一种基于PLM的制造企业应用系统集成的研究详细过程

随着信息技术的发展，制造企业也在发生巨大的变化。目前，制造企业所使用的应用软件越来越多，像CAX （CAD、CAM、CAPP和CAE）、PLM和ERP技术也得到不断地推广和应用。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，这就使他们迫切要求通过网络实现各企业应用系统的集成，进行企业间信息的共享与集成。但是各个企业的信息系统与数据库不尽相同，这样就对信息的共享与交换带来了问题。本文正是出于此种目的，提出了一种基于PLM的企业间系统的的集成，来实现企业问信息的共享与集成。

1 基于PLM实现应用系统集成的必要性

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。对产品生命周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。对于基于PLM系统的集成其必要性主要可以概括为以下三个方面：

首先，在产品的全生命周期中各个系统的侧重点不同，CAx系统主要用于产品的设计、分析与制造，PLM系统用于管理与产品有关的数据和过程，而ERP系统则侧重于实现管理企业的人、财、物、信息等企业资源；其次，由于这些系统的应用范围和侧重点不同，其信息模型的不一致从而造成了各应用系统之间的“信息孤岛”，没有实现企业信息资源最大限度的重用和共享，从而对企业来说是一种信息资源的浪费；最后，企业实现产品全生命周期管理是企业信息化的主要发展方向。现有的任何一个单一的系统都无法完成制造企业的整个产品生命周期管理，因而需要利用企业的现有信息资源进行系统集成，这也是一种经济可行的实现途径。

2 基于PLM应用系统集成框架

2.1 系统集成需要考虑的问题

企业对应用系统进行集成时，不仅要考虑现有系统的技术因素，更要考虑企业组织结构、人员配备、技术条件以及企业所能承担的集成费用等。集成度越高，费用支出也将越高，同时对企业相关业务部门的冲击也越大。总的来说，系统集成需要几个方面的考虑：首先是要定义某一对象的数据，在不同的应用系统中所进行的信息定义和描述方式并不相同，需进行数据的统一定义和描述；其次是数据的控制问题，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；最后是异构计算机应用系统集成的实现问题。

2.2 系统集成的结构框架

根据系统集成方式的不同，本文提出PLM的PLM应用系统集成框架。下面对本系统框架进行详细说明。

CAX系统具有多样性与异构性的特点，并且现有的不同PLM系统也是采用不同的系统架构和外部接口，因此必须采用基于Web的平台无关的技术来实现通用的CAX和PLM系统的集成。由于WebService是完全与Web平台无关的，它定义应用程序在Web上的互相通信，而与各应用程序的底层实现无关，因此选择Web Service平台实现CAX和PLM 系统的集成。对于平台无关性的要求使得我们必须屏蔽不同系统的底层实现细节，不同的系统对外提供统一的调用接口，Facade设计模式恰恰具有上述优点，因此CAX和PLM 系统的底层接口分别用Facade模式封装成Web Service，以对外部屏蔽各自的底层接口，只暴露互相调用所需要的API，PLM系统可以通过Web调用封装了CAX接口的Web Service。反之，CAX也可以调用PLM的WebService，两者通过web互相调用，关系是对等的。PLM系统和CAX系统互为Web Service的客户端和服务器端，客户端和服务器之间用SOAP协议通信。两个系统之间采用XML格式进行信息交换，各自通过数据交换封装接口把各自的内部数据格式转换成XML数据格式发送请求，收到XML格式的数据之后也是通过数据交换封装接口把收到的XML数据解析为各自的内部格式。

ERP与PLM集成的最重要的数据集成是BOM，一个产品要经过工程设计、工艺设计、生产制造才能最终形成产品，BOM表在此设计过程中也由工程物料清单EBOM到制造物料清单MBOM的转变，在PLM中，BOM以产品结构树的形式进行表达，主要包括物料信息和产品结构信息，这些都是PLM需要向ERP导入的数据。在ERP中，BOM的最根本作用是进行物料需求、成本、能力等方面的计算。进行统一的集成要首先解决BOM表不一致的处理。我们可以通过建立装备BOM（ABOM）作为两者的中间阶段，不但包含产品装配文件，还包含产品工艺装备、消耗品、专用工具以及技术文件等。由于PLM和ERP往往出自不同的生产厂商，应用XML进行BOM信息的传递是一种有效的方式。经由ERP系统和PLM系统提供的API组建，将系统需要提供的信息导入或导出，将其转换成统一的XML文件进行信息的传递。

