如何基于工作流，实现PDM

   前言

    PDM（Product Data Management System，即：产品数据管理系统）和ERP（Enterprise Resource Planning，即：企业资源计划），是当前先进制造技术群中涉及企业管理的两个重要技术领域。从理论上说，PDM能够集成并管理所有与产品有关的信息和与产品相关的过程。它能帮助企业构造一个适合异构计算机运作环境的集成应用平台，对“粗放型”发展的各种单项计算机辅助技术进行“集约化”管理。ERP则是在MRP-II基础上发展起来的、先进的企业经营管理模式。ERP进一步吸取了现代管理思想，对企业活动中和制造有关的所有资源和过程进行统一的管理，在目标上充分体现对成本的控制、对质量的控制和对客户服务的管理，着眼于企业制造领域准连续的计算机化管理，主要用于生产制造阶段和后勤管理。虽然PDM和ERP在管理重点上有所不同，但是，由于同一产品的形成周期涉及PDM和ERP两个领域，所以，对PDM和ERP进行系统集成研究，对于有效缩短产品形成周期、加速产品从设计领域到制造领域的转化，从而，从根本上促进企业的现代化进程具有十分重要的现实意义[1][2][3]。

    2 PDM和ERP之间的区别和联系

    PDM管理与产品相关的信息和过程，主要侧重于产品组成信息流的管理，同时，它还是一项重要的使能技术，根据所管理的产品逻辑信息的约束条件和某些过程条件，支持基于并行工程的产品形成过程，其代表功能有：数据存储管和管理、产品信息结构和产品信息配置及管理、项目管理、工作流程管理、产品变更信息管理、标准件管理等。而ERP是对企业和制造有关的所有资源和过程进行统一管理的技术，侧重于制造领域物流的管理，其代表功能有：主生产计划、物料需求计划、原材料采购计划、车间作业计划、工装设备管理、财务系统管理、库存管理等。因此，PDM和ERP系统成分都包含动态（过程）和静态（PDM中主要是描述产品的状态信息、几何拓扑以及信息间的逻辑关系，ERP中主要是设备、班组、车间、资金、库存等制造资源）两个方面，所以，为了实现以PDM为代表的信息领域和以ERP为代表的制造领域之间的集成，必须在有效发挥系统“1+1?2”的集成功能的前提下，在全局信息共享和过程目标一致的基础上，充分满足PDM和ERP系统在静态和动态两个方面的要求。为了实现这一系统集成目标，首先必须对PDM和ERP在管理对象、作用领域、管理途径和方式等方面的区别和联系具有系统的认识。

    2.1 PDM和ERP区别
    （1）管理对象内容的区别
    从PDM和ERP的概念可以十分清楚的知道，PDM 的管理对象，是描述产品本身状态的信息和信息之间的逻辑关系，以及利用、再生、传递这些产品状态信息的过程及过程资源支持条件，如产品的方案论证过程、概念设计过程、详细设计过程、工艺制订过程等过程，以及这些过程开展中的人员配置、协作关系等。ERP的管理对象，则是参（用）于生产的制造资源（设备、物料、车间班组等）和资源利用的生产过程，主要包括：产品的零部件原料采购、加工、制造和装配、销售、服务等。所以，PDM和ERP管理对象的内容， 在时间、地点、作用领域、以及相关支持工具、所采取的手段措施等方面存在区别。
    （2）管理过程的区别
    在PDM和ERP系统中，都包含“过程”概念，但是，“过程”这个概念在PDM和ERP系统中并非具有相同的含义。PDM的“过程”是和产品逻辑形成相关的过程，过程的产物是描述产品状态的“信息”， 过程开展的支持对象是几何拓扑等状态“信息”和对这些信息进行利用和再生的脑力劳动的技术人员。ERP系统中的“过程”是和产品物理形成相关的过程，过程的指导信息是PDM中的过程产生的产品信息，过程的组织路线受产品状态信息逻辑关系的约束和指导，过程的产物是具体的产品或产品零部件实体，过程开展的支持对象主要是是实体“物质”（制造资源）和主要以体力劳动方式进行操作的“人”。
    （3）管理对象内部之间关系的区别
    PDM中管理对象之间的关系是：信息发展的载体是过程，过程的阶段产物是信息；ERP中管理对象之间的关系是：物质变化的载体是过程，过程作用和消耗的对象是物质。如果说ERP领域中也存在信息因素，那么，PDM中的信息主要是从概念角度描述产品的几何、拓扑信息，而ERP领域中的信息主要是从物流配置方面对生产进行安排的一些资源信息。

