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PLM技术的出现与产品设计方式的变革息息相关。传统的设计方法以经验设计为主，利用绘图板、丁字尺等手绘工具，通过手工绘图的方式对产品的设计方案进行表达，利用手工计算对设计合理性进行演算验证。产品设计的工作方式往往是串行式设计过程（从需求分析、产品结构设计、工艺设计直到加工制造和装配一步步在各部门内部顺序进行），工程师间的工作相对独立，各部门依据各自的职能串行作业，部门间的工作关联性与配合度较低，缺少必要的信息交流。设计图档、文档的存在形式以纸质为主，对于设计图档和文档的管理以人工归档纸质文件的方式为主。由于缺乏虚拟仿真验证的手段，对于设计的仿真验证只能依靠物理样机。由于过早进入了物理样机阶段，缺少详实的设计方案验证，设计问题只能在物理样机阶段暴露出来之后再返回到设计阶段对设计进行修正。由于在设计完成后，其他部门才依次介入，后面各个环节再提出整改意见，设计部门再修改设计，从设计到物理样机阶段的反复迭代过程会相当漫长，且修正设计的依据主要依靠个人经验与手工计算，容易产生设计误差，从而导致设计周期长、成本高等问题。传统产品开发过程如图1-1所示。
图1-1 传统产品开发过程
随着CAX技术的发展，产品设计与仿真验证的手段及精细化程度得到了很大提升，这一变化促进了对传统设计方式在数字样机验证方面的变革。但串行式设计方法对于企业业务而言具有的局限性问题依然没有解决。具体体现在：需求分析、产品结构设计、工艺设计、加工制造等阶段是顺序开展的，前一阶段结束才能开始下一阶段，设计周期较长，无法快速满足市场的需求；并且由于在上述各个阶段中所使用的设计、仿真等软件的系统各不相同，相互之间各自封闭，使得系统间的数据交换较为困难。
20世纪80年代，一种新的产品生命周期管理方法—并行工程（Concurrent Engineering, CE）产生。并行工程以缩短产品上市时间为目标，从产品需求分析阶段开始就考虑产品全生命周期中的质量、成本、进度、用户需求等要素。这里所说的产品生命周期的概念，是指产品从需求分析、概念设计、详细设计、生产、投入使用、维护和后期服务直到产品退出市场并消亡的完整生命周期，一般可分为产品定义、产品生产和产品运作支持三个主要阶段。基于这种管理理念，并行设计的模式也应运而生。并行设计是指在产品开发设计阶段考虑产品生命周期中的工艺规划、制造、测试维护等后端环节的影响，通过各个环节的并行推进与集成，缩短开发周期、降低产品成本并提高产品质量。也就是说，并行设计模式下，各部门能够尽早参加到设计环节并实现专业信息的反馈、数据审核与共享，同时把串行设计模式下针对产品整体的“设计-评价-再设计”大循环，转变成很多轮次的针对产品局部的“设计-评价-再设计”小循环，从而提升设计效率。在此过程中，分属生命周期不同环节的人员可以从不同的角度出发，对设计的合理性、可行性、经济性等因素加以控制，以便快速匹配满足产品性能的技术方案、满足目标成本的采购方案、合理可行的生产工艺等，从而及早发现和改正设计问题。并行产品开发过程如图1-2所示。
图1-2 并行产品开发过程
并行设计的过程需要诸多支撑技术，产品数据管理（Product Data Management, PDM）技术是其中之一。信息共享是实现并行设计的基础。产品数据管理技术的目标是对并行设计中共享的数据与过程进行统一规范管理，保证全局数据的一致性、安全性，并提供统一的数据操作界面，使并行设计人员无论使用何种CAX工具，工作的物理位置如何，都能在统一的操作环境下工作。在此背景下，PDM系统作为产品数据管理的工具与手段出现，随着并行设计的要求逐步迭代，功能也随之日渐完善。美国Gartner管理咨询公司对于PDM的定义：产品数据管理是管理所有与产品相关的信息和过程的技术；与产品相关的信息，即描述产品的各种信息，包括零部件信息、结构配置、文件、CAD档案、审批信息等；与产品相关的所有过程，即对这些过程的定义与管理，包括信息的审批和发放。
