1 引言

    汽車制造是典型的離散制造業(yè)，隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境與客戶個(gè)性化需求變化的不斷加快，對(duì)企業(yè)的設(shè)計(jì)、工藝、制造等部門之間的工作協(xié)同提出了更高的要求，需要設(shè)計(jì)與工藝部門能根據(jù)客戶對(duì)產(chǎn)品的概念需求快速地進(jìn)行圖紙的設(shè)計(jì)、工藝文件的建立、標(biāo)準(zhǔn)物料與BOM的制定，并指導(dǎo)車間進(jìn)行高效的生產(chǎn)。

    隨著企業(yè)信息系統(tǒng)應(yīng)用的不斷深入，汽車制造行業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)階段幾乎都采用了CAD、CAPP、CAM(統(tǒng)稱為CAX)等計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)來進(jìn)行新車型及關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)，通過PDM(Product Data Management)系統(tǒng)對(duì)企業(yè)海量的產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的管理，并采用ERP這種系統(tǒng)化的經(jīng)營管理平臺(tái)，對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行集成化的管理，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)資源的優(yōu)化配置，提升企業(yè)的生產(chǎn)效率與管理水平�？v觀這些系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)都能在各自的領(lǐng)域中發(fā)揮很好的作用，但是在異構(gòu)平臺(tái)多系統(tǒng)孤立運(yùn)行的狀態(tài)下，由于各系統(tǒng)中數(shù)據(jù)格式不一致等原因，導(dǎo)致設(shè)計(jì)部門中的圖紙信息，工藝部門中的工藝路線、工藝定額、工藝分工、標(biāo)準(zhǔn)物料以及工藝BOM等工藝信息與制造部門中產(chǎn)品加工等信息之間很難實(shí)現(xiàn)充分的共享與集成，從而阻礙了部門之間的分工協(xié)作，造成了大量重復(fù)性的設(shè)計(jì)工作與返工，并使得企業(yè)的運(yùn)作常常滯后于市場(chǎng)的變化。針對(duì)當(dāng)今汽車制造行業(yè)在信息化歷程中出現(xiàn)的上述問題，并在仔細(xì)研究了PLM系統(tǒng)的功能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了以PLM作為橋梁的CAX與ERP系統(tǒng)集成應(yīng)用框架，為企業(yè)構(gòu)建整體解決方案提供借鑒。

2 PLM系統(tǒng)簡(jiǎn)介

    PLM是指對(duì)產(chǎn)品從市場(chǎng)分析與規(guī)劃、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝工程、采購/外協(xié)、加工制造、產(chǎn)品檢驗(yàn)、銷售與分銷、售后支持與服務(wù)直到產(chǎn)品退市整個(gè)生命周期過程中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行集成化的管理。從系統(tǒng)功能的角度來講，PLM是PDM系統(tǒng)的擴(kuò)展與延伸，突破了PDM系統(tǒng)中僅對(duì)產(chǎn)品研發(fā)階段中的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的范疇，進(jìn)一步包含了產(chǎn)品在業(yè)務(wù)運(yùn)行階段中的相關(guān)數(shù)據(jù)，如：采購、庫存、分銷、制造與維修等；從系統(tǒng)設(shè)計(jì)理念的角度來講，PLM是基于集成化的管理思想而產(chǎn)生的，其融合了協(xié)同技術(shù)與分布式集成技術(shù)，目的在于將企業(yè)內(nèi)孤立運(yùn)行的信息系統(tǒng)進(jìn)行高效的集成，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、銷售與分銷、產(chǎn)品維修與回收這整個(gè)生命周期過程中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化的管理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)在各個(gè)環(huán)節(jié)與部門之間得到充分的共享與重用，滿足企業(yè)的研發(fā)部門與其他各業(yè)務(wù)部門之間，甚至是企業(yè)與企業(yè)之間對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的協(xié)同應(yīng)用。

