CAx、PDM、ERP系统间的产品信息分析

CAx、PDM、ERP系统间的产品信息分析

    从第一章的介绍可以知道，研究PDM和ERP系统的信息集成是CIMS集成与企业应用的需要。在为现有的PDM与ERP系统提供集成方案之前，需要明确CIMS应用系统各自管理的产品信息以及不同信息间的交换、共享情况。本章阐述PDM系统与CAx系统间产品信息的交换、共享情况及信息集成方式，以及PDM系统与ERP系统管理的产品信息的交换和共享情况。
 
2. 1 CAa与PDM间的产品信息交换和共享
2. 1. 1 CAz间产品信息交换和共享
    传统的CAx间产品信息交换和共享是通过CAD/CAPP/CAM (3C)集成系统实现的。3C系统主要支持和实现CIMS产品的设计、分析、工艺规划、数控加工及质量检验等工程活动的自动化处理。3C的集成，要求产品设计与制造紧密结合，其目的是保证产品设计、工艺分析、加工模拟、直至产品制造过程中的数据具有一致性，能够直接在计算机间传递，从而克服由图纸、语言、编码造成的信息传递的局限性，减少信息传递误差和编辑出错的可能性。
 
    由于CAD/CAM、CAPP系统是独立发展起来的以及它们的处理重点不同，所以它们的数据模型彼此不相容。传统的CAD系统采用面向拓扑学和几何学的数学模型描述零描述零件几何信息，而对非几何信息(如精度、公差和热处理等)没有在计算机内部逻辑结构中得到充分表达，在实现CAPP与CAD/CAM的集成时，需要大量补充非几何信息。近年来，通过特征造型、基于STEP标准的产品模型技术，使3C集成有了很大进步。
 
    STEP标准的集成资源定义了全局产品信息模型，它是在产品生命周期内各种应用系统进行产品数据交换的基础。STEP应用协议规定了同一类应用系统在进行数据交换时应遵守的局部信息模型。STEP技术提供给应用系统的最主要的功能是数据建模功能和数据操作功能，这些功能独立于具体的底层数据库管理系统，以保证应用系统对底层机制的独立性。
 
    利用STEP标准建立集成产品模型，可以实现CIMS中产品数据更细微层次上的管理，从而为实现全局信息数据库提供基础。STEP在CIM系统中的应用包含两层含义，首先应根据应用需求建立EXPRESS语言描述的全局产品数据模型，然后在数据模型的指导下，根据STEP指定的实现形式实现符合STEP规范的产品数据交换接口。STEP标准提出了三种不同层次的实现方式:中性文件方式、标准数据存取界面(SDAI)和数据库实现方式。
 
    基于STEP中性文件的3C集成方式中，各系统之间通过STEP中性文件交换数据(如图2-1所示)，这是STEP的一种比较简洁成熟的实现形式，各个系统在全局产品数据模型中确定双方系统要交换数据的模式，根据这一模式确定中性文件的结构，在文件结构指导下编写STEP文件前后置处理器。如图2-2所示，数据发送方通过STEP文件前置处理器把内部数据按规定格式转换成STEP文件，数据接收方通过后置处理器读人STEP中性文件中的数据，并转换成系统内部的数据。

    以中性文件交换方式实现的3C间的集成，关键要确定双方系统要交换数据的模式。由于工艺规划相当复杂.CAPP系统难以真正商品化，无法准确确定它与CAD/CAM要交换的数据模式，这就造成3C之间事实上的难以集成。此外3C之间的产品数据以文件方式交换和存档，其版本控制、检索和管理难度较大。
 
2.1.2 CAD、CAPP、CAM与PDM的集成分析
    PDM系统的出现，为CIMS环境下的3C之间的集成带来了新的平台和集成框架。PDM在关系型数据库的基础之上加上面向对象的层，使得3C之间不必直接进行信息的传递，所有的信息传递都可以通过PDM这样的中间平台来进行，从而克服了传统的3C系统之间(尤其是CAD与CAPP)集成的复杂性。基于PDM的3C集成通过基于同一的PDM产品集成平台，在该平台的基础上，按照STEP标准，采用特征格式文件和共享数据库相结合的集成方法，实现CAD、CAPP及CAM之间的信息集成。
 
