1 前言

    北京石油機(jī)械廠（以下簡(jiǎn)稱：北石廠）隸屬于中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司鉆井工程技術(shù)研究院，是集開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、銷售、服務(wù)為一體的現(xiàn)代化石油鉆采裝備的專業(yè)制造企業(yè)。經(jīng)過(guò)50余年的發(fā)展，北石廠已經(jīng)從一個(gè)從事簡(jiǎn)單機(jī)械加工的工廠，成長(zhǎng)為科技化、數(shù)字化、國(guó)際化的高新技術(shù)企業(yè)。

    為了縮短與國(guó)際先進(jìn)企業(yè)的差距，促進(jìn)企業(yè)長(zhǎng)久發(fā)展，北石廠確立了企業(yè)發(fā)展長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，明確了“科技化、數(shù)字化、國(guó)際化”的發(fā)展戰(zhàn)略。同時(shí)將信息化建設(shè)作為企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃的一個(gè)重要組成部分。確立了“研發(fā)信息化”、“管理信息化”、“制造信息化”、“服務(wù)信息化”的信息化發(fā)展思路和整體構(gòu)架。

    北石廠在實(shí)施信息化建設(shè)的過(guò)程中，為滿足不同時(shí)期的不同需求，先后實(shí)施了各種單元技術(shù)信息系統(tǒng)，如：CAD(Computer Aided  Design)、CAPP(Computer Aided Process Planning)、CAE(Computer Aided Engineering)、ERP(EntERPrise Resources Planning)、PDM(Product Data Management)等，這些信息系統(tǒng)的實(shí)施在一定程度上加強(qiáng)了企業(yè)的信息化管理水平，提高了企業(yè)的信息流、資金流的流轉(zhuǎn)速度。

2 CAx/PDM/ERP各系統(tǒng)運(yùn)行概況

    2.1 北石廠ERP運(yùn)行概況

    2003年北石廠首先建立了ERP系統(tǒng)，包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、庫(kù)存管理、生產(chǎn)計(jì)劃管理、采購(gòu)管理、車間任務(wù)管理、工藝過(guò)程管理、財(cái)務(wù)管理、成本管理等模塊�；�本覆蓋企業(yè)銷售、采購(gòu)、財(cái)務(wù)、產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、庫(kù)存、成本核算等各個(gè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)環(huán)節(jié)。ERP系統(tǒng)的建立使企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)進(jìn)一步規(guī)范化、程序化，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)物流、資金流、信息流的集成，大大促進(jìn)了企業(yè)管理流程的完善。

    目前北石廠ERP系統(tǒng)已經(jīng)成為企業(yè)日常經(jīng)營(yíng)管理中不可或缺的業(yè)務(wù)管理平臺(tái)。

    2.2 北石廠CAx/PDM運(yùn)行概況

    在研發(fā)管理信息化方面，北石廠和其它機(jī)械裝備制造企業(yè)一樣也經(jīng)歷了甩圖板的過(guò)程。通過(guò)應(yīng)用CAD(CAXA二維電子圖版、三維實(shí)體設(shè)計(jì))、CAPP工藝設(shè)計(jì)等軟件，實(shí)現(xiàn)了所有產(chǎn)品圖紙的電子化。并且通過(guò)使用ANSYS有限元分析軟件對(duì)產(chǎn)品關(guān)鍵零部件進(jìn)行分析，大大提高了產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的效率。

    產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)系統(tǒng)是近幾年來(lái)為實(shí)現(xiàn)信息集成而發(fā)展起來(lái)的一個(gè)先進(jìn)的管理思想，PDM系統(tǒng)將所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和過(guò)程集成在一起。北石廠PDM系統(tǒng)包括產(chǎn)品研發(fā)項(xiàng)目與任務(wù)管理、圖文檔管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理、人員權(quán)限分配、工作流管理、產(chǎn)品數(shù)據(jù)報(bào)表等功能。通過(guò)將所有與產(chǎn)品研發(fā)相關(guān)的文件進(jìn)行集中管理，進(jìn)一步縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期。

    2.3 存在的問(wèn)題

    CAx主要用于產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和分析；PDM系統(tǒng)用于管理與產(chǎn)品有關(guān)的數(shù)據(jù)和過(guò)程；ERP系統(tǒng)用于管理企業(yè)的人、財(cái)、物、信息等企業(yè)資源。PDM系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)在應(yīng)用目標(biāo)、應(yīng)用范圍等方面有所不同。

