随着制造业信息化的不断发展，企业工艺设计的信息应用支撑环境发生了很大变化，企业在应用CAPP系统提高基础工艺设计的效率和质量的基础上，迫切需要在PDM集成的环境下支持实现数字化工艺设计与管理的工作，面向PDM集成提高企业整个工程数据系统应用的效率和效果。本文以某单位系统建设和应用的实际案例，探讨PDM与CAPP在工艺结构管理、工艺设计管理、工艺数据存储和工艺审批管理等方面的集成开发和应用。该单位2011年前分别建立了独立的PDM和CAPP系统，实现了设计端基于PDM系统的产品数据管理及工艺端基于CAPP的工艺设计及工艺文件输出，但从设计到工艺的端到端过程尚未打通，影响了数据的一致性，缺少对工艺设计过程的控制能力及对工艺数据的管理能力。
一、技术背景
工艺是连接设计与制造的桥梁，工艺管理是对工艺相关信息的组织和处理过程的管理，是制造过程中最活跃的因素，工艺管理的水平决定了产品的成本和质量。
随着信息时代的飞速发展，制造业在并行化、电子化的过程中，产品设计、工艺设计的管理越来越趋于复杂。为适应这种纷繁复杂的过程，各种辅助系统不断出现。信息系统在制造业中的应用不断深入，为实现产品的快速上市和高质量生产提供了强大的平台支持。
PDM系统和CAPP系统是两个相对独立的信息系统，都有各自独特的功能。PDM系统作为产品数据管理系统，负责管理产品设计数据，以及这些数据的产生过程，如设计过程管理、产品结构管理和审批管理等内容。CAPP作为工艺辅助设计系统，负责工艺资源管理、工艺设计、工艺文档的编制和工艺路线的提取等内容。为实现工艺和设计数据的一致性，设计到工艺的端到端过程需要打通，这就需要实现PDM与CAPP的集成应用。
在信息技术飞速发展的今天，PDM系统与CAPP系统的集成应用已经成为工艺设计和管理的有力支撑平台。
二、关键技术及成果
1.基于PBOM的工艺管理
PDM与CAPP集成内容主要包括三个方面，如图1所示。
(1)PDM提供的主要功能。
图1 PDM与CAPP集成框架
PDM系统建设采用了成熟产品PTC Windchill9.1系统，围绕工艺管理，并考虑到未来同ERP等系统集成扩展能力的需求，主要提供如下功能。
①基于PBOM的工艺技术状态管理。
工艺数据管理围绕工艺物料清单(PBOM)进行，所有来自CAPP的工艺数据（工艺规程、工艺路线表和工艺更改单等）作为PBOM树上相关零部件接点的相关文档。在PDM系统中，PBOM继承来自设计的EBOM，并由工艺设计师完成从EBOM到PBOM的分工转化工作。以PBOM为核心完成工艺更改和设计工艺协同更改管理业务。
PDM系统内采用文档模型对于工艺文件进行管理，工艺源文件作为文档模型的主内容，工艺发布文件PDF作为文档附件，工艺过程作为文档可视化文件，圈阅在可视化文件上执行，信息作为新图层记录到相关可视化文件上，如图2所示。
图2 PDM工艺文档管理
②PDM数据管理基础能力。
PDM系统为所有进入系统的数据提供标准的编码管理、版本控制、存储管理和权限管理。其中，编码作为数据对象的唯一性约束，编码规则取决于企业本身所执行的标准，版本采用PDM系统标准的大小版本控制方案，存储管理与权限管理符合国家保密三员分立管理要求。
③PDM平台协同能力。
为提升系统协同工作能力，PDM系统为已经进入系统的数据提供以下功能：技术专题讨论区、管理专题讨论区、即时消息通知及审签过程圈阅功能。其中圈阅功能依托于PDM ProductView模块功能，圈阅信息包括圈阅名称、圈阅人员、圈阅时间、圈词人联系方式和圈阅备注等，并可实时保存到PDM系统中。
与CAPP系统的集成作为PDM协同平台建设的基础部分，作为扩展工艺管理的技术依托，根据实际需求及方案设计主要完成三个内容将工艺零部件属性传递到其工艺文件中；将工艺文件签审过程信息记录到工艺文件中；将工艺文件发布成PDF格式的发布版本并在PDM中存储，可供下载打印。
