CAD、CAPP、ERP等整修质量管理系统与其他系统的集

CAD、CAPP、ERP等整修质量管理系统与其他系统的集成

    当前整修车间的信息系统除整修质量管理系统外还有CAD、CAPP、ERP等系统，这些系统与整修质量管理系统拥有一些共同的信息，但由不同的软件开发商提供，彼此间独立运行，数据结构及底层的数据库系统都不一样，这些相同的信息需要重复输入到各自的系统，发生变更时需要同时更新，这种靠人工输入到各系统以及控制数据变更的方式很难保证数据的一致性，本章研究整修质量管理系统与这些系统的集成技术，解决这些系统中相同信息不一致的问题。
 
1系统集成技术概述
    基于PDM/MES的整修质量管理系统相当于将PDM、MES、整修质量管理系统一体化，整修质量管理系统与其他系统的集成也就可通过PDM与其他系统的集成来实现。目前学术界对PDM与CAD、CAPP、ERP等系统的集成技术研究己取得一定的成果，在企业中也得到了成功的应用。PDM与其他系统的集成模式按紧密程度可归纳为应用封装模式、接口交换模式、紧密集成模式这三种。此处采用接口交换模式实现整修质量管理系统与其它系统的集成。
 
1)应用封装模式
    应用封装模式是指将PDM作为一个集成平台，封装ERP、CAPP、CAD这些应用软件。在PDM系统中它们有统一的操作界面，但逻辑上仍保持独立。PDM统一管理它们产生的特征数据和数据文件，并保持这些数据与对应应用系统的关联，当要编辑这些数据时，系统直接激活相应的应用软件。这种模式工作量小，开发较为容易，但是PDM只能管理应用系统生成的文件整体，不能访问文件内部的数据。
 
2)接口交换模式
    接口交换模式是指在封装模式的基础上把应用系统与PDM系统之间需要共享的数据或数据模型提取出来，定义到PDM系统的整体模型中。主要通过应用系统的开发接口以及PDM系统提供的API函数来实现的。这种模式解决了封装模式不能访问应用软件文件内部数据的问题。但这种模式实现起来比较麻烦，必须同时了解提取的数据在应用软件中的数据结构以及在PDM中的组织形式。
 
3)紧密集成模式
    与以上两种模式相比，紧密集成模式的信息集成和共享程度最高。紧密集成模式是指将ERP、CAPP、CAD这些应用软件与PDM系统一体化，它们同时共享数据和操作服务。这种模式是最紧密的一种集成方式，采用这种模式时，需要为各个应用系统中的信息以及PDM的信息建立统一的产品信息模型。这种模式的缺点是要非常了解相互集成的系统的内部结构以及他们的开放性，目前只有相互集成的软件出自同一厂商的情况勉强做到，然而，绝大部分企业的PDM、 CAPP、CAD、ERP等系统来源于不同的厂商，要实现它们之间的一体化相当困难。
 
2与CAPP系统的集成
    目前，企业中的工艺编制都借助于CAPP来完成，整修工艺的编制也不例外。CAPP是指借助于计算机技术来制定零部件的机械加工工艺过程或是产品部件的装配过程。CAPP系统的研究开发始终是以克服传统工艺设计缺点和推进工艺设计自动化为主要目标，目前正向着设计与制造集成和智能化方向发展。整修质量管理系统和LAPP是两个独立的系统，而整修质量管理又离不开整修工艺，因此，整修质量管理系统与LAPP的集成是必不可少的。
 
2.1与CAPP系统的集成内容
    整修质量管理系统需要CAPP系统提供整修工艺，而整修工艺的编制活动需要整修质量管理系统来触发，且编制整修工艺时需要参照整修对象的结构信息，整修质量管理系统与CAPP的具体集成内容如下:
 
