制造業是國民經濟和社會發展的物質基礎，是一個國家綜合國力的重要體現。隨著經濟的持續增長，市場的不斷繁榮與激烈競爭，科學技術的飛速發展，制造業不斷面臨著新的挑戰和發展機遇，促使著對新的先進制造戰略、制造模式的探索和應用。
由于計算機技術的飛速發展和不斷成熟，自20世紀90年代以來，CAx (CAD、CAPP、CAM)技術得到了迅猛發展，但由于這些技術只是離散地分布在設計制造等各應用系統中，只能實現局部的自動化和最優化，因而這些所謂“自動化孤島”的單元技術的實施并未給制造業帶來巨大的經濟效益，從而嚴重影響了技術在企業的應用，成為制約企業發展的瓶頸。為了使這些單元技術之間進行有效的信息傳遞和轉換，CAx系統集成技術成為可能，同時為了使CAx中各應用軟件所產生的數據和文檔進行有效地管理、各單元技術間的信息共享及用戶間的協同工作，面向產品數據管理的工程設計集成平臺也應運而生。
PDM (Product Data Management)就是在這一背景下產生的一種新的信息管理思想和技術，它最早出現在20世紀80年代初期，是對工程數據管理、文檔管理、產品信息管理、技術數據管理、技術信息管理、圖像管理及其它產品定義信息管理技術的一種概括與總稱，主要用于管理在產品設計階段內所有與產品相關的信息和過程，為企業內應用系統的集成和數據傳遞提供了必不可少的支撐環境。
ERP(企業資源計劃，EntERPrise Resource Plan)是從最早的庫存控制的物料需求計劃(Manufacturing Resource Plan，MRP)和隨后以車間調度和協調為目的的制造資源規劃(MRP lI)演變而成的，控制和管理整個制造階段的信息和過程，不但包括生產領域，而且也涉及采購、財務等。
近年來，隨著PDM和ERP功能的擴大和外延，二者的界限已打破，出現了重疊。PDM的界限已超出產品設計部門，可以支持企業范圍的業務處理和與產品有關的信息及文件的管理，而ERP也開始支持設計部門。然而ERP關注的是如何把企業物流、資金流、信息流、工作流的整合和配套，屬于企業管理創新內涵，CAx/PDM關注的是企業產品設計、加工如何更快、更好地響應快速變化的外部需求，屬于企業技術創新的內涵。通過CAx、PDM和ERP的集成，將管理創新與技術創新有機地集成在一起，將會使制造企業產生巨大的互動性，從整體上提高企業的核心競爭力。
1 CAD/CAPP/CAM集成
CAD/CAPP/CAM是計算機集成制造系統(CIMS)中實現計算機輔助產品設計和制造的核心技術。為了有效地實現產品信息的自動傳遞和交換，有必要將產品設計與制造緊密結合，在各模塊之間實現信息可靠、有機的提取、交換、共享和處理的集成。CAD/CAPP/CAM的集成是在CIMS網絡的溝通下進行的，此外可以將MAS、QCS、MIS以及專家系統數據庫集成在一起。通過高速網，CAD工作站、CAPP工作站、CAM (NC、CNC、機器人等)之間進行并行的適時數據交換和處理。
1.1集成原理
CAD/CAPP/CAM集成也可稱為CAD/CAPP/CAM -體化。從零件設計到制造自動化全過程來分析，CAPP是CAD和CAM之間的必不可少的中間環節，所以一般稱為CAPP是CAD和CAM之間的橋梁。只有實現了從零件設計、工藝設計到制造出產品全過程自動化的信息數據共享，才能真正實現了CAD/CAPP/CAM集成。
1.2集成的關鍵技術
CAx的集成是覆蓋產品設計、工藝規劃設計、數控編程與加工等整個工程設計的自動化系統，系統集成的關鍵技術是各孤島系統之間的數據信息交換技術和多數據庫的集成技術。
(1)數據信息交換技術
目前實現數據信息交換的集成技術主要有三種：
①采用專用的數據格式文件實現產品信息交換的集成技術；
②采用標準數據格式文件實現產品信息交換的集成技術；
③以工程數據庫為核心，采用統一的產品模型實現信息交換的集成技術。
(2)多數據庫集成技術
在CIMS環境中系統數據的成分相當復雜，既有結構化數據信息，又有大量的非結構化數據；既有數據源異構、又有異地分布；還有存在于各個孤島系統的獨立進行設計的數據源。為了實現系統范圍的數據訪問服務，在PDM集成平臺下，設置一個多數據庫集成器(MDBI)來完成。多數據庫集成器是多數據庫集成系統的核心部分，主要支持異地、異構數據庫的集成。實現多數據庫集成系統中模式轉換、語法轉換、語義控制、數據信息的分布收發控制等功能。
1.3集成方法
在CAx系統集成過程中，如何從CAD中獲取CAPP所需信息是問題關鍵。基于模式識辨理論的特征技術是實現CAx系統集成的有效方法，它是從產品的實體模型出發自動識辨出具有一定工程意義的加工特征、進而生成產品的特征模型和制造信息。
(1)特征識辨
特征識辨是將幾何模型的某一部分與預定義的特征型相比較，識別出相匹配的特征例，從而實現直接從幾何模型數據庫中獲得所需要的輸入信息。系統將整個特征識辨劃分為兩大類別：包括形位公差和粗糙度的符號特征識辨。
形狀特征識辨的具體內容包括：基本型面模式和形狀基元的識辨；制造形狀特征識辨；關聯形狀特征與符號特征；尺寸的提取等。
