CIMS环境下ERP与PDM的集成研究

　　进入21世纪以来，CIMS(Computer Integrated ManufaeturingSystem)已经发展成为信息时代企业的新型生产模式。早期的CIMS为制造企业实现企业间集成，提供了技术支持和集成手段，只是把生产制造过程集成了，没有突出CIMS的理念。现代CIMS旨在提高企业对多变市场环境的适应能力和竞争能力，更加强调技术和管理的集成，使制造全过程能够实现优化运行，组织管理更加灵活化、合理化。不仅注重制造集成，而且在广度和深度上有了新的发展，以信息集成为基础，实现过程集成和企业间集成。现代CIMS应用主要有以下特点：

　　(1)PDM在设计自动化分系统的信息集成过程中起到了“集成“框架的作用，各个应用程序(如CAD、CAM、CAPP等)都通过各种方式(封装、应用接口等)作为独立的对象集成到PDM系统中;

　　(2)ERP代替了MRPⅡ作为CIMS中经营和决策管理的核心。因此，需要合理区分两个系统的功能，平衡其作用，实现其集成，消除二者之间的“信息孤岛”。

　　下面就ERP与PDM集成进行分析与研究。

　　1 ERP与PDM的集成内容

　　1.1 ERP与PDM介绍

　　ERP(Enterprise Resource Product)企业资源计划，主要对企业的物流资源、资金流资源和信息流资源进行统一的管理，其主要管理有：主生产计划、物料需求计划、材料采购计划、车间作业计划、财务系统管理、工装设备管理和库存管理等。PDM(Product Data Management)产品数据管理，主要管理有：电子仓库和文档管理、工作流和过程管理、产品结构与配置管理、零件分类管理、工程变更管理和项目管理等。

　　1.2 ERP与PDM信息集成内容

　　随着ERP与PDM的发展，两个系统的数据和功能出现了大量的交叉，构成了两个系统的集成内容(如图1)。PDM系统为ERP系统提供产品设计的相关信息，ERP系统为PDM系统提供了产品制造成本的相关信息。PDM系统将MBOM和Routing传递给ERP系统，ERP系统根据上述信息来安排企业的生产经营活动(如进料、加工、组装和成本核算等)，协同企业各部门之间的工作。同时ERP产生的CBOM信息需要传递给PDM系统，由PDM系统进行管理和维护。随着企业需求的变化，MBOM不再单向从PDM传递到ERP，出现了不完善的MBOM从ERP传递到PDM的逆向需求，不完善的MBOM在ERP系统中完善后再传回到PDM系统。

　　图1 ERP与PDM集成内容

　　不妨设工艺规程为PP，工程材料清单为EBOM，制造材料清单为MBOM，则

　　PDM管理数据的集合为A={…，EBOM，…};

　　企业经营信息的集合为B={…，MBOM，PP，…};

　　车间底层控制数据的集合为C={…，EBOM，…};

　　则PDM与ERP信息的交汇的集合为A∩(B∪C)，

　　其中ERP的集合为(B∪C)，如图2所示。

　　由图可以看出，ERP的核心是MRP。在ERP系统中，必须定义车间级的零件和整个生产组装过程，这些信息通过规划视图来管理生产和装配，所以它是面向产品和生产过程的，是计划状态的;同样，产品结构也是PDM的中心，设计工程师设计出来的工程视图更多的是强调产品的功能和如何尽心配置，产品结构和相应的文档及设计过程配合起来，提供完整的面向产品的定义，是设计状态的。因此，PDM与ERP两大系统的交汇，是产品的制造清单BOM和工艺汇总表。随着两个系统的不断扩展，越来越多的企业会把两个系统通过产品结构集成起来。