    2.2 PDM和ERP联系
    根据以上分析，PDM和ERP在管理内容、过程发展形式、系统内部运作关系等方面存在着不同程度的区别。但是，正如我们在前文中的分析那样，现代企业的运作是基于信息流和物料流相相辅相成的一个动态系统，而产品的形成周期涉及PDM和ERP两个领域，所以，基于完整的产品形成周期，以系统的眼光来看，PDM和ERP则在以下几个方面有着密切的联系：
    （1）过程作用对象之间存在着因果关系
    ERP系统中的过程作用对象，即以物理形式出现的零部件或产品，是PDM系统中过程作用对象（从概念角度描述产品状态的几何或拓扑信息）以及过程作用对象之间逻辑关系的物质表现。
    （2）过程的逻辑序列间存在着执行和验证关系
    ERP系统中的生产过程序列是对PDM过程序列产生的信息逻辑关系的物理执行和验证，ERP系统中生产流程的优化基础，以及确定对应物料支持的理论依据，是PDM系统所管理的产品信息和信息逻辑发展、完善的逻辑路线。
    （3）管理目标的一致性
    PDM和ERP在管理目标上有着高度的一致性，PDM和ERP虽然管理的对象和过程存在区别，但是，其管理目标都是试图通过科学的调度和控制，减少失误和返工，在尽可能短的时间内、通过最少的资源耗费、用最为经济的手段和方式、保证产品的最早上市。
    （4）过程的支持条件有着先天的联系
    即使在前文分析的区别中，我们也可以发现，产品抽象的几何拓扑信息，既是PDM领域过程开展的产物，也是ERP领域过程开展的活动指导基础和结果验证条件。所以强化PDM和ERP之间的联系，必须利用统一的产品几何拓扑信息对与之相关的过程进行沟通。
    （5）企业的产品是这两个过程序列逻辑关系的耦合结果
    PDM中的过程序列按照从整体到局部逐步细化的设计路线开展，而ERP中的过程序列按照从局部到整体的制造、装配过程来进行，而企业的最终产品正是这两个从不同路线和领域开展的过程序列在时间坐标上的耦合结果。
    而随着PDM和ERP的发展，它们的部分功能也出现了相互重叠的区域，如产品结构/BOM管理、产品零件的统计及管理等[2]。

