化工裝備主要是指化工生產(chǎn)過程中的靜設(shè)備，如各種容器、換熱器、塔器、管道及其檢測儀表、儀器等。化工生產(chǎn)過程專業(yè)性較強，而且是多品種、小批量生產(chǎn)。物料種類繁多，對產(chǎn)品質(zhì)量要求較高。雖然大多數(shù)企業(yè)都有自己的ERP系統(tǒng)對企業(yè)各種信息進(jìn)行管理，但是在CAD與ERP的集成方面的研究還較為薄弱，產(chǎn)品數(shù)據(jù)不能為ERP所直接使用，產(chǎn)生信息“孤島”現(xiàn)象。如果能夠?qū)a(chǎn)品CAD圖紙中的數(shù)據(jù)直接提取出來，自動形成產(chǎn)品BOM，從而與ERP集成，則會大大減輕設(shè)計人員整理產(chǎn)品數(shù)據(jù)的工作量，有利于消除信息“孤島”。提高企業(yè)生產(chǎn)效率。
1 化工裝備企業(yè)CAD與ERP集成技術(shù)需求分析
化工裝備的生產(chǎn)過程主要有以下幾個特點：一是多品種，單件小批量；二是面向訂單生產(chǎn)。每個產(chǎn)品的全部生產(chǎn)過程都由一條指令號貫穿始終：三是物料種類繁多，原材料分為通用件和專用件兩類，通用件還包括管材、板材、焊材、五金件等：四是產(chǎn)品質(zhì)量要求高，從原材料到成品的每一步生產(chǎn)過程都有嚴(yán)格的質(zhì)量要求，質(zhì)量技術(shù)文件較多。
企業(yè)ERP系統(tǒng)在材料采購、庫存物資、計劃控制等功能模塊使用上取得了比較好的效果，這些功能實現(xiàn)的基礎(chǔ)是物料清單(BOM)的完整性和準(zhǔn)確性。BOM是PDM／ERP信息化系統(tǒng)中最重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其組織格式設(shè)計合理與否直接影響到系統(tǒng)的處理性能，化工裝備企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品很多。BOM數(shù)量很大。由于企業(yè)使用的主要設(shè)計軟件是AutoCAD，所以BOM的基礎(chǔ)信息大部分存在于AutoCAD圖紙中的標(biāo)題欄和明細(xì)欄。在ERP的研究與開發(fā)期間。因為沒有相應(yīng)的PDM系統(tǒng)。BOM的整理和錄入，是通過技術(shù)人員對產(chǎn)品的掌握進(jìn)行的，每個人員只能夠整理幾類產(chǎn)品，不同的產(chǎn)品需要不同的技術(shù)人員輸入，且有的人員計算機水平較低，所以會出現(xiàn)很多問題如輸入信息不準(zhǔn)確、格式不規(guī)范等，不僅浪費了大量的時間和人力，而且效率很低，準(zhǔn)確率不高。為改進(jìn)這些問題，本文提出利用計算機從AutoCAD圖紙中提取標(biāo)題欄明細(xì)欄數(shù)據(jù)的方法，并自動生成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，為后續(xù)的PDM和ERP系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)，并最終轉(zhuǎn)換為所需的BOM。
另外，隨著數(shù)字化電子圖文檔的大量產(chǎn)生，伴隨而來的是數(shù)字化電子圖文檔管理的相對落后，沿用傳統(tǒng)的圖文檔管理方法，已無法滿足數(shù)字化電子圖文檔管理的需要，在管理過程中經(jīng)常出現(xiàn)圖樣與實際不符或缺失。文檔查詢困難，圖樣數(shù)據(jù)丟失、不全，新、老版本數(shù)據(jù)混亂等現(xiàn)象，對生產(chǎn)造成很多不利的影響。因此提出產(chǎn)品圖文梢的數(shù)字化管理系統(tǒng)技術(shù)，以滿足企業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)品圖文檔的管理要求。
該技術(shù)實現(xiàn)的意義：(1)可以快速地為企業(yè)ERP系統(tǒng)提供完整準(zhǔn)確的產(chǎn)品零部件信息，形成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，為ERP的實施打好基礎(chǔ)。(2)可以對產(chǎn)品的圖紙、工藝、文件、資料等提供按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、文件結(jié)構(gòu)的管理和查詢功能，并能進(jìn)行結(jié)構(gòu)配置。(3)可以實現(xiàn)企業(yè)范圍內(nèi)全面的數(shù)據(jù)共享。最大限度地減少產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)制造過程中數(shù)據(jù)處理的重復(fù)勞動，發(fā)揮信息技術(shù)的綜合效益，提高企業(yè)的核心能力與市場競爭力。