1)整修工艺
    CAPP对整修质量管理系统而言是编制整修工艺的工具，而数据和过程的管理由整修质量管理系统本身完成。即编写整修工艺路线、制定工序/工步内容、绘制工序简图这些活动在CAPP中实现，而工艺文档的审批、版本管理及权限控制等由整修质量管理系统负责。整修工艺在CAPP与质量管理系统间的集成过程如图4.1所示:
    ①工艺人员登录整修质量管理系统，获取当前的工艺编制任务；
    ②工艺人员浏览产品的设计结构树，选择零部件，启动CAPP编辑该零部件的工艺，编辑完后导入到整修质量管理系统中，若该零部件的工艺己通过CAPP编辑好，可直接导入到系统中；
    ③整修质量管理系统获取到整修工艺后，进入工艺签审流程，若签审未通过，将此工艺编制任务驳回给对应的工艺人员，工艺人员对整修工艺进行修改后，再次提交到整修质量管理系统中，进行工艺签审流程，以上过程重复直至签审通过；
    ④整修工艺签审通过后，便由整修质量管理系统对它进行全生命周期、版本和权限的控制。系统通过用户角色机制和访问控制策略确定对整修工艺的操作权限；
    ⑤当要变更整修工艺时，必须创建新版本，并删除原文档所有的签审和圈阅信息，新版本的整修工艺同样需走以上过程。

    系统对每个用户都设置了相应的角色和权限，每个用户只能查看自己权限内的工艺数据，做权限内的操作。整修工艺在签审过程中需要对工艺文档进行浏览和圈阅，此外在后续的整修质量管理过程中也常需要查看整修工艺。整修质量管理系统中集成了工艺浏览器，该浏览器的功能通过调用CAPP系统提供的组件和接口实现，通过该浏览器可以随时随地地浏览并圈阅整修工艺。
 
2)产品结构
    整修质量管理系统与CAPP集成的前提条件是CAD产生的设计数据己经保存到质量管理系统数据库中。整修工艺的编制和管理是通过整修对象的结构树进行的，产品的结构集成是指将整修质量管理中的整修对象的结构信息导出，再还原到CAPP系统中。这可保证CAPP中的产品结构与整修质量管理系统中的产品结构以及设计软件CAD中的产品结构是一致的，整修对象的结构信息包括零部件的结构层次关系、零部件属性、零部件图纸及相关的office描述文档等信息。
 
2.2与CAPP系统的集成方案
    整修质量管理系统与CAPP集成需要考虑两个问题:如何保证这两个系统的独立性，使彼此不受对方干扰；己有的CAPP系统类型不止一个，如何解决这些异构CAPP系统工艺文件格式不一致的问题。W3C推出的XML语言(Extentsible Markup Language)可扩展标记语言)主要是采用结构化的形式来传输和存储数据，不仅能够描述数据内容，同时也能对数据的结构进行描述，能方便直观的体现数据之间的关系。XML语言通过标记可快速的检索数据，易于任何应用程序进行数据的读写操作，非常适合系统间的集成。此外，XML语言具有自我描述的特性，能够处理异构数据间的信息集成。为解决以上两问题，此处采用中间XML文件的方式进行数据的交换，如图4.2所示。

 
1)结构信息
    结构信息集成包括整修对象的结构信息、图纸Word类物理文档以及一些描述信息，这些信息由整修质量管理系统写到xml文件或后台数据库的中间数据表中。中间数据表用来存放描述信息，描述信息包括操作者信息、日期时间、信息的导入状态、XML文件路径等。图纸Word类物理文档从整修质量管理系统中导出，放到某个目录中去，这个目录信息存储在XML文件中。整修对象的结构信息则按一定的格式存放在XML文件中。
 
2)整修工艺信息
    整修工艺信息的交换分为两种情况，一种是将工艺文档导入到整修质量管理系统中另一种是将整修工艺文档驳回给CAPP系统。我们在XML中增加了operation属性来区分，operation属性值为发布则表示第一种情况，驳回则表示第二种情况。
 