    3 PDM和ERP的集成基础

    工程实践的经验告诉我们，PDM 中项目管理、权限管理、过程管理、软件封装等和过程相关的功能，如果离开设计流程内在的逻辑关系，就势必会形成一个个各自为政的“过程孤岛”，即使是静态的信息资源，缺少及时正确的传递路线和发送时机，也会形成“信息孤岛”，造成设计周期的延续。在ERP领域，作为一种企业资源计划和管理手段，企业生产流程的安排，就必须根据产品制造流程所涉及车间、班组的人员组成、现有生产计划、资源设备的占用等情况、以及目前的生产能力来确定，而流程实施的资源配置则必须根据企业现有库存、市场供需情况、价格和企业采购计划等来形成。如果脱离动态的企业运作，同样会存在“过程孤岛”和“信息孤岛”。鉴于PDM和ERP系统具有逻辑上的联系，对PDM和ERP进行集成，从加快产品形成周期的角度出发，具有很大的可行性和很强的工程实践意义。而为了对PDM和ERP进行集成，必须寻找这两个领域的集成基础和集成载体。这一集成载体必须具有以下两个基础功能：
    （1） 内容上涵盖PDM和ERP两大领域，这是系统集成的必要条件。
    （2） 功能上可以消除或屏蔽如本文2中所述的PDM和ERP两大领域之间的区别。这是系统集成的充分条件。
    根据我们对工作流理论和技术的研究，结合计算机支持的协同工作（CSCW）技术和相关要求，我们认为，基于计算机支持协同工作的工作流管理系统（WfMS）可以作为对PDM和ERP进行集成的基础，较好的实现对PDM和ERP的集成。
    我们之所以将工作流管理系统看作是PDM和ERP集成的基础，是因为工作流技术作为计算机技术和自动化技术的结合，在流程优化的基础上，实现企业业务流程的全部或部分自动化。在工作流管理系统中，强调的是流程的统一、系统目标的一致和过程的动态衔接，利用工作流管理系统，可以有效屏蔽分布在PDM和ERP领域过程之间的障碍，通过过程逻辑上的协同工作，实现整个成品形成过程跨领域（设计领域、制造领域）的准连续发展，最终实现系统的全局优化发展。
    基于这种管理思想，将流程的范围扩充为整个成品形成过程，分过程运作的技术支持和技术条件映射的范围涵盖产品信息资源和产品制造资源，而不是分别加以考虑。例如，在未对PDM和ERP进行集成前，设计领域的活动，由于缺乏制造领域有关资源分配、班组计划、设备占用等信息，不可能在设计阶段从虚拟制造的角度保证结果的科学合理性，而制造阶段的计划制定，只能是根据已经完成的设计结果被动的进行，可优化的自由度和优化空间被限制在很小的范围内，无法从敏捷制造的角度对设计方案进行优化。而在以工作流管理系统为基础的统一的集成环境中，分过程开展时，需要对产品几何逻辑信息和产品制造资源加以综合考虑，相互参照和协调，这种工作流程的统一性，保证了作为过程支持的信息资源和制造资源的统一。这种支持对象的一致性和过程目标的一致性，使得文2.1中分析的PDM和ERP作为单独系统而存在的区别得以淡化或不复存在。
    另外，工作流管理系统以流程运作为主线，从产品信息和制造资源两个方面对流程的运作进行支持和调整。而工作流管理系统中的管理对象，即工作流程，又是在产品信息逻辑约束和产品制造资源计划相匹配、协调、优化基础上而产生的过程运作，工作流程开展的主要信息来源是PDM领域，工作流开展的物质基础主要来自ERP领域，而工作流开展的目标是实现产品从概念到拓扑，再到物理实体的转换。所以，利用工作流管理系统作为PDM和ERP集成的基础，就在过程目标一致、支持对象一致基础上，强化了文2.2中分析的PDM和ERP之间的联系[4][5]。
    前文已经分析过，PDM和ERP都包含动态和静态两个方面，而工作流的运作本身是动态的，其过程支持对象又同时包含了静态的产品信息和制造资源，在工作流动态的运作中，借助工作流管理系统的资源分发和共享，在目标一致的基础上，有效实现了PDM和ERP相互之间的渗透和对话，扩充了PDM和ERP领域的作用范围，强化了这两个领域协同发挥作用的力度。所以，基于工作流管理系统的PDM-ERP集成系统，具有局部功能复用、全局信息共享和过程目标一致的特点，而工作流管理系统则是保证对PDM和ERP进行系统集成的理想中介，是贯穿设计和制造领域的统一的过程活动和资源运用的系统总线。

    4 PDM-ERP集成系统框架分析

    4.1 PDM-ERP集成系统系统集成总体框架分析
    PDM作为一种使能技术，可以有效支持基于并行工程的产品形成过程。其使能作用的发挥，主要是通过信息逻辑的约束关系，来指导执行或实现信息逻辑的过程开展，如利用逻辑局部条件的满足，来把握激活过程开展的时机；或利用信息开展的逻辑路线，来控制过程开展的并行度和继承成分。而ERP系统作为一种管理手段，其对过程开展的指导和约束是通过不同的资源利用和配置计划来体现，通过为过程提供所需的实体资源，保证过程开展的顺利进行。基于以上分析，建立如图1所示的PDM-ERP集成系统总体框架图。
    在图1中，如果将PDM领域看成是表征产品的信息空间，将ERP涉及的领域看成是表征产品组成的实体空间，那么，联系PDM和ERP领域的工作流管理系统，就是一个表征从信息空间到实体空间的过程映射函数集，其中每一个过程函数的执行，代表一种产品的形成过程。
    图1中的工作流调整和优化分三个阶段：

