PDM实施中企业信息集成的实践与探索

  本文主要讨论了PDM和典型的信息系统CAPP与ERP集成的主要方法和存在的问题，并且展望了未来这些信息系统集成的一些发展趋势……<s
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    随着制造业企业规模逐渐扩大，制造业企业对自身信息化战略的实施力度不断加强，用于各种不同目的的信息系统如CAD、PDM、CAPP、ERP等得到了广泛的应用。然而，当这些信息系统成功应用上之后，为了进一步提升企业的响应速度与整体竞争能力，加快信息在企业中的流动，集成便成为企业信息化道路上一个不可避免的阶段。本文主要讨论了PDM和典型的信息系统CAPP与ERP集成的主要方法和存在的问题，并且展望了未来这些信息系统集成的一些发展趋势。

    PDM实施过程中典型的集成需求

    PDM的集成有利于数据在不同应用领域的重复使用，增进各部门之间的交流和合作，消除冗余和容易出错的手工作业，提供工程设计效率，使用户能够可靠地采集和使用各种不同类型的产品定义数据的方法，集成的目的使数据处理达到前后一致，简化操作。

    企业的数据源头信息在设计，因此需要PDM系统很好地解决产品数据的管理问题，这些信息经过不同的部门和应用系统会不断的丰富和完善，如：在CAPP系统中需要补充相关工艺信息，在ERP系统中则需管理好制造资源的相关数据（库存信息、成本信息、制造BOM等）。在制造业企业中，企业全局信息集成的关键是产品信息与工艺信息和生产信息的集成，所以，PDM的集成，也主要是围绕着CAPP、ERP进行的。

    基于文档管理的集成
 
    90年代中后期，国内大多数CAPP系统是基于文件形式进行存储的，由工艺系统完成各类工艺卡片的编辑，清软英泰在这一段时期实施PDM的过程中对这种CAPP系统的集成技术路线为：PDM系统调用工艺卡片的编辑控件，完成工艺卡片的编辑工作，将工艺文件作为一类文档纳入PDM系统进行管理，工艺文件作为零件的一个文档附加到产品结构树上，实现在PDM的产品结构树上查到工艺文件，进行工艺数据汇总时按产品将工艺文档导出，由CAPP系统完成对工艺文件上的工艺数据的汇总, 然后PDM系统将EBOM和物料清单传递给ERP系统，CAPP系统将相关的工艺数据传递给ERP。这样的集成方式，非常适合早期基于文件的CAPP系统与PDM和ERP的集成。90年代末，清软英泰在三一重工集团和湖北荆州第四石油机械厂等企业的实施PDM过程中，和CAPP与ERP的信息集成都采用了这样的策略。

    这种基于文件的集成方式的优点在于设计数据和工艺数据完全组织在同一个数据库中，形成单一数据源，关系简单，数据之间的一致性便于维护，而缺点在于，由PDM传递给ERP的BOM信息，ERP系统不能直接使用，需对这些数据进一步维护后（如在自制件下挂毛坯和材料的子节点等）才行，存在着数据的二次维护。

    基于数据库的集成
 
    随着CAPP的发展，以及软件开发水平的不断提高，大量的工艺信息被组织到数据库中，此类工艺系统以金叶、天河公司的CAPP为代表。这些基于数据库的CAPP系统一方面提供了工艺人员在设计的时候更大的灵活性，另一方面，由于这些系统将工艺文件上的信息变成了结构化的信息存入数据库系统，使得以往的直接在PDM中管理工艺文件的方法不再适用，虽然，可以从CAPP导出文件，然后再采取前面所述的基于文档的集成策略完成系统的集成，但是这样做不可避免的会出现数据冗余，而这些冗余的数据恰恰是导致一致性无法维护的根源，自然这样的方法是不可取的。新的实现技术，导致PDM对于CAPP的集成的策略必须从基于文件的集成转向基于数据库的集成。此时，由于CAPP、PDM、ERP系统各存在一套独立维护的数据，数据的唯一性成为集成的障碍。结合PDM系统的具体功能，基于数据库的集成可以分为两种情况。

    无配置的集成

    对单件小批量生产和产品系列化程度不高的企业，如果PDM实施中没有实施配置管理，那么意味着每一个产品对应一个确定的产品结构树，在这种情况下可以采取顺序方式集成，我们称之为管道式集成，其思想非常简单，各个系统保持自己数据库的独立性，信息从一个系统向另一个系统单向流动，当前系统对上游系统产生的结果进行数据补充，然后交给下游系统，实现有效的集成。具体实现为：首先由设计人员将产品结构信息在PDM中搭建起来（或通过与CAD系统的集成自动建立产品结构树），然后将EBOM和物料清单传递给CAPP系统，由CAPP继续补充相关工艺信息，CAPP系统完成工艺信息的汇总，最后将PBOM以及其他工艺汇总信息导入ERP系统。

    当产品结构发生更改的时候，只需要按照顺序进行更新即可。管道式集成是一种结构简单、行之有效的集成策略，对于没有实施产品结构配置、单件小批量和的企业非常合适，2003年清软英泰在郑州纺机厂、平高电器的PDM实施过程中就采取了这样的集成的策略。

