【IT168 信息化】

　　1 前言

　　2005年6月19日，国务院召开振兴装备制造业工作会议，正式提出《国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见》(以下简称《若干意见》)。业内人士分析认为此次会议是国家又一次全面振兴装备制造业的标志性启动，虽然，《若干意见》则标志着代表国家意志的振兴装备制造业工作正式启动。虽然，《若于意见》并非因信息化而出台。但是无论是针对什么么问题而出台，它都无疑会推动行业信息化发展，提月行业信息化程度，从而加速振兴装备制造业。

　　2006年9月12日，全国制造业信息化科技工作会议的胜利召开，标志着“十一五”制造业信息化科技工程正式启动。会上，科技部出台了《关于推进“十一五”制造业信息化科技工程工作的若干指导意见》，提出“十一五”期间，科技部将联合其他部委发起制造业信息化科技工程，集合国家‘地方和企业资源，共同投入50亿元资金。其中，计划和支撑计划将投人资金近8亿元。根据“意见”，制造业信息化科技工程将以系统集成和专业化应用需求为牵引，开发一批集成系统和行业应用软件产品，同时提出“百千万”计划，开展不同类型，不同层次的制造业信息化企业示范。

　　美国科学院的《2020年，未来制造的挑战》报告共列出了2020年制造的八项关键技术，其中信息化制造名列第六。信息系统与现代制造系统相互的影响，使得信息系统已经成为有效的制造系统的关键因素。由于信息技术与制造系统如此密切相关，信息系统己经嵌入到一个有效的现代制造系统中，信息已经渗透到制造生命周期的全过程中，因此，我们需要在传统功能的边界上研究信息化制造，尽可能地建立信息系统、信息技术和制造之间的协同。

　　制造业信息化既是一个发展问题，也是一个层次问题，从发展上看，制造业信息化进程应该由里而外，由企业核心业务活动信息化向整体业务活动信息化发展;从层次上看，制造业信息化建设可分为企业的信息化基础设施建设、企业各核心部门的信息化、企业内部生产活动之间的有效互联和供应链之间生产活动之间的有效互联等四个层次。制造模式随着市场需求和技术进步而不断进化，信息化制造技术是由制造信息系统、全球化网络基础设施和实时信息所构成的新商业模式驱动的。它使得制造企业从生产车间底层通过网络技术与顾客之间、关键制造参数与企业和供应链其它领域之间实现完整的集成，强调如何使用正确的信息来确定做何种产品?何时做和如何做好等问题阵。同时，当面对大量的产品、设备、市场和企业时，除信息外，通讯、协同、集成能力亦是实施信息化制造战略时候要考虑的问题。

　　随着计算机应用的迅速发展，企业各单元的CAX技术已日益成熟，但各自动化单元自成体系，彼此之间缺少有效的信息沟通与协调，形成“信息孤岛”，信息难于共享问。这些“孤岛”不仅体现在信息资源上，而且还体现在业务过程。企业的CAX系统、PDM系统、ERP系统等通常都是面向不同的部门或业务模块建立的，它们只能用于特定的企业工作流程，因此，跨系统的企业业务过程就会被按照系统功能切分成不同的业务段，造成业务过程“孤岛”。孤立信急系统之间的集成己成为企业信息化建设中急需解决的问题。企业应用集成EAI(Enterprise Application Integration)的出现，给孤立信息系统集成提供了全新的解决方案。它可通过硬件、软件、标准和业务过程的结合，实现两个或多个企业系统之间的无缝集成。

　　2 信息系统网络体系设计

　　基于PDM的集成系统是以网络技术、数据库技术为支持的框架形成的，根据企业实际情况构建该系统的层次结构模型。该系统结构模型共分三层:

　　应用层:面向不同的应用领域，完成不同的任务(如CAx等)，该层是数据的产生器和接收器，它通过接口封装或集成到PDM平台上，两者的数据交换是相互的;

　　PDM平台:是该系统的核心，它是应用工具的集成框架和对象管理框架，利用人机界面实现各种模型(如过程模型、产品结构模型、人员、资源等)的统一管理；

　　服务层：主要为以上两层提供支持，数据库主要对元数据(Meta Data)进行管理，网络主要为该框架的C/S结构提供支持。

　　3 信息系统各软件的集成

　　PDM(Product Data Management)是对企业全生命周期产品数据、资源与业务过程进行整体优化管理的一种信息技术，它的实施是一项复杂的系统工程。PDM的体系结构可以分为4层，如图1所示。它们分别是支撑层、对象层、功能层和用户界面层。