2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)提取及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的形成
從AutoCAD圖紙中提取信息的目的是形成ERP系統(tǒng)中的產(chǎn)品BOM。在由圖紙信息轉(zhuǎn)換到BOM的過程當(dāng)中，包含了三個部分(如圖1)：
圖l 圖紙信息到BOM轉(zhuǎn)換過程
目前提取CAD圖紙中產(chǎn)品信息的方法一般有：
1)通過對圖樣標(biāo)題欄、明細(xì)表、圖樣幅面等定義。自動提取圖紙中的標(biāo)題欄和明細(xì)表信息。2)把圖紙的標(biāo)題欄明細(xì)欄做成BLOCK文件進(jìn)行自動提取。3)利用ActiveX Automation技術(shù)實現(xiàn)對DWG、DXF格式電子圖檔的標(biāo)題欄、明細(xì)表等信息的無損失提取和自動入庫。本文采用ActiveX Automation技術(shù)進(jìn)行提取，ActiveX Automation是AutoCAD最新的開發(fā)接口，它提供了訪問AutoCAD內(nèi)部功能的方法。開發(fā)工具擬采用PowerBuilder9.0，訪問AutoCAD的對象模型。獲取DWG文件中標(biāo)題欄明細(xì)欄的信息。采用批量提取的方法是高效提取、自動生成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中必不可少的一環(huán)。同時提取一個文件夾下的所有文件，一般就是一個產(chǎn)品的所有圖紙。
產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹是一種表示產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)系的樹狀視圖。樹中各節(jié)點分別表示部件或組件，葉節(jié)點表示零件，反映了產(chǎn)品、零部件之間的層次關(guān)系。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是指零部件如何定義及如何在車間內(nèi)把零部件組裝為產(chǎn)品或大部件，在PDM中產(chǎn)品結(jié)構(gòu)主要面向產(chǎn)品干什么以及怎樣配置產(chǎn)品。在任何一個產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息始終貫穿整個產(chǎn)品的生命周期，而且在不斷地變化調(diào)整。由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)配置、制造、計劃采購時是主要的依據(jù)，因此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息不僅對產(chǎn)品描述而且對整個產(chǎn)品的生產(chǎn)過程極其重要。另外產(chǎn)品結(jié)構(gòu)是產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM和企業(yè)資源計劃ERP的核心內(nèi)容，因此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)將是PDM與ERP之間集成的結(jié)合點，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的生成有兩種方法：基于編碼和基于裝配關(guān)系。本文采用基于裝配關(guān)系的方法，ERP雖然有編碼，但因為是流水碼，不具有特征性，不能判別是產(chǎn)品還是零部件。根據(jù)產(chǎn)品的具體結(jié)構(gòu)，首先將全部的圖紙信息存人數(shù)據(jù)庫，對有、無明細(xì)欄做個標(biāo)記。采用由上而下的方式，先根據(jù)明細(xì)信息生成樹結(jié)構(gòu)。然后再采用遍歷的方法生成所有的節(jié)點。