(2)CAPP提供的主要功能。
CAPP系统建设采用了KM CAPP产品，该产品对工艺文件采用卡片式表现，底层依托数据库功能，为数据展现提供严格符合标准的卡片样式，为工艺设计提供基础工艺资源支撑。主要提供如下功能。
①工艺资源管理。
CAPP系统依托底层数据库，在系统建立初期便将大量工艺资源信息统一整理并分类存储到系统中，从而实现了工艺资源在CAPP系统中的管理。实际业务中还可根据实际需求扩展工艺资源库信息。
②工艺设计过程。
工艺设计的开展主要划分了6个阶段(M、C、S、D、G和P)，在工艺设计执行过程中，6个不同阶段的执行要求及执行标准各不相同。
在CAPP中进行工艺设计时，工艺设计师按照实际设计要求分别采用不同的模板，参照不同技术标准要求进行逐级分工协作，完成工艺设计（部分沟通在系统外进行）。
③工艺文件编辑。
CAPP系统在建立时，根据903.A标准要求严格定制了符合用户使用的工艺文件卡片模板。工艺设计师在进行工艺文件编制时，依托工艺卡片模板可输出符合标准严格要求的工艺文件。设计过程中，卡片模板可调用底层工艺资源库信息，为工艺设计提供辅助设计能力。
④工艺路线的提取与编辑。
基于输出的工艺规程文件，CAPP系统可自动提取工艺路线信息并生成特定格式的工艺路线表。该功能既节省了工艺设计师的设计时间，而且还降低了工艺员设计二次出错的几率，提升了工艺设计效率。工艺路线表可进入PDM作为PBOM零部件相关文档进行管理，未来扩展ERP集成时可二次解析到ERP中，作为生产安排基础数据。
(3)中间接口的集成功能。
中间接口采用Webservice技术，原因在于：PDM系统为Java平台，CAPP系统为．net平台，Webservice技术可提供跨平台的稳定数据交互能力。数据交互格式依托于xml技术，根据实际需求可灵活设计xml数据结构。
中间接口完全底层运行，作为系统平台建设的基础能力，由PDM系统负责发起，CAPP系统按照接口逻辑执行，全程无需人员参与。
①工艺属性集成。
PBOM中零部件属性信息继承于设计，部分属性信息与工艺文件中需要填写的信息相同，为提高设计效率、降低出错几率，集成接口可提供工艺属性传递能力。将PDM系统中PBOM的零部件属性信息收集并记录为xml数据，调用Webservice接口将xml传递给CAPP，由CAPP负责将接收到的零部件属性信息打印到工艺文件的特定位置。
②工艺文件发布集成。
工艺文件发布功能主要是指CAPP将工艺文件转化为PDF格式，并传递给PDM系统。PDM系统会在两种业务场景下调用该接口：文档在PDM系统创建或修改检入时，PDM系统中将返回的PDF格式发布文件作为签署过程中国阅的基础文件；文档在PDM中签署通过后，CAPP负责电子签名并发布为PDF格式发布文件，PDM将返回的PDF格式发布文件作为工艺发布文件在系统内存储，供下载打印。
③工艺文件电子签名集成。
工艺文件在PDM系统中签署完毕后，PDM系统负责收集签署过程信息（执行×人及执行时间）并以xml格式记录，调用集成接口，传递给CAPP。CAPP系统负责将接收到的xml签署过程信息打印到工艺源文件中，并返回签字信息的PDF发布文档。
2.关键技术分析
(1)跨平台的Webservice接口。
由于PDM系统为JAVA平台产品，而CAPP系统为.NET平台产品，系统间的深入交互在技术上便存在一些问题。Webservice技术作为跨平台信息交流的成熟技术，是本次集成接口的首选技术。集成过程中，为保证系统的稳定性，Webservice接口调用时考虑了容错机制，如：信息传递成功与否、信息交互、双方功能执行过程中错误信息的铭文传递和失败后二次自动触发功能等。
