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面向机械装备制造企业的CAx/PDM/ERP集成应用 |
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作者：郭彪 李宁 沈克 |
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1 前言
北京石油机械厂（以下简称：北石厂）隶属于中国石油天然气集团公司钻井工程技术研究院，是集开发、设计、制造、销售、服务为一体的现代化石油钻采装备的专业制造企业。经过50余年的发展，北石厂已经从一个从事简单机械加工的工厂，成长为科技化、数字化、国际化的高新技术企业。
为了缩短与国际先进企业的差距，促进企业长久发展，北石厂确立了企业发展长远规划，明确了“科技化、数字化、国际化”的发展战略。同时将信息化建设作为企业战略规划的一个重要组成部分。确立了“研发信息化”、“管理信息化”、“制造信息化”、“服务信息化”的信息化发展思路和整体构架。
北石厂在实施信息化建设的过程中，为满足不同时期的不同需求，先后实施了各种单元技术信息系统，如：CAD(Computer Aided Design)、CAPP(Computer Aided Process Planning)、CAE(Computer Aided Engineering)、ERP(Enterprise Resources Planning)、PDM(Product Data Management)等，这些信息系统的实施在一定程度上加强了企业的信息化管理水平，提高了企业的信息流、资金流的流转速度。
2 CAx/PDM/ERP各系统运行概况
2.1 北石厂ERP运行概况
2003年北石厂首先建立了ERP系统，包括产品数据管理、库存管理、生产计划管理、采购管理、车间任务管理、工艺过程管理、财务管理、成本管理等模块。基本覆盖企业销售、采购、财务、产品研发、生产、库存、成本核算等各个生产经营环节。ERP系统的建立使企业的生产经营活动进一步规范化、程序化，实现了企业物流、资金流、信息流的集成，大大促进了企业管理流程的完善。
目前北石厂ERP系统已经成为企业日常经营管理中不可或缺的业务管理平台。
2.2 北石厂CAx/PDM运行概况
在研发管理信息化方面，北石厂和其它机械装备制造企业一样也经历了甩图板的过程。通过应用CAD(CAXA二维电子图版、三维实体设计)、CAPP工艺设计等软件，实现了所有产品图纸的电子化。并且通过使用ANSYS有限元分析软件对产品关键零部件进行分析，大大提高了产品研发设计的效率。
产品数据管理(PDM)系统是近几年来为实现信息集成而发展起来的一个先进的管理思想，PDM系统将所有与产品相关的信息和过程集成在一起。北石厂PDM系统包括产品研发项目与任务管理、图文档管理、产品结构与配置管理、人员权限分配、工作流管理、产品数据报表等功能。通过将所有与产品研发相关的文件进行集中管理，进一步缩短了产品研发周期。
2.3 存在的问题
CAx主要用于产品的设计和分析；PDM系统用于管理与产品有关的数据和过程；ERP系统用于管理企业的人、财、物、信息等企业资源。PDM系统与ERP系统在应用目标、应用范围等方面有所不同。
随着企业信息化建设的逐步深入，在企业研发管理过程中,仅依靠二维、三维、有限元分析等工具类软件，很难发挥具有“团队精神”的并行设计模式的优点。在实际应用过程中，PDM系统与ERP系统在功能和应用范围上出现了延生，二者的分界线已经被打破，存在一定的信息重叠，并且系统之间也缺乏有效的信息传递和信息共享。由于企业内部所有产品从设计到生产的全生命周期中将分别涉及CAx、PDM和ERP等领域，如果这些系统不能进行相互协调,将很难发挥各个系统应有的效能。所以对CAx和PDM以及PDM和ERP系统进行信息集成，对于优化设计和制造过程、加速产品从设计领域到制造领域的转化、有效缩短产品形成周期，促进企业技术创新都具有十分重要的现实意义。
