航天晨光PDM与CAD集成模式的研究与实现

   1 引言
   
    产品数据管理（Product Data Management，简称PDM）技术是在CAD技术的发展与需求的直接推动下而出现的，不仅可以管理所有和产品相关的数据，而且可以管理所有和产品相关的过程。
   
    PDM系统管理的企业数据主要包括图文档和产品结构，而产品结构即为设计BOM，设计BOM 经过处理可以转化成ERP所需要的制造BOM 信息。ERP系统中物料及物料清单（制造BOM）数据是企业信息化中信息流的核心, 在ERP 系统数据库中起着基础与桥梁作用。如何成功实施ERP, 数据的可靠准确性是关键，BOM 建立的准确与否最终关系到ERP 系统在企业中能否运行流畅。
   
    因此，PDM系统在管理CAD系统产生的图档的同时，如何保证CAD系统和PDM系统的数据一致，如何保证BOM信息的正确性是至关重要的，是一个非常值得探讨的问题。
   
    航天晨光股份有限公司（简称航天晨光）的信息化建设起步比较早，早在90年代初就在各分子公司普及CAD及办公自动化等系统的应用。PDM项目于2003年率先在产品结构相对简单的管类公司启动并成功实施，所使用的软件平台是法国达索SmarTeam；2005年航天晨光信息化二期工程开始，要在产品结构复杂的车类公司实施PDM项目，由于车类公司设计人员数量相对较多，Smarteam因节点数量、软件价格等制约因素，公司领导经过再次调研、综合评价，选择了武汉开目公司的KMPDM作为软件平台开展其它分子公司的PDM项目实施，目前利用KMPDM平台已经成功完成6家车类公司的项目实施，并相继取得了良好的推广应用效果。
   
    在此，笔者结合车类公司的PDM系统的具体实施实践，探索研究了KMPDM与基于AutoCAD的二维CAD软件的集成模式和实现方法，以求在设计的源头就能保证BOM信息的正确性，以避免后续的各种不增值的重复劳动。相信对即使是选择了其他PDM软件平台的企业也会有借鉴和启发。
   
    2 KMPDM与二维CAD应用集成方式
   
    KMPDM与二维CAD的应用集成按集成的水平划分从低到高可以分为三个层次：应用封装、接口交换和紧密集成。
   
    2.1 应用封装
   
    应用封装主要实现在KMPDM内部激活CAD系统，只解决了CAD产生的文档管理问题。例如，当一个二维CAD系统被封装后，在PDM系统中就可以查到这个工具对象并直接启动它，然后进行图纸的绘制；当设计结束后，图纸文件可自动在PDM系统中存储和管理；如果需要对图纸进行修改，则可在PDM系统中找到该图纸，直接启动该二维CAD系统，进行图形的修改。
   
    应用封装是PDM系统的基本功能。所有的PDM产品都支持该集成方式。
   
    2.2 接口交换
   
    接口交换是把CAD系统与PDM系统之间需要共享的数据模型抽取出来，把它定义到PDM系统的整体模型中去，这样在PDM与CAD系统之间就有了统一的数据结构。一般来说，需要共享的数据即是CAD图纸标题栏和明细栏的内容。通过数据交换接口，实现CAD系统的某些数据对象自动创建到PDM系统中去，使二者保持一致。目前，很多PDM产品都通过开发实现了CAD系统到PDM系统的接口交换的集成方式，以支持用户根据CAD图纸标题栏和明细栏自动生成PDM系统中的产品结构树。
   
    KMPDM软件也有功能强大的BOM展开工具：就是将图纸批量导入到PDM系统中，根据图纸的标题栏和明细栏信息自动在PDM中生成零部件对象，并生成产品结构树及管理图档。此功能只需要在项目实施时进行适当的配置开发即可实现。
   
    2.3 紧密集成
   
    紧密集成是互动的信息模型，即当CAD或PDM系统的某一方属性信息和产品结构关系发生变化时，另一方会自动发生改变，从而保证CAD与PDM中的属性信息与产品结构始终保持一致。紧密集成是每个实施PDM的企业所期盼达到的目标，但是要真正实现这种集成，在技术上取决于CAD系统与PDM系统双方的开放性及对系统内部结构了解的详细程度。
   