    隨著企業(yè)信息化建設(shè)的逐步深入，在企業(yè)研發(fā)管理過(guò)程中,僅依靠二維、三維、有限元分析等工具類軟件，很難發(fā)揮具有“團(tuán)隊(duì)精神”的并行設(shè)計(jì)模式的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，PDM系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)在功能和應(yīng)用范圍上出現(xiàn)了延生，二者的分界線已經(jīng)被打破，存在一定的信息重疊，并且系統(tǒng)之間也缺乏有效的信息傳遞和信息共享。由于企業(yè)內(nèi)部所有產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的全生命周期中將分別涉及CAx、PDM和ERP等領(lǐng)域，如果這些系統(tǒng)不能進(jìn)行相互協(xié)調(diào),將很難發(fā)揮各個(gè)系統(tǒng)應(yīng)有的效能。所以對(duì)CAx和PDM以及PDM和ERP系統(tǒng)進(jìn)行信息集成，對(duì)于優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造過(guò)程、加速產(chǎn)品從設(shè)計(jì)領(lǐng)域到制造領(lǐng)域的轉(zhuǎn)化、有效縮短產(chǎn)品形成周期，促進(jìn)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新都具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

    要想實(shí)現(xiàn)企業(yè)資源和信息的有效共享和通暢的交流，必須有效的集成CAx和PDM以及PDM和ERP系統(tǒng)，使信息高度共享，提升企業(yè)的整體運(yùn)行效率。

3 CAx/PDM/ERP集成框架和實(shí)施內(nèi)容

    目前國(guó)外已經(jīng)有很多現(xiàn)代化的企業(yè)開始用工業(yè)工程的思想來(lái)管理企業(yè)，提高企業(yè)的整體經(jīng)濟(jì)效益，并應(yīng)用CAD/PDM/ERP集成系統(tǒng)作為實(shí)施工業(yè)工程的支持系統(tǒng)。

    北石廠研發(fā)信息化采用CAXA公司的CAD、CAPP、CAM、PDM系統(tǒng)整體解決方案，應(yīng)用ANSYS CAE仿真技術(shù)進(jìn)行關(guān)鍵零部件的有限元分析；北石廠管理信息化采用鼎捷公司易飛ERP系統(tǒng)。

    PDM系統(tǒng)本身提供一定的CAx集成基礎(chǔ)，但是缺少與ERP的有效信息集成。北石廠在獲得北京市科委“制造業(yè)信息化科技示范工程”的項(xiàng)目支持后，對(duì)企業(yè)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行調(diào)研，確定了如圖1所示的CAx/PDM/ERP系統(tǒng)集成框架。

    圖1 CAx/PDM/ERP系統(tǒng)集成框架

    由圖1可以看出，北石廠的信息集成框架主要由兩部分信息流組成：基于PDM平臺(tái)，以CAx為核心內(nèi)容的設(shè)計(jì)創(chuàng)新鏈信息流；以ERP為核心的生產(chǎn)供應(yīng)鏈信息流。各個(gè)單元的技術(shù)信息系統(tǒng)通過(guò)兩條信息流有機(jī)的關(guān)聯(lián)起來(lái)，信息流覆蓋了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)的全部生命周期。

    3.1 基于PDM的CAx/PDM集成

    基于PDM 為平臺(tái)的CAx/PDM 集成，實(shí)際上是要解決各個(gè)CAx 系統(tǒng)和PDM 之間的信息交互問(wèn)題：①根據(jù)業(yè)務(wù)需求確定各個(gè)CAx 和PDM 交互的信息內(nèi)容，②采用合理的集成方式，最終形成一個(gè)協(xié)同共享的信息環(huán)境。CAx與PDM信息交互如圖2所示。

    圖2 CAx與PDM集成示意圖

    按照上述集成思路，北石廠建立了以CAXA PDM為核心的CAx集成，CAXA PDM系統(tǒng)采用電子倉(cāng)庫(kù)對(duì)圖紙和各種知識(shí)文檔進(jìn)行集中管理， 在管理時(shí)提供數(shù)據(jù)加密等安全性措施；在數(shù)據(jù)集中管理的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)圖紙版本管理，支持快速查詢；系統(tǒng)提供產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理，以結(jié)構(gòu)樹的形式描述產(chǎn)品部件、零件間的裝配組成關(guān)系，支持從設(shè)計(jì)圖紙的明細(xì)欄和標(biāo)題欄中提取信息，自動(dòng)構(gòu)造產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，并把相應(yīng)的圖紙導(dǎo)入到電子倉(cāng)庫(kù)中；在數(shù)據(jù)共享的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)支持零部件的借用和復(fù)制，有利于設(shè)計(jì)工程師在基礎(chǔ)產(chǎn)品上快速構(gòu)建新產(chǎn)品。

