制造企業(yè)PLM系統(tǒng)集成中的關(guān)鍵技術(shù)研究

李燕 張海濤

（中車廣東軌道交通車輛有限公司 廣東省江門市 529000）

產(chǎn)品全生命周期管理(Product overall Lifecycle Management PLM)是對產(chǎn)品從創(chuàng)建到使用，到最終報廢等全生命周期的產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理的先進(jìn)管理理念。以PLM系統(tǒng)為核心向上延伸與CAD、CATIA等二維、三維軟件集成，向下延伸與ERP、MES等核心系統(tǒng)集成，通過設(shè)計、工藝、制造一體化管理模型，建立以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)為核心的數(shù)據(jù)全相關(guān)管理，實現(xiàn)研發(fā)部門、企業(yè)各相關(guān)部門間對產(chǎn)品數(shù)據(jù)的協(xié)同應(yīng)用，從而縮短新產(chǎn)品設(shè)計準(zhǔn)備周期與變型設(shè)計準(zhǔn)備周期。進(jìn)一步有效提升企業(yè)的研發(fā)能力、工藝管理能力、協(xié)同效率和快速反應(yīng)能力，增強(qiáng)企業(yè)的核心競爭力。

本文基于制造型企業(yè)的PLM系統(tǒng)建設(shè)工作實踐，提出了制造業(yè)企業(yè)在實施PLM系統(tǒng)建設(shè)工作中面臨系統(tǒng)間集成的若干關(guān)鍵技術(shù)研究，以及實現(xiàn)車間無紙化辦公的解決方案。

1 需求分析

通過實踐調(diào)研與分析，在產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)工作過程中，面臨的PLM系統(tǒng)與實施外部集成主要的需求有：

1.1 與二維、三維設(shè)計軟件的集成

實現(xiàn)與當(dāng)前主流的設(shè)計研發(fā)工具軟件CATIA、AutoCAD、中望CAD等的無縫集成，實現(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，并使得異構(gòu)CAD環(huán)境下協(xié)同設(shè)計成為可能。應(yīng)支持自頂向下和自底向上兩種設(shè)計模式，支持高效并行設(shè)計。功能包含如：

（1）CAD文件直接輸入/輸出；

（2）CAD結(jié)構(gòu)與BOM的雙向自動同步；

（3）支持CAD軟件的數(shù)據(jù)類型；

（4）CAD模版管理；

（5）CAD模型屬性與PLM中零部件屬性雙向映射。

1.2 與ERP系統(tǒng)的集成

通過與主流ERP軟件(如SAP ERP系統(tǒng)）的集成，實現(xiàn)物料主數(shù)據(jù)、制造BOM、工藝路線、及技術(shù)變更等集成。PLM系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)源頭管理，應(yīng)通過接口傳輸?shù)紼RP系統(tǒng)，原則上不在ERP系統(tǒng)操作BOM及工藝路線等技術(shù)數(shù)據(jù)的創(chuàng)建與變更，接口后應(yīng)保持工藝BOM和ERP接口過來的BOM一致，接口后ERP數(shù)據(jù)邏輯及數(shù)據(jù)記錄的完整性應(yīng)與接口前保持一致。

1.3 與MES系統(tǒng)的集成

根據(jù)MES系統(tǒng)的功能與MES系統(tǒng)集成，實現(xiàn)圖紙到車間班組的下發(fā)、技術(shù)變更關(guān)閉等功能，圖紙、設(shè)計文件、技術(shù)通知等信息數(shù)據(jù)可直接傳遞到車間生產(chǎn)人員，提供無紙化的圖紙查閱功能，同時車間對于技術(shù)通知的執(zhí)行情況可通過系統(tǒng)集成通道進(jìn)行反饋，實現(xiàn)技術(shù)通知的閉環(huán)管理。

圖1：PLM與設(shè)計工具軟件集成場景

1.4 與供應(yīng)鏈、售后服務(wù)等上下游系統(tǒng)間的集成

圖2：PLM與ERP系統(tǒng)集成接口設(shè)計圖

實現(xiàn)將審批發(fā)布的圖紙和相關(guān)技術(shù)文件，發(fā)布到供應(yīng)鏈相關(guān)系統(tǒng)中，由供應(yīng)鏈相關(guān)系統(tǒng)將相關(guān)產(chǎn)品數(shù)據(jù)推送給供應(yīng)商，便于供應(yīng)商獲取信息并按照要求進(jìn)行反饋。實現(xiàn)將技術(shù)通知、圖紙、相關(guān)文件分類后下發(fā)至售后服務(wù)相關(guān)系統(tǒng)中。操作人員可以在售后服務(wù)相關(guān)系統(tǒng)中接收與其相關(guān)的技術(shù)通知，在線瀏覽或者下載對應(yīng)的圖紙、文件，對于處理情況進(jìn)行反饋。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 與二維、三維設(shè)計軟件的集成