3与CAD系统的集成
    产品整修过程中经常需要用到整修对象的设计信息，如修理某个零部件时需要查看它原始的技术参数；编写整修工艺时需要浏览整修对象的设计模型、参照它的设计结构、查询它的零部件属性信息等。CAD (Computer Aided Design)计算机辅助设计)是利用计算机技术、图形学技术等来帮助设计人员来完成整个产品的设计过程的系统。CAD系统的出现极大的提高了产品设计的速度和质量。目前企业、科研院所等都依靠CAD软件来完成产品的设计，并采用三维模型为主，二维工程图纸为辅的形式来表达设计成果。此处，从三维模型中提取所要的信息。
 
3.1与CAD系统集成的内容
    整修质量管理系统与CAD系统集成的信息主要包括两类:一类是整修对象的结构信息及其基本属性信息。也就是平常所说的BOM信息，主要包括各零部件的代号、名称、数量、材料、技术要求、供应商、设计者及设计版本等信息。另一类是产品设计BOM相关的模型信息。也就是表达产品形状、功能原理、零部件间装配关系等信息的图文档。
 
    整修质量管理系统与CAD系统集成的信息在各自系统内的表现有所区别。产品BOM信息在两系统中都以树形视图表示(在三维CAD中称为装配结构树)，树形视图的层次关系非常明显，能清楚的表达产品零部件间的父子关系。它们的区别是:在整修质量管理系统中，产品各零部件的属性及相关文档都挂在对应的树节点上，但在三维CAD中，只有名称、代号、数量这些属性挂在对应的零部件节点上，其他信息蕴含在三维模型中。三维模型与装配结构树在同一个设计界面中，通过点击装配结构树上零部件节点，便可显示出对应的三维模型。BOM信息在整修质量管理系统中的表现形式及其在CAD中的表现形式分别如图4.5、4.6所示。

 
3.2与CAD系统的集成方案
    整修质量管理系统与CAD系统的集成同其与CAPP系统集成一样要考虑系统的独立性以及异构平台这两个问题。为解决独立性问题，此处也利用XML文件作为中间集成文件。以ACIS文件作为中间文件实现3D CAD与PDM系统的集成。该方式解决了异构平台的问题，此处以此为鉴并采用点对点的集成方式，点对点的集成方式数据实时性好，效率高，非常适合两个应用系统间的集成。整修质量管理系统与三维CAD系统的集成方案如图4.7所示，具体的集成过程如下:
 
1)将三维模型转换成统一的ACIS模型。
    这一过程的主要目的是解决三维设计平台不一致的问题，企业中常用的三维设计软件有Pro/E、UG、Solid Work、CATIA等，尽管存在如此多的商用CAD软件，然而它们基本上都是以ACIS作为造型内核的。基于这一事实，我们将各种平台下的三维CAD模型通过达索公司的Inventor转换包转换成统一的ACIS造型内核。

 
    2)从转换后的ACIS文件中提取结构与属性信息，按一定的规则写成XML文件。
    在这里ACIS文件不仅要作为提取整修对象BOM信息的中间文件，还要保留下来作为显示文件，供整修质量管理系统的用户浏览使用。XML中的整修对象结构及小部分的属性信息来源于原三维设计模型中的结构树信息，另一部分则要从三维模型图形信息中提取。
 
    3)整修质量管理系统解析XML文件，将读出的信息存储起来并按照整修质量管理系统设计的形式显示出来。
 
    整修质量管理系统中产品的BOM信息以树形式展现给用户，但数据存储在后台关系数据库中，我们在其中定义了零部件表、BOM表、文档表这三张表。零部件表用来记录零部件的属性信息，包括零部件代号、零部件名称、零部件设计者、零部件版本、零部件种类等信息。BOM表用来记录零部件的层次父子关系，包括零部件代号、父亲代号、层次等信息。文档表用来记录与零部件所关联的三维模型文件、Word描述文档等文件的具体信息，包括文档编码、文档类型、关联零部件、文档版本，文档名称等信息。
 
4与ERP系统的集成
    ERP(enterprise resource planning)企业资源计划)是对企业内部各种制造资源以及采购、生产、库存、财务、人力资源等进行管理和规划的系统，主要包括主生产计划(MPS)，物料需求计划(MRP)、库存管理、车间作业管理、财务管理、成本管理、项目管理等方面。整修质量管理系统中需要计划信息，并要用到机床设备、工装夹具、计量器具等物料资源以及与整修有关的人力资源，计划信息和这些资源信息都是ERP系统管理的对象，因此我们需要将ERP系统中的这些信息集成到整修质量管理信息系统中去。
 
