异地协同设计中PDM与ERP的信息集成

    PDM（Product Data Management System，即产品数据管理系统）和ERP（EntERPrise Resource Planning ，即企业资源计划）是当前先进制造技术群中涉及企业管理和信息化建设的两个重要技术领域。在理论上，PDM能够集成并管理所有与产品相关的信息及与产品相关的过程。在异地协同设计中它能帮助各协同伙伴构造一个适合异构计算机运作环境的集成应用平台。ERP则是在MRPⅡ基础上发展起来的先进的企业经营管理模式，它进一步吸取了现代管理思想，在异地协同设计中可以帮助协同伙伴对企业活动、制造中的所有资源和过程进行统一管理。由于PDM和ERP管理侧重点不同，产品在其整个生命周期（Product Over- Life Management ，简称PLM）的形成过程中将涉及PDM和ERP两个领域，所以对PDM和ERP的系统集成是异地协同设计亟待解决的关键技术之一，具有很强的工程实践意义。

    根据实际需求的不同，企业可以采用不同的PDM和ERP系统，因此技术集成的方法和采用的开发平台会有所区别。但无论是基于哪一种技术集成的方法，其信息集成的原理基本相同。尤其对于进行异地协同设计的企业，如何将协同设计数据转化到后续制造系统，对于数字化设计与制造，以及真正实现产品整个生命周期的管理（PLM）是非常重要的。为了解决企业内部之间的信息传输和数据的一致性问题，本文分析了在异地协同设计中PDM和ERP功能的异同，构造了异地协同设计中PDM和ERP集成的体系结构和工作流，提出了解决设计BOM与制造BOM之间的信息集成方法。

1 PDM与ERP的区别与联系

    在异地协同设计中，PDM对与协同设计产品相关的信息和过程进行管理，侧重于产品组成信息流的管理。同时，它还是一项重要的使能技术，根据所管理产品逻辑信息的约束条件和某些过程条件，支持基于并行工程的产品形成过程。其代表的功能有：工程数据存储和管理、产品信息结构管理、产品信息、配置及管理、项目管理、工作流程管理、产品变更信息管理、标准件管理等。它以一个企业为整体，跨越整个工程技术群体，提供了产品整个生命周期的信息管理，是产品快速开发和业务过程快速转化的使能器。PDM共分3个层次：图纸文档电子化管理、部门间的数据管理和企业间数据管理。异地协同设计中的PDM属于企业间数据管理。

    在异地协同设计中，ERP对企业中与制造有关的所有资源和过程进行统一管理，侧重于制造领域管理的主要功能有：主生产计划（MPS）、物料需求计划（MRP）、原材料采购计划、车间作业计划、工装设备管理、财务管理、库存管理、分销管理等。ERP是建立在信息技术基础上，依据系统工程，为企业决策层提供决策运行手段的管理平台。

    “设计BOM”和“制造BOM”（又叫材料明细表）是PDM和ERP系统最关键的输入信息。两种技术的出发点不同：PDM系统的“设计BOM”给出了产品“按设计角度（As Desi e ）”的视图，解决产品具体是什么以及怎样用与之相关的工程数据来描述；而“制造BOM”是“按制造角度（As Built ）”的视图，描述产品怎样在车间生产以及怎样将它们装配起来。

    两类系统之间的差别也反映在它们所采用的底层技术上。ERP系统在结构上以企业组织的其他系统为基础，并且与它们互联；而PDM系统构建在企业组织的基础设施环境之上，这个基础结构支持企业组织快速改变工程计算环境。从系统的应用上看，在协同设计中两者的差异主要表现在以下几个方面：

    （1 ）管理对象

    PDM的管理对象首要和最重要的功能是捕获和共享任何形式的产品定义数据，它从协同产品设计生命周期的早期阶段就开始发挥作用，如产品的方案论证过程、概念设计过程、详细设计过程、工艺指定过程以及这些过程中的人员配置、协作关系等。而这种功能在ERP系统中却并不能得到充分的展示。