PLM系统是在PDM系统的基础上对其内涵和范围进行扩展和延伸而发展起来的。PDM出现于20世纪80年代，初始阶段是为了解决大量图样文档的计算机化管理问题，后来扩展到三个主要领域：设计图样和电子文档的管理；材料报表与产品结构的管理；工程变更的跟踪与管理。20世纪90年代以后，工业的发展需要更复杂、先进的功能来解决变更管理和配置管理等问题，同时出现了诸如产品三维图形可视化技术、企业应用集成技术等应用，大大增强了PDM的功能与应用价值。PDM开始逐步支持计算机辅助工具的信息集成及产品配置、产品设计变更等管理，支持过程集成与虚拟产品开发，直至演变成支持企业间网络化协同工作和涵盖了产品研发、生产、售后服务等方面的产品生命周期管理工具，逐步形成了PLM的概念，如图1-3所示。
图1-3 PDM到PLM的演变过程
PLM技术使产品数据在其整个生命周期内具有唯一准确的数据源，确保已有的产品信息能够为企业中的所有用户共享使用，并且能有效管理业务流程与数据流向，确保及时可靠地把正确的数据，以正确的形式传递给正确的用户，完成正确的任务，提高工作效率，从而提高企业的竞争能力。
PLM是一种技术理念，同时也是产品化的软件系统，是一个飞速发展的信息化新领域，目前在学术界和工业界并没有公认的产品生命周期管理概念的定义。许多企业管理咨询机构和软件供应商都对PLM给出了自己的定义。其中，CIMdata（专注于PLM领域全球领先的战略管理咨询和研究机构）的定义相对被广泛引用，其对于PLM的定义：PLM是一种战略性的业务模式和企业信息化策略，它应用一系列的业务解决方案，把人、过程和信息有效地集成在一起，支持产品信息在全企业和产品生命周期内（从概念产生到生命周期结束）的创建、管理、分发和使用过程。另一家企业信息化咨询公司Aberdeen对于PLM的定义是：PLM是从产品产生到消亡的产品生命周期全过程中，一整套可开发的、可互操作的应用方案，覆盖产品从概念设计、制造、使用，直至报废的每一个环节，建立PLM信息化环境的关键是要有一个记录所有产品信息的企业范围的中心知识库，用于保存企业的数据资源，实现基于任务的资源访问，并作为一个协作平台用于共享各种信息资源，实现企业范围的数据访问。
综上所述，PLM是一项企业信息化战略，是为了满足制造企业对产品生命周期信息管理的需求而产生的一种新的管理模式，支持产品生命周期中企业内部和外部的资源共享，实现以产品为核心的协同开发、制造和管理。PLM的管理对象是产品信息，既包括产品定义数据，同时也描述了产品是如何被设计、制造和服务的过程。
绝大部分PLM都是由PDM发展过来的，因此天然具备PDM的功能。在PDM的基础上，PLM更侧重发展以下三方面能力。
1. 建立完整的产品数据模型
产品生命周期管理涉及许多部门和企业，包括了产品和过程整个生命周期的业务功能和资源，必须建立完整的产品数据模型才能满足不同阶段对产品信息的需求。由于汇集到PLM的产品数据来自于不同的软件系统，数据形式可能不统一，因此需要着重解决不同产品数据与系统的兼容性问题。
2. 对动态数据和过程的管理
传统的PDM对工作流管理考虑比较多，对项目管理考虑得相对较少。由于仅仅通过工作流管理来实现项目层面的监控是非常困难的，因此通过项目管理对动态的数据与过程进行管理在PLM中还需要逐步完善。另外，产品数据在生命周期中可能具有很多视图和状态，因此在PLM中需要能便捷地转换和查询一个产品的不同视图或数据结构状态。