3 BOM的轉(zhuǎn)換
一個產(chǎn)品要經(jīng)過工程設(shè)計、工藝過程設(shè)計、生產(chǎn)制造3個過程才能形成。而這3個過程只是產(chǎn)品生命周期的一小部分。在這3個過程中。雖然它們有著十分相似的物料清單：工程設(shè)計物料清單EBOM(Engineering Bill of Material)、工藝物料清單PPBOM(Process Planning Bill of Material)、制造物料清單MBOM(Manufacturing Bill of Material)，但正是這些物料清單中小小的一點差異卻決定了它們各自的專業(yè)技術(shù)和管理思維方式的不同。3種BOM的基本信息主要有：
1)EBOM：產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品圖號、物料號、物料名稱、重量、機型、規(guī)格、設(shè)計更改說明、更改順序號、主要件標(biāo)志等，
2)PPBOM：裝、刀具、量具、毛坯、物料號、圖號、物料名稱、重量、設(shè)計更改說明、更改順序號等。
3)MBOM：零件名稱、裝配順序、工時定額、材料定額、設(shè)備型號、刀具、測具、卡具和模具。、
可以看出產(chǎn)品在整個生產(chǎn)過程中對不同的階段分別有不同的BOM形式與之對應(yīng)，產(chǎn)品BOM的轉(zhuǎn)換就成為一個必須解決的問題，上述3種重要BOM的轉(zhuǎn)換過程大致如下：
1)產(chǎn)品經(jīng)過配置后得到的BOM首先是EBOM：產(chǎn)品工程設(shè)計管理中使用的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)通常精確地描述了產(chǎn)品的設(shè)計指標(biāo)和零件與零件之間的設(shè)計關(guān)系，對應(yīng)文件形式主要有產(chǎn)品明細(xì)表、圖樣目錄、材料定額明細(xì)表、產(chǎn)品各種分類明細(xì)表等。系統(tǒng)從明細(xì)欄中搜索出物料號、零件圖號、名稱、材料、凈重等屬性信息，生成了屬性文件。當(dāng)設(shè)計者完成了一部件或總成設(shè)計時，可將零件明細(xì)表匯總成設(shè)計結(jié)構(gòu)文件。PDM通過批量錄入直接從CAD的相關(guān)文件(屬性文件、設(shè)計結(jié)構(gòu)文件)中提取零件屬性和產(chǎn)品設(shè)計結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)形成設(shè)計清單EBOM。
2)產(chǎn)品在工藝設(shè)計階段的結(jié)構(gòu)形式，產(chǎn)生于工藝部門。在EBOM的基礎(chǔ)上，工藝人員根據(jù)企業(yè)工藝裝備特點，編制產(chǎn)品的裝配件、零部件和最終產(chǎn)品制造的工藝規(guī)程，確定工序、工位、簡要工裝等信息。形成產(chǎn)品的PPBOM。
3)在PPBOM的基礎(chǔ)上，添加詳細(xì)工藝、工裝、材料和虛擬件等信息，反映了零件、裝配件和最終產(chǎn)品的制造方法和裝配順序，最終的制造物料清單包含了產(chǎn)品生產(chǎn)中出現(xiàn)的全部物料項，也就是MBOM。
4 產(chǎn)品圖文檔管理
圖文檔管理系統(tǒng)是PDM的核心組成部分之一，主要作用是管理開發(fā)和利用企業(yè)產(chǎn)品的信息資源。明確地說。就是在企業(yè)擁有一定信息設(shè)施和電子文件積累、具備一定信息化建設(shè)的基礎(chǔ)上，對企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)執(zhí)行進(jìn)一步地管理開發(fā)和利用。對于企業(yè)來說。產(chǎn)品的靈魂就是有關(guān)產(chǎn)品的各項數(shù)據(jù)：包括產(chǎn)品設(shè)計圖樣、計算文件等。企業(yè)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)是企業(yè)的主要信息資源，主要是以圖文檔資料的形式來加以實現(xiàn)。這些圖文檔資料涵蓋了產(chǎn)品的技術(shù)數(shù)據(jù)、信息圖形和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等信息，PDM系統(tǒng)作為一個集成平臺是溝通產(chǎn)品設(shè)計部門和管理信息系統(tǒng)及制造資源系統(tǒng)之間信息傳遞的橋梁。PDM的主要信息都將來自于圖文檔資料。由此可見。圖文檔管理系統(tǒng)是PDM的重要組成部分。建立圖文檔管理系統(tǒng)是實施PDM的基礎(chǔ)，一個企業(yè)的PDM系統(tǒng)往往要從圖文檔資料管理人手。資料管理不好。PDM是無法得到有效實施的。