    2.1  PLM系統(tǒng)的特點(diǎn)

    (1)數(shù)據(jù)集成。PLM系統(tǒng)的一個(gè)最顯著的特征就是強(qiáng)調(diào)對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)在其整個(gè)生命周期過程中的集成管理，是CAD/CAPP/CAM/CAE與ERP系統(tǒng)中有關(guān)產(chǎn)品信息的一個(gè)電子數(shù)據(jù)橋梁。

    (2)過程協(xié)同。過程協(xié)同需要以數(shù)據(jù)集成為基礎(chǔ)，PLM通過集成CAX中產(chǎn)品研發(fā)階段的相關(guān)數(shù)據(jù)與ERP系統(tǒng)中產(chǎn)品業(yè)務(wù)層面的相關(guān)數(shù)據(jù)，使得設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、銷售以及庫存等各個(gè)部門能從各自的維度快速的查詢與使用到各自需要的產(chǎn)品信息，提高了數(shù)據(jù)的共享與重用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造在整個(gè)生命周期過程中各部門之間的協(xié)同。

    2.2 PLM系統(tǒng)的主要功能

    圖1 產(chǎn)品生命周期管理的主要功能

3 CAX與ERP系統(tǒng)集成的必要性

    CAX與ERP系統(tǒng)是產(chǎn)品生命周期過程兩個(gè)不同階段中最為核心的信息系統(tǒng)，CAX主要作用于產(chǎn)品的研發(fā)與設(shè)計(jì)，ERP主要作用于產(chǎn)品的加工制造與運(yùn)營。

    3.1 汽車制造行業(yè)中CAX與ERP系統(tǒng)的主要功能

    (1)CAX的功能。CAX是CAD/CAPP/CAM/CAE等計(jì)算機(jī)輔助信息系統(tǒng)的總稱，在汽車制造行業(yè)中，首先通過Auto CAD來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從概念需求到具體車型及關(guān)鍵零部件的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，之后借助CAPP進(jìn)行相應(yīng)的工藝設(shè)計(jì)，包括工藝路線、工藝分工、工藝定額以及工藝BOM等；借助CAPP系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)信息到加工制造信息的轉(zhuǎn)換；在完成工藝設(shè)計(jì)之后，通過CAM系統(tǒng)輔助完成樣品的試制；最后通過CAE對(duì)樣品進(jìn)行硬度、強(qiáng)度、彎曲度和熱學(xué)等方面的工程測(cè)試。整個(gè)過程中各環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，通過CAX能高效地實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從概念需求到成型產(chǎn)品的制造。

    (2)ERP系統(tǒng)的功能。ERP系統(tǒng)的核心在于指導(dǎo)產(chǎn)品的加工制造以及對(duì)整個(gè)制造過程中各業(yè)務(wù)部門集成化的管理。在新車型和關(guān)鍵零部件通過工程測(cè)試之后，需要進(jìn)行相應(yīng)的原材料的采購、零部件的加工制造、整車的組裝、銷售與分銷、財(cái)務(wù)的核算及產(chǎn)品成本的歸集。

    可以看出，CAX與ERP系統(tǒng)作用于產(chǎn)品增值鏈中前后兩個(gè)不同的環(huán)節(jié)，ERP系統(tǒng)的運(yùn)行需要CAX中產(chǎn)品研發(fā)階段的相關(guān)數(shù)據(jù)作為指導(dǎo)。同樣，CAX也需要獲取ERP系統(tǒng)中產(chǎn)品業(yè)務(wù)層面的相關(guān)信息作為參考來對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與工藝進(jìn)行不斷的改進(jìn)與完善。

    3.2 CAX與ERP系統(tǒng)孤立運(yùn)行的弊端

    CAX與ERP系統(tǒng)在孤立運(yùn)行的過程中，主要存在以下幾個(gè)方面的問題：

    (1)缺乏統(tǒng)一的技術(shù)數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。當(dāng)設(shè)計(jì)、工藝與制造部門各自存儲(chǔ)自己的技術(shù)數(shù)據(jù)時(shí)，大量的圖紙信息、工藝文檔、各類BOM數(shù)據(jù)、加工數(shù)據(jù)分別存儲(chǔ)在各自的部門之中，部門之間對(duì)技術(shù)參數(shù)的查詢變得十分困難，同時(shí)還存在數(shù)據(jù)安全的隱患。當(dāng)設(shè)計(jì)部門人員對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行修改時(shí)，工藝部門不能及時(shí)地對(duì)產(chǎn)品的加工工藝進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，從而直接導(dǎo)致生產(chǎn)的滯后。這樣，最終結(jié)果既不利于產(chǎn)品研發(fā)知識(shí)庫的形成，也不利于產(chǎn)品加工工藝的改進(jìn)。