3. 可扩展集成的体系结构
PLM需要提供对各种CAX系统、ERP/CRM/SCM系统及MES系统等的集成接口。这些系统或作为上游的数据提供方，或作为下游的数据接收方，通过PLM接口实现企业在使用系统品牌不同的情况下也能够通畅进行数据传输。另外，可通过开放PLM二次开发接口，以适应企业的定制功能要求，达到扩展PLM系统功能的目的。
由于开发商的不同，PLM系统在功能上也存在区别，但是在总体上都具备三方面主要功能，即产品数据与结构管理、协同项目管理及信息集成。
1. 产品数据与结构管理
PLM系统的数据管理功能基于数据的电子仓库（实现数据存储机制的数据库及其管理系统）。以电子仓库作为底层支持，能够完成产品数据分类、索引、状态跟踪、数据入库和出库等功能，同时通过电子仓库可以完成用户权限管理、数据版本管理、产品结构与配置管理等。
2. 协同项目管理
大型产品开发过程涉及设计、制造市场、销售以及客户服务支持等多个部门，PLM系统的项目管理功能可促进跨部门甚至跨企业的信息交流，优化时间和资源分配方式，提高团队成员的活动效率，降低产品成本，缩短上市时间。除了项目流程的管理以外，有些PLM还侧重于人力资源、技术资源、设备资源等相关数据的管理。资源管理可通过建立全部企业资源资料库，实时跟踪各种资源的状态，为企业决策提供支持。
3. 信息集成
集成是PLM的一项关键技术，可以充分与其他业务系统（如ERP/CRM/SCM等）进行信息交换。信息集成平台将PLM系统与各种应用系统连接起来，支持系统之间的数据交换和共享。
图1-4所示为PLM系统框架，以产品数据源为基础，搭建PLM系统的主体功能模块，通过集成接口实现与外部关联系统的集成应用。
图1-4 PLM系统框架
数字化设计过程与传统设计相比具有以下特点。一是广泛使用CAX工具，使用CAX软件是数字化设计的基础，标志着数字化设计的开始。二是面向产品全生命周期，在设计阶段即开始考虑后续的环节，及早发现由于设计问题可能导致的全生命周期隐患，提出设计修改意见。三是设计过程基于知识经验，在长期大范围的广泛合作中，产品设计过程会产生和收集大量知识经验，同时在被重用过程中得到验证和迭代更新。四是并行协同，处于不同地域不同部门的人员在设计的不同阶段通过网络环境协同交互参与设计过程，例如下游工艺设计人员可以对上游机械设计人员输出的产品模型进行制造装配可行性评价，通过PDM向上游设计人员反馈评价结果及设计修改建议，再如工艺验证人员可以通过对加工过程的仿真模拟来检验工艺路线的可行性，向工艺设计人员反馈工艺修改建议。五是异构性，各部门人员在数字化设计中采用的CAD/CAE/CAPP/CAM等软件工具不尽相同，计算机配置与网络环境等平台也有差异，数字化设计需要在异构的环境下完成。
基于数字化设计过程的上述特点，PLM着重对设计过程中的设计活动、产品数据和设计人员三个要素进行数字化管控。设计活动可以分为不同的阶段，例如：需求分析、概念设计、详细设计等。设计活动持续的过程中会产生一些阶段性的成果或交付物，这些就是产品数据。参与设计的项目组人员在设计活动中不断对产品数据进行处理、细化、修正、完善，直至设计数据具备发布到采购、生产制造等下游环节后，再持续根据下游环节对设计发布数据的反馈进行迭代修改。这是设计过程管理三要素之间的关系。
数字化的各类设计活动在PLM系统中以工作流程的形式存在。工作流程是为了达到一定的目标，由项目成员按照规范化的活动顺序完成任务的过程，其中可能包含若干个由不同成员参与的步骤且步骤间的先后顺序由任务的逻辑决定。