   （1）根据PDM中产品设计信息的逻辑关系和虚拟制造的原则进行理论上的优化，如PDM中的任务分发、项目管理和产品的工艺设计等过程和阶段；
    （2） 根据ERP领域中的车间作业计划、设备占用情况、客户提货计划，结合?中制定的工作流计划进行不同程度的调整，最终确定的准备执行的工作流方案；
    （3） 在工作流执行过程中，由于企业活动中的偶发事件，必须对原定工作流计划进行调整，重新制定流程并确定资源配置。
    这种基于工作流管理系统的集成模式，并不是将其他系统的数据生搬硬套到自己的管理范围内，而是根据流程活动的目标，借助其原隶属的系统进行调度和利用，这样就避免了系统之间信息交换管理的复杂性。另外，将其他系统的数据生搬硬套到自己的管理范围内，目前还没有办法实现，如由于ERP系统本身的局限性，使其在产品变更控制，尤其是在与CAD、CAM、CAE等系统所产生的数据集成和系统再利用方面目前仍然是一个难以解决的问题。即使可以硬性的将对方的数据纳入本系统中进行管理，那么势必要对本系统进行功能扩充，带来更为复杂的问题和庞大的工作量。所以，在PDM-ERP集成系统中，利用工作流的开展作为承载信息流和物流的统一载体，工作流过程优化的准则和约束条件，则是PDM中信息之间的约束关系和ERP领域中物料配置条件的匹配和协调。这样以来，借助对方管理的长处，针对具体的过程需求，扩大了各自的作用范围和领域，共同强化对目标的约束和指导，在目标一致、协同调度的基础上实现设计领域的虚拟制造，对方案进行验证，同时，在制造领域实现基于过程重组的敏捷制造，保证了过程是产品信息和制造资源并行指导和支持的过程，产品信息和制造资源是支持过程开展和延续的信息和资源，提高了工程实践和信息逻辑之间的亲和力。而动态的工作流保证了集成环境中过程的和产品信息、制造资源的启、承、转、合，是过程的资源配置、人员调度、活动开展的软总线，是保证产品概念形式到实体形式顺利转变的桥梁和转化枢纽。

    4.2 PDM-ERP集成系统运作框架分析
    随着企业信息化进程的开展，功能各异的计算机系统和应用软件在企业不同职能部门得到越来越广泛的应用，工作流管理系统，作为集成系统中协调全局的功能模块，如何适应企业的这种分布式应用环境的需要，是保证集成系统运作的关键。目前，国际管理集团的OMG（Object Management Group）组织制定的COBRA（Common Object Request Broker Architecture）标准是解决基于分布式异构网络环境中对象协同工作的主流解决方案。其技术目标是，保证基于对象的软件在分布式异构网络环境中具有可靠的移植性和互操作性，从而在由多种主流硬件平台上运行的多种操作系统而构成的异构分布环境中，建立可靠的分布式应用，通过提供对象相互之间的操作机制和调用接口，使分布式环境中对象之间的访问变得透明[6][7]。鉴于工作流管理系统中所管理的对象的异构性和对象之间互操作的复杂性，PDM-ERP集成系统提供基于异构环境和异构平台的统一的网络环境，是保证整个集成系统得以正常运作的关键环节。基于这种先进的“中件”技术，建立如图2所示的PDM-ERP系统运作框架图。

   图2中，基于COBRA机制的Intranet就是提供这一异构分布式环境保证的功能模块，工作流管理系统通过基于COBRA机制的Intranet通讯网络来调度过程所需的支持对象和服务。 LP（Local Process）是产品形成过程中涉及的局部过程，这些过程开展序列是一种基于过程条件的并行模式，而工作流管理系统则是协调这一基于并行模式过程序列的管理机构，过程开展的技术条件和物质条件则来自PDM和ERP领域。

    5 结束语

    基于工作流管理系统的PDM-ERP集成系统，将PDM和ERP领域所涉及的过程和资源（信息资源和制造资源）都纳入到统一的工作流管理系统中，在工作流开展过程中，通过资源共享和过程互补，淡化或消除PDM和ERP之间的屏蔽。在过程集成的基础，实现了PDM和ERP在管理目标上的“集约性”，利用工作流作为资源载体，实现了信息流和物流的集成，有效扩充了PDM和ERP作用的范围和作用的强度，提高了系统集成的亲和力。