【IT168 信息化】

    随着企业信息化的不断深化，许多企业已将产品数据管理(PDM，ProductDataManagement)系统作为产品工程信息管理与集成的平台，统一存储与管理产品设计、工艺及资源信息。这些信息是企业资源计划(ERP， Enterprise Resource Plan-ning)系统工作运行的重要输入信息。 PDM与ERP系统间有大量信息都存在共享现象。因此，在PDM与ERP系统之间实现信息集成，不仅能使产品的设计制造过程更加顺畅，而且能避免由于信息重复输入而可能带来的错误，精确地传递信息，促使整个企业设计制造部门之间协同工作。PDM与ERP系统间的集成是企业信息化应用的必然需求。

    PDM与ERP系统之间需要集成的信息包括产品信息、工艺信息及资源信息等内容。然而，2个系统中集成信息往往以不同的结构、不同的语义表现和储存，因而不能被对方直接识别读取，信息集成必须经过适当的转换才能完成。

    在制造业企业的生产运行管理中，通常以物料清单(BOM， Bill ofMaterials)的形式表达产品的设计信息、制造信息和各种管理信息。 PDM与ERP系统之间需要集成的信息也大量存在于BOM中。本文以BOM为信息载体，研究PDM与ERP系统之间的信息集成机制，提出一种基于信息转换的PDM与ERP系统间的信息集成方法。

    1 常用的信息共享实现方法

    目前，PDM与ERP系统之间比较流行的集成方式主要有3种，分别是接口式、直接访问数据库和间接式。然而，这3种集成方式并不能满足PDM与ERP系统间对于不同结构和语义信息的集成需求。

    为了保证从设计到生产整个过程的数据一致性，文献利用PDM工程变更流程技术，提出了一套通过工作流进行数据发布，由中间件将数据传输到ERP系统的集成方法。文献通过建立通用视图与功能视图，定义了产品信息的集成信息模型，并提出了基于集成信息模型的PDM与ERP集成方法。

    目前，PDM与ERP系统集成的研究中，比较关注两系统间的协同信息传递和驱动，而缺乏对异构系统间集成信息内容语义的统一规范和转换。如果需要集成的信息存在语义不同的现象，即使实现了PDM向ERP系统的信息传递，集成信息也很难被直接利用。因此， PDM与ERP系统间的集成信息必须完成转换和语义统一。

    BOM是PDM与ERP系统间集成信息的重要载体，它以树状层次结构表现了产品结构、产品配置状态、库存状态等产品相关信息，这些信息共同构成了连接产品设计和生产经营管理的桥梁。

    根据承载信息的不同，BOM信息可以分为设计BOM (EBOM， Engineering BOM)、工艺BOM(PPBOM， Process Planning BOM)和制造BOM(MBOM，Manufacturing BOM)等类型，分别是设计部门、工艺部门和生产制造部门组织和管理的信息，MBOM是ERP运算的重要输入信息。应用系统中，BOM信息的2种常见的存储方法是单层结构表示法和多层结构表示法。单层BOM结构采用“单父-单子”的数据结构，清晰定义了产品结构，易于反查零件，但在BOM分解时效率较低。多层BOM结构采用“单父-多子”的数据结构，详尽地记录了从产品到零部件的每个层次结构与零部件配置关系信息。该方法分解速度快，维护方便，但数据冗余度大，产品结构定义不清晰，零件不能反查。

    在目前的大多数ERP系统中，多依据单层结构存储BOM。PDM与ERP系统的信息集成中，也需要按ERP系统的要求拆分为单层BOM数据的格式。

    2 PDM与ERP集成信息内容

    PDM与ERP系统间共享的信息有很多，主要包括产品结构、零组件、工艺信息、原材料、设备、工装、组织结构等，这些信息可以归纳为物料信息、产品的层次结构类信息、资源信息3方面。

    1)物料信息是集成信息中的基础信息，主要包括零组件、产品、原材料等信息，是对物料基本属性内容的描述;

    2)产品的层次结构类信息是以层次结构进行存储的信息，包括产品结构、工艺过程结构等，层次结构类的制造信息是PDM与ERP系统实际运作中密切相关的内容，其表现形式通常为MBOM;

    3)资源信息包括组织结构信息及制造资源信息，组织结构信息中包含企业的部门结构与人员信息，制造资源信息包括设备、工装信息，用于具体的生产制造。

    PDM与ERP系统间， 3类集成信息与产品结构、工艺、资源等信息的逻辑关系如图1所示。按照PDM与ERP系统间需要集成的信息分类，分别定义零组件、产品结构、工艺计划、工艺规程、设备、工装、组织结构等信息实体，以及实体之间的关系、实体中的属性信息，建立以PDM与ERP系统间的集成信息IDEF1x模型，如图2所示。

    3 集成技术及原理

    3.1 集成信息的演变与转换

    PDM与ERP系统对信息管理的侧重点不同，PDM系统存储的信息不能直接为ERP系统所使用，两系统间的共享信息必须进行信息转换，以实现集成信息的语义一致。

    PDM与ERP系统间的集成信息转换过程可以分为BOM结构的转换和BOM属性信息的映射2部分。

    3.1.1 BOM结构转换

    BOM结构变换可以归纳为增加零组件、删除零组件、BOM结构调整和BOM结构细化分解等内容。对应上述4种BOM结构的转换操作，定义4种BOM结构转换算子，分别是组合算子、删除算子、调整算子与分解算子。 4种算子的图形化描述如图3所示。结合运用4种算子，就可以实现BOM变换过程中可能发生的结构转换。

