| 摘要：研究ETO生产方式下以成组技术为基础的CAD/CAPP/PDM/ERP 的集成方法，包括面向CAD/CAPP/PDM/ERP的集成的成组信息编码，基于成组编码的CAD/PDM集成、CAPP/PDM 集成和PDM/ERP集成。提出了基于成组技术的CAD/CAPP/PDM/ERP集成框架，研究了贯穿于CAD、CAPP、PDM与ERP系统的统一的成组编码方案和信息编码方案。 |
1 前言
随着科学技术的不断进步，产品供应市场的日益国际化，市场竞争的日趋激烈，用户对产品的需求也越来越趋向个性化。为了满足用户的个性化需求，越来越多的企业采用按定单设计(Engineering-To-Order，ETO)的生产方式。ETO生产通常具有以下主要特征：产品设计、工艺设计、工装与工具设计的工作量大，产品、零件、工装与工具的种类多，单件与小批量生产，产品报价困难，产品与零件的跟踪较困难，物料采购采用因需定量法，物料库存低，生产周期长，生产成本高，生产流程复杂，管理难度大。 为了能快速响应市场的变化，满足客户对产品交货期、质量、价格和所提供的服务等方面越来越高的需求，在竞争中取得优势，越来越多的ETO生产企业会采用成组技术(Group Technology，GT)、计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)、计算机辅助工艺设计(Computer Aided Process Planning，CAPP)、产品数据管理(Product Data Management，PDM)、企业资源计划(Enterprise Resources Planning，ERP)等先进技术与系统。但是，由于这些技术与系统都有其各自的特点与应用范围，如果独立地应用这些单元技术与系统不能很好地解决ETO企业存在的上述问题。要彻底解决问题，必须把GT、CAD、CAPP、PDM、ERP等技术与系统整合成为一个一体化的系统。 GT、CAD、CAPP作为提高产品设计、工艺设计、零件制造效率与水平的技术，已得到了深入的研究与广泛的应用，取得了较好的效果。对CAD/GT、CAPP/GT集成技术也已有较深入的研究与应用，GT在FMS与CIMS中也有初步的应用。PDM、ERP是近十年迅速发展起来的产品设计与制造管理技术，已成为业界研究与应用的热点。但无论在国内还是国外，对如何把GT与CAD、CAPP、PDM、ERP相结合，实现基于GT的CAD/CAPP/PDM/ERP集成的研究还不多。本文试图从ETO生产企业入手，研究基于GT的CAD/CAPP/PDM/ERP集成问题，给出基于GT的CAD/CAPP/PDM/ERP系统的集成框架与统一的成组信息编码方案。 2 面向CAD/CAPP/PDM/ERP的成组信息编码
基于GT的CAD/CAPP/PDM/ERP集成系统的核心是建立一套成组编码体系结构。成组编码体系的制定除了考虑产品与零件特点外，应更多地考虑CAD、CAPP、PDM、ERP系统及这些系统间集成的特点与需求。CAD对成组编码的需求主要是能减少零部件种类，提高产品与零部件设计效率，提高零部件的标准化、通用化与系列化程度。CAPP系统对成组编码的需求主要是对相似零件进行归类，能根据成组编码检索成组工艺，使相似零件尽量使用同一套工艺、同一套工装与工具，提高工艺设计效率和工艺的标准化程度。PDM系统对成组编码的需求主要是有一套比较规范的编码规则，以便能根据编码规则自动生成零件的成组编码，以及能根据成组编码来检索相似的零部件。ERP系统对成组编码的需求主要是能根据零件的成组编码或成组编码的一部分来检索相似的零部件，以便能复制相似零部件的数据，如物料主文件等，大大减少基础数据录入与维护的工作量。但是，由于多个零件可能具有相同的成组编码，不能做到一物一码，因此，成组编码不能作为ERP系统中的物料编码。基于同样的原因，成组编码也不能作为CAD零件设计图的图号。因此，面向CAD/CAPP/PDM/ERP集成系统中物料的信息编码应该包括两个：成组编码和物料编码。