1 前言
北京石油機械廠（以下簡稱：北石廠）隸屬于中國石油天然氣集團公司鉆井工程技術研究院，是集開發、設計、制造、銷售、服務為一體的現代化石油鉆采裝備的專業制造企業。經過50余年的發展，北石廠已經從一個從事簡單機械加工的工廠，成長為科技化、數字化、國際化的高新技術企業。
為了縮短與國際先進企業的差距，促進企業長久發展，北石廠確立了企業發展長遠規劃，明確了“科技化、數字化、國際化”的發展戰略。同時將信息化建設作為企業戰略規劃的一個重要組成部分。確立了“研發信息化”、“管理信息化”、“制造信息化”、“服務信息化”的信息化發展思路和整體構架。
北石廠在實施信息化建設的過程中，為滿足不同時期的不同需求，先后實施了各種單元技術信息系統，如：CAD(Computer Aided Design)、CAPP(Computer Aided Process Planning)、CAE(Computer Aided Engineering)、ERP(EntERPrise Resources Planning)、PDM(Product Data Management)等，這些信息系統的實施在一定程度上加強了企業的信息化管理水平，提高了企業的信息流、資金流的流轉速度。
2 CAx/PDM/ERP各系統運行概況
2.1 北石廠ERP運行概況
2003年北石廠首先建立了ERP系統，包括產品數據管理、庫存管理、生產計劃管理、采購管理、車間任務管理、工藝過程管理、財務管理、成本管理等模塊。基本覆蓋企業銷售、采購、財務、產品研發、生產、庫存、成本核算等各個生產經營環節。ERP系統的建立使企業的生產經營活動進一步規范化、程序化，實現了企業物流、資金流、信息流的集成，大大促進了企業管理流程的完善。
目前北石廠ERP系統已經成為企業日常經營管理中不可或缺的業務管理平臺。
2.2 北石廠CAx/PDM運行概況
在研發管理信息化方面，北石廠和其它機械裝備制造企業一樣也經歷了甩圖板的過程。通過應用CAD(CAXA二維電子圖版、三維實體設計)、CAPP工藝設計等軟件，實現了所有產品圖紙的電子化。并且通過使用ANSYS有限元分析軟件對產品關鍵零部件進行分析，大大提高了產品研發設計的效率。
產品數據管理(PDM)系統是近幾年來為實現信息集成而發展起來的一個先進的管理思想，PDM系統將所有與產品相關的信息和過程集成在一起。北石廠PDM系統包括產品研發項目與任務管理、圖文檔管理、產品結構與配置管理、人員權限分配、工作流管理、產品數據報表等功能。通過將所有與產品研發相關的文件進行集中管理，進一步縮短了產品研發周期。
2.3 存在的問題
CAx主要用于產品的設計和分析；PDM系統用于管理與產品有關的數據和過程；ERP系統用于管理企業的人、財、物、信息等企業資源。PDM系統與ERP系統在應用目標、應用范圍等方面有所不同。
隨著企業信息化建設的逐步深入，在企業研發管理過程中,僅依靠二維、三維、有限元分析等工具類軟件，很難發揮具有“團隊精神”的并行設計模式的優點。在實際應用過程中，PDM系統與ERP系統在功能和應用范圍上出現了延生，二者的分界線已經被打破，存在一定的信息重疊，并且系統之間也缺乏有效的信息傳遞和信息共享。由于企業內部所有產品從設計到生產的全生命周期中將分別涉及CAx、PDM和ERP等領域，如果這些系統不能進行相互協調,將很難發揮各個系統應有的效能。所以對CAx和PDM以及PDM和ERP系統進行信息集成，對于優化設計和制造過程、加速產品從設計領域到制造領域的轉化、有效縮短產品形成周期，促進企業技術創新都具有十分重要的現實意義。
要想實現企業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，使信息高度共享，提升企業的整體運行效率。
3 CAx/PDM/ERP集成框架和實施內容
目前國外已經有很多現代化的企業開始用工業工程的思想來管理企業，提高企業的整體經濟效益，并應用CAD/PDM/ERP集成系統作為實施工業工程的支持系統。
北石廠研發信息化采用CAXA公司的CAD、CAPP、CAM、PDM系統整體解決方案，應用ANSYS CAE仿真技術進行關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。
PDM系統本身提供一定的CAx集成基礎，但是缺少與ERP的有效信息集成。北石廠在獲得北京市科委“制造業信息化科技示范工程”的項目支持后，對企業業務需求進行調研，確定了如圖1所示的CAx/PDM/ERP系統集成框架。
圖1 CAx/PDM/ERP系統集成框架
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，以CAx為核心內容的設計創新鏈信息流；以ERP為核心的生產供應鏈信息流。各個單元的技術信息系統通過兩條信息流有機的關聯起來，信息流覆蓋了產品從設計到實現的全部生命周期。
3.1 基于PDM的CAx/PDM集成
基于PDM 為平臺的CAx/PDM 集成，實際上是要解決各個CAx 系統和PDM 之間的信息交互問題：①根據業務需求確定各個CAx 和PDM 交互的信息內容，②采用合理的集成方式，最終形成一個協同共享的信息環境。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系統采用電子倉庫對圖紙和各種知識文檔進行集中管理， 在管理時提供數據加密等安全性措施；在數據集中管理的基礎上，實現圖紙版本管理，支持快速查詢；系統提供產品結構管理，以結構樹的形式描述產品部件、零件間的裝配組成關系，支持從設計圖紙的明細欄和標題欄中提取信息，自動構造產品結構樹，并把相應的圖紙導入到電子倉庫中；在數據共享的基礎上，系統支持零部件的借用和復制，有利于設計工程師在基礎產品上快速構建新產品。