工作流程首先在PLM中被定义，然后由项目组人员进行任务步骤的执行和必要的审批。工作流程的定义是设定流程中的各个步骤、相互关系以及启动和终止条件，同时指定工作的承担者以及任务完成的时间节点要求等。大的工作流程中也可以嵌套小的工作流程。审批过程中，审批人员可以行使通过或否决权，将存在问题的数据反馈给上游设计人员，设计人员针对反馈对设计进行修改完善后再次提交审批，直至审批通过，数据流向下一个任务步骤。当一份设计数据涉及的所有审批均通过后，设计数据处于发布状态。发布状态的数据由于某种原因需要再次被修改时，就需要发起设计变更流程。设计变更流程是申请对设计数据进行调整的一套工作流程，只有设计变更申请被同意后才能对已发布的数据进行调整。由此可见，在管理工作流的同时PLM也管控着数据流。
图1-5所示是一个简单的产品设计工作流程，其具有两条路径，一是二维设计→工艺设计→BOM（Bill of Material，物料清单）审核；二是二维设计→三维设计→工艺设计→程序设计→BOM审核。步骤间会设置审批环节，审批通过后，工作流程才能向下推进。在此过程中，PLM对产生、修改和使用产品数据的过程进行协调和控制，完成对设计活动的管理。
图1-5 工作流程示例
PLM需要处理的设计过程中的产品数据包括：产品支持数据、产品定义数据和设计过程数据。产品支持数据包括各种设计标准规范、标准件/通用件数据等；产品定义数据包括产品模型、图样、BOM、设计文档、仿真模型、仿真结果文件、工艺文件、NC程序等；设计过程数据是设计工作流程中涉及产品数据审批、发布、变更等操作的数据。通过对产品数据的管理，确保产品数据结构正确、满足设计标准化要求，具备工艺可行性，数据版本清晰准确。
PLM对设计人员的管理首先体现在权限管理。例如，汽车设计团队负责动力总成系统与转向系统开发的工程师分属不同部门，动力总成工程师只对发动机、离合器、变速箱等数据有添加/修改/申请变更的权限，而转向系统工程师没有对应的权限，反之同理。再如，动力总成工程师作为直接设计者不会被分配对应产品部件数据的审批权限，动力总成部门的负责人、工艺审核人员、标准化审核人员等一般会被赋予设计数据的审批权限。设计人员在PLM中被允许和禁止的操作与其对应的权限直接相关。基于权限管理机制，可以对项目团队成员进行组织，针对不同设计活动的工作流程为项目成员分配任务。
前文提到，广泛使用CAX软件是数字化设计的基础，标志着数字化设计的开始，企业的数字化设计过程也是由此开始的。在企业数字化设计的初级阶段，电子化的产品数据会分散保存在产品开发技术人员的个人计算机中，且不易查找和管理，由此带来产品电子文档管理落后的诸多问题。
1）电子文档与纸质文档的版本不易同步统一。
2）数据分散查找不方便，无法反映数据之间的关联性。
3）产品信息没有按零部件的特性或其他便于管理的方式进行分类。
4）数据缺乏安全保护，可随意复制与删除，或因计算机故障导致数据永久丢失。
另外，企业中的全新设计工作极少，多数设计工作都是在原有设计基础上进行改型。对已有设计结果数据的参考需求高，但又缺乏方便的数据查询与知识管理，导致设计数据重用率、设计效率降低。经济一体化发展，产品个性化需求，货期不断压缩的要求，都迫使产品开发与生产之间、企业与供应商及客户间的耦合程度越来越强，需要功能强大的协同系统来满足企业内部及企业与外部关联方的工作与业务联系，提升业务间的协同性。
在制造业数字化转型背景下，PLM已逐步成为制造企业全面实现管理、经营、设计、制造和服务等过程信息化的基础。实施应用PLM能够提高企业响应客户需求的敏捷性，快速响应不断变化的市场竞争态势。制造企业的产品生命周期管理可以整合企业内外部以产品为核心的资源并以产品协同开发为中心进行组织，将企业活动和业务过程集中进行管理，实现以产品为核心的企业协同运作。在PLM平台的支持下，企业不仅可以管理不同阶段的内部信息，还可以实现不同阶段之间的信息整合，使产品生命周期的各种信息能够得到有效的管理、交换和共享，在实现企业的信息集成、提高企业的管理水平及产品开发效率等方面发挥重要的作用。