    KMPDM与基于AutoCAD的二维CAD的紧密集成通过用户化的配置开发可以实现双向互动的紧密集成（图1），即PDM系统中对象的属性与CAD图纸标题栏信息对应，PDM系统中对象的结构信息与CAD图纸中明细栏对应。
   

   3 航天晨光KMPDM与CAD集成数据模型的建立
   
    CAD系统是设计BOM的源头， CAD图纸标题栏和明细栏中包含了BOM所需的基本信息，如装配图上描述有关装配所需零部件数据：描述产品或部件的所需零部件、外购件及标准件以及产品或部件所需的通用件、借用件等等。CAD图纸通过标题栏和明细栏建立了整个产品的装配关系即产品结构。
   
    因此为了保证CAD与PDM一致，我们把标题栏信息和明细栏信息作为两大系统的共享数据模型。提取标题栏中的信息作为PDM系统中对象的属性信息，明细栏中的装配信息作为PDM系统中对象的结构信息，以期两者保持一致。
   
    为了实现KMPDM与CAD的接口交换或紧密集成，我们对企业现有图纸的标题栏和明细栏进行分析，确定图纸的模板，统一的标题栏和明细栏格式，并以此定义PDM系统中对象的数据模型。
   
    3.1 统一设计图纸模板
   
    为了实现CAD与PDM的集成需要统一公司的图纸模板，调整后的装配图、零件图的模板格式及填写示例如图2、图3所示。   
   

    （1）标题栏中材料的填写过去存在分子分母的表达方式，如厚钢板 6-GB709-88  16MnDr-GB/T3531-1996 新模板中设置了标题栏分栏填写，上栏填写材料名称规格，下栏填写材料牌号，如图4中的材料所示。

    （2）零件图标题栏中增加了热处理、表面处理、底漆：将原来填写在技术要求中的此类信息填写在标题栏中，一方面可以使技术要求数据化，便于查询、管理；另一方面也便于计调人员分类汇总，方便进行生产、外协、外购等路线安排。
    （3）明细栏中自制零件的代号列：改变过去只填写隶属码，为填写"产品代号＋隶属码"；如图2中的序号6、7、8行所示。
    （4）明细栏中外购件、标准件的填写方法仍如从前，由代号、名称及材料列组合构成物料的唯一性描述，如序号2、3、4、5行所示。
    

3.2 定义PDM零部件对象数据模型
   
    根据公司产品的具体情况，首先在PDM系统中进行零部件对象的分类，图4为PDM系统中零部件对象的分类模型。在零部件对象分类的基础上，再根据图纸标题栏和明细栏的信息，定义各类对象的属性字段。
   
    KMPDM系统中对象的基本属性有代号、代号后缀、名称、版本号、零部件类型，用户可以根据实际情况自定义扩展属性。
    
    3.2.1 自制件、通用件的属性字段
   
    自制件、通用件有代号可以作为PDM系统中对象的唯一性标识。其属性字段定义及与图纸的对应关系见表1。
   

    3.2.2 外购件、标准件的属性字段
   
    外购件、标准件等物料没有图纸，只在装配图的明细栏中反映。外购件、标准件等在没有实施ERP系统之前，没有编码规则，但是明细栏的代号、名称、材料栏组合也能完整地表述该物料的信息。我们的目标是在PDM系统中增加该类物料的编码规则，但图纸上仍然采用过去的组合表述方法。因此按下表2定义其属性字段。
   

    3.2.3  PDM中零部件对象的模型样例
   
    根据3.2.2所定义的属性，结合图2零部件图纸中的结构示例，在PDM系统中零部件结构树和零部件的属性页面示例如图5。
   

   4 航天晨光KMPDM与CAD集成的分析
   
    4.1 BOM展开和双向互动的集成方式能够保证数据的一致性，但不能完全保证数据的准确性、唯一性
   
    BOM展开的集成方式完全不改变设计人员的工作模式：首先在CAD系统中完成图纸的设计工作，待图纸完成后由本人或专人利用BOM展开功能快速完成图纸入库和产品结构树的自动搭建工作。此方法完全能够保证PDM和CAD系统数据的一致，因为PDM的数据来源于CAD；
   
