航天制造企业PDM与ERP系统数据接口方案分析

常　军，郭西园，付文平，石丹丹，李庆鹤

(长治清华机械厂，山西 长治 046012)

航天制造企业PDM与ERP系统数据接口方案分析

常军，郭西园，付文平，石丹丹，李庆鹤

(长治清华机械厂，山西 长治 046012)

摘要：PDM和ERP是企业信息化的两大关键板块，且多由不同的系统平台构成，而促进两大系统的协同与无缝集成，则是大多数企业信息化进程中需要解决的问题。某航天制造企业在数字化推进过程中同时实施了PDM与ERP这两大管理平台，通过分析企业工作流现状及未来在系统中运行的要求，基于敏捷制造、精益思想，以提高工作流运行效率为原则，开展了2种系统数据接口方案的分析与研究工作，为航天制造企业信息化平台集成提供了有价值的参考。

关键词：PDM；ERP；系统接口

产品数据管理(Product Data Management，PDM)是注重于产品信息资料管理的系统平台。企业资源规划(Enterprise Resource Planning，ERP)能够实现企业信息流、物流、资金流和业务流的有机集成，为企业提供一整套的管理方案。两者是产品生命周期管理(Product Lifecycle Management，PLM)的主要组成部分，涵盖了产品从设计、工艺、制造和销售等生命周期的数据管理。PLM系统作为当今信息技术研究与应用的重要技术，是企业由粗放式管理走向精细化管理的必要手段，得到了我国航天航空领域越来越高的重视。在我国，30%以上的PLM应用存在于航天航空领域[1]。其中，航空领域已经实现了相对成熟的应用，而航天领域则处于起步摸索阶段[2]。

随着国家对航天装备需求的增加，航天制造业的发展面临巨大的挑战[3]，航天任务形式逐渐从多研制、少生产转变成多品种、变批量、研制与批产并重的局面，并且研制型号与批产需求呈现双增长的趋势。但是航天制造过程大量依靠人工控制，数据繁杂，重用度低，管理重叠，流程交叉，严重制约了航天制造的发展。为提升航天制造能力，满足型号产品研制生产和未来发展需求，航天科技集团公司于2010年启动了工艺振兴计划一期工程，旨在通过一系列的先进制造技术的应用，提高航天制造的工艺水平和制造能力，满足型号研制生产任务和集团公司转型升级的迫切需求，加速推动我国从航天大国向航天强国迈进。其中，推进数字化制造与信息化集成是重要的组成因素。

长治清华机械厂是航天科技集团运载火箭技术研究院下属大型制造企业，主要从事航天地面设备的研制和批生产，产品研制型号多、任务紧、单件小批量且多批次混合生产的情况并存。企业的生产模式在航天系统非常典型，目前，本厂正在同时实施PDM和ERP等2个系统。

企业的组织结构(见图1)主要沿袭计划经济时代的模式，企业的部门主要包括职能处室和生产车间。随着近年来承制产品的增多及与上级机关管理对接的原因，企业新成立了若干项目组和管理部，但企业的组织结构还是主要呈现为扁平式管理模式。由于企业机构扁平设计，与生产相关的业务部门多且职能交叉、流程繁杂，越来越难以满足企业日渐增长的生产需求。随着企业发展与市场化转型需要，迫切需要通过变革的方式提高管理水平，进行流程优化再造，集成生产各业务部门信息流，以提高生产效率。面向企业提高管理效率的需求，以及十八大提出的工业化与信息化深度融合的要求，机械装备业必须走数字化工厂的道路。经过调研分析，计划引进PDM和ERP管理平台进行信息化改革试点，结合数字化制造的发展需求，制定了如下需求纲领：1)同一数据实现单一来源、驱动式变更；2)PDM系统能够接收上游设计的数字模型；3)工装设计、工艺设计数字化工具能够与PDM系统无缝集成；4)ERP系统能够管理起企业的计划、项目、采购、物资、检验和质量等资源；5)PDM及ERP系统能够适应未来企业规模扩大的长远需要。

图1　企业组织结构图

在上述需求的指导下，企业制定了详细的需求报告，经过招标，分别选中了西门子的Teamcenter和SAP的ERP系统作为实施数字化的基础平台。前者是全球使用最成熟的知识管理系统，后者则是企业管理领域最成熟的典范，两者都将先进的企业管理理念与知识方法理论融入了系统中，对企业流程、知识和业务等各方面的管理将会有极大的提升。两者的实施效果与实践意义，对航天制造企业进行数字化改造有着重要的参考价值。本文以长治清华机械厂的PDM和ERP系统的实施为载体，开展两大平台的数据接口方案的研究。