　　图2 ERP与PDM的信息交汇

　　2 ERP与PDM的信息集成分析

　　2.1 ERP与PDM的集成模式

　　通过对两个系统的集成内容和系统的交叉部分的分析，结合现在国内一些企业应用两个系统的情况，我们提出了以下四种集成模式：

　　(1)应用系统的封装集成。封装就是把对象的属性和操作方法同时封装在定义对象中。由于封装性，当程序设计改变一个对象类型的数据结构的内部表达时，可以不改变在该对象类型上工作的任何程序，“封装“使数据和操作有了统一的管理界面。通过CORBA规范可以增强PDM的可扩展性和ERP系统的集成能力。OMG(对象管理集团)正在制定的基于CORBA的PDM Enabler(PDM使能部件)标准规定了PDM系统的功能、PDM系统的逻辑模型和PDM产品之间的互操作性，并可以增强PDM的可扩展性和与ERP系统或与其他应用系统的集成能力。遵循该标准的PDM系统之间能够将一个PDM系统的数据转移到另一个PDM系统中，并实现应用系统的联邦机制，也即PDM应用系统能够管理ERP系统或者另一个PDM系统中的数据。同时，通过该规范定义的统一的对象界面，CAD、CAM可以调用这些对象界面所定义的服务，而不必关注对应的具体产品，从而极大方便系统的集成。

　　(2)直通模式集成。由于PDM系统和ERP系统的底层都是关系型数据库，产品的数据都存放在数据库的各自域中，直通模式就是两个系统都可以对数据库中的数据进行操作，并交换数据。因此应尽可能把PDM系统的数据存放在ERP系统的数据库中，实现两个系统的数据库的真正的共享，可在所有ERP部件中完全集成PDM系统，在两个系统中使用相同的数据模型和数据。

　　(3)间接模式集成。这种集成是将PDM与ERP系统需要交换的产品数据和相关文档按照统一的文档格式和接口要求进行存储，PDM与ERP系统通过各自编制的数据导入，导出接口来实现两系统的信息交换。当设计新产品或对旧产品进行修改时，相关数据将自动呈现在ERP系统中，同时ERP系统可以以一致和新的文件格式传送到PDM系统中。通常，这种集成模式支持通用的数据交换标准，如STEP、XML等。它们提供了一种不依赖具体应用系统的中性机制，用来描述整个产品生命周期中的数据。

　　(4)工具模式集成。PDM与ERP系统都各自开发了访问数据库的工具，以便两个系统之间进行信息交换。两大系统之间都必须根据各自系统数据接口类型的要求，提供给对方系统适当的访问数据库的工具。在PDM系统的产品配置的人机界面上，可以根据用户的要求输入产品配置数据，由PDM自动配置出相应的产品材料清单。ERP系统可以通过自己开发的访问PDM系统数据的程序，读取PDM系统产生的材料清单数据，再传送到ERP系统的产品结构树上。

　　2.2 PDM与ERP集成模式的分析

　　集成的原则，是实现不同系统间的互访。从以上四种集成模式可以看出：

　　(1)应用系统的封装集成，是集成效率的最好方案，但需要双方开发商的共同合作开发，而且软件升级会影响到接口功能的实现，开发工作人员的工作量大;

　　(2)直接数据库访问，要求对数据库的结构有较好的了解，软件开发商必须对企业公开软件底层的数据库结构;

　　(3)间接集成模式，是PDM将数据导入到中间文件中，ERP从中间文件中提取数据，实现数据传递，集成成本低，容易实施且见效快，但必须得到ERP和PDM两个系统的支持，有数据导入和导出功能接口，以便中间文件处理工具的开发;

　　(4)工具式集成模式，可以对两个系统采用不同的数据库采用提供给对方适合的数据库访问工具，可以从两个系统中提取数据，通过接口对中间数据处理，能实现简单工艺数据的处理，可以实施CAPP，但从PDM导出的数据只是产品设计信息，没有工艺处理信息，无法满足ERP系统的要求。

　　3 ERP与PDM信息集成技术

　　上面介绍的四种集成模式实施的工作量，集成的难易程度都各不相同，企业应根据各自的需求和能力，选择适合自身的集成模式。因此，我们将研究以下三种集成技术供企业实施和借鉴。

　　3.1 基于COM的ERP/PDM集成技术

　　(1)基于COM集成的ERP/PDM集成体系结构。实现PDM与应用系统的集成，关键是实现系统集成工具，在实现系统集成工具时，可以采用COM作为支撑技术。对于PDM/ERP集成，可采用图3所示的体系结构。

