第09章产品生命周期中的应用系统集成.

制造企业的产品生命周期管理制造企业产品生命周期管理1目录第1章概论第2章PLM的概念与内涵第3章制造企业产品数据的分类与组织第4章制造企业产品生命周期中的数据管理第5章产品生命周期中的结构配置管理第6章产品开发过程的管理制造企业产品生命周期管理2目录第7章产品开发项目的管理第8章产品生命周期中的质量管理第9章产品生命周期中的应用系统集成第10章PLM与先进制造模式第11章PLM/PDM软件产品与应用实例制造企业产品生命周期管理3第9章产品生命周期中的应用系统集成9.1应用系统集成的必要性9.2应用系统集成的基本框架与技术方法9.3CAD/PLM的应用集成9.4CAx/PLM的应用集成9.5PLM与ERP的应用集成9.6PLM与PM的应用集成9.7异构PDM系统的应用集成制造企业产品生命周期管理4第9章产品生命周期中的应用系统集成目前，制造企业所使用的应用软件越来越多，这些应用系统具有异构环境，用于处理产品定义、流程描述和生产控制中的异构信息，并将各种数据信息分别存放在不同的物理系统中。在产品生命周期中，需要将这些物理上分布的应用系统及其所处理的相关信息进行有效的集成。本章主要讨论产品生命周期中的应用系统集成问题，并从两个方面来讨论，一是系统集成之间的逻辑集成数据结构，二是系统集成的技术实现方式。这里主要讨论CAD/PLM、CAx/PLM、ERP/PLM以及PM/PLM之间的集成问题。制造企业产品生命周期管理59.1应用系统集成的必要性1C4P技术及其相互关系C4P即CAD/CAE/CAPP/CAM/PLM的总称，它是制造业信息化的基础，也是产品生命周期中实现企业产品创新的技术保障。CAD、CAE、CAPP、CAM都是一些单项应用技术和软件系统，但系统之间的信息联系密切，CAD是CAE、CAPP和CAM的基础。在CAE中，无论是单个零件，还是整机的有限元分析及机构的运动分析。都需要CAD为其造型、装配；在CAM中，则需要CAD进行曲面设计、零件造型和模具设计；在CAPP中，则需要CAD的2D，3D模型、明细表和技术文件等。因此，CAD是CAE、CAPP和CAM的数据源头，而CAE/CAPP/CAM的结果可以验证CAD结果的正确性，弥补CAD结果的不足，修正CAD结果中的错误。制造企业产品生命周期管理69.1应用系统集成的必要性PLM用于统一管理整个产品生命周期中所有的产品定义信息，它支持分布、异构环境下不同软硬件平台、不同网络和不同数据库。CAD、CAPP、CAM系统都通过PLM交换信息，从而实现CAD、CAE、CAPP、CAM之间的数据交换和信息集成。PLM自身不产生数据，仅是管理CAD/CAE/CAPP/CAM产生的数据，为CAD/CAE/CAPP/CAM提供基础数据和设计平台。2产品生命周期中的应用集成问题制造企业在产品生命周期中应用了很多计算机软件系统，如C4P、ERP、PM等，要求实现异构计算机环境下的应用系统集成，支持不同的软硬件平台。由于PLM系统和CAX、ERP等应用系统在功能和特性上存在较大差异，因此制造企业产品生命周期管理79.1应用系统集成的必要性制造企业产品生命周期管理89.1应用系统集成的必要性如何将这些系统结合起来，构造统一的企业信息共享与协作平台是产品生命周期集成的主要内容。在实现CAx、PLM、ERP的系统集成过程中，需要重点考虑以下一些问题。①对于某一对象的数据，在不同的应月系统中所进行的信息定义和描述方式并不相同，如何进行数据的统一定义和描述。②数据的控制问题，即哪些数据是由哪些人员产生的，以及由谁来控制需要共享的信息资源。③异构计算机应用系统集成的实现问题。3基于PLM实现工程应用系统集成的必要性企业应用系统集成的内涵是不断扩展的。基于PLM系统实现工程应用系统集成的必要性体现在以下几个方面。制造企业产品生命周期管理99.1应用系统集成的必要性①在产品的全生命周期中，CAx系统用于产品的设计、分析与制造，PLM系统用于管理与产品有关的数据和过程，ERP系统管理企业的人、财、物、信息等企业资源，各系统的侧重点不同。