集成接口的設(shè)計應(yīng)實現(xiàn)對設(shè)計工具軟件的緊密集成，支持統(tǒng)一標(biāo)題欄格式的圖紙中標(biāo)題欄信息進(jìn)行批量提取，形成物料信息及物料和圖紙關(guān)聯(lián)管理。在進(jìn)行電子流程審核時能對電子圖板進(jìn)行圈紅批注，同時實現(xiàn)對二維CAD的流程簽字信息輸出，并加蓋控章及保密標(biāo)識。

2.1.1 圖紙繪制

要求操作人員進(jìn)行圖樣整理使用統(tǒng)一的圖框、標(biāo)題欄規(guī)則，不允許自行定制。在設(shè)計圖樣中標(biāo)題欄中需維護(hù)屬性：編碼、圖號、名稱、版本等物料屬性信息。要求一個DWG文件中只允許存在一張圖紙。

2.1.2 圖紙?zhí)崛?/p>

不改變PLM系統(tǒng)中存在的“物料”的任何屬性，將圖紙進(jìn)行上傳并自關(guān)聯(lián)。按照圖紙結(jié)構(gòu)明細(xì)中的結(jié)構(gòu)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成一套完成的BOM結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù).圖紙?zhí)崛⊥瓿珊筮M(jìn)行流程審核，流程審核過程中審核人員可對圖紙進(jìn)行在線瀏覽、批注的方式進(jìn)行審核工作，圖紙通過流程后可以將相應(yīng)的簽字等信息會寫到回寫到圖紙中。

2.1.3 圖紙回寫

圖紙通過流程后可以將相應(yīng)的簽字等信息會寫到回寫到圖紙中，同時將圖紙系統(tǒng)中對應(yīng)版本號會寫到圖樣特定坐標(biāo)位置。

2.2 與ERP系統(tǒng)的集成

PLM系統(tǒng)作為產(chǎn)品數(shù)據(jù)源頭管理ERP系統(tǒng)運行所需的產(chǎn)品 物料主數(shù)據(jù)、工藝BOM、制造BOM、工藝路線等，而PLM系統(tǒng)所需的工作中心、控制碼等信息又來源于ERP系統(tǒng)，為保證數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性，提高信息的傳遞效率，制造企業(yè)在PLM系統(tǒng)建設(shè)實施工作中應(yīng)實施PLM系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)的集成工作。

其中，PLM系統(tǒng)發(fā)布到ERP系統(tǒng)集成的主要數(shù)據(jù)應(yīng)包括：

（1）物料主數(shù)據(jù)信息；

（2）制造BOM信息（MBOM）；

（3）工藝路線信息。

由ERP系統(tǒng)返回向LM系統(tǒng)提供的主要數(shù)據(jù)應(yīng)包括：

（1）基本計量單位信息；

（2）WBS項目號；

（3）工作中心數(shù)據(jù)；

（4）物料主數(shù)據(jù)庫存信息表。

2.2.1 集成技術(shù)路線

為確保集成數(shù)據(jù)流和業(yè)務(wù)操作完整性，建議采用數(shù)據(jù)集成接口方式，PLM與ERP數(shù)據(jù)傳輸時用RFC函數(shù)調(diào)用接口，ERP系統(tǒng)接受請求信息后調(diào)用RFC功能函數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的業(yè)務(wù)處理，ERP系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理完成后，發(fā)送返回消息到集成接口，最終將消息反饋到PLM系統(tǒng)中。

PLM系統(tǒng)數(shù)據(jù)向ERP系統(tǒng)集成主要涉物料數(shù)據(jù)的集成、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息的集成和工序路線的集成。PLM系統(tǒng)向ERP傳遞物料和BOM數(shù)據(jù)時，將進(jìn)行空值檢查、物料合規(guī)性檢查、數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)換，默認(rèn)值處理并對錯誤進(jìn)行精確定位。

