产、运输、销售、使用及最终处理的整个生命周期。随着多年来在管理、实践中的探索与改进，佳能发现：产品生命周期产生的大部分CO2从客户使用过程中产生，约70%电力消耗在休眠状态。为此，佳能把“产品使用过程CO2排量世界最小”定为自我挑战的目标。

通过创新技术与设计，实现产品生命周期CO2排放逐年减少

佳能积极开发并使用生物塑料和再生型塑料等绿色原材料，注重产品的节能设计，追求轻量化、小型化并充分考虑用后回收，使每件产品在整个生命周期中产生的CO2排放量逐年减少。佳能还进一步将设计结果换算成碳足迹数值，实现“CO2可视化”管理。佳能数码复合一体机、激光打印机等产品采用了按需定影技术等独有的节能技术。佳能的双面、多合一输出功能，将多页文档合并在一张纸上打印输出，减少了打印张数。无纸化传真方案功能，通过邮件直接收发传真，实现传真无纸化归档和传真通知等功能。

联动客户，实现可计量地消费

针对希望在环境领域达成预定目标的客户，佳能创新性地开发客户支持流程，提供基于降低碳排放、能耗等的解决方案。在该项服务中，佳能将收集新旧打印环境的数据，并在节能、纸张、二氧化碳和成本方面计算可达成的消减量。

佳能还开发了可以向全世界推广的环境性能计算器，明示使用产品时带来的降低环境负荷方面的作用，为客户提出专业建议和解决方案。

发动消费者，实现回收再利用

佳能建设了业内第一家硒鼓再利用自动化工厂，成功实现了从碾压到分拣的全自动处理。佳能运用先进的“闭环回收再利用”技术，能够避免回收硒鼓品质下降的问题，使回收品与新品质量保持一致，在位于美国、法国、中国和日本的四处工厂实现硒鼓100%的循环再生和无填埋处理。在闭环回收流程中，每一个组件都被当作资源重新利用，并达到绿色物品采购标准。

除了回收技术、设备等措施，佳能还特别注重发动用户的参与。在中国内地，2014年3～4月，佳能开展了为期两个月的喷墨类产品墨盒和打印头回收活动，涵盖全国40个城市，佳能用户将使用过的墨盒或打印头返至佳能指定服务点，即可获得相应礼品。

成效

截至目前，佳能通过改善电路系统转换功率（转换效率提高27%）和彻底关闭暂时不用功能（控制器耗电量削减88%），实现在彩色智能激光机（LBP7110Cw/71100Cn）领域产品使用时CO2世界最小排量（假定使用5年，49.8kg/台）。在聚焦于佳能最新Managed Print Service（管理打印服务）所带来的便利性的案例研究中，通过引进打印相关解决方案，在一定时间的跟踪监视后计算出效果为能源消耗量减少68%、打印量减少29%。在资源回收再利用环节，2012年新销售的黑白复合机iR5065N-R上再利用零件平均占比81.6%，相比使用新的塑料，CO2排放量降低83%。佳能（大连）工厂的硒鼓回收再利用始自1991年9月以来已累计回收硒鼓超过26万吨，同时削减的CO2排放量达40万吨，实现硒鼓100%再生利用。

而通过这些举措，佳能（中国）也得到了政府、媒体等利益相关方的认可。2013年，佳能获得了EPEAT（美国的电子产品环境影响评估工具）评估在影像设备产品领域的世界金奖，标志着公司整体环境管理和产品环境绩效达到全球同行业的最高水平。同时佳能共有103种机型（包括8种金奖机型）也通过了该体系的认证。2014年7月24日，中国政府发布第十六期节能和第十四期环境标志产品政府采购清单，佳能77个型号的打印机、复印机、多功能一体机、投影机产品再次入选节能清单，197个型号的打印机、复印机、多功能一体机、鼓粉盒产品再次入选环境清单，且多数产品同时入选两项清单。