②由于这些系统的应用范围和侧重点的不同，其信息模型的不一致造成各应用系统之间的“信息孤岛”，没有实现企业信息资源最大限度的重用和共享，这对于企业来说是一种信息资源的浪费。③企业实现产品生命周期管理是企业信息化的主要发展方向。信息系统集成是一种系统化的思想、方法和技术的综合应用，不是单纯的硬件或软件技术问题。对制造企业而言，由于多种软、硬件平台的应用共存，由此带来各种信息系统在应用和集成时的种种问题，需要加以合理地解决。制造企业产品生命周期管理109.2应用系统集成的基本框架与技术方法1系统集成的基本概念所谓集成是将分散的各个部分或各种因素相结合，使之成为一个更加和谐的整体，使一个整体的各部分之间能够彼此有机和协调地工作，以发挥综合效应，达到整体优化的目的。如果集成的各个部分指一些不同的应用系统，则这种集成就是系统集成。根据美国信息技术协会(ITAA)的定义，信息系统集成是根据一个复杂的信息系统或子系统的要求，把多种产品和技术进行连接，以形成一个完整的解决方案的过程。信息系统集成是一个寻求整体最优过程，是根据总体信息系统目标和要求，对现有分散信息子系统或多种硬软件产品和技术，以及相应组织机构和人员进行组织、结合、协调或重建，形成和谐综合信息系统，为企业提供全面信息支持。制造企业产品生命周期管理119.2应用系统集成的基本框架与技术方法2制造企业应用系统集成的特点制造企业的应用系统集成是基于产品生命周期的信息模型的系统集成。对产品生命同期中的所有产品数据进行定义，而这些数据分别存储在不同的应用系统中，为了使产品信息模型对所有的用户来说都是透明的，必须把这些分散的系统集成为一个整体。这些系统主要包括CAx、PLM和ERP等。按照产品数据对象信息集成的复杂程度，可以将集成的内容划分为以下5个层次。①单一产品结构信息的集成。实现将产品结构树上所有结点的信息从PLM集成到全局数据库中，包括结构树结点信息的集成与层次关系的集成。②工艺及制造资源信息的集成。不仅包含产品结构的基本信息的集成，还包括零件的工艺路线、工序、NC代码文。制造企业产品生命周期管理129.2应用系统集成的基本框架与技术方法件等工艺信息与零件的制造资源信息。实现这一部分的集成，需要在PLM中扩展并建立工艺及制造资源信息模型。③产品结构附加信息的集成。包括结构可选件、替换件、互换件的产品信息的集成。④面向设计的工程更改信息的集成。提供产品设计中有关零部件的更改内容、更改原因、更改历史的信息集成。⑤系列化产品结构信息的集成。在单一产品结构信息集成的基础上，通过对产品的变形设计，形成系列化产品。以上信息集成的内容可以分步实施。其中，第1、2层次是实现信息集成应达到的最低层次，可以满足集成产品单项信息、设计BOM信息、工艺信息的集成需要，保证ERP的制造企业产品生命周期管理139.2应用系统集成的基本框架与技术方法基本需求；第3、4层次，增加了描述产品设计与更改过程、产品结构变化的集成内容，使得产品的信息更加全面和完整；第5层次是针对多个产品或系列产品的信息集成，它覆盖了上述所有的内容，是产品生命周期应用系统集成的最高目标。3企业应用系统集成的基本框架PLM系统以网络环境下的分布式数据库为基础，实现了产品生命周期的信息管理，实现CAD/CAE/CAPP/CAM系统的应用集成；企业资源规划(ERP)中的许多信息来自CAD/CAE/CAPP/CAM系统，PLM系统可以及时地把相关信息传递到ERP系统中，ERP产生的信息也通过PLM传递到CAD/CAE/CAPP/CAM系统中。由此可见，PLM系统是CAx系统与ERP系统之间信息传递的桥梁。制造企业产品生命周期管理149.2应用系统集成的基本框架与技术方法图9-1基于PLM的企业应用系统集成基本框架图9-1表示一种基于PLM的企业应用系统集成框架。