    有配置的集成

    对产品系列化程度较高的企业，PDM的产品的配置管理可以有效的管理系列化产品和变形产品，配置管理可以大大简化产品的数据组织。如果企业实施了PDM的产品配置管理，那么意味着同一个产品在不同的配置状态下将对应着不同的产品结构。在这样的情况下管道式集成则会存在问题，因为，下游CAPP、ERP中往往不存在关于配置的相关信息，如果穷举所有配置状态对应的具体产品结构树再进行数据传递，那么，必然会在这两个系统中间产生大量的数据冗余，让下游系统存储的数据呈现爆炸性的增长，其次，一旦结构信息在PDM中发生变更，那么必须同时更新所有下游系统中间的每一个和此次更改相关配配置状态对应的具体的结构信息，这会大大的增加工艺人员和生产维护人员维护更改数据的负担，导致变更响应速度缓慢，影响整个企业的响应速度，削弱了竞争能力。

    从上面的分析可以发现：问题的根源在于只有PDM中才存在配置状态的管理。理想情况下，如果能够将配置管理扩展到所有系统，就能够有效地解决这个问题，而实际上，实现这个目标，需要所有的系统都实现产品的配置管理，在目前的情况下这显然是不可能的。另外一种思路，则是在实施过程中确定所有和配置有关的信息，并且将这些信息按照产品结构统一组织到PDM中，在投入生产的时候，由PDM统一进行配置运算，从而一次性产生符合要求的PBOM信息传递给ERP。下面详细介绍一个具备使用配置管理的集成方案。

    2004年清软英泰PDM在常德纺机实施的过程中负责与天河CAPP、希门ERP进行集成，由于企业需要配置管理，所以采用了上述的思路。其基本体系结构如图表 1常德纺机系统集成体系结构所示：

图表 1常德纺机系统集成体系结构

    设计人员在PDM系统中完成设计BOM的搭建并完成系列产品的配置定义，BOM中包含配置情况；由工艺人员在PDM系统中维护PBOM，将毛坯和材料以树节点形式挂在自制件下，工艺部相关人员在PDM系统中完成工艺路线的编制；CAPP（或PDM）相关人员利用PDM提供的控件将全局的自制件导出到CAPP系统中；CAPP进行工艺规程的编辑，并将全部的自制件工艺信息（材料定额、下料尺寸、工艺路线、毛坯种类、工序号、工作地序号、准备工时、加工工时、机床组号、工种等）进行提取汇总，然后传递到PDM系统中补充到相关的零件属性上；ERP系统相关使用人员根据销售定单情况使用PDM控件选择产品配置状态又PDM系统自动完成产品配置运算，并将配置后的数据导入PDM中间数据库中，由PDM系统对增删改的数据进行标识。然后由ERP将中间表的数据处理到ERP系统中；ERP利用PDM控件导出PDM中实例化的工艺BOM时，PDM控件对选配件的装配父件进行变号处理(在进行数据导出时，不对非配置零件进行变号处理)，控件保证导出PDM中最新版本的物料和结构数据；PDM中数据更改后，通过PDM工作流程功能通知CAPP与ERP，然后由CAPP系统和ERP系统根据各自的情况进行手工处理。

    基于上述方式集成的优点是：通过PDM的多视图管理较好地解决了设计和工艺BOM的统一管理问题，PBOM继承了EBOM的配置信息；但这种方式的集成要很好地解决在PDM系统中由于配置不变号而带来的集成问题，该集成方式适用于在PDM中大量使用配置的情况。

    总结上述的分析，我们认为集成中数据更改的一致性问题和配置不变号而带来的集成问题一直是捆饶集成的两个关键问题，以上是我们在解决上述问题方面做出的一些探索性的工作。

    对于未来集成策略发展的展望
 
    本文前面所叙述的仅仅是在进行PDM、CAPP和ERP集成过程中比较突出的问题，实际上在谈到集成的时候还涉及很多方面，例如：编码系统的集成，权限的集成、流程的集成等。这些集成的目标能否实现和企业的业务，系统的功能，以及可用的技术都有关系，单纯的从一个方面去解决集成是不现实的，所以在未来的很长一段时间里，这种边谈边集成的情况还会继续。然而，随着企业管理水平的提高、各种行业标准的出台以及实现技术的进步，系统之间进行集成的困难会逐渐减少。

图表 2信息系统集成方式的发展趋势

    当前的信息系统在实现上趋向网络化，基于Web的方案也已经成为企业客户的首选，可以预见在不远的将来，集成策略将会从现在的基于数据库的集成向着更高层次发展。从技术发展的趋势上看，基于XML Web Service由于直接采用广域网上的高层协议，避免了大量异构系统之间的不一致性带来的问题，非常适合未来企业在广域网环境下的集成。如果采用Web Service进行集成，企业只需要在内部的Web服务器上部署用于集成的Web Service接口，而集成的过程则是通过信息系统之间互相调用Web Service完成。这样的集成不但可以在企业内部进行，也可以在企业之间通过广域网进行，有利于企业的信息化业务扩展。

    目前，在Web Service的解决方案中，微软的.NET方案，提供了非常方便的Web Service开发手段，可以快速的开发出用于集成的Web Service服务器组件，同时也可以快速调用已有的Web Service，是非常理想的选择。

    清软英泰的TiPLM解决方案正是基于这种思路提出的平台式方案，整个方案根据多年来实施PDM过程中积累的经验，利用.NET提供的技术，结合企业本身的需要提供了一整套从业务到技术的完整解决方案。不但考虑了现有基于数据库的集成，同时也考虑的未来基于Web Service的集成。相信在不久的将来，该方案将会在我国制造业企业的信息化道路上，将为制造业企业发展助一臂之力。