　　图1 PDM体系结构与功能模块

　　Fig.1 PDM system structure and function modules

　　(1)支撑层主要为通用数据库管理系统、操作系统，软硬件的支撑环境等，提供对数据管理的最基本功能。

　　(2)对象层对数据管理层中的产品信息进行结构化的管理，弥补关系数据库管理的不足。

　　(3)功能层在对象层的基础上，根据PDM系统的管理日标，提供相应的功能模块。

　　(4)界面层提供交互式的人机界面，使PDM用户能方便地管理产品数据及过程。

　　3.1 PDM与CAD的集成

　　CAD系统的信息是产品信息的源头，其信息量大、类型多。因而，CAD系统与PDM的集成是用户最关心，也是3c与PDM集成中难度最大的环节。PDM与CAD集成的关键在于保证两个系统数据变化的一致性，同步或异步一致。由于CAD系统中产生的数据既有二维模型，也有三维模型、零部件属性以及产品结构关系等多种类型，不同的数据要求不同的集成模式。因此，CAD系统与PDM系统的集成包括三种模式，即封装，接口和紧密集成。

　　封装模式适用于PDM系统与二维CAD软件的集成，解决PDM环境下对CAD系统产生文档的管理问题。在集成设计中，系统管理人员需要定义CAD文件的属性。使用人员需要用手工方式在PDM系统工程中建立维护产品结构树，才可实现简单的集成。封装模式自动化程度较低，容易实现。

　　接口模式是较封装更高层次的集成模式，主要解决PDM系统中产品结构树的数据结构一致性问题。例如，PDM系统需要从cAD系统生成的装配树中获取零部件的描述信息和层次结构关系，建产PDM系统的产品结构树。在设计中，系统管理员不仅要定义CAD文件夹属性，还要为PDM系统提供自动生成和维护结构树的功能菜单。通过接口程序，实现双向异步交换，零部件用户要根据CAD软件的装配树自动生成和修改PDM系统的结构树，同时可以编辑修改PDM系统和产品结构树，使CAD软件的装配树与PDM系统和产品结构树保持一致，不过，这种一致是异步一致。

　　3.2 PDM与CAPP的集成

　　对在CAX技术的应用和发展过程中，CAPP系统相对发展较慢，没有取得突破性的进展，其主要原因在于未能实现CAD软件与CAPP系统之间信息的自动转换。一方面，CAD系统产生的图形数据不能满足CAPP系统的要求，另一方面，CAPP系统也不能反映和跟踪CAD数据的更改和版本的变化情况，无法变成实用系统。PDM系统与CAD系统的集成为PDM系统提供了从CAD数据向CAPP系统转换的数据通道，也为PDM系统与CAPP系统的集成提供了可能。

　　从PDM系统与CAPP系统之间的信息来源来看，两者之间除了文档交流外，CAPP系统的运行还需要从PDM系统中获取包括设备资源、原材料等方面的信息。另一方面，CAPP系统工程产生的工艺信息为了支持PDM系统与信息系统集成，需要分解成基本信息集成，既有封装模式也有接口模式，同时，不同的CAPP系统也有不同的接口模式。下面主要讨论PDM系统与不同的CAPP系统之间的接口模式

　　3.2.1 PDM系统与检索式CAPP的接口集成

　　检索式CAPP系统提供了规范企业工艺方法的手段，使工艺设计正规化、科学化和标准化。典型工艺库的建立，充分继承了成熟工艺的宝贵经验，有利于不断提高企业的工艺水平，使工艺设计更科学、更标准。检索式CAPP需要从CAD系统得到的数据主要有：对象的特征代码(如成组代码、装配代码)、对象的基本属性(如材料、数量、加工方法)、几何数据(如毛坯尺寸、下料切口)及对象的形状(CAD图形)等。在PDM系统中，这些数据都可以被定义为CAD文件的基本属性，而且都和相应的CAD图形紧密联系在一起。CAPP系统只要找到指定的零部件对象，就可以通过接口从PDM系统中调用该对象的相应数据。通过接口，CAPP系统能够根据零部件的成组代码。利用PDM系统提供的各种查询功能，快速找到相应的典型工艺和其他的关键数据，编辑出该对象的合理工艺。其中，对象的版本号、工作状态、有效性由PDM系统自动调整。此外，检索式CAPP本身需要PDM系统中的典型工艺库的支持，因此，在设计集成接口前，需要建立典型工艺库和成组技术检索系统。在接口的设计中，需要在PDM系统中建立检索式CAPP系统的编辑系统，定义CAD文件和CAPP文件的管理规则。