    1. CAD、CAPP、CAM与PDM系统间产品信息分析
    在一个企业中，可能存在不同的CAD、CAPP、CAM系统或这些系统的不同版本，也可能存在这些系统与不同供应商，合作商之间的产品模型信息交换，同时还可能存在每天由CAD/CAM/CAPP系统产生的大量的数据和文档。在这样一个复杂的环境中，PDM系统作为集成平台，要为3C系统提供数据管理与协同工作的环境。图2-3给出了CAD、CAPP、CAM与PDM之间的产品信息的交换和共享情况。

    从该图可以知道，CAD、CAPP、CAM与PDM之间产品信息的交换和共享具有以下特点:
    (1) CAM与PDM系统之间仅有刀位文件，NC代码、产品模型等文档信息的交流。
    (2) CAPP与PDM之间除了文档交流外，其中，CAPP系统的运行还需要通过PDM从ERP系统中获取设备资源信息、原材料信息等。而CAPP产生的工艺信息，为了支持与ERP的信息集成，也需要分解成基本信息单元存放于工艺信息库中，供PDM与ERP集成之用。
 
      (3) CAD与PDM的集成的内容最多，也是PDM实施中要示最高，难度最大的一环。集成关键在于需保证CAD的数据变化与PDM中的数据变化的一致性。
 
    2.  CAD、CAPP、CAM与PDM系统的集成
    针对CAD、CAPP、CAM与PDM系统间的产品信息交换和共享具有不同的特点，需要采用不同的集成方式实现PDM系统与CAx系统的集成。基于PDM实现应用集成的三个层次别为:封装、接口和紧密集成。
 
      (1)应用封装应用封装的目的是实现异构应用系统间的文件信息集成。应用封装的内容包括应用工具本身以及由这些工具产生的文件两方面。封装可以在PDM系统的统一用户界面下启动应用程序。这种集成方式实现最为简单，但也只提供较少的功能。PDM系统只能管理应用系统产生的文件整体，不能管理文件内部的数据，例如，不能管理文件内部的特征属性、参数和装配数据等。当数据共享必须处理各应用系统生成的内部数据关系时，例如，处理不同系统间产品结构信息的集成等情况时，应用封装就不能满足集成的需要。
 
      (2)接口交换接口交换提供了较为紧密的系统集成，它把应用系统与PDM系统之间需要共享的数据模型抽取出来，把它定义到PDM的整体模型中去。这样，在PDM与应用系统间就有了统一的数据结构。这一层次集成的特点是:在应用封装的基础上，.在应用系统与PDM系统间共享数据模型的指导下，通过数据交换接口，实现应用系统的某些数据对象自动的建到PDM系统中去，或从PDM系统中提取应用系统需要的某些数据对象，使二者保持异步一致。
 
    (3)紧密集成在这一层次上，不同应用成了PDM系统的有机组成部分，它们之间不仅可以共享数据，还可以共享操作服务。要做好这样的集成，首先，针对共享的数据内容，在应用系统与PDM系统之间建立一种互动的共享信息模型，使其在应用系统或PDM系统中创建或修改共享数据时，另一方也能进行自动修改，以保证双方数据的一致性;其次，在应用系统中需插入PDM中有关的数据对象编辑与维护功能。
但是，要真正实现这种集成，技术上取决于应用系统与PDM系统双方的开放性及对内部结构了解的详细程度，同时需要有较大的资金投入。目前能做到这种集成的是应用软件与PDM软件源于一家的情况，例如，EDS公司的CAD/CAM软件UG和它的PDM软件IMAN做到了紧密集成。
 
    根据前面CAD、CAPP、CAM与PDM之间信息交换和共享需求，综合应用三种不同层次的集成方式可以实现基于PDM平台的 3C集成此种形式下的3C集成分析如下:
      (1)CAD与PDM的集成
    CAD与PDM的集成是FDM实施中要求最高，难度最大的一环。其关键在于需要保证CAD的数据变化与PDM中的数据变化的一致性。CAD与PDM的应用封装只能解决CAD产生的文档管理问题。其零部件描述属性、材料明细表需要通过接口交换导入PDM，并且为了完全保证产品结构在CAD与PDM中的一致性，从用户需求考虑，CAD与PDM的集成应达到真正的紧密集成。实现CAD与PDM之间的紧密集成，需要建立共享产品数据模型，实现互操作，保证CAD中的修改与PDM中的修改的互动性和一致性，真正做到双向同步一致性。
 