特征識辨的實現包括：
①搜尋特征庫，以匹配拓撲/幾何模式；
②自數據庫中提取已識別的特征；
③確定特征參數（如孔直徑、槽深度等）；
④完成特征的幾何模型；
⑤將簡單的特征組合，以獲得高級特征。
實現的關鍵技術主要有：匹配、構形元素（點、線、面等）生長、體積分解、自CSG樹中識別特征等。
(2)基于特征技術的CAx集成體系結構
圖1為基于特征技術的CAx集成體系結構圖。它由CAD子系統、DFM評價系統、CAPP子系統和CAM子系統組成。CAD子系統采用特征識辨技術通過STEP口集成于系統。
圖1 基于特征技術的CAD/CAPP/CAM集成體系結構
2 PDM與CAx的集成
通過PDM系統將各種CAx信息化孤島集成起來，利用計算機系統控制產品的整個開發設計過程，通過逐步虛擬的產品模型，最終形成完整的產品描述、生產過程描述以及生產過程控制數據。
2.1集成的必要性
由于在一個企業中，可能存在不同的CAD、CAPP、CAM系統或這些系統的不同版本，也可能存在這些系統與不同供應商、不同合作商之間的產品模型信息交換，同時還可能存在每天由CAx系統產生的大量的數據和文檔。在這樣一個復雜的環境中，就需要由PDM系統作為一個集成平臺，一方面要為CAx系統提供數據管理與協同工作的環境，同時還要為CAx系統的集成運行提供支持。圖2給出了CAD、CAPP、CAM與PDM之間的信息流說明。由于PDM系統的數據具有一致性，能確保CAD、CAPP和CAM數據得到有效的管理，從而實現CAx系統的集成。因此，PDM系統是CAx集成的平臺。
2.2的集成形式
CAx系統是PDM系統中BOM(產品結構信息)數據產生的源頭，CAx系統內部包含了BOM所需的基本信息，如產品結構、材料、重量、體積等。因此，PDM系統在管理CAx系統產生的圖檔的同時，如何實現CAx系統和PDM系統的數據一致，是一個關鍵的問題。
PDM與CAx系統的集成關系從低到高可分為三個層次：封裝、接口和集成。封裝主要解決在PDM內部激活CAx系統，主要屬于功能上的集成；接口主要通過中間接口實現兩個系統之間的信息共享，但仍然存在信息一致性的問題；而集成則是解決兩個系統間信息的共享和一致性，甚至達到信息互動。
CAD與CAPP等軟件通常各自獨立，CAD為產品結構設計提供平臺，CAPP可以生成與管理各種工藝文件；PDM管理各種數據。PDM作為CAx系統的工程信息管理框架，可以通過各種BOM實現CAx間的信息傳遞與系統集成。
圖2 CAD/CAPP/CAM與PDM間的信息
3 PDM與ERP的集成
針對部分國內外PDM與ERP系統沒有提供完備的API函數或集成接口的情況下，采用基于中間文件交換的集成技術可以有效地實現PDM與ERP系統的集成。
由PDM系統維護PBOM、工藝路線數據，并采用中間文件交換技術將數據傳遞給ERP系統。在ERP BOM工藝路線數據發生變化時，由PDM系統完成PBOM、工藝路線數據的比較。ERP系統根據PBOM流程數據和流程控制信息對相關信息進行更新和維護維護CBOM數據。數據由PDM向ERP系統傳遞時，由PDM 通知ERP，ERP 利用導入接口函數讀取這些數據寫入本系統；數據ERP 由向PDM系統傳遞時，由ERP 通知PDM，PDM 利用導入接口函數讀取這些數據寫入本系統。
4 基于CORBA 平臺以PDM 為核心的信息集成模式
ERP 與CAx 的集成可采用基于CORBA 平臺，以PDM 為核心的信息集成模式。PDM 作為企業內部信息系統的集成框架，要能夠集成不同環境下的應用系統，CORBA 技術的成熟為實現這一要求提供了一個較好的平臺。
CORBA 由OMG（對象管理組織）制定，通過CORBA 規范可實現不同系統集成。PDM 系統將實現基于CORBA 規范的PDM 服務封裝機制，一方面向用戶提供符合標準的訪問機制，以利于二次開發和系統集成，另一方面為實現最終的“PDM 使能部件”標準奠定基礎。
CAD/CAM、ERP、PDM 三者之間信息的傳遞是圍繞BOM 及產品結構來進行的，三者之間的關系如圖3 所示。從圖中可以看出，PDM 系統的集成分為兩個層次，即CAx 應用軟件與PDM 系統的集成和PDM 系統與MRPII 的集成（不同的CAx 平臺的產品模型轉換采用STEP 標準）。它們三者的集成構成了企業內部信息集成的主線，從而實現了產品整個生命周期數據的數字化。其中BOM 是信息集成的核心，PDM 在集成中起了“橋梁”的作用。
圖3 CAX 與ERP 的集成方案
5 結束語
實現我國企業信息化發展必須以制造業信息化為切入點和突破口，而CAx、PDM、ERP 是解決制造業信息化的單元技術和集成技術。先進的制造企業應建立一個基于CAx/PDM/ERP 的信息集成管理系統，通過系統間的無縫集成，來實現以計算機為工作平臺的新型現代化管理模式，從而達到企業內外信息的暢通和協調運行的目的。
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