    ERP的管理对象，则是参（用）于生产的制造资源（设备、物料、车间班组等）和资源利用的生产过程，主要包括：产品的零部件原料采购、加工、制造和装配、销售、服务等。所以，PDM和ERP管理的对象在时间、地点、作用领域、相关支持工具、所采取的手段措施等方面存在区别。

    （2 ）用户化程度

    PDM系统通常提供应用程序界面（API ）开发工具，以便能为多种协同设计、制造、分析软件建立应用接口。这一独特的连接工具使系统集成工程师几乎可以使所有PDM功能进行用户化，以满足对特定软件设计工具的特定数据实施管理的要求。与此相反，现有的ERP系统在实施的过程中却不易进行用户化。其原因是ERP系统建立在一种先进的管理思想和模式的基础上，是一种科学的企业流程管理和系统管理，其用户化的过程会给企业带来很多风险，也不便于系统的实施。

    （3 ）产品结构和产品定义数据

    在大多数企业中，产品结构是从设计部门编写工程零部件清单开始的。工程部件清单通过手工输入到ERP系统，并且作为创建计划视图（As Planned ）材料明细表BOM（又称制造BOM）的起始点。确定按计划的视图以确定材料明细表是通过修改工程部件清单实现的，并且与其他计划信息一起来平衡生产需求与现有机器设备、材料以及可直接使用的劳动力资源之间的关系等。现代的PDM系统已经能够实现产品结构功能，它不仅能够提供传统的工程部件清单，而且提供一个易于使用的图形用户界面，让用户可以方便地定位和使用产品定义数据。目前的PDM系统基本上都采用面向对象的数据管理工具，这样就能够将产品定义数据与产品结构部件、子装配联系起来。用户能够利用导航工具，沿图形化的产品结构树来确定感兴趣部件的位置，并在此基础上展开描述该部件的产品定义数据。

    （4 ）控制变更管理

    PDM的更改功能可以跟踪更改协同设计产品处理的全过程：从更改提出之时起，贯穿所有受到影响的职能部门，直到更改在车间中得到实施。PDM工作流确保合适的人员执行必要的任务并且负责通知到所有受影响的职能部门。当工程师接到更改设计的任务时，将通过数据库的关系导航找到受影响产品的结构对象和设计数据。而ERP系统从产品计划视图的角度更改管理，一旦更改的细节通过了设计过程，并且更改对制造过程的影响也已清楚，制造计划安排过程就将在ERP系统中重新运行以决定在需求、存货清单、资源可利用性、零部件替换等方面是否需要更改。

    （5 ）控制配置管理

    配置管理就是所有企业同时使用产品的多个视图。应用PDM系统，在产品设计的整个生命周期中，虽然产品结构可能按各式各样的视图进行重新配置，但产品零部件对象仍然与那些定义它们的数据保持连接关系。而ERP系统由于面向生产计划，所以是按生产计划的视图管理产品配置。

2 PDM与ERP信息集成的必要性与集成模式

    在协同设计中，PDM 与ERP分别在不同时间处理不同的任务，但又相互关联，成为一个整体。然而现阶段PDM与ERP是被分而治之的，造成企业信息交换困难，也使协同设计与后续协同制造之间出现了信息传递的不一致。①ERP系统所需要的数据不能从PDM系统中自动获得，需要重新手工录入；②PDM系统无法对生产过程中的频繁更改进行跟踪和反馈，因此不能保证两个系统数据的一致性和完整性；③企业中各个部门之间数据往往重复使用，一个错误数据会造成一条错误链，致使数据混乱，很难加以修改，当发现时已造成很大损失。综上所述，PDM系统不能及时了解市场变化，不能使协同设计的产品面适应市场需求；而ERP系统由于得不到协同设计中经过整理的精确数据，企业的领导也不能据此做出正确决策。

    实践证明，在协同设计中，只有PDM与ERP两个系统的集成才可以使企业内部工程和制造部门快速和准确地传送信息，加速工作流程，保持企业之间的核心竞争力，最终给协同设计的企业及协同伙伴带来巨大的效益。近年来，随着PDM和ERP功能的扩大和外延，二者的界限已被打破，出现了重叠。因此，在产品开发全生命周期（PLM）中，如何更好地共享PDM与ERP之间的信息，对实现异地协同设计和协同制造过程是至关重要的。PDM与ERP的集成是实现协同设计与协同制造的核心技术。