2.2.2 物料主數(shù)據(jù)集成

PLM系統(tǒng)建立物料主數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)記錄表，記錄初始化數(shù)據(jù)物料的版本迭代、狀態(tài)信息，包含物料代號、物料名稱、版本、迭代、狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸是否成功，數(shù)據(jù)導(dǎo)出時間，數(shù)據(jù)集成操作人員；每次做數(shù)據(jù)同步時，進(jìn)行歷史記錄比較，若相同版本，相同迭代且為定版狀態(tài)時，就不需再傳遞該物料。同時包含父項代號、名稱、版本、迭代、狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸是否成功。BOM結(jié)構(gòu)同步時相同版本、迭代且傳輸成功的BOM不需進(jìn)行結(jié)構(gòu)展開傳遞BOM結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。

2.2.3 BOM信息集成

圖3：PLM系統(tǒng)與MES系統(tǒng)集成接口設(shè)計圖

在PLM系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)集成時，BOM同步的原則為：ERP系統(tǒng)中根據(jù)PLM提供的BOM結(jié)構(gòu)在ERP系統(tǒng)中重建結(jié)構(gòu)，父項狀態(tài)為定版時，不考慮子項物料狀態(tài)，父子關(guān)系全部同步到ERP系統(tǒng)中。BOM同步時應(yīng)首先同步物料，物料同步成功后再同步BOM結(jié)構(gòu)。

2.2.4 工藝路線信息集成

在PLM系統(tǒng)與ERP系統(tǒng)集成時，工藝路線與工序數(shù)據(jù)同步可設(shè)計為全部覆蓋，即ERP系統(tǒng)根據(jù)PLM系統(tǒng)提供的工藝數(shù)據(jù)刪除舊數(shù)據(jù)重新寫入新數(shù)據(jù)，同一批傳輸數(shù)據(jù)作為同一事務(wù)處理，若數(shù)據(jù)同步時遇到錯誤，全部數(shù)據(jù)回滾。

2.3 與MES系統(tǒng)的集成

PLM系統(tǒng)與MES生產(chǎn)制造執(zhí)行管理系統(tǒng)集成的目標(biāo)是解決基于在PLM系統(tǒng)中設(shè)計變更信息通過線上發(fā)布方式到達(dá)生產(chǎn)車間各班組。通過PLM系統(tǒng)與MES系統(tǒng)集成，PLM系統(tǒng)將評審發(fā)布的圖文檔清單發(fā)布到MES系統(tǒng)中，MES系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)接口實現(xiàn)瀏覽PLM系統(tǒng)圖文檔數(shù)據(jù)并確保圖文檔數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。同時通過集成接口實現(xiàn)變更單信息傳遞與反饋，PLM系統(tǒng)將變更通知利用數(shù)據(jù)集成接口發(fā)布到MES系統(tǒng)，MES系統(tǒng)維護(hù)不同變更執(zhí)行和質(zhì)檢情況，將該執(zhí)行情況反饋至PLM系統(tǒng)，實現(xiàn)變更執(zhí)行信息反饋，實現(xiàn)變更閉環(huán)。

2.3.1 集成技術(shù)路線

PLM系統(tǒng)為生產(chǎn)制造車間分發(fā)圖紙，提交設(shè)計變更申請流程，并收集變更信息反饋，形成閉環(huán)管理。MES系統(tǒng)班所需的圖紙瀏覽、變更內(nèi)容、變更單號等來源于PLM系統(tǒng)，為保證數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確性，提高信息的傳遞效率，形成變更信息反饋閉環(huán)管理，PLM系統(tǒng)發(fā)布到MES系統(tǒng)中的集成主要數(shù)據(jù)應(yīng)包括：

（1）工藝變更許可單信息；

（2）工藝變更許可單關(guān)聯(lián)的班組對象；

（3）文件目錄清單；

（4）項目信息。

由MES系統(tǒng)返回向PLM系統(tǒng)提供的主要數(shù)據(jù)應(yīng)包括：

（1）通知執(zhí)行情況反饋：車間對應(yīng)變更執(zhí)行情況（含質(zhì)檢），是否涉及研發(fā)驗證；

（2）文檔簽收反饋信息；

（3）班組信息。

2.3.2 接口方式

數(shù)據(jù)與文件集成采用兩種傳遞模式：

（1）數(shù)據(jù)采用數(shù)據(jù)庫中間表方式，PLM系統(tǒng)與MES系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸時用中間表數(shù)據(jù)寫入方式傳遞，PLM系統(tǒng)通過流程驅(qū)動將工藝變更許可單、文件目錄清單和關(guān)聯(lián)班組對象屬性信息通過數(shù)據(jù)庫中間表方式同步到MES系統(tǒng)。MES系統(tǒng)獲取該數(shù)據(jù)信息后在系統(tǒng)創(chuàng)建對應(yīng)變更/分發(fā)代辦事項，業(yè)務(wù)處理完成后，將變更單對應(yīng)的班組執(zhí)行信息和質(zhì)量檢驗信息同步到中間表中，由PLM系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取進(jìn)行回寫，到變更單據(jù)關(guān)聯(lián)下各車間班組的執(zhí)行情況反饋中。