在该应用系统集成的基本框架中，为了保证集成信息的一致性，白PLM控制每个CAx应用工具所产生的数据文件或模型信息，制造企业产品生命周期管理159.2应用系统集成的基本框架与技术方法然后通过PLM与ERP的接口，把相关信息传递到ERP系统中，实现对企业资源的宏观控制。对于应用系统集成而言，根据不同的需求，可以采用不同的系统集成模式。有人将系统集成问题分为两个层次，即逻辑集成和物理集成。逻辑集成是基于产品信息模型，研究不同的应用系统之间进行集成时，针对相关数据的组织方式和结构化方法；而物理集成主要是在一定技术支持下，实现数据之间的通信和传递。PLM环境提供了一整套结构化的面向产品对象的公共服务集，构成了应用系统集成的基础，以实现以产品对象为核心的信息集成。4应用系统集成的实现方式目前，根据系统集成的紧密程度，可以将应用系统集成分为封装、接口和紧密集成3种模式。制造企业产品生命周期管理169.3CAD/PLM的应用集成9.3.1CAD/PLM系统集成的基本功能PLM主要用于对产品数据的存储和查询，即控制数据的存储与检索、按用户定义属性查找数据、协调不同类型数据之间的关系、管理文件的进出、提供产品结构和配置管理、跟踪产品开发过程、转换不同应用之间的数据流等。企业大量的产品数据是由CAD及其他应用系统生成，实现PLM与CAD系统的应用集成，可以在PLM环境下实现CAD文档的检入／检出，展示产品结构和CAD文档的所属关系。当进行CAD与PLM系统的封装集成时，PLM系统并不管理CAD文件的内部数据。如果通过接口方式实现CAD与PLM的完全集成，那么PLM不仅管理CAD图形文件，而且可以实现与工程图相关的管理信息的双向交换，同样的数据只需输入一次，保证了产品数据一致性。制造企业产品生命周期管理179.3CAD/PLM的应用集成此时，CAD与PLM两个应用系统之间集成的核心任务是：将CAD用户的工作结果连同有关的原数据对象一起构建在PLM数据模型中，使得产品信息模型中所描述的零部件视图、模型、工程图等对象、原数据对象和数据成为一个整体。如图9-2所示，在这种集成方式下，CAD与PLM的系统集成接口主要实现以下4个方面的集成功能。图9-2CAD与PLM系统集成之间的数据交换制造企业产品生命周期管理189.3CAD/PLM的应用集成制造企业产品生命周期管理199.3CAD/PLM的应用集成(1)对零件的视图和模型进行操作。(2)对零件主图进行操作。(3)对零件工程图进行操作。(4)对部件结构进行操作。9.3.2CAD/PLM应用系统集成的数据组织方式图9-3措述了CAD/PLM系统集成对主图和主模型进行操作时的主要数据结构描述。在PLM系统中，通过零件族来实现对零部件的分类和组织。主图和主模型都通过一定的联系对象与相应的分类单元进行联系，主图和主模型中的参数通过与分类单元相联系的事物特性表来表达。事物特性表中的每一行与一个相应的零件基本记录PBR进行联系，这样通过零件基本记录PBR所对应的事物特性表中的参数和主图以及主模型，就能派生出零件的模型和工程图。制造企业产品生命周期管理20CAD/PLM的应用集成制造企业产品生命周期管理219.3CAD/PLM的应用集成图9-3CAD/PLM系统集成主图和主模型数据结构在CAD系统中，通过参数表中的每一行相对应的主模型和主图，就能够在CAD系统中产生相应的模型和工程图。制造企业产品生命周期管理229.3CAD/PLM的应用集成在CAD和PLM之间从主图和主模型派生工程图和模型的过程中，主要传递的数据是通过主图和主模型的参数表来传递的。从PLM系统中找到一个工程图或模型时，首先从事物特性表中映射出相应的参数表数据，然后在CAD系统中通过参数表数据产生相应的工程图和模型；在CAD系统中产生一个模型后，可以提出相应的参数表数据，传送到PLM系统中相应的事物特性表，在PLM系统中产生一个新的零件基本记录。图9-4描述了CAD与PLM进行系统集成时对产品结构数据的处理方式。在PLM系统中产品结构数据主要有两种表达方