　　图3 PDM/ERP集成体系结构

　　它由ERP用同步服务器和ERP用适配器构成。适配器和各ERP系统之间，有特定的连接协议，这些协议一般都是由ERP和PDM厂商共同完成。PDM系统设计新产品或对旧产品进行修改信息传到PDM数据库的同时，映射到ERP用同步服务器上，通过同步服务器提供给其他ERP系统。用户可利用适合各种ERP系统的适配器，直接从同步服务器提取同步信息，当然，这些适配器可方便的与各自的ERP进行数据通讯。基于COM技术是一种可以跨平台、与语言无关、可重用的“中间件”技术，也就是在COM中，组件将软件作为COM对象进行封装，并在接口中描述客户访问该对象的方法，客户端通过接口就可以访问对象提供的服务。可采取“分散”的体系结构，即参与集成服务的系统以构件方式提供接口，其他系统要求服务时，只需调用这些构件就可以实现。利用COM技术，将接口与具体的数据库操作实现分离，使信息处理实现实时动态，不仅共享信息，且共享界面和功能，提高集成接口的可重用性和扩展性，降低集成成本。

　　(2)基于COM集成的ERP/PDM集成技术实现。COM组件分为进程内(DLL)、进程外(EXE)和ActiveX控件三种方式。前两者是没有用户界面的，最后一个控件为用户提供了可视的界面。开发ERP和PDM数据交换的组件，必须了解相关数据存储表的结构，ERP的BOM表是一个描述产品父子关系的表，其主要字段为物料号、父件号和相应的数量等。在生成COM组件时，将该COM组件及其中的组件作为组件的COM类对象，给出访问这些对象的方法和属性，最后按照DLL或EXE的形式，将其编译生成的是COM服务器组件。在客户端，只要调用组件给出的接口，就可以实现对BOM表的操作了。对ERP的BOM表进行存储操作的COM组件的结构如图4所示。图中PDM集成用户界面完成对MBOM结构数据的提取、更新和存储等操作。

　　图4 对MBOM表进行存储操作的COM组件结构

　　3.2 基于CORBA的ERP/PDM信息集成技术

　　利用CORBA技术，可将接口与具体的数据库操作实现分离，使信息处理达到实时动态的水平，不仅共享信息，而且共享界面和功能，对集成接口的重用性、可扩展性和降低集成的成本有重要作用。基于这种技术下的企业级应用系统，应用于企业内部网上，向多个部门提供服务。ERP和PDM应用系统的请求，由客户端的对象请求代理接收，并传送给对象服务，对象管理服务被实现为多个构件独立服务对象，服务和代理之间通过公共的、标准化的“对象服务/访问/请求总线”通信，实现对象服务定位和数据传递。

　　3.3 基于STEP标准文件格式的ERP/PDM信息集成技术

　　它是应用基于STEP的产品数据库来实现PDM与ERP系统间的信息集成。集成系统采用PDM系统作为集成平台，CAD、CAM、CAPP系统采用STEP来描述其产品模型，数据的交换通过SDAI实现。ERP是非STEP标准的应用系统，它与STEP集成需在客户外壳(Shell)的控制下，通过ERP自定义模型与STEP之间建立起信息转换接口，将系统按照自定义模型存储的实例化数据转换成STEP格式，进一步实现PDM系统与ERP系统的信息集成。其集成原理如图5所示。

　　图5 基于STEP标准的信息集成结构

　　4 结束语

　　ERP与PDM，作为CIMS中设计自动化分系统和经营管理与决策分系统的重要组成部分，它们是管理整个产品定义和产品生命周期的核心。在CIMS中，ERP与PDM的有效集成，可以提高企业的运行效率，解决了“信息孤岛”的问题，减少了信息冗余和信息冲突。本文根据CIMS环境的信息集成的特点，分析了ERP与PDM系统的信息交叉内容及其过程，通过对二者相同点的分析，提出了针对不同情况的集成模式，并对各种模式之间集成优缺点，进行了简单的分析。针对不同模式的差异，提出了CIMS环境下的三种ERP/PDM信息集成技术。本文的理论研究，力图帮助我国软件工作人员在进行集成技术之前，系统分析和吸取国外大型软件的信息集成思想;同时帮助企业中的生产管理人员，借助管理信息系统工具对CIMS中的信息流提出集成的思路和方法，从而真正实现产品整个生命周期的管理进程，以供企业借鉴与应用。