3.2 PDM與ERP集成
PDM 和ERP是管理整個產品定義和產品生命周期的核心。
PDM系統主要是管理所有與產品相關的信息（包括電子文檔、數字化文件、數據庫記錄等）和所有與產品相關的過程（包括工作流程和更改流程）的技術。它提供產品全生命周期的信息管理，并可在企業范圍內為產品設計和制造建立一個并行化的協作環境。ERP系統主要是控制生產計劃過程期望的產品銷售情況與制造這些產品所需消耗資源之間的關系。因此，ERP系統需要PDM系統提供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、材料規格等，一般而言，ERP系統中每一種物料都會有一個唯一的編碼，并且與PDM中物料編碼對應；②產品結構信息：記錄產品及其零部件的父子結構關系，如：產品由哪幾個部件組成，每個部件的數量，部件由哪幾個零件組成，每個零件的數量等；③加工工藝信息：即加工某個零件所需的設備、工時、材料等。這3類信息是ERP系統所需的基礎數據，也是其進行生產管理、成本管理等的依據。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系統集成時，北石廠采取與軟件供應商合作二次開發的模式，由CAXA在PDM軟件中定制開發操作界面，從PDM系統中提取符合ERP接口規范的物料、BOM、加工工藝等信息，并生成相應的XML文件，由鼎捷易飛ERP提供最新接口程序，通過接口將XML信息同步到ERP中。最終實現了物料屬性信息、BOM結構信息和加工工藝路線等基礎信息的及時傳遞。
4 集成應用展現
北石廠是從企業核心業務需求出發，通過一系列的分析探索和實踐，將CAx/PDM/ERP進行有效的集成，實現了關鍵業務數據信息的集成，最終實現項目控制、文檔存放、設計研發流程、質量管控、零部件生產制造、整機裝配等過程的高效管理。
4.1 研發項目與任務的管理
PDM的應用貫穿企業設計研發、項目管理和項目控制的全過程。新產品研發項目啟動后，項目負責人在PDM中立項（如圖4所示），編制并上傳產品設計包，同時將項目任務進行細化分解。
圖4 PDM中部分新產品項目相關文檔
子項目負責人可以登錄PDM查閱設計任務書及相應文檔。設計人員用二維CAD、三維CAD軟件設計完成后，在系統中提交設計評審，系統自動根據項目負責人指定的評審流程逐級進行審批。
圖5 研發工作流程審批
評審人在評審過程中可以提出評審意見，并做紅線批注。相關人員可以隨時查詢審批情況（如圖5所示）。在設計過程中也可以查閱自己或其他協同工作人員上傳的設計文檔，實現真正意義上的資源共享和協同工作。項目負責人通過對項目的進程進行計劃、調度、監視和監控，對整個研發項目做到及時掌控。
4.2 研發設計資源的集成管理
設計人員在產品研發過程中會產生大量的設計圖紙、工藝文件、三維模型等文件。CAXA PDM系統支持設計文檔的批量上傳，并能根據圖紙中的裝配明細表自動生成產品結構樹（如圖6所示）和零部件的關聯關系，同時生成相應的零部件屬性信息。
圖6 裝配明細表生成產品結構樹
統一管理的產品數據，能方便進行結構管理、圖紙管理、圖紙變更管理、借用查詢管理等，通過細致的權限管理，保證企業數據的完整性和一致性，實現對數據的安全管理。
4.3 統一產品數據源的工藝設計
在統一集中管理研發數據的基礎上，工藝人員能方便快速的查看工藝設計任務，查詢利用已生成的類似加工工藝信息，通過CAPP修改其中少部分數據，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布到PDM中。
4.4 企業產品研發與生產的最終集成
北石廠基于PDM的CAx集成，在程序架構和產品研發流程上實現了信息的交互，基本解決了產品研發過程中的協同設計、數據共享的問題。對于北石廠而言，除了要解決研發階段的集成問題，還需要跟生產過程及其它管理信息系統結合，從業務需求出發，建立企業級的綜合集成解決方案。對于ERP與PDM的集成，主要體現在產品基礎數據的集成。主要分為：產品BOM（含品號信息）集成和產品加工工藝信息集成。
圖7 PDM中開發的集成操作菜單
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的基礎數據的傳輸，只需要在PDM中進行簡單操作即可完成。其中為了保證ERP系統數據安全穩定，在執行BOM、物料信息和加工工藝路線信息導入前，程序會自動對數據進行檢查。一方面是對導入前數據內容、格式進行檢查，另一方面是通過ERP接口，將計劃導入的數據與ERP內的產品數據進行比對，對于ERP中已經存在的數據，不允許重復導入，并在操作界面上將是否允許導入的數據用顏色進行區分（紅色：不允許。藍色：允許）。另外，所有從PDM導入到ERP中的數據均有相應的輸出日志和特殊標記，后期可以很方便地對數據的追蹤和檢索（如圖10所示）。
圖10 從PDM導入的BOM
5 結論
隨著各個單元業務信息系統應用的逐步深入，越來越多的企業開始意識到，CAx、PDM和ERP分別管理企業的不同信息，只有將它們有效集成，才能發揮各信息系統的巨大的潛力，實現企業信息的共享。北石廠從企業核心業務需求出發，將CAx/PDM/ERP進行有效的集成，實現了關鍵業務數據信息的集成，取得了非常好的應用效果。北石廠成功的集成實踐經驗，將為其它機械裝備制造企業的集成應用提供一定的借鑒和參考。
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