要想实现企业资源和信息的有效共享和通畅的交流，必须有效的集成CAx和PDM以及PDM和ERP系统，使信息高度共享，提升企业的整体运行效率。
3 CAx/PDM/ERP集成框架和实施内容
目前国外已经有很多现代化的企业开始用工业工程的思想来管理企业，提高企业的整体经济效益，并应用CAD/PDM/ERP集成系统作为实施工业工程的支持系统。
北石厂研发信息化采用CAXA公司的CAD、CAPP、CAM、PDM系统整体解决方案，应用ANSYS CAE仿真技术进行关键零部件的有限元分析；北石厂管理信息化采用鼎捷公司易飞ERP系统。
PDM系统本身提供一定的CAx集成基础，但是缺少与ERP的有效信息集成。北石厂在获得北京市科委“制造业信息化科技示范工程”的项目支持后，对企业业务需求进行调研，确定了如图1所示的CAx/PDM/ERP系统集成框架。
图1 CAx/PDM/ERP系统集成框架
由图1可以看出，北石厂的信息集成框架主要由两部分信息流组成：基于PDM平台，以CAx为核心内容的设计创新链信息流；以ERP为核心的生产供应链信息流。各个单元的技术信息系统通过两条信息流有机的关联起来，信息流覆盖了产品从设计到实现的全部生命周期。
3.1 基于PDM的CAx/PDM集成
基于PDM 为平台的CAx/PDM 集成，实际上是要解决各个CAx 系统和PDM 之间的信息交互问题：①根据业务需求确定各个CAx 和PDM 交互的信息内容，②采用合理的集成方式，最终形成一个协同共享的信息环境。CAx与PDM信息交互如图2所示。
图2 CAx与PDM集成示意图
按照上述集成思路，北石厂建立了以CAXA PDM为核心的CAx集成，CAXA PDM系统采用电子仓库对图纸和各种知识文档进行集中管理， 在管理时提供数据加密等安全性措施；在数据集中管理的基础上，实现图纸版本管理，支持快速查询；系统提供产品结构管理，以结构树的形式描述产品部件、零件间的装配组成关系，支持从设计图纸的明细栏和标题栏中提取信息，自动构造产品结构树，并把相应的图纸导入到电子仓库中；在数据共享的基础上，系统支持零部件的借用和复制，有利于设计工程师在基础产品上快速构建新产品。
3.2 PDM与ERP集成
PDM 和ERP是管理整个产品定义和产品生命周期的核心。
PDM系统主要是管理所有与产品相关的信息（包括电子文档、数字化文件、数据库记录等）和所有与产品相关的过程（包括工作流程和更改流程）的技术。它提供产品全生命周期的信息管理，并可在企业范围内为产品设计和制造建立一个并行化的协作环境。ERP系统主要是控制生产计划过程期望的产品销售情况与制造这些产品所需消耗资源之间的关系。因此，ERP系统需要PDM系统提供3类信息：①物料（零件、部件、材料）的属性信息：如零部件的名称、物料编码、材料规格等，一般而言，ERP系统中每一种物料都会有一个唯一的编码，并且与PDM中物料编码对应；②产品结构信息：记录产品及其零部件的父子结构关系，如：产品由哪几个部件组成，每个部件的数量，部件由哪几个零件组成，每个零件的数量等；③加工工艺信息：即加工某个零件所需的设备、工时、材料等。这3类信息是ERP系统所需的基础数据，也是其进行生产管理、成本管理等的依据。PDM与ERP集成示意图如图3所示。
图3 ERP与PDM集成示意图
在PDM与ERP系统集成时，北石厂采取与软件供应商合作二次开发的模式，由CAXA在PDM软件中定制开发操作界面，从PDM系统中提取符合ERP接口规范的物料、BOM、加工工艺等信息，并生成相应的XML文件，由鼎捷易飞ERP提供最新接口程序，通过接口将XML信息同步到ERP中。最终实现了物料属性信息、BOM结构信息和加工工艺路线等基础信息的及时传递。