（2）文件瀏覽接口方式采用通過PLM系統(tǒng)提供瀏覽接口（COM組件）與文件清單數(shù)據(jù)（中間表），MES系統(tǒng)調(diào)用PLM系統(tǒng)提供COM組件接口，調(diào)用瀏覽器瀏覽圖紙，源文件由PLM系統(tǒng)統(tǒng)一管控，MES系統(tǒng)瀏覽，不同步源文件。

2.3.3 接口邏輯說明

PLM系統(tǒng)向數(shù)據(jù)庫的中間表同步數(shù)據(jù)（變更單信息、文件清單等），同時在PLM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫日志表中記錄同步信息。

MES系統(tǒng)接收到PLM系統(tǒng)傳輸?shù)墓に囎兏S可單基本屬性、文件目錄清單等屬性后，在MES系統(tǒng)中生成對應(yīng)代辦事項，打開代辦事項后生成相關(guān)對應(yīng)明細(xì)項，實現(xiàn)通知和技術(shù)文檔的簽收功能和形成簽收記錄。瀏覽文件時，通過PLM系統(tǒng)提供的COM組件接口，對PLM系統(tǒng)內(nèi)的源文件進(jìn)行瀏覽。

2.4 車間無紙化方案設(shè)計

實施車間無紙化解決方案的目標(biāo)是解決基于在PLM系統(tǒng)中電子化數(shù)據(jù)歸檔審批、變更后的產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)信息通過線上發(fā)布方式到達(dá)生產(chǎn)車間電腦，車間人員在電腦上可以通過查詢等方式直接獲取到產(chǎn)品相關(guān)圖文檔資料，方便與現(xiàn)場紙質(zhì)圖文檔進(jìn)行“比對”，確保圖文檔數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。實現(xiàn)車間無紙化電子圖紙不僅可以有效降低諸如圖紙打印、分發(fā)管理等顯性成本，更可以消除因圖紙版本錯誤而導(dǎo)致的原材料報廢、生產(chǎn)周期過長等隱性成本，同時提高設(shè)計與簽審效率。

車間無紙化同時包含對于車間變更通知的閉環(huán)管理，解決工藝人員下發(fā)通知后由于沒有信息化的手段對變更執(zhí)行情況無法進(jìn)行有效的過程監(jiān)控的問題。通過PLM系統(tǒng)與MES集成，PLM系統(tǒng)向MES系統(tǒng)推送變更信息，且獲取車間班組和質(zhì)量人員在MES系統(tǒng)線上進(jìn)行執(zhí)行情況的反饋信息，在PLM系統(tǒng)查看變更標(biāo)識達(dá)到變更閉環(huán)管理的目標(biāo)，從而解決了業(yè)務(wù)執(zhí)行分散、數(shù)據(jù)重復(fù)維護(hù)等問題。在解決閉環(huán)管理目標(biāo)的同時，避免了后續(xù)再出現(xiàn)變更數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作難度大、統(tǒng)計復(fù)雜問題。