    (2)物料標(biāo)準(zhǔn)化管理困難。物料標(biāo)準(zhǔn)化主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是同一物料的編碼在CAX與ERP系統(tǒng)中必須保持一致；二是當(dāng)上游CAX系統(tǒng)中對(duì)物料做出變更時(shí)，其設(shè)計(jì)BOM與工藝BOM都會(huì)發(fā)生變化，需要下游ERP系統(tǒng)中的制造BOM也必須做出及時(shí)的調(diào)整，當(dāng)物料信息無法在系統(tǒng)間得到及時(shí)的共享時(shí)，會(huì)出現(xiàn)當(dāng)上游設(shè)計(jì)與工藝部門對(duì)物料做出更改時(shí)，下游ERP系統(tǒng)中的制造BOM無法進(jìn)行快速響應(yīng)的情況，從而引發(fā)無效的采購，導(dǎo)致車間產(chǎn)生大量的呆滯料，且實(shí)際需要的物料發(fā)生缺貨。

    (3)技術(shù)流程不規(guī)范。隨著技術(shù)部門與業(yè)務(wù)部門往來的日益頻繁，當(dāng)CAX與ERP系統(tǒng)還停留在各自為政的手工階段時(shí)，在出現(xiàn)緊急任務(wù)時(shí)，設(shè)計(jì)與業(yè)務(wù)部門無法按照規(guī)范的技術(shù)流程進(jìn)行有效的協(xié)同，數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與及時(shí)性無法得到保證，容易造成信息的失真。

    (4)快速改裝困難。企業(yè)在生產(chǎn)經(jīng)營過程中，很少出現(xiàn)針對(duì)客戶的需求對(duì)整車做出全新設(shè)計(jì)的情況，大部分情況下企業(yè)是以大量相似的產(chǎn)品（部件）的改裝設(shè)計(jì)為主，在同一型號(hào)平臺(tái)上往往能夠組裝與配置出多種不同系列的產(chǎn)品，以便滿足客戶快速變化的訂單需求。每次訂單雖然可以借用以往的設(shè)計(jì)圖紙和BOM數(shù)據(jù)，但還是需要進(jìn)行大量的查詢、校驗(yàn)、修改、比較、審核以及報(bào)價(jià)等工作，其工作流程與數(shù)據(jù)處理直接覆蓋到CAX與ERP兩系統(tǒng)之間，需要兩系統(tǒng)之間進(jìn)行有效的配合。當(dāng)系統(tǒng)孤立運(yùn)行時(shí)，不僅容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，而且會(huì)降低產(chǎn)品改裝的效率。

    (5)跨部門的整體協(xié)作能力有待提升。通常設(shè)計(jì)與工藝部門的技術(shù)人員需要及時(shí)地從ERP系統(tǒng)中獲取產(chǎn)品的銷售、加工工藝及產(chǎn)品成本等信息，針對(duì)市場(chǎng)上銷售狀況不佳、加工工藝復(fù)雜、物料種類龐大或者總體成本過高的車型，就需要進(jìn)行相應(yīng)的圖紙及工藝的改進(jìn)。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段，需要工藝、采購、銷售和財(cái)務(wù)等部門的相關(guān)人員積極的參與，以避免無效的設(shè)計(jì)與返工。