4 集成应用展现
北石厂是从企业核心业务需求出发，通过一系列的分析探索和实践，将CAx/PDM/ERP进行有效的集成，实现了关键业务数据信息的集成，最终实现项目控制、文档存放、设计研发流程、质量管控、零部件生产制造、整机装配等过程的高效管理。
4.1 研发项目与任务的管理
PDM的应用贯穿企业设计研发、项目管理和项目控制的全过程。新产品研发项目启动后，项目负责人在PDM中立项（如图4所示），编制并上传产品设计包，同时将项目任务进行细化分解。
图4 PDM中部分新产品项目相关文档
子项目负责人可以登录PDM查阅设计任务书及相应文档。设计人员用二维CAD、三维CAD软件设计完成后，在系统中提交设计评审，系统自动根据项目负责人指定的评审流程逐级进行审批。
评审人在评审过程中可以提出评审意见，并做红线批注。相关人员可以随时查询审批情况。在设计过程中也可以查阅自己或其他协同工作人员上传的设计文档，实现真正意义上的资源共享和协同工作。项目负责人通过对项目的进程进行计划、调度、监视和监控，对整个研发项目做到及时掌控。
4.2 研发设计资源的集成管理
设计人员在产品研发过程中会产生大量的设计图纸、工艺文件、三维模型等文件。CAXA PDM系统支持设计文档的批量上传，并能根据图纸中的装配明细表自动生成产品结构树（如图所示）和零部件的关联关系，同时生成相应的零部件属性信息。
图5 装配明细表生成产品结构树
统一管理的产品数据，能方便进行结构管理、图纸管理、图纸变更管理、借用查询管理等，通过细致的权限管理，保证企业数据的完整性和一致性，实现对数据的安全管理。
4.3 统一产品数据源的工艺设计
在统一集中管理研发数据的基础上，工艺人员能方便快速的查看工艺设计任务，查询利用已生成的类似加工工艺信息，通过CAPP修改其中少部分数据，快速派生出所需要的新的工艺卡片。生成的正式工艺文件也将发布到PDM中。
4.4 企业产品研发与生产的最终集成
北石厂基于PDM的CAx集成，在程序架构和产品研发流程上实现了信息的交互，基本解决了产品研发过程中的协同设计、数据共享的问题。对于北石厂而言，除了要解决研发阶段的集成问题，还需要跟生产过程及其它管理信息系统结合，从业务需求出发，建立企业级的综合集成解决方案。对于ERP与PDM的集成，主要体现在产品基础数据的集成。主要分为：产品BOM（含品号信息）集成和产品加工工艺信息集成。
PDM与ERP的基础数据的传输，只需要在PDM中进行简单操作即可完成。其中为了保证ERP系统数据安全稳定，在执行BOM、物料信息和加工工艺路线信息导入前，程序会自动对数据进行检查。一方面是对导入前数据内容、格式进行检查，另一方面是通过ERP接口，将计划导入的数据与ERP内的产品数据进行比对，对于ERP中已经存在的数据，不允许重复导入，并在操作界面上将是否允许导入的数据用颜色进行区分（红色：不允许。蓝色：允许）。另外，所有从PDM导入到ERP中的数据均有相应的输出日志和特殊标记，后期可以很方便地对数据的追踪和检索。
5 结论
随着各个单元业务信息系统应用的逐步深入，越来越多的企业开始意识到，CAx、PDM和ERP分别管理企业的不同信息，只有将它们有效集成，才能发挥各信息系统的巨大的潜力，实现企业信息的共享。北石厂从企业核心业务需求出发，将CAx/PDM/ERP进行有效的集成，实现了关键业务数据信息的集成，取得了非常好的应用效果。北石厂成功的集成实践经验，将为其它机械装备制造企业的集成应用提供一定的借鉴和参考。(end)
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(11/25/2012) |
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