(2)工艺文件签审过程圈阅功能。
圈阅功能作为PDM系统ProductView模块的标准功能，为集成提供了有力支撑。圈阅功能使得工艺数据进入PDM系统后，管理工作全部交由PDM系统执行，所有的查看和签审过程都摆脱了对CAPP系统的依赖，简化了操作，提升了效率，并节省了大量由数据管理带来的CAPP许可证需求。
(3)PBOM管理。
BOM管理是企业技术管理信息化的主要内容，PBOM是工艺设计部门以EBOM中的数据为依据，制定工艺计划、工序信息和生成计划BOM的数据。
作为数据管理的核心，PDM系统中实现了服务于设计的EBOM管理和服务于工艺的PBOM管理，PBOM与EBOM间为继承关系，PBOM可直接集成EBOM结构及属性信息，并可集成EBOM相关设计文件及设计模型信息，为工艺开展提供基础和依据。
为实现BOM管理，PDM系统提供了基础的BOM管理能力，并辅以更改管理和审签管理等，多BOM管理中，需要额外定义从EBOM到PBOM的关联更改通知和执行能力。
3.成果分析
(1)设计执行效果。
整体集成方案中，保留CAPP作为工艺设计和工艺文档编辑唯一工具，从而保留了CAPP作为工艺设计的优势，例如：保留基于数据库的工艺资源库管理，为工艺设计提高效率；基于工艺卡片式编辑工艺文件，输出严格标准的工艺卡片，保持了工艺设计输出的标准化；基于工艺规程直接提取工艺路线，提高工艺设计效率，同时避免二次错误，提高准确性。
(2)工艺管理能力。
所有工艺管理功能全部交由PDM系统完成，包括工艺文件存储、权限控制、电子签审、设计发布和工艺更改等，以此充分发挥PDM在数据管理上的优势。
①增强的安全性：PDM中数据管理具有严格的权限控制，并且根据相关要求进行了必要的三员分立权限控制。工艺数据进入PDM系统后，所有的管理工作在PDM中进行，因此PDM系统中的安全控制对于工艺文件同样生效。
②实用性：PDM系统中涵盖了从设计到工艺的各级过程数据，实现了研制数据的全生命周期管理，工艺数据作为工艺管理的重要组成部分，进入PDM系统后，完全融入到研制生产整体过程中，使工艺数据的管理更加实用。
③便捷的可视化交互性：工艺数据作为研制过程中的一种数据，进入PDM系统中后，像其他数据一样，在管理过程中完全脱离对设计工具（如CAPP、AutoCAD等）的依赖。ProductView模块可直接调用查看数据内容，并可在审签过程中提供圈阅功能。如此便可节省大量设计工具在数据管理中产生的大量许可证，直接节省了软件购买费用。
④准确灵活的电子签审：数据进入PDM系统后，在PDM系统中根据实际业务需要建立审签流程模板，数据按照流程定义的逻辑进行电子审签。审签通过后，通过集成接口传递签审信息并由CAPP完成电子签名，签名后数据发布为PDF并返回到PDM中作为发布文档存储，供后续下载打印。
(3)未来扩展能力。
由于本次工艺管理完全围绕着PBOM进行，构建完整的PBOM是生产计划等系统建设的基础，为后续ERP系统或MES系统的实施提供了有力的数据支持。
三、结论
本案例紧密结合了实际业务需求，构建在成熟软件平台基础之上，采用稳定的Webservice技术，实现了基于PBOM的工艺管理，有效解决了工艺数据集成和协同司题，在实际业务中得到执行并成功应用。随着后续应用的进一步加深和信息系统的逐步完善，PDM与CAPP的集成应用将会为我们带来更广泛和更深层次的应用价值。
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本文标题：基于PBOM的工艺管理研究与实施
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