成组编码用来对物料进行分类和检索，以减少零部件、工装、工具种类与数量，提高工艺标准化程度，缩短零部件与产品的制造周期。物料编码用来对物料进行标识，实现一物一码。CAD中的零件设计图的图号也直接采用物料编码。虽然物料编码原则上可采用无意义的编码(如顺序号)，只要满足物料编码的唯一性和码位不能太长这两个原则即可，但无意义的物料编码难以为设计与制造人员所识别和使用。因此，物料编码应具有一定的意义，但又不能包含太多的意义，以免影响编码的通用性与适用性。 通常，物料编码可在按物料的大类、中类和小类分类的基础上进行编码。而成组编码通常也是由物料的分类码和特征码组成的。因此，作为一个统一的编码方案，可以把成组编码和物料编码中的分类码部分统一起来，便于编码与使用。 在CAPP与ERP中，除了产品与零部件等物料外，还涉及原材料、毛坯、标准件、外购件、夹具、刀具、量具、工作中心、设备等物料与资源，对这些物料与资源同样需要进行编码。另外，在ERP中，还需要对供应商、客户、订单、库房、部门、人员等信息进行编码。对于这些物料与资源信息，也可在分类的基础上进行编码。因此，在CAD/CAPP/PDM/ERP集成系统中，完全可以按成组技术的思想在对所有资源信息分类的基础上进行统一编码。
图1 统一的信息编码体系结构 |
面向CAD/CAPP/PDM/ERP集成系统的信息编码体系结构如图1所示。信息编码采用分类码(一级码)与二级码相结合的方法。分类码标识资源的类别，采用四段柔性结构，第一段为资源类别码，第二至第四段分别为资源的大、中、小类的分类码。分类码的结构是柔性的，一方面，对于不同的资源类别可具有不同的结构：另一方面，C段与B段不是必需的，对某些资源来说，可以没有C段甚至B段。分类码各段之间具有隶属关系，构成树状结构。分类码各段的码值采用顺序号，按照编码实施的先后顺序赋予相应的对象。下表是资源类别码的一个例子。二级码表示物料的特征码和(或)标识码，物料特征码用于产品与零部件的成组编码，标识码用于所有的资源(包括产品与零部件)的信息编码。因此，对产品与零部件来说，物料特征码与标识码是两套并行的二级码，而对其它资源来说，只有标识码。标识码的作用是明确无二义地标识一个实例化对象，也用多位数字构成的顺序号表示。 资源类别码举例表资源
类别码 | 资源类别 | 说明 |
|---|
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20产品 | 非标部件
非标零件
标准零部件
铸件
锻件
原材料
包装物
设备
刀具
量具
工装夹具
辅助材料
工作中心
客户
供应商
订单
人员
工序
库房 | 指企业销售的产品
指各类产品所包含的各个层次的非标部件和组件
指各类产品包含的各种非标零件
指国标、部标和行业标准零部件
指用于制造零件的各种铸件
指用于制造零件的各种锻件
指企业购进的各类原材料
指在产品生产、保存和出厂时所使用的包装物
指各类设备资源
指各类刀具资源
指各类计量器具资源
指各类工装夹具资源
指企业购进辅助材料
指企业进行生产与成本核算的基本单位
指企业的客户
指企业的各类供应商与外协厂商
指企业签定的各类合同与订单
指企业的各类人员
标准工序资源
指企业的各个库房 |
3 基于GT的CAD/CAPP/PDM/ERP的集成框架
对于ETO生产企业，要实现CAD/CAPP/PDM/ERP的集成，除了要解决它们集成中一般的问题外，还要考虑如何与GT相结合。在通常的CAD/GT或CAPP/GT系统中，自动编码与检索系统往往采用外部集成的形式。而在基于GT的CAD/CAPP/PDM/ERP集成系统中，应利用PDM系统的编码功能，来实现成组编码与物料编码的自动生成。并在PDM中根据成组编码来检索相似产品、零部件与成组工艺。PDM把CAD、CAPP与ERP产生的共享数据集成在一起，形成如图，所示的项目树。该项目树把各种数据按类分层次地进行组织与管理，图2虚线椭圆中的数据表示引用箭头所指部分的数据。利用该项目树，PDM可把生成的成组编码与物料编码传递到CAD、CAPP与ERP中，把CAD产生的EBOM、图档、零件属性与特征传递到CAPP，把CAPP产生的MBOM与工艺路线传递到ERP中，形成以PDM为数据中心的集成系统。CAD/CAPP/PDM/ERP的集成框架如图3所示。