　　3.2.2 PDM系统与创成式CAPP系统的接口

　　在一些企业中，对于大量重复的类似工艺，采用创成式CAPP系统在保证质量的同时，可以大大提高工艺设计的效率。对于这类CAPP系统，在设计与PDM系统的接口中，需要在PDM系统中建立创成式CAPP规则库和创成式CAPP系统的工艺自动生成系统，同时也需要定义以CAD文件中的特征数据文件格式和管理规则。通过接口，针对以CAD系统提供的各类零件的参数化不同特征数据，创成式CAPP系统可以生成相应的工艺。

　　3.3 PDM与CAM的集成

　　本由于CAM系统与PDM系统之间只有刀位文件、NC代码、产品模型和工艺信息等文档信息的传递，所以，一般采用封装模式就可以满足两者之间的信息集成要求。一些系统供应商已经开发出典型的局部数据管理器来实现与PDM系统之间的集成。这种管理器具有存储管理功能，用于有效地存储和检索文件，界面通常与所对应的CAD／CAM系统相同。目前可供集成的典型局部数据管理器产品有PTC公司的Pro／Intralink，EDS公司的UG／Manager，SDRC公司的TDM等。

　　3.4 PDM、CAPP与ERP数据共享

　　没有CAPP及PDM系统支持的ERP系统应用，不得不组织大批人力将CAPP输出的产品数据，按ERP系统的要求输人到计‘算机中，不但浪费人力、物力，而且延误时间，人工输人成千上万的数据，增大了数据的误差，影响了，ERP的正确运行，造成生产管理的混乱。

　　由于信息资源复杂性，利用传统的DBMS(数据库管理系统)技术很难解决异构数据库的跨库集成问题，特别是当系统中的信息格式是半结构化或非结构化的时候。在这种隋况下，利用XML作为中间件对这些信息进行元数据搜索，提供—个统一界面的检索系统是—个较好的应用方案。除此之外，近几年还出现了一些其它的技术，综合应用这些技术使我们可以实现如下数据库功能的集成，如：异构数据库之间的连接和数据转换，实现用户对些数据库的并行交叉访问和查询等。但在目前实际应用中，XML技术仍然是最有前景的异构数据库集成技术，如图2所示，给出了在XML数据环境下在异构数据库间进行信息集成的框架。系统集成模型，如图3所示。

　　图2 异构数据集成框架

　　Fig.2 Heterogeneous data integration framework

　　图3 系统集成模型

　　Fig.3 System integration model

　　PDM，CAPP接受从ERP来的生产计划，把它分解组织成为生产线和机组的作业计划和作业指令，告诉它的下一级系统如何生产；同时，PDM，CAPP同时从PCS收集生产实绩和检验化验结果，对突发事件进行调度，并向ERP反馈生产实绩。对这种情况，PDM，CAPP系统可以通过分析生产工艺，建立了相关的生产调度模型及调度算法，然后在此理论之上，开发一套专家调度算法软件系统，将其应用于生产车间，最终达到在车间层上摆脱了人工调度的局限性，减少能源消耗，节约调度时间，提高生产效率。这也是对PDM，CAPP系统进行研究的最初的研究成果，但如何实现了现场控制设备与企业资源计划平台(ERP)的上下无缝连接和信息共享，还是最终的与ERP互补的目标，如图4所示。

　　图4 基于中间文件交换格式的PDM与ERP集成技术

　　Fig4.based on the PDM document formats among exchange withERP system integration teohnology

　　4 PDM与ERP数据交换技术设计与实现

　　PDM与ERP的集成，主要有3种技术：内部函数调用、直接数据库访问、中间文件交换前两种都需要系统开发人员的大力支持，而且开发工作量大，集成成本高，中间文件交换是通过各自编制的数据导入，导出接日来实现两系统的信息交换，此技术开发周期短、集成成本低、容易实施。

　　PDM与ERP集成的关键是产品结构BOM的转换及导入导出，PDM中的工程设计物料清单(EBOM)、工艺物料清单(PBOM)需要转换成制造物料清单(MBOM)导人ERP系统，虽然大部分开发商的软件都提供导入、导出文件，但是一般的企业产品设计时的物料编码和制造时的编码规则不同，PDM存放的是产品设计阶段的数据PBOM，一般企业采用隶属编码规则进行编码，而ERP需要的是生产阶段的数据MBOM编码经常采用基于特征的编码，这种编码的不同给企业实施PDM带更大的困难，也是目前PDM系统与ERP系统集成的难题。