1企业管理流程的数据流分析

1.1数据流现状分析

按照工厂现有的业务流程，在设计单位的产品图样到厂后，工艺部门根据图样资料编制下料明细、外购外协和机械加工装配规程等各种工艺资料，分别用于指导计划、质量、配套、采购、下料、生产和检验。企业管理流程的数据流图如图2所示，其中也展示了现有工作数据流的弊端。同时实施PDM和ERP以后，工艺数据主要由PDM创建，由于PDM及其与PDM集成的设计工具均选自同一家产品，在PDM系统内部可实现工艺数据来源的唯一性及驱动性更改；生产数据主要由ERP管理，企业实施的SAP模块涵盖了计划、项目管理、采购和质量等7个模块，因此，生产组织、产品成本和质量管理均在ERP系统内实现，在ERP系统内部各模块之间的相同数据也可实现单一来源，也可实现驱动式变更。根据企业数字化工厂建设的总体需求——“所有数据的单一来源”，势必要在2个系统之间搭起一座桥梁。由图2可知，PDM与ERP系统之间存在着大量信息共享现象，首先PDM中产品工艺结构的基础资源信息应该与ERP的保持一致，如原材料、标准件等；其次ERP中运行的产品信息、工艺信息全部来自PDM。打通企业的信息链，保证数据的唯一有效性，使各业务部门的信息最大化共享，才能提高整体的运作效率，这就需要对两大系统之间的数据接口进行深入探讨和研究。

图2　企业管理流程的数据流

1.2未来数据流方案

在企业数字化平台正式运行后，在企业内部EBOM→PBOM→MBOM的工作流关系如图3所示。

图3　PDM与ERP数据流

结合业务需要，企业实施的PDM系统包含的功能模块有图文档管理、产品数据可视化、结构管理、流程管理、变更管理、分类管理、组织结构管理、数字化工艺系统以及无缝集成的CAD、CAM，涵盖了设计工艺系统的业务需求。企业实施的ERP系统包括项目管理、生产计划与控制、物料管理、财务管理、销售管理和质量管理等模块，包括与生产运营关系密切的部门与业务模块。系统集成首先应确定的是数据接口的范围与流程，数据范围包括产品结构数据、工艺BOM和工艺路线。PDM与ERP接口内容如图4所示。

图4　PDM与ERP接口内容

2数据接口方案

2.1物料编码方案

PDM与ERP都是对数据进行管理，其本质是对物料编码进行管理。物料编码是物料在系统内的唯一识别码，物料泛指在系统中需要进行管理的任何物理对象，包括产成品、半成品和原材料等各种数据对象。目前，企业对系统集成的物料编码管理现状大致分为2种情况：1)2个系统使用定义一致的编码规则，按照协定的接口进行编码的数据交换；2)沿用各自系统的编码规则，通过中间数据对照表的方式进行数据交换。

经分析，为达到这2个系统的无缝集成，实现数据的可靠传输，统一的物料编码更合理。

2.2创建接口方案

确定了物料的编码规则，接下来应确定编码的管理工作，即确定物料编码器是在PDM中还是在ERP中实现。借鉴2个系统在其他行业集成的成熟方案，结合工厂实际情况，由企业、PDM项目组和ERP项目组共同研究确定，筛选出可供选择的3种编码方案，具体见表1。

方案1中的工作流为：首先，采购部门、工艺部门在ERP中维护好外购产品、自制产品的物料编码；然后，将带有编码的物料信息传输至PDM系统，由工艺部门人员完成PBOM的创建工作，并将PBOM传输至ERP系统；最后，由计划、财务、物资和检验人员维护物料的其他信息。该方案的优点是数据编码来源唯一，可有效避免一物多码；缺点是工作效率低，工艺人员需要消化2次EBOM的相关信息并登录2个系统进行操作， 采购人员还需要配合工艺人员完成系统给码工作，涉及到操作ERP系统的岗位多，操作流程复杂，且存在工作倒流的情况，无形中增加了大量需工艺人员完成的非主业工作，工艺部门人员的时间和精力难以承担。

表1　PDM与ERP的3种编码方案

注：主数据指产品的设计、工艺数据，基础数据主要指原材料等企业的基础性数据。

方案2中的工作流为：首先，采购部门、工艺部门在PDM中维护外购产品、自制产品的物料编码，由工艺部门人员完成PBOM的创建工作，并将带有编码的PBOM传输至ERP系统；然后，在ERP系统中由计划、财务、检验和物资人员维护物料的其他信息。该方案的优点是数据编码来源唯一，可有效避免一物多码。缺点是需要采购人员或工艺人员在PDM中维护外购物料的信息，对于采购人员操作PDM系统的问题，超出了采购部门的业务职责；对于工艺人员维护外购物料的信息，也不专业；不论是由采购人员还是由工艺人员维护的外购物料信息，都需要对方配合校对信息，工作流存在交叉情况，效率较低。