2.4.1 業(yè)務(wù)過程設(shè)計

設(shè)計人員在完成產(chǎn)品設(shè)計工作后，在PLM系統(tǒng)上傳設(shè)計完成的圖紙、技術(shù)文件等發(fā)起流程審核工作，在線上完成“批準(zhǔn)”后相關(guān)圖紙、技術(shù)文件定版發(fā)布；設(shè)計成果定版后由技術(shù)工藝人員進(jìn)行產(chǎn)品相關(guān)工藝設(shè)計，設(shè)計完成后在PLM系統(tǒng)中創(chuàng)建工藝設(shè)計文件,并進(jìn)行線上流程審核，審核完成后定版發(fā)布；工藝文件流程審核完成后續(xù)需在PLM系統(tǒng)中創(chuàng)建“工藝/質(zhì)量文件分發(fā)單”，填寫分發(fā)單屬性并選擇需要分發(fā)的各車間；將“工藝/質(zhì)量文件分發(fā)單”與工藝設(shè)計文件與設(shè)計圖紙、技術(shù)文件放入對應(yīng)連接頁和流程對象組中，一起提交到流程中；在流程簽審過程中，根據(jù)分發(fā)單中選擇的車間將數(shù)據(jù)同步到MES系統(tǒng)中，車間操作人員在MES系統(tǒng)中查看圖文檔，實現(xiàn)資料到各車間的無紙化分發(fā)；同步到MES系統(tǒng)后，MES系統(tǒng)會創(chuàng)建對應(yīng)的“代辦通知”，車間操作人員在MES系統(tǒng)中確認(rèn)分發(fā)的圖文檔并簽收；

各車間操作人員直接通過車間電腦，通過登錄MES系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)設(shè)計圖文檔、工藝圖文檔的瀏覽。

2.4.2 系統(tǒng)集成方案

實施車間無紙化解決方案以及車間變更通知的閉環(huán)管理方案，主要涉及PLM系統(tǒng)與MES系統(tǒng)的接口集成，具體可參見本文第2.3章 PLM系統(tǒng)與MES系統(tǒng)的集成設(shè)計。

3 應(yīng)用實踐

本文對于PLM產(chǎn)品生命周期管理系統(tǒng)與外部系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)研究，在一些大型制造企業(yè)應(yīng)用實踐并取得了一定的效果，總結(jié)PLM系統(tǒng)實施及系統(tǒng)集成工作對于制造業(yè)企業(yè)的幫助主要體現(xiàn)在：

（1）構(gòu)建企業(yè)級的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)統(tǒng)一管理平臺，以數(shù)據(jù)管理和流程管控為核心，對產(chǎn)品數(shù)據(jù)和過程進(jìn)行有效管理，實現(xiàn)對產(chǎn)品生命周期內(nèi)數(shù)據(jù)的集中有效管理，全面提高企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計的核心能力。

（2）數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、集中存儲，提高各部門數(shù)據(jù)共享程度和信息透明度，達(dá)到知識積累的目的。

（3）建立統(tǒng)一的物料數(shù)據(jù)庫，規(guī)范統(tǒng)一的物料申請流程，通過標(biāo)準(zhǔn)審批進(jìn)行審核審批創(chuàng)建物料，規(guī)范物料管理，統(tǒng)一管理物料編碼體系。

（4）建立統(tǒng)一的設(shè)計和工藝數(shù)據(jù)管理平臺，規(guī)范設(shè)計和工藝平臺，規(guī)范設(shè)計和工藝模板，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源頭，提升設(shè)計和工藝標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化程度，為后續(xù)數(shù)據(jù)管理奠定基礎(chǔ)。

（5）實現(xiàn)與ERP系統(tǒng)的集成，為ERP提供準(zhǔn)確全面的產(chǎn)品數(shù)據(jù)（物料、BOM），實現(xiàn)企業(yè)級數(shù)據(jù)共享；同時實現(xiàn)ERP向軌道交通產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享平臺系統(tǒng)數(shù)據(jù)同步（工作中心、基本計量單位、WBS元素、物料組、物料類型、原始組、采購組、物料庫存查詢）。

（6）實現(xiàn)與MES系統(tǒng)的集成，為MES系統(tǒng)提供信息數(shù)據(jù)和變更通知以及制定文檔，實現(xiàn)變更業(yè)務(wù)執(zhí)行反饋閉環(huán)管理，設(shè)計變更發(fā)起，工藝變更轉(zhuǎn)換后下發(fā)車間，由車間人員通過系統(tǒng)在線上執(zhí)行反饋完成閉環(huán)。

4 總結(jié)

本文重點闡述了制造業(yè)企業(yè)在實施PLM系統(tǒng)建設(shè)工作中面臨系統(tǒng)間集成的若干關(guān)鍵技術(shù)研究，以及實現(xiàn)車間無紙化辦公的解決方案。包括物料/BOM/工藝路線方面集成，PLM系統(tǒng)與繪圖工具軟件、ERP系統(tǒng)、MES系統(tǒng)的雙向集成應(yīng)用。在企業(yè)信息化建設(shè)工作中，期望打破PLM系統(tǒng)與核心系統(tǒng)之間的信息壁壘，打通數(shù)據(jù)的傳遞，實現(xiàn)工作的有效溝通。