    3.2 PDM與ERP集成

    PDM 和ERP是管理整個(gè)產(chǎn)品定義和產(chǎn)品生命周期的核心。

    PDM系統(tǒng)主要是管理所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息（包括電子文檔、數(shù)字化文件、數(shù)據(jù)庫(kù)記錄等）和所有與產(chǎn)品相關(guān)的過(guò)程（包括工作流程和更改流程）的技術(shù)。它提供產(chǎn)品全生命周期的信息管理，并可在企業(yè)范圍內(nèi)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造建立一個(gè)并行化的協(xié)作環(huán)境。ERP系統(tǒng)主要是控制生產(chǎn)計(jì)劃過(guò)程期望的產(chǎn)品銷售情況與制造這些產(chǎn)品所需消耗資源之間的關(guān)系。因此，ERP系統(tǒng)需要PDM系統(tǒng)提供3類信息：①物料（零件、部件、材料）的屬性信息：如零部件的名稱、物料編碼、材料規(guī)格等，一般而言，ERP系統(tǒng)中每一種物料都會(huì)有一個(gè)唯一的編碼，并且與PDM中物料編碼對(duì)應(yīng)；②產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息：記錄產(chǎn)品及其零部件的父子結(jié)構(gòu)關(guān)系，如：產(chǎn)品由哪幾個(gè)部件組成，每個(gè)部件的數(shù)量，部件由哪幾個(gè)零件組成，每個(gè)零件的數(shù)量等；③加工工藝信息：即加工某個(gè)零件所需的設(shè)備、工時(shí)、材料等。這3類信息是ERP系統(tǒng)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也是其進(jìn)行生產(chǎn)管理、成本管理等的依據(jù)。PDM與ERP集成示意圖如圖3所示。

    圖3 ERP與PDM集成示意圖

    在PDM與ERP系統(tǒng)集成時(shí)，北石廠采取與軟件供應(yīng)商合作二次開發(fā)的模式，由CAXA在PDM軟件中定制開發(fā)操作界面，從PDM系統(tǒng)中提取符合ERP接口規(guī)范的物料、BOM、加工工藝等信息，并生成相應(yīng)的XML文件，由鼎捷易飛ERP提供最新接口程序，通過(guò)接口將XML信息同步到ERP中。最終實(shí)現(xiàn)了物料屬性信息、BOM結(jié)構(gòu)信息和加工工藝路線等基礎(chǔ)信息的及時(shí)傳遞。

4 集成應(yīng)用展現(xiàn)

    北石廠是從企業(yè)核心業(yè)務(wù)需求出發(fā)，通過(guò)一系列的分析探索和實(shí)踐，將CAx/PDM/ERP進(jìn)行有效的集成，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息的集成，最終實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目控制、文檔存放、設(shè)計(jì)研發(fā)流程、質(zhì)量管控、零部件生產(chǎn)制造、整機(jī)裝配等過(guò)程的高效管理。

    4.1 研發(fā)項(xiàng)目與任務(wù)的管理

    PDM的應(yīng)用貫穿企業(yè)設(shè)計(jì)研發(fā)、項(xiàng)目管理和項(xiàng)目控制的全過(guò)程。新產(chǎn)品研發(fā)項(xiàng)目啟動(dòng)后，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人在PDM中立項(xiàng)（如圖4所示），編制并上傳產(chǎn)品設(shè)計(jì)包，同時(shí)將項(xiàng)目任務(wù)進(jìn)行細(xì)化分解。

    圖4 PDM中部分新產(chǎn)品項(xiàng)目相關(guān)文檔

    子項(xiàng)目負(fù)責(zé)人可以登錄PDM查閱設(shè)計(jì)任務(wù)書及相應(yīng)文檔。設(shè)計(jì)人員用二維CAD、三維CAD軟件設(shè)計(jì)完成后，在系統(tǒng)中提交設(shè)計(jì)評(píng)審，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人指定的評(píng)審流程逐級(jí)進(jìn)行審批。

    圖5 研發(fā)工作流程審批

    評(píng)審人在評(píng)審過(guò)程中可以提出評(píng)審意見(jiàn)，并做紅線批注。相關(guān)人員可以隨時(shí)查詢審批情況（如圖5所示）。在設(shè)計(jì)過(guò)程中也可以查閱自己或其他協(xié)同工作人員上傳的設(shè)計(jì)文檔，實(shí)現(xiàn)真正意義上的資源共享和協(xié)同工作。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人通過(guò)對(duì)項(xiàng)目的進(jìn)程進(jìn)行計(jì)劃、調(diào)度、監(jiān)視和監(jiān)控，對(duì)整個(gè)研發(fā)項(xiàng)目做到及時(shí)掌控。