    文献列举了企业信息化过程中PDM与ERP4 种不同的集成模式。本文将4 种集成模式与异地协同设计特点进行了对比分析。

    （1 ）基于团队级PDM的集成模式：该种模式的PDM系统一般与特定的CAD／CAM 紧密集成，如IMAN，UG。其优点是价格便宜、易于操作。缺点是只能与特定的CAD／CAM 系统工作，只适用于设计小组在同一CAD／CAM 环境下的异地协同工作，不适合多功能小组在不同CAD／CAM 系统或其他应用环境下的协同工作与数据管理。此外，与ERP系统的集成只能通过中间文件或中间数据库的方式进行，属于间接集成方式。随着企业应用系统的增加或应用范围的拓展，这种模式将不能适应企业范围内的集成需要。

    （2 ）基于企业级PDM的集成模式：这种模式以PDM为核心，由PDM提供唯一的产品信息源。优点是能支持不同应用系统的集成，满足企业较为长期的信息化需求，并能支持企业实施CIMS、并行工程和业务流程重组（BPR）等。缺点是系统功能复杂、对技术人员要求高、软件价格和费用高、实施周期长、风险大。比较适合大中型企业复杂产品的开发和管理，尤其适合进行异地协同设计的多企业合作；不太适合技术水平要求不高、产品对象不太复杂的中小型企业。

    （3 ）基于团队级及企业级两极复合的PDM的集成模式：这种模式的优点是企业的产品数据分级处理，做到更为有序的管理，比较适合于大型企业。其缺点是系统协调与集成更为复杂，投资费用更高，实施周期更长。

    （4 ）基于企业级集成平台（或集成框架）的集成模式：第2 ，3种集成模式都以PDM为集成的核心，

    而该种模式中的PDM与ERP都与集成平台（或集成框架）实现应用集成与信息交换，在信息化过程中体现同等的地位与作用。这一集成模式有更强的适应性，能支持更广范围内的企业集成，是未来的发展方向。但现在还缺乏较为成熟的集成平台和集成框架产品，对企业的实施人员有更高的技术要求，系统的设计也较为复杂。

    企业可根据实际情况选择不同的集成模式。目前国外的很多大型企业信息管理软件基本采用第4种集成模式，如SAP，Oracle，IFS 等。但在进行异地协同设计时，本文认为，可在第4 种集成模式基础上，以PDM系统作为支持产品全生命周期（PLM）的异地协同设计的使能工具，进行异地协同设计中PDM与ERP信息及工作流集成，从而解决企业内部之间信息和数据传输的一致性。

3 PDM与ERP信息集成的体系结构及工作流

    3.1 PDM与ERP信息集成的切入点

    PDM与ERP的信息集成，其本质是实现设计、工艺与企业管理、生产、质检、财务等部门之间的集成，是产品信息与经营信息的集成，即实现企业全局信息集成。图1 以两个系统中的BOM 为例说明两者之间信息集成的关系。

图1 异地协同设计中PDM 与ERP 信息集成的关系

    图1 表明PDM应向ERP提供加工信息、设计成本与加工成本信息、工程更改信息等。ERP所需要的最基本的信息为材料明细表BOM与工艺信息（工艺路线、工序、工装需求、设备需求等）。而ERP应向PDM提供市场信息、设计任务书、更改请求信息、原材料信息、设备状态信息等。两者之间的信息集成主要表现在如何保证PDM中的产品材料明细表BOM和ERP中的材料明细表BOM 信息的一致性。PDM中的BOM 主要面向设计，而ERP中BOM 一般是面向制造的。对于进行异地协同设计的产品而言，这两种表的组织方式从其包含零部件的多寡到结构层次关系等都可能不一样（如图中虚线圈内的零部件）。因此，实现PDM与ERP信息集成的关键在于实现设计BOM 与制造BOM 之间的信息集成，这样才能保证产品数据的一致性，并做到产品数据在整个生命周期内的管理。