展望

未来，佳能计划在环境保护领域建立更长远的目标和战略规划，持续打造环境保护优势，并将其转化为市场竞争力：开展环境保护透明度建设，识别、测量、记录、报告、减少环境污染;推动最大化的参与平台，激励伙伴责任运营，提倡客户责任消费。

篇5：什么是产品全生命周期

2015年 03 月 16日 虚拟样机

1.1 虚拟样机的定义

虚拟样机技术就是用来代替真实的物理样机(模型)的技术。在常规的产品开发过程中,物理样机模型是用来验证设计思想,选择设计产品,测试产品的可制造性和展示产品的。虚拟样机要替代物理样机,首先至少要具备上述功能。这样看来,虚拟样机应该可以用来测试产品的外形和行为,并且可以用来进行一系列的研究。另外,物理样机可以使人对一个产品有一种感观的评价,如颜色、外形、美学特性、触觉和舒适性等。要替代物理样机的这些特性,人和产品的交互应该包含在虚拟样机技术里。（定义：虚拟样机就是用来代替物理产品的计算机数字模型,它可以像真实的物理模型一样,用来对所关心的产品的全寿命周期,如设计、制造、服务、循环利用等,进行展示、分析和测试。这种构造和使用虚拟样机的技术就叫虚拟样机技术。）

1.2虚拟样机的组成

一个虚拟样机应该至少包括以下3种类型的模型：一个三维实体模型、一个人产品的交互模型、与产品的测试相关的可视化模型。

虚拟样机技术的系统结构如图1所示。从图1可以看出,为了显示、分析和测试一个产品,建立了一系列相关的模型。用户接口作为一个核心的组成部分,通过它可以有效地控制模型,还可以从它那里得到系统的一些重要信息。对于一个具体的应用实例来说,由于具体的应用目的不同,其系统结构可能有一些区别。

1.3虚拟样机的优缺点

1.3.1优点: ①减少了设计费用。②可以辅助物理样机进行设计验证和测试。③可以减少产品开发过程中所需的时间,使产品尽快上市。④可以在相同的时间内“试验”更多的设计方案,这是物理样机无法比拟的。⑤可以减少产品开发后期的设计更改,进而使得整个产品的开发周期最小化。⑥与常规的仿真相比,它涉及的设计领域广,考虑也比较周全,因而可以提高产品的质量。⑦由于虚拟样机技术支持并行设计,使得设计小组之间的沟通变得便捷。1.3.2缺点：

①虚拟样机技术复杂应用难度大，例如复杂产品涉及的学科领域多，开发过程复杂，涉及团队、管理、技术诸多要素的集成和优化，涉及信息流、工作流、物流的集成和优化。②限制虚拟样机发展的因素，有些技术本身的不成熟，方法的不完善，限制了虚拟样机的发展。例如有限元方法是利用离散的简单图形去逼近实际的连续域，图像处理中的延迟时间、数值计算中得到的近似解，等等这些方法上的不精确，会影响最终结果的精确性。③虚拟样机无法完全取代物理样机，在复杂产品的开发中，虚拟样机技术能够为产品开发提供技术支持，但不能取代物理样机，而是应与物理样机相结合，虚拟样机的分析结果可以指导物理样机的制造，物理样机的试验数据可以指导虚拟样机模型的修改，两者相互结合可有效的缩短 开发周期，提高开发效率。

1.4结论

产品竞争的日益激烈，要求制造业在方法上进行革新，虚拟样机技术为制造技术的革新提供了新的设计方法，并已在制造业中发挥了不可忽视的作用，虚拟样机技术的优势使其日益受到机械领域的重视，虚拟样机技术的合理应用，将大大提高我国的制造水平。

2数字化设计制造

2.1数字化设计与制造的定义

数字化设计与制造是指利用数字化技术完成产品设计和制造的全过程,包括产品的三维(3D)设计、虚拟装配、仿真、虚拟制造、虚拟检测和通过数字化机床加工出实际产品。它是先进制造技术的核心技术。