    4.2 研發(fā)設(shè)計(jì)資源的集成管理

    設(shè)計(jì)人員在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的設(shè)計(jì)圖紙、工藝文件、三維模型等文件。CAXA PDM系統(tǒng)支持設(shè)計(jì)文檔的批量上傳，并能根據(jù)圖紙中的裝配明細(xì)表自動(dòng)生成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹（如圖6所示）和零部件的關(guān)聯(lián)關(guān)系，同時(shí)生成相應(yīng)的零部件屬性信息。

    圖6 裝配明細(xì)表生成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹

    統(tǒng)一管理的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，能方便進(jìn)行結(jié)構(gòu)管理、圖紙管理、圖紙變更管理、借用查詢管理等，通過(guò)細(xì)致的權(quán)限管理，保證企業(yè)數(shù)據(jù)的完整性和一致性，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的安全管理。

    4.3 統(tǒng)一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源的工藝設(shè)計(jì)

    在統(tǒng)一集中管理研發(fā)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，工藝人員能方便快速的查看工藝設(shè)計(jì)任務(wù)，查詢利用已生成的類似加工工藝信息，通過(guò)CAPP修改其中少部分?jǐn)?shù)據(jù)，快速派生出所需要的新的工藝卡片。生成的正式工藝文件也將發(fā)布到PDM中。

    4.4 企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)與生產(chǎn)的最終集成

    北石廠基于PDM的CAx集成，在程序架構(gòu)和產(chǎn)品研發(fā)流程上實(shí)現(xiàn)了信息的交互，基本解決了產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中的協(xié)同設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)共享的問(wèn)題。對(duì)于北石廠而言，除了要解決研發(fā)階段的集成問(wèn)題，還需要跟生產(chǎn)過(guò)程及其它管理信息系統(tǒng)結(jié)合，從業(yè)務(wù)需求出發(fā)，建立企業(yè)級(jí)的綜合集成解決方案。對(duì)于ERP與PDM的集成，主要體現(xiàn)在產(chǎn)品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的集成。主要分為：產(chǎn)品BOM（含品號(hào)信息）集成和產(chǎn)品加工工藝信息集成。

    圖7 PDM中開發(fā)的集成操作菜單

    圖8 輸出BOM到ERP

    圖9 輸出工藝信息到ERP

    如圖7、圖8、圖9所示，PDM與ERP的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的傳輸，只需要在PDM中進(jìn)行簡(jiǎn)單操作即可完成。其中為了保證ERP系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全穩(wěn)定，在執(zhí)行BOM、物料信息和加工工藝路線信息導(dǎo)入前，程序會(huì)自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查。一方面是對(duì)導(dǎo)入前數(shù)據(jù)內(nèi)容、格式進(jìn)行檢查，另一方面是通過(guò)ERP接口，將計(jì)劃導(dǎo)入的數(shù)據(jù)與ERP內(nèi)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)于ERP中已經(jīng)存在的數(shù)據(jù)，不允許重復(fù)導(dǎo)入，并在操作界面上將是否允許導(dǎo)入的數(shù)據(jù)用顏色進(jìn)行區(qū)分（紅色：不允許。藍(lán)色：允許）。另外，所有從PDM導(dǎo)入到ERP中的數(shù)據(jù)均有相應(yīng)的輸出日志和特殊標(biāo)記，后期可以很方便地對(duì)數(shù)據(jù)的追蹤和檢索（如圖10所示）。

    圖10 從PDM導(dǎo)入的BOM

5 結(jié)論

    隨著各個(gè)單元業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)應(yīng)用的逐步深入，越來(lái)越多的企業(yè)開始意識(shí)到，CAx、PDM和ERP分別管理企業(yè)的不同信息，只有將它們有效集成，才能發(fā)揮各信息系統(tǒng)的巨大的潛力，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息的共享。北石廠從企業(yè)核心業(yè)務(wù)需求出發(fā)，將CAx/PDM/ERP進(jìn)行有效的集成，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息的集成，取得了非常好的應(yīng)用效果。北石廠成功的集成實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將為其它機(jī)械裝備制造企業(yè)的集成應(yīng)用提供一定的借鑒和參考。

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本文標(biāo)題：面向機(jī)械裝備制造企業(yè)的CAx/PDM/ERP集成應(yīng)用

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