方案3中的工作流为：首先，采购部门、工艺部门分别在ERP、PDM中维护外购产品、自制产品的物料编码，并将外购物料信息库传输到PDM中；然后，由工艺部门人员完成PBOM的创建工作，并将带有编码的PBOM传输至ERP系统；最后，在ERP系统中由计划、财务、检验和物资人员维护物料的其他信息。该方案的优点是数据编码来源唯一，可有效避免一物多码，各部门人员工作内容没有超职责范围，企业组织结构不需作较大的调整；缺点是前期工作流程较长。

3数据接口方案分析

根据上述3个方案工作流的情况进行综合分析。方案1工作流程较长，虽然做到了数据编码的统一管理，但是会消耗工艺人员大量的非工艺工作时间和精力，航天产品主要以研制型号为主，具有频繁更改的特点，企业每天发生的更改项数可达百次以上，每一次更改都涉及到工艺设计人员操作ERP系统，冗余的流程必然增大技术资料准备的时间，不符合航天快速响应的生产模式。方案2工作流程最短，也是大多数企业采用的方案，但对于航天企业专业性强、系统复杂的特点，各个职能部门的职责较为明确，没有设计与采购相结合的复合型人才；如果硬性推行该工作模式，带来的组织结构调整必然较大，从而影响ERP系统的上线运行时间，因此也不可取。方案3在PDM中可以直接创建自制产品数据，并形成将PBOM物料信息传输给ERP，而外购物料的基础数据则全部来自于ERP，由采购部门创建。工艺部门保证产品数据的唯一性，采购部门保证外购基础数据的唯一性，各部门人员能够快速完成相应工作。既保证了数据源的唯一，又能较好满足企业的使用需求。

在PDM与ERP等2个系统集成的方案中，底层编程技术在开发上不是难点[4]，已经有较多成功案例。上海汉得是这2个系统的金牌实施商，它们能够提出成熟的解决方案。相对而言，选择2个系统接口方案的难点是管理问题，即是否有利于管理效率的提升。基于敏捷制造模式对管理流程高效的要求，以及依据精益生产与信息化结合的组织管理的模式，选择方案3较为合理，主要原因是敏捷制造的内涵就是缩短流程，实现短、频、快的响应机制，显然方案1不可行。根据精益生产理念，实现专业化布局，同样对人员的要求也是专业化的方向，这是熟练操作、提高效率的要求，因此，方案2在企业也不可行，而且人力资源也不具备条件。在方案3中，总体上各部门均能熟练完成各自业务范围内的工作，虽然前期工作流程较长，但基本上都是并行开展，符合提高企业管理流程运行效率的最核心的要求，因此，选定方案3。

4结语

本文以航天制造企业同时实施PDM和ERP为例，分析了两大系统的数据流与接口内容，基于提高工作流效率的原则，给出了PDM与ERP系统数据接口方案的选择方法，为数字化平台的集成运用奠定了基础。方案的选定以航天制造为背景，对航天制造企业实施信息化系统集成有一定借鉴意义。

目前，航天数字化制造工作正在大力推进，PDM与ERP系统的实施仅仅是个开始，航天制造企业在进行数字化改革过程中，有大量的产品数据需要梳理，有繁杂的流程需要优化再造，有交叉重叠的组织结构需要调整，更有源远流长的航天文化需要传承，相信航天人一定能用自己的智慧与能力，再造一个数字化航天制造奇迹。

参考文献

[1] 岩石,依然.航空PDM/PLM技术应用调查报告[J].航空制造技术,2010(18):58-63.

[2] 范玉青,梅中义,陶剑.大型飞机数字化制造工程[M].北京:中航出版传媒有限责任公司,2011.

[3] 良辰.推行数字化制造 振兴航天制造业——访中国航天科技集团公司第一研究院首都航天机械公司总经理张为民[J].航空制造技术,2013(Z1): 57-61.

[4] 卓炜,廖文和.基于产品结构工作流的PDM与ERP集成[J].电气技术与自动化,2004,33(4):71-75.

责任编辑郑练

The Discussion of the Interface Solution about PDM and ERP on Aerospace Manufacturing Companies

CHANG Jun, GUO Xiyuan, FU Wenping, SHI Dandan, LI Qinghe

(Changzhi Qinghua Machinery Factory, Changzhi 046012, China)

Abstract：PDM and ERP formed by different systems generally are the two key sections of enterprise informatization. It is a serious problem to solve the integration of PDM and ERP. Analyze the interface solution about the two system based on an aerospace manufacturing company, while the PDM and ERP are being implemented now, and provide a valuable reference about the integration of information platform for aerospace manufacturing companies.

Key words:PDM, ERP, system integration

收稿日期：2015-04-20

作者简介：常军(1977-)，男，高级工程师，主要从事工艺技术研究、工艺管理和数字化制造技术等方面的研究。

中图分类号：V 468

文献标志码:A