2.2数字化设计制造的组成

数字化设计与制造主要包括用于企业的计算机辅助设计（CAD）、制造（CAM）、工艺设计（CAPP）、工程分析（CAE）、产品数据管理（PDM）等内容。其数字化设计的内涵是支持企业的产品开发全过程、支持企业的产品创新设计、支持产品相关数据管理、支持企业产品开发流程的控制与优化等，归纳起来就是产品建模是基础，优化设计是主体，数控技术是工具，数据管理是核心。它们之间的关系见图1所示。

由于通过CAM及其与CAD等集成技术与工具的研究，在产品加工方面逐渐得到解决，具体是制造状态与过程的数字化描述、非符号化制造知识的表述、制造信息的可靠获取与传递、制造信息的定量化、质量、分类与评价的确定以及生产过程的全面数字化控制等关键技术得到了解决，促使数字制造技术得以迅速发展，这些关键技术之间具体关系见图2所示。

2.3应用

三维数字化设计制造主要包括三维数字化设计、维数字化工艺和三维数字化检测等。三维数字化设计指工程技术人员以三维模型为核心来完成产品设计过程中的各项工作!如零件设计、装配设计、工程分析等。以达到提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的、传统的产品设计是基于物理样机试验验证为主的产品设计方法。

二维和三维并行的设计制造模式向全三维的设计制造模式的转变，以数字量为主、以模拟量为辅的协调工作法（(或者模拟量为主、数字量为辅的协调工作法)向全 数字量传递的协调工作法的转变），真正并行和协同的实现。

2.4结论

先进的三维数字化设计制造技术己成为国外军工产品研制中不可或缺的手段，并推动了军工产品研制模式发生重大变革。国内军工企业也提出了全三维设计、三维到工艺、三维到设备的三步走战略。实施三维数字化设计制造不仅是用三维模型取代大量的二维三维转换，而是要通过设计与工艺协同以及大量的建模与仿真技术，达到大幅提升产品设计和工艺设计能力的目的。目前国内企业实施三维数字化设计制造技术过程中，有些企业把三维装配工艺仿真片而理解为三维装配工艺，有的企业过于强调三维模型下车间、强调三维工艺必须是以三维为主的工艺规程，没有认识到三维数字化设计制造技术带来的研制模式和研制流程的变革，以及三维数字化设计制造技术带来的从传统的以经验为主的设计模式向基于建模和仿真的科学设计模式的重大转变。

3产品全生命周期管理

3.1定义

代竞争不仅表现在终端的有形产品上,而且扩展到包括服务等各个领域,因而人们越来越关注产品设计、制造及服务等的各个方面,即产品全生命周期的各个阶段。产品全生命周期的内涵随着管理技术与开发技术的不断发展而不断扩展。目前国内外研究人员普遍认为,广义的产品全生命周期是指产品从市场需求分析、工程设计、制造装配、包装运输、营销、使用到报废的整个生命过程,是从产品整个生命周期内质量及可靠性、价值链等角度出发提出的,产品的生命周期框图见图1。

3.2组成

任何工业企业的产品生命周期都是由产品定义、产品生产和运作支持这三个基本的紧密交织在一起的生命周期组成。

(1)产品定义生命周期

该阶段开始于最初的客户需求和产品概念, 结束于产品报废和现场服务支持, 产品定义作为企业知识财富, 定义产品是如何设计、制造、操作和服务等信息的。

(2)产品生产生命周期

该阶段主要是发布产品, 包括与生产和销售产品相关的活动。ERP 系统是企业在该阶段的主要应用。该周期包括如何生产、制造、管理库存和运输, 其管理对象是物理意义上的产品。

(3)运作支持生命周期

该阶段主要是对企业运作所需的基础设施、人力、财务和(制造)资源等进行统一监控和调配。

3.3PLM的作用

P LM 核心功能可为用户提供数据存储、获取和管理的功能。不同的用户使用不同的功能集合。这些功能包括：

(1)数据存储

P LM 将通过建立一个单一的数据逻辑视图, 提供一种安全、透明、一致的数据存取机制, 而不论数据在物理上分布在什么地方。数据存储与管理将具备基本的数据检入/检出、发布管理、元数据管理和一致性维护等功能。(2)工作流管理