    EBOM去掉外协件、外购件，根据工艺要求增加工艺件或调整EBOM的结构，对不易加工的组件做进一步分解，完成EBOM向PPBOM的转换。工艺设计部门根据PPBOM的分派进行工艺设计，去掉不需要制造的虚拟件，添加工艺过程以及工艺所需的物料、子装配件信息，完成PPBOM向MBOM的转换。利用BOM结构变换算子，变换过程如图4所示。

    4种BOM结构变换算子使BOM结构变换过程保持了信息的继承性和一致性。

    3.1.2 BOM属性映射

    BOM属性变换主要分为继承型映射和派生型映射2种类型。

    1)继承型映射

    直接引用原有BOM属性。新BOM通过继承获得原BOM的属性并直接利用，新BOM属性与原BOM属性保持一致，这种映射主要针对零组件属性、材料属性等基础数据。

    2)派生型映射

    适用于属性衍生的情况。根据原有BOM的属性，经过派生和推理生成新BOM属性，新旧属性间具有逻辑因果关系。派生型映射既可以通过原BOM属性直接推理得到新BOM属性，也可以经过多次属性转换或利用其它信息推理得到新BOM属性。

    MBOM引用EBOM中的零组件设计属性，属于继承型映射;PPBOM中的零组件编制单位是根据零组件设计信息推理得出的，属于直接派生型映射;MBOM的装配顺序信息是工艺过程设计得到的，其原材料和制造资源信息又是装配工艺过程信息推理得到的，属于间接派生型映射，如图5所示。

    可见，通过BOM结构变换和属性映射的结合应用，就可以将PDM系统中的EBOM经由PP-BOM转换成为ERP所需的MBOM，使PDM与ERP系统间的集成信息达到语义一致。

    3.2 集成方式与机制

    PDM系统中需要集成的信息经过转换与映射，形成符合ERP系统要求的MBOM信息，可以为ERP系统所使用。通过两系统间的集成，对语义互通的集成信息进行传递与共享。

    3.2.1 PDM与ERP系统集成方式

    PDM与ERP系统相互独立，数据组织各不相同，是异构系统，集成需要由两系统协调完成。从系统集成的信息流方向和主动性来讲， PDM与ERP系统的集成方式包括PDM主动、ERP主动、两系统共同主动3种。

    PDM主动方式由PDM系统将需要集成的信息与文档传递到ERP的开放数据环境中，并通知ERP系统读取信息。该方式在确保了两系统间信息集成的同时，也保证了数据同步的特性。其余2种方式由于缺乏数据同步机制的保障， ERP系统无法及时获得集成信息，降低了集成效率。因此，PDM主动方式是较为理想的集成方式。

　　3.2.2 基于集成信息模型的集成机制

    在ERP系统中，根据集成信息模型建立数据存储结构，分别对应于物料、层次结构与资源等相关信息，提供一套开放数据环境，以及供外部系统读写信息的接口方法，同时提供一个消息监听服务。PDM系统根据集成信息模型对产品信息进行重新组织和提取，通过ERP系统的开放数据环境的接口，将PDM系统转换后的产品相关信息写入到开放数据环境中，实现对集成信息的传递。信息传递完成之后， PDM系统利用网络消息机制向ERP系统发送一个集成完成的消息。ERP系统的消息监听服务获得这个消息后，通知ERP主程序及工作人员从开放数据环境中接收已集成的信息，并将其应用到生产计划与制造中，如图6所示。

    通过上述系统集成方式， ERP系统可以及时准确地获得集成消息，并根据PDM系统输入信息做出响应，避免了由于缺乏通信而引起的系统资源浪费，提高了集成的效率。

    4 应用与实现

    本文所研究提出的PDM与ERP系统间的信息集成方法已在一个企业的实际应用中实施。该企业采用美国UGS公司的TeamCenter Engineer-ing(TCEng)软件作为其PDM系统。利用本文介绍的集成方法，企业实现了该PDM系统与一个正在应用的ERP系统间的信息集成。

    在应用实践中，采用TCEng系统内部的产品结构编辑(PSE，ProductStructure EdITor)模块对产品的BOM信息进行编辑和管理，采用作者所在课题组开发的集成工艺设计与管理系统(IPPM， In-tegrated Process Planning andManagement)进行工艺过程设计。利用2个模块完成了对BOM结构的插入、删除、结构调整、细化分解等操作，以及BOM属性的自动继承和推理派生的操作。完成了基于PSE模块的工艺分解和基于IPPM的详细工艺设计功能，分别实现了由EBOM向PPBOM与PPBOM向MBOM的转换，并最终输出了MBOM信息。通过TCEng系统中对BOM信息的转换，实现了与ERP系统间关于集成信息的语义互通。

    在TCEng与该ERP系统集成中，以PDM主动的方式，完成了信息向ERP系统的传递。按照集成信息模型的定义，在ERP系统中建立了包括零组件基本信息、MBOM结构、MBOM更改、原材料基本信息、工艺基本信息等内容的开放数据库，并由TCEng系统将集成信息写入到开放数据库的对应数据表中，如图7b所示，完成集成信息的传递，实现了两系统间的信息集成。

    5 结束语

    本文对PDM系统与ERP系统间需要集成的信息进行了分析，总结了集成信息内容，讨论了信息传递方式与集成方式。通过PDM与ERP系统间的集成信息模型，规范了PDM与ERP系统间集成信息的定义，提供了广泛适用的集成信息定义方式和集成信息模型。本文提出的BOM信息转换方法解决了PDM与ERP系统集成的信息语义不一致问题。通过本研究内容在企业实际PDM和ERP系统中的应用实施，既验证了本文提出的集成方法和信息控制的可行性，解决了企业多应用系统间的数据共享、集成和一致性问题，也为PDM与ERP系统间集成提供了一种可行的解决方案。