    双向互动的集成方式在任何一方信息发生修改后都可以影响到另一方，故修改方便。同时也完全能够保证两系统数据的一致。
   
    上述两种方式在数据的一致性能得到完全保证，但PDM系统中数据的准确性、唯一性却不能完全得到保障。而唯有PDM系统中数据准确和唯一才能保证是自动汇总统计的准确，也才能保证ERP所需制造BOM信息的准确、可靠。
   
    独立运行的CAD系统，图纸的标题栏和明细栏信息一般由设计人员手工录入，信息填写的规范只能由管理制度来控制，并没有实现从软件层面实现控制。那么，图纸中标题栏及明细栏中信息的规范性很难完全得到控制。若描述上有一些细微的不同，也会导致PDM系统中对象不唯一，导致一物多对象、一物多码。举一个很简单的例子：明细栏中某外购件--代号栏为"GB97.1"，名称栏为"垫圈20"，材料栏为"A200"。那么当设计人员把名称的"垫圈"和"20"之间多了一个空格，写成"垫圈 20"时，利用BOM展开或双向互动方式集成时，系统首先在PDM系统中查找是否有此对象，而因为写法的不规范，PDM系统则认为是不同的物料而再次生成不同的对象，导致PDM系统中数据的不准确、不唯一，导致系统中许多垃圾数据的产生，导致PDM系统中数据不准确、不唯一。上述弊端在我们的实际实践中也得到了很好的印证。
   
    4.2 从PDM到CAD的单向集成方式能够保证数据的一致性、准确性、唯一性
   
    从PDM到CAD的单向集成方式的总体方向是：设计人员完全以PDM为平台开展图纸的设计工作，标题栏和明细栏由PDM系统自动生成，设计人员不能手工修改图纸的标题区域信息。单向集成后设计人员的工作模式发生如下改变：
   
    首先打开PDM系统，在对象中心的相应类别下创建要设计的零部件，在PDM系统中选择图纸模板启动CAD软件进行零部件的图形区域的绘制工作，图纸的标题栏由PDM系统自动生成不能手工更改。对于装配件，则先在PDM系统中搭建结构，对于零部件的选用特别是标准件、外购件包括零件所使用的原材料都必须优先在库中选择使用，图纸的明细栏根据结构自动生成。
   
    航天晨光最终推广应用了"从PDM到CAD的单向集成"模式，经过实践证明，该模式不仅使数据的一致性、可靠性和准确性得到了保障，而且使图纸更加规范，信息更加准确、一致，实践证明这一模式的转换同时还极大程度上提高了工作效率。
   
    5 设计模式转变所带来影响的解决办法
   
    采用由PDM到CAD单向集成后，完全转变了设计人员的工作模式，所有的设计工作都要切换到PDM平台中进行。如果在推广应用后设计人员不仅要完成图样的绘制而且还要在PDM系统中维护标准件、外购件、原材料等信息，势必会导致工作效率的降低，造成设计人员的抵触情绪。在如何解决这一问题上，航天晨光采用了基础库先行维护的策略：
   
    一般PDM项目的实施周期会有4个月以上，如果在此期间能将企业常用的标准件、外购件、原材料等基础数据先行维护的话，那么PDM推广应用后设计人员搭建产品结构或维护对象原材料属性时即可直接引用，不用再像过去一样在图纸的标题区域重复输入所用到的外购件、标准件、原材料等信息，而且标题栏和明细栏能够自动生成，使设计人员从一开始就感觉PDM系统的方便、快捷，给设计人员一种全新使用效果。
   
    6 总结
   
    PDM与CAD的信息共享和集成是实施PDM工程成功的首要和关键环节。根据PDM在航天晨光的实施，探讨了PDM与CAD集成的方法。通过PDM到CAD的单向集成，既保证了PDM与CAD数据的一致性，又确保了PDM系统中数据的唯一性、可靠性。通过实际项目的推广应用，说明本文提出的集成方法切实可行，取得了很好的应用效果。
   
    参考文献
   
    [1]  童秉枢，李建明．产品数据管理(PDM)技术．北京：清华大学出版社，2000
    [2]  高奇微，莫欣农．产品数据管理(PDM)及其实施．北京：机械工业出版社，1998

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