      (2) CAPP与PDM的集成
    PDM与CAPP系统集成的内容主要有:
    ①产品结构树的集成。指PDM的产品结构树信息，CAPP系统能够实时获取，并生成自己的工艺结构树。
    ②设计信息的集成。指PDM中关于零件的设计信息(如毛重、类型、图纸文件名等)，CAPP系统可以自动提取为工艺人员所用。
    ③零件图档的集成。指用CAD绘制的零件设计图纸，可以集成到CAPP系统中，使工艺人员可以参照设计图纸编制工艺(只能浏览，不能修改)，而工艺人员在CAPP系统中也可以自动调用CAD系统进行工艺简图的绘制、修改、打印等操作。
 
    CAPP与PDM之间的集成可以通过接口交换方式来实现产品信息的交换和共享，CAPP可通过接口获取以上信息，并将其产生的工艺信息通过接口直接存放于PDM的工艺信息库中。
 
      (3)CAM与PDM的集成
    CAM与PDM系统之间只有文档信息的交流，二者之间采用应用封装的集成形式就可以满足信息交换的要求。
 
2.2 PDM与ERP间的产品信息交换和共享
    PDM与ERP之间的信息集成，本质是基于设计、工艺与企业管理、生产、质检、财务等各部门之间的信息流动的需要，是产品信息与经营管理信息的集成，即实现企业全局信息的集成。图2-4表示了产品形成过程中的数据流的基本原理，依据产品形成过程描述如下:

    (1)在产品的开发和设计阶段，形成一些基本的产品信息(零件基本记录、工程图、材料明细表和质量文档等)。由PDM系统负责对它们进行管理。
    (2)在工艺过程规划阶段，工艺人员需要访问工程图和材料明细表，并依此编制零件工艺、装配工艺、NC程序及面向装配的物料清单等文档。
    (3)在生产计划阶段，ERP系统利用PDM提供的产品数据(零件基本记录、装配的物料清单、工程图、零件工艺、装配工艺及NC程序等)，制订主生产计划、能力需求计划、采购计划以及车间作业计划。
    (4)在制造和装配阶段，ERP系统将车间作业计划下达到车间执行，NC程序可以通过网络直接传送到DNC计算机，BDE终端显示装配图。此外，生产部门的一些员工，将简化或改善产品设计或制造过程的建议提交给产品开发或工艺设计部门，从而使得制造部门有机会为提高产品的质量做出贡献。
 
    由上述描述可以知道“E”所需的最基本的产品信息为材料明细表(也称为设计物料清单)与工艺信息(工艺路线、工序、工装需求、设备需求等)。而ERP应向PDM提供的信息有原材料信息、设备状态信息、市场需求信息等。PDM与ERP之间的集成，还面临数据一致性问题，主要表现在PDM中的设计物料清单(EBOM)与ERP中的制造物料清单(MBOM)有差异。
 
2.3 CAD/CAPP/CAM、PDM、ERP之间的集成关系
    由前面论述可以知道:①在传统CIMS中，MRP II系统对CAD/CAPP/CAM系统所产生的工程数据的集成和再利用一直是难以真正解决的问题，在产品变更控制、工作流程管理等方面MRP II难以提供实用的集成解决方案:②基于PDM平台，以不同层次的集成方式实现CAD、CAPP、CAM与PDM的数据交换和共享，可以实现CIMS设计分系统内部的集成。
 
    随着PDM系统的出现和MRP II向ERP系统的发展，CIMS中产品信息的交换和共享具有以下两个特点:QCAD用于产品的设计和分析，CAPP用于工艺过程的设计，CAM进行计算机辅助数控编程实现制造的自动化，ERP负责整个企业资源的管理，PDM则用于管理与产品有关的数据及过程。②ERP管理客户的需求和销售，为PDM提供数据管理依据，并且接受PDM传递过来的产品设计数据。由此可见，PDM系统是产品信息集成的核心，是3C系统与ERP系统之间信息传递的桥梁，其中面向装配的物料清单(PBOM)是PDM与ERP之间集成的关键。CAD/CAPP/CAM、PDM和ERP之间的集成关系如图2-5所示。

    在明确了PDM和ERP之间的集成关系之后，它们之间的集成方式就显得十分重要了，下一章将提出并分析PDM与ERP的集成方案。
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