產(chǎn)品的圖文檔管理系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下幾個功能：
1)管理企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)制造過程中形成的圖樣、工藝及有關(guān)的技術(shù)文件資料，形成各類圖樣、文件資料庫。
2)實現(xiàn)信息共享：使設(shè)計人員可以瀏覽存儲的產(chǎn)品圖紙、工藝文件及有關(guān)資料。
3)對存儲的圖紙、工藝及文件資料進(jìn)行管理、維護(hù)。
4)在信息共享的同時對信息安全進(jìn)行控制，防止企業(yè)技術(shù)外泄。產(chǎn)品的圖文檔管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖2產(chǎn)品圖文檔管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
5 CAD／PDM／ERP集成系統(tǒng)設(shè)計
對于化工裝備企業(yè)來說，PDM系統(tǒng)和ERP系統(tǒng)實際上是針對不同目標(biāo)的應(yīng)用系統(tǒng)。PDM系統(tǒng)的主要目標(biāo)是控制產(chǎn)品配置，使用更改控制和產(chǎn)品生命周期來管理產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)的開發(fā)、修改以及使用。ERP系統(tǒng)的主要目標(biāo)是控制生產(chǎn)計劃過程，平衡期望的產(chǎn)品銷售情況與制造這些產(chǎn)品所需要消耗資源之間的關(guān)系。圖3顯示了CAD／PDM／ERP3個系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)接口功能。
圖3 CAD／PDM／ERP系統(tǒng)集成示意圖
圖4為CAD／PDM／ERP集成系統(tǒng)的程序運行界面，顯示的是AutoCAD圖紙信息的提取功能。系統(tǒng)主要有以下幾個功能模塊：產(chǎn)品基礎(chǔ)信息管理、數(shù)字化模型管理、標(biāo)準(zhǔn)信息管理、圖紙信息提取、BOM轉(zhuǎn)化、圖文檔管理、匯總查詢/打印、賬號管理等。
圖4 系統(tǒng)運行界面
本系統(tǒng)的基本工作流程是：企業(yè)的設(shè)計部門利用其已有的AutoCAD軟件完成產(chǎn)品的基本設(shè)計之后，可利用本系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)提取功能，自動生成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹轉(zhuǎn)化為BOM，同事產(chǎn)品零件的必要信息寫入數(shù)據(jù)庫中保存。對于產(chǎn)品圖文檔，可以通過本系統(tǒng)提供的圖文檔管理模塊提取并到PDM數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，再令CAD實體與此數(shù)據(jù)庫表連接，以此實現(xiàn)CAD與PDM之間數(shù)據(jù)的雙向流動。當(dāng)一個完整的產(chǎn)品設(shè)計全部完成時，這些保存在數(shù)據(jù)庫中的產(chǎn)品零件的信息全部匯總到生產(chǎn)部門。生產(chǎn)部門利用本系統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹管理功能對產(chǎn)品零件進(jìn)行管理，并可以生成用于ERP系統(tǒng)的BOM表，最后可以生成報表或有ERP系統(tǒng)進(jìn)入調(diào)用數(shù)據(jù)。
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本文標(biāo)題：化工裝備制造企業(yè)CAD與ERP集成技術(shù)研究
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