图2 PDM中的项目树 |
图3 CAD/CAPP/PDM/ERP的集成框架 |
4 CAD/CAPP/PDM集成
通常情况下，CAD、CAPP与PDM是各自独立的系统，虽然PDM与CAD的集成性较好，但CAPP与CAD、PDM的集成性较差。因此，CAPP/CAD的集成可通过CAD/PDM集成与CAPP/PDM集成来实现。在ETO生产企业中采用成组技术的主要目的是减少零部件的种类，提高零部件的标准化程度。在GT/CAD/CAPP/PDM系统中进行产品设计时，首先要根据成组编码体系结构，利用PDM的自动编码工具生成产品、零部件的成组编码，并根据成组编码来检索相似的产品、零部件。对必须设计的新产品和零部件，先用PDM自动编码工具生成产品、零部件的物料编码，并把生成的两个编码传递到CAD中，对相似产品和零部件进行修改，产生新零部件的CAD图文档，并在PDM中进行归档，生成相应的EBOM。同时，应在PDM系统中建立标准件和外购件库，以便在进行产品设计和生成EBOM时，自动判断哪些是标准件，哪些是外购件。 CAPP/PDM的集成通常有两种方法，一种是采用与CAD/PDM集成类似的方法，即把所有的CAPP图文档全部由PDM来管理，这种方法对CAPP的集成要求较高，适合于由同一厂商产品开发的CAPP/PDM集成系统：另一种是CAPP图文档由CAPP系统管理，仅把外系统需要的共享数据(如MBOM、工艺路线等)集成到PDM中。但不管采用什么方法，都要先根据成组编码来检索成组工艺。在检索不到合适的成组工艺时，应根据PDM中的产品装配图与零件图、零件属性与特征生成零件加工工艺与装配工艺文件，并根据EBOM与工艺文件生成MBOM。同时，把生成的MBOM、零件工艺路线传递到PDM中。 5 PDM/ERP集成
PDM和ERP间需要集成的数据主要是物料编码、成组编码、MBOM、工艺路线、物料供应商信息等。其中成组编码在ERP中可作为物料主文件的一个属性来表示。在ETO生产企业的ERP中使用成组编码具有以下优点： - 根据成组编码可快速复制相似零部件的物料主文件等基础数据，大大减少基础数据的录入与维护工作量：
- 根据成组编码可编制成组生产计划，组织零部件的成批生产：
- 根据成组编码中的部分特征码，可合理地进行生产任务的安排与调度，例如对渗碳层深度接近的零部件可配成同一炉进行热处理等。
通常，PDM和ERP间的集成通过数据文件的转换来实现。但由于数据存放在两个系统中，当发生工程更改时很难保持数据的一致性。理想的情况应把PDM系统中需要与ERP共享的数据存放在ERP系统的数据库中。但实际上PDM和ERP是两个独立的系统，要保证它们之间数据的一致性，一方面要建立两个系统间集成数据的对应关系，另一方面需要在PDM中开发一个数据同步服务器，对工程更改过程进行记录，利用COM/DCOM等技术把有关数据的变化同步地复制到ERP系统中，实现PDM与ERP系统间数据的同步。 6 结束语
成组技术是解决ETO生产企业产品设计与工艺设计工作量大、零件种类多、单件小批量生产、生产周期长等问题的有效方法。随着企业信息化程度的提高和GT、CAD、CAPP、PDM、ERP、CIMS、CE等技术的深入应用，ETO生产企业必然要走向GT/CAD/CAPP/PDM/ERP的集成。本文在研究CAD、CAPP、PDM、ERP特点的基础上，研究了面向ETO生产企业的GT/CAD/CAPP/PDM/ERP的集成方法，提出了CAD/CAPP/PDM/ERP集成的统一的成组编码与信息编码体系结构，给出了基于GT的CAD/CAPP/PDM/ERP集成框架。这种集成方法的研究对于推动CIMS、并行工程在ETO企业中的应用具有重要意义。