    3.3 CAX與ERP系統(tǒng)集成的效益

    (1)高效的產(chǎn)品研發(fā)與設(shè)計(jì)。在集成化信息平臺(tái)下，設(shè)計(jì)部門人員可以及時(shí)的獲取ERP系統(tǒng)中產(chǎn)品的需求及變更信息，從而可以對(duì)顧客的訂單及市場(chǎng)的變化作出快速的響應(yīng)，且設(shè)計(jì)部門之間能夠輕松地查詢與訪問到大量的歷史圖紙與工藝信息，并不需要從零開始進(jìn)行全新的設(shè)計(jì)，從而可以極大地提升產(chǎn)品的設(shè)計(jì)效率，最終也有利于產(chǎn)品研發(fā)知識(shí)庫的形成與發(fā)展。

    (2)快速的產(chǎn)品配置與改裝。產(chǎn)品的配置與改裝流程涉及到多個(gè)部門之間，只有在CAX與ERP系統(tǒng)集成的環(huán)境下，才能保證在工程變更與產(chǎn)品改裝過程中相關(guān)部門人員能夠方便地對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢、比較、修改與審批等。在集成化信息平臺(tái)的輔助下，跨部門之間的協(xié)作效率可以得到極大的提升。

    (3)提高產(chǎn)品的質(zhì)量。通過對(duì)設(shè)計(jì)圖紙、物料、BOM、工藝、加工等數(shù)據(jù)進(jìn)行集成化的管理以提升企業(yè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的質(zhì)量，只有在高質(zhì)量數(shù)據(jù)環(huán)境的指導(dǎo)下，才能對(duì)產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、工藝、工程測(cè)試、工程變更、原材料采購、加工制造以及運(yùn)輸?shù)雀鱾�(gè)環(huán)節(jié)中做到嚴(yán)格的質(zhì)量控制。

    (4)降低企業(yè)的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)與成本。設(shè)計(jì)部門人員在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就能便捷、快速地訪問到ERP系統(tǒng)中產(chǎn)品的銷售與成本等相關(guān)信息，使得新研發(fā)的產(chǎn)品更能符合客戶與市場(chǎng)的需求，避免大量無效的設(shè)計(jì)與返工。

4 CAX與ERP系統(tǒng)在PLM平臺(tái)下的集成

    針對(duì)CAX與ERP系統(tǒng)在孤立運(yùn)行過程中出現(xiàn)的幾種主要問題，并在結(jié)合PLM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念及其功能的基礎(chǔ)上，從數(shù)據(jù)集成、產(chǎn)品模型與配置管理、工程變更管理以及BOM集成這四個(gè)角度來實(shí)現(xiàn)CAX與ERP系統(tǒng)的集成應(yīng)用。

    4.1 數(shù)據(jù)集成

    (1)物料標(biāo)準(zhǔn)化。物料數(shù)據(jù)是CAX與ERP系統(tǒng)中共同使用的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間數(shù)據(jù)的集成，首要工作就是對(duì)物料數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的管理，保證物料數(shù)據(jù)在各系統(tǒng)中保持一致與同步，具體實(shí)現(xiàn)方法如下：

    首先，通過PLM系統(tǒng)建立企業(yè)級(jí)的統(tǒng)一零部件庫，集成所有的零部件信息，對(duì)零部件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的管理，梳理各系統(tǒng)內(nèi)數(shù)量龐大、結(jié)構(gòu)混亂的物料數(shù)據(jù)。

    其次，規(guī)范物料的創(chuàng)建、定義與審批流程，避免物料數(shù)據(jù)由多點(diǎn)錄入而造成物料數(shù)據(jù)在系統(tǒng)間出現(xiàn)冗余與不一致等現(xiàn)象，其基本流程如圖2所示：

    圖2 標(biāo)準(zhǔn)物料的創(chuàng)建與審判流程

    最后，通過對(duì)物料重用率指標(biāo)進(jìn)行分析，建立物料的替代、借用機(jī)制，以規(guī)范物料數(shù)據(jù)的變更流程。

    (2)數(shù)據(jù)集成。圖3為CAX與ERP系統(tǒng)中數(shù)據(jù)在PLM平臺(tái)下傳輸與管理的核心流程與框架：

    圖3 CAX與ERP系統(tǒng)中數(shù)據(jù)在PLM平臺(tái)下的管理框架

    4.2  產(chǎn)品模型與配置管理

    在PLM系統(tǒng)中建立產(chǎn)品模型與產(chǎn)品配置庫，管理結(jié)構(gòu)與功能相似的零部件族以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的快速配置，從而解決CAX與ERP系統(tǒng)在孤立運(yùn)行過程中產(chǎn)品快速改裝困難的問題。