它可以使设计人员跟踪整个产品的开发过程, 包括设计活动、设计概念、设计思路和设计变更等, 将数据和信息发送给商业过程执行中相关的用户、组或角色, 支持业务流程的自动化。

(3)结构管理

它支持产品配置和BOM 表的创建与管理, 并能跟踪产品配置的变化, 跟踪其版本和设计变形。同时, 产品配置管理也需要按照不同的领域需求生成专门的产品定义视图。

(4)分类管理

它允许相似的或标准的零件、过程及其他设计信息, 按照公共的属性进行分组和检索, 提高数据的标准化程度, 支持设计的重用。

(5)计划 管 理

通 过 项 目工 作 分 解结 构(WBS), 定义项目所包含的活动和资源, 进行规划、跟踪和管理。

典型应用：(1)变更管理

(2)配置管理(3)工作台(4)文档管理(5)项目管理(6)产品协同(7)产品构型

3.4发展趋势

目前，PLM 的研究正在从基本概念、体系扩展到面向企业生命周期整体解决方案的技术和实施方法上, 希望为企业提供支持产品全生命周期协同运作的支撑环境和功能、提供标准化的实现技术和实施方法。因此, 与整体解决方案相关的技术和应用,将成为 PLM近阶段的研究重点, 主要包括企业基础信息框架、统一产品模型、单一数据源、基于 Web的产品入口, 以及 PLM 标准与规范体系。P LM 是近几年在工业领域得到大力推广应用的 IT 技术之一, 也是增长最快的 IT 应用系统, 其技术和产品都取得了巨大的发展。然而, 实现产品生命周期管理是所有以产品为核心的制造企业的一个长期战略目标, 其内容和程度根据企业的具体需求可以不断地改变和提高。它不是一个通过一次性的投入就可以完成的项目。因此对于一个企业, 必须制定自己的产品生命周期管理战略和目标。与传统的工具软件相比, PLM 最复杂和最困难的一点在于实施。成功的 PLM 系统一定是技术、人员和管理方法的成功结合, 用户一定要注意根据自己的需求和公司未来的发展战略, 选择合适的 PLM 产品和技术。本文的目的就是希望通过对 PLM 基本概念的介绍, 使用户对 PLM 的定义、内涵、地位和作用, 及其基本的技术体系有一个正确的认识, 以辅助企业制定和实施其产品生命周期管理战略。参考文献

篇6：从全生命周期考虑建筑节能

近日，中国工程院院士、清华大学教授倪维斗在媒体中指出，建筑节能不仅仅是某个建筑建成后的运行能耗，建筑物的建设本身也要耗费大量的钢铁、水泥、铝、玻璃……这些建材的生产能耗也应该计算在建筑能耗之内，即应该从全生命周期的角度把建房子的能耗摊到建筑能耗内。如果建筑的寿命很短，建成以后常年空置，没有发挥居住功能，全生命周期的能耗是非常高的。

倪维斗教授这一观点，为我们审视和开展建筑节能工作提供了更新的角度和更宽阔的视野。近年来，我们将更多的注意力放在建筑物建成后运行的能耗上面，包括节水、节电、节材、外墙外保温、热计量改革……而忽视了建筑物全生命周期的能耗问题。建筑物在建设施工过程中要消耗多少水、电、建材？能够为建筑降耗的各种新产品、新材料本身的生产过程，是否存在能源浪费、污染环境的问题？屡禁不止的短命建筑，又带来了多少资源的浪费？……这些环节中的能耗问题，虽不是建筑物运行过程中直接产生的能耗，但却与建筑物有着密切的关系。因此，建筑节能不能仅仅局限于建筑物运行中产生的能耗，而应将建筑物的全生命周期都纳入到节能减排的范畴，统筹考虑。