    3.2 PDM与ERP信息集成的体系结构及工作流

    为了对PDM和ERP进行集成，必须寻找这两个领域的集成基础和集成载体。这一集成基础和集成载体应具有两个基础功能：①内容涵盖PDM和ERP两大领域，这是系统信息集成的必要条件。②功能上可以消除或者屏蔽掉本文所述的PDM和ERP两大领域之间的差异。这是实现系统信息集成的充分条件。

    PDM技术建立在网络和数据库基础上，将计算机在产品设计、分析、制造、工艺规划和质量管理等方面产生的信息孤岛集成在一起，可以对产品整个生命周期内的数据进行统一管理，解决了CAD／CAM深化应用的瓶颈问题，架构在PDM集成平台上的CAD／CAPP／CAM／CAE系统都可以从PDM中摄取各自所需的信息，再把结果放回PDM中，真正实现了4C 的集成，所以PDM是CAD／CAPP／CAM／CAE的集成平台。同时ERP（企业资源规划）中的许多信息也来自CAD／CAPP／CAM／CAE 系统，通过PDM系统可以及时地把相关信息传递到ERP系统中，ERP产生的信息也是通过PDM传递给CAD／CAPP／CAM／CAE的。由此可见，PDM 系统是4C系统与ERP系统之间信息传递的桥梁，可以作为进行异地协同设计的使能工具，从而实现了企业全局信息的集成与共享（见图2 ）。

图2 异地协同设计PDM 与ERP 信息集成的体系结构及内部工作流

    根据PDM技术的发展趋势，对PDM系统产生巨大影响的两种技术——分布式计算技术和Internet／Intranet 技术，已促使PDM技术迈向新的台阶。现有的PDM大多数构架在分布式计算环境上，并以CORBA、DCOM 和Web 为技术核心，可以实现异构环境下的信息和软件资源共享，具有良好的通用性、开放性和前瞻性，可以支持在异地异构的环境中进行协同设计。

    典型的PDM产品有IMAN，Sherpa等，它们的各功能模块之间既相互关联，又相互独立，可以基于组件技术根据用户的需求灵活地组合成不同的应用系统。同时，为方便用户的使用，PDM也可以提供大量的应用工具，如应用模型的建立工具、CAD系统接口工具、二次开发接口等，从而可以支持以PDM为基础的信息集成和技术集成。因此本文认为，PDM可以作为支持产品全生命周期（PLM）的异地协同设计的使能工具。

    图2 从横向描述了CAD／CAPP／CAM／CAE与PDM、ERP信息集成的框架及PDM、ERP内部的核心功能（或称模块，图中用灰色方框表示）。其中，协同设计及后续协同制造的整个业务流程就是在各核心功能的支持下进行的（见内部流程描述）。同时，图中也从纵向指明了进行异地协同设计整体系统构架，它为进行异地协同制造提供了有利的保障。

4 结束语

    本文将异地协同设计中PDM与ERP功能进行对比分析后，提出了PDM与ERP的信息集成重在解决企业内部之间的信息传输和数据的一致性的思想。在支持产品全生命周期（PLM）的信息管理方法的框架下，构造了异地协同设计中PDM与ERP信息集成的体系结构和工作流，并结合江苏某企业工程应用实例，使用瑞典I FS 系统对设计BOM 与制造BOM 的信息集成进行了验证。该系统通过“工程部件的传输”和“设计BOM 的下达”实现了PDM向ERP系统的信息传输，同时通过ERP系统中“制造BOM”的“变更请求”实现ERP系统向PDM系统的信息传输，最终完成两者之间的信息集成。

    由于PDM与ERP技术集成的难度较大，往往不是独立的几个人可以完成的。现有国外的一些大型的企业管理软件，都是由几百甚至上千个研发人员在基于一种规范的软件开发管理方法下协同开发而我国现有软件技术开发缺少一种规范化的管理方法。本文的理论研究，力图帮助我国的软件工程人员在进行技术集成之前的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异地协同设计和制造中的信息流提出集成的思路与方法，从而真正实现产品整个生命周期的管理进程。