    圖4 產(chǎn)品模型與產(chǎn)品配置庫

    4.3 工程變更管理

    在CAX與ERP系統(tǒng)孤立運(yùn)行過程中，工程的變更顯得十分的困難，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：首先，設(shè)計(jì)、工藝、采購、制造等部門無法有效的參與變更的審批，變更的權(quán)限、時(shí)間、范圍無法控制。其次，變更過程管理不透明，變更過程無法追溯。最后，變更的信息無法查詢與統(tǒng)計(jì)分析。針對(duì)以上情況，可以借助于PLM系統(tǒng)平臺(tái)，以規(guī)范整個(gè)工程變更的處理流程，其具體步驟為：

    (1)設(shè)計(jì)部門人員首先從相關(guān)圖紙、零部件、BOM、工藝、模具這5個(gè)方面來評(píng)估工程變更的影響范圍：

    (2)設(shè)計(jì)部門相關(guān)負(fù)責(zé)人對(duì)變更進(jìn)行審批；

    (3)在PLM系統(tǒng)平臺(tái)中產(chǎn)生由工程變更引發(fā)的新工藝、新物料等數(shù)據(jù)，并對(duì)原有數(shù)據(jù)進(jìn)行修改；

    (4)PLM將新版本數(shù)據(jù)同步傳輸?shù)紼RP系統(tǒng)中，各業(yè)務(wù)部門負(fù)責(zé)人對(duì)新數(shù)據(jù)進(jìn)行再次審批；

    (5)審批通過后，同步更新ERP系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)。

    通過工程變更管理，能有效的提高CAX與ERP系統(tǒng)之間的工程變更協(xié)同，避免由于工程變更而造成系統(tǒng)間數(shù)據(jù)不能同步與一致等問題，從而造成數(shù)據(jù)的冗余。

    4.4 BOM集成

    BOM是CAX與ERP系統(tǒng)進(jìn)行集成的良好紐帶。首先，通過PLM系統(tǒng)平臺(tái)，集成CAX中的設(shè)計(jì)與工藝BOM，轉(zhuǎn)換后通過集成接口同步傳輸?shù)紼RP系統(tǒng)的制造80M數(shù)據(jù)庫中；其次，當(dāng)發(fā)生物料及工程變更時(shí)，在PLM系統(tǒng)中新增物料并通過新增物料審批流程歸檔，通過集成接口將新增物料和最新版本的BOM同步傳輸?shù)紼RP系統(tǒng)中；最后，由PLM發(fā)起更改流程，自動(dòng)列出影響到的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，將更改信息輸出到ERP接口表中進(jìn)行同步更改。通過PLM平臺(tái)，不僅提高了產(chǎn)品技術(shù)文檔的完整性和及時(shí)性，同時(shí)還解決了CAX中的設(shè)計(jì)BOM與ERP系統(tǒng)中制造BOM的轉(zhuǎn)換問題，其BOM集成與加工過程如圖5所示。

    圖5 BOM集成與加工示意圖

5 結(jié)語

    在分析了汽車制造行業(yè)信息化發(fā)展現(xiàn)狀，并結(jié)合PLM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念及其功能特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，借助于PLM系統(tǒng)平臺(tái)，從數(shù)據(jù)集成、BOM集成、工程變更管理、產(chǎn)品模型與配置管理這四個(gè)角度出發(fā)，主要解決CAX與ERP系統(tǒng)在孤立運(yùn)程過程中經(jīng)常出現(xiàn)的數(shù)據(jù)冗余、BOM更新不及時(shí)、工程變更復(fù)雜，產(chǎn)品快速改裝困難等問題，旨在打通產(chǎn)品在其整個(gè)生命周期中的數(shù)據(jù)通道。但文章主要是從集成框架的層面進(jìn)行的設(shè)計(jì)，其具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)還需要進(jìn)一步的分析與研究。

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