4.1与ERP系统的集成内容
    整修质量管理系统为ERP系统提供整修对象设计方面的信息，而ERP系统为整修质量管理系统提供生产计划及制造成本的相关信息。这个过程涉及到的具体内容主要包括三类:
 
    1)产品的结构与整修工艺信息。产品结构信息指记录产品父子结构的信息。整修工艺信息包含了整修工艺路线及整修过程中需要用到的工装设备刀具等信息，ERP系统需要根据这些信息制定物料需求计划及能力需求计划，这些信息由整修质量管理系统传递给ERP系统。
 
    2)车间资源信息。车间资源信息是整修质量管理系统与ERP系统集成中最主要的信息。由ERP系统传递给整修质量管理系统。包括备件耗材、组织结构信息及制造资源信息。备件耗材信息就是预算给整修过程中需要更换的零部件或修补原材料的种类、数量等信息。组织结构信息指负责整修活动的人员信息、各自的责任及他们间的组织结构关系等信息。制造资源信息就是用于具体的生产制造的器具信息，包括设备、工装信息等。
 
    3)整修计划信息。ERP系统根据客户的整修订单制定整修计划信息，整修质量管理系统要根据计划来用于后续的计划排产和任务分派等活动，因此这是ERP系统传递给质量管理系统的信息。
 
4.2与ERP系统的集成方案
    整修质量管理系统与ERP系统的集成可采用三种方式:中间数据库交换、中间文件交换、直接函数调用。中间数据库交换指将第三方数据库作为信息交换的桥梁。这种方式需要约定中间数据库的格式。中间文件方式指将两系统相互交换的信息按照统一的文件格式进行导出、存储、导入。一般采用STEP、XML标准中间文件。直接函数调用指相互集成的系统双方直接访问对方的API函数获取所需的信息。
 
    中间数据库交换方式适合于数据比较稳定单一的情况，当数据量大而复杂时，数据逻辑的表达会比较复杂，数据的变更和检查也会比较繁琐。直接函数调用方式难以保证两系统的独立性和安全性。中间文件交换的方式避免了两系统直接交互，解决了独立性和安全性的问题，且具有开发周期短、集成成本低的优点，当集成的数据量大时，可通过合理的规定读写时间来保证同步性。根据此次集成的特点，通过对三种方式的权衡比较，最终选择中间文件XML交换的方式来实现两系统的集成。集成过程如下:
 
    1)整修质量管理系统将整修对象结构树及整修工艺路线信息等采用中间文件XML传递给ERP系统，后面若是变更这些信息，则在整修质量管理系统中完成信息的比较，采用增量的方式传递给ERP系统。
 
    2)ERP系统在这些信息的基础上制定物料需求计划和能力需求计划，并将这些计划信息、物料信息及设备动态能力信息采用中间文件XML传递给整修质量管理系统，以指导整修活动。
4.5本章小结
    本章简述了PDM与CAx系统集成的三种模式:封装模式、接口交换模式、紧密集成模式。由于基于PDM/MES的整修质量管理系统相当于将PDM、MES、整修质量管理系统一体化，本课题参照PDM与CAX系统的集成方式研究了整修质量管理系统与其他系统的集成。整修质量管理系统与CAPP系统集成的主要内容是整修工艺和整修对象的结构信息，本课题采用XML中间文件来交换数据，并定义了XML文件的格式。整修质量管理系统与CAD系统集成的信息主要是整修对象的BOM信息和产品可视化模型，本课题通过将不同格式的三维模型转换成ACIS模型来解决异构平台问题，同时利用XML文件交换BOM信息。质量管理系统与ERP系统的集成方案同CAPP，集成内容主要是计划和物料、工装设备这些车间资源信息。

 本文为御云PLM软件原创文章，如想转载，请注明原文网址摘自于