1. 数据资源的分类管理，便于快速检索，提高产品开发效率
在产品生命周期内，企业对设计、生产、运营等过程中的产品动态数据，以及技术手册、标准信息等静态数据，分门别类地进行有序管理，在此基础上，建立企业的产品数据和零部件库，可以帮助产品开发人员和管理人员快速地检索相关的信息，被赋予权限的用户均可使用这些信息或数据，提高产品开发效率的同时，使技术人员将更多精力放在创造性的设计活动上，提升产品的竞争力与推向市场的速度。
2. 有效的版本管理和工程变更管理，保证产品数据的准确性和一致性
有效的版本管理能使所有产品开发项目人员对同一数据对象进行操作，保证数据的最新版本，避免设计上的重复和数据引用的错误，同时确保产品开发过程的可追溯性。通过有效管理产品生命周期内的工程变更，对企业基本数据进行管控，可以确保设计与制造信息的一致性与准确性，避免设计信息变更不同步导致的生产问题，提高数据使用的安全性。
3. 实现产品开发流程的规范化管理
在实施产品生命周期管理的过程中，可以帮助企业理顺产品开发流程，在一些关键环节上固化流程，实现过程管理的规范化。PLM系统可以通过信息化的数据发布和电子审签程序加强流程控制，有利于核心任务的关键步骤得到有效管理和控制。
4. 实现设计过程中的信息集成
CAD、CAPP、CAM系统在产品设计、工艺规划和数控编程方面具有重要作用，但这些各自独立的系统并不能实现系统之间信息的自动传递和交换。目前PLM系统是最好的CAX集成平台，不同的CAX系统可以从PLM中提取各自所需要的信息，并集成在统一的平台上进行工作。PLM自始至终贯穿着集成的思想，它对各部门各环节产生的产品信息、流程数据、工程知识数据进行合理的规划和管理，并把这些数据作为单一数据源为其他各种软件系统与应用提供基础数据，避免了数据的异构和来源重复。
5. 实现跨部门的产品信息传递
人、财、物、产、供、销是企业实现经营管理与决策的核心业务对象，通过ERP（Enterprise Resource Planning，企业资源计划管理）系统来对这些业务资源进行统一管理。PLM提供了产品整个生命周期的数据和模型，是ERP系统中的产品数据源头。PLM是沟通产品设计，工艺规划、制造资源、外协采购和管理信息系统之间信息传递的桥梁，从PLM系统中获取ERP系统所需的产品信息，能够保证BOM信息的一致性，从而实现制造企业跨部门的产品信息传递。
6. 促进制造企业的全面质量管理
制造企业通过实施产品生命周期管理，建立适应产品质量认证和全面质量管理的环境。产品形成过程中质量保证的所有步骤必须与产品数据和过程数据紧密地联系在一起，同时企业的质量管理系统需要与CAD、CAPP等企业其他的应用系统有机地集成起来。规范地控制、检查、更改和管理过程信息，有助于企业按照产品质量标准的要求，实施全面的质量管理。
7. 为跨企业的协作提供协同工作环境
通过PLM建立跨平台的网络、数据库、应用系统的计算机环境，提供应用系统之间的信息传递与交换平台，以及基于网络的协同工作环境，为跨企业的协作提供必要的支持。不但能实现企业内部的技术与业务人员之间的数据共享和远程协同操作，还可以实现制造企业与客户、供应商和业务伙伴之间的协作关系。
从企业经济效益的角度来看，据统计，在一些PLM技术应用较为广泛的发达国家，PLM的实施大约可使工程成本降低10%，产品生命周期缩短20%，工程变更控制时间缩短30%，工程变更数量减少40%，从而达到降低产品成本、缩短新产品开发时间、改进产品和服务质量的目的。