3 实现系统集成的关键技术

3.1 Web Service技术

通过Web服务，企业可以将共享信息、外协信息对外发布，其信息可以被Web程序所使用，也可以被其它企业的应用程序使用。Web服务特征如下。

1） 完好的封装性，对于使用者而言，它能且仅能看到该对象提供的功能列表。

2） 松散耦合对于松散耦合而言，尤其是在Internet环境下的Web服务而言，需要有一种适合Internet环境的消息交换协议。而XML/SOAP正是目前最为适合的消息交换协议。

3） 软件平台无关性，高度可集成能力。

选择Web Service平台作为PLM和其它系统集成框架的集成平台。该平台是通过一系列标准和协议来保证程序之间的动态连接。其中最基本的协议包括：SOAP，WSDL，UDD I。SOAP（Simple Object Access Protocol简单对象存取协议）是web Services消息通信的协议，是核心内容；WSDL（Web Services Description Language）是Web服务定义语言，用来说明SOAP的消息和如何交换这些消息；UDDI（Universal Description， Discovery，and Integration通用发现、说明和集成）用于集中存放和查找WSDL描述文件，起着目录服务器的作用。对底层接口封装之后，在统一的高层数据交换接口上编写web Service应用程序，由于不同系统提供了统一的高层数据交换接口，Web Service只与高层数据接口进行交互，因此可以编写通用的Web Service服务程序应用于不同CAPP和PDM 系统的集成。通过对PLM和其它系统分别编写通用的Web Service应用程序，在Web上进行各自web Service的调用，实现PDM 和其它系统的无缝集成。

3.2 XML技术

由于CAX（CAD/CAM/CAPP）与ERP等系统的数据格式不同，因此必须提供一种中间的通用数据格式来实现两个系统之间的信息集成。

XML作为一种高效、简单且具有高度开放性、兼容和跨平台性能的数据存储和数据交换标准，越来越显示出其强大的优越性。XML的优点主要有：

（1）良好的数据格式便于设计与特定领域相关的标记语言，同时又利于在异构系统间数据交换。

（2）良好的可扩展性和灵活性XML的扩展性和灵活性允许它描述不同种类的应用软件中的数据，且能集成不同来源的数据，方便了数据的建立。

（3）便于网络传输XML的压缩性能好，不会给网络传输增加太大的负担。

（4）文档高度结构化XML通过自定义标识，将文档分解为有一定含义的标记表达的元素，并可给每个元素附带额外的信息（属性），由此成为层次分明的数据结构。由于XML具有如此多的优点，选择XML作为中间格式实现PLM应用系统集成之间的数据交换。每个独立的系统各自把自己的数据转换成XML这种中间格式，通过集成框架实现数据交换与信息的共享，实现了集成框架的平台无关性和强大的可移植性。我们以CAPP与PLM系统之间的数据交换为例来说明：CAPP与PLM系统是以BOM的形式进行数据交换的。CAPP从PLM系统中得到EBOM及其属性，CAPP系统和PDM统之间主要的交换数据是BOM（Bill OfMaterial，物料清单）表，CAPP从PDM中得到设计BOM和设计属性，PDM从CAPP中得到工艺BOM和装配BOM，产品结构树是BOM表的中心内容。下面给出一个用XML实现的产品结构树例子：

系统之间交换的数据全部封装成XML格式，通过各自的数据交换封装接口进行XML格式和内部数据格式的互相转换。

4 结语

随着信息化的进一步发展，制造业的信息集成将成为势在必行的发展趋势，充分利用有限的企业资源，使各项资源达到最大限度的利用，也是每个设计者以及企业管理者的心愿。本文通过基于PLM的企业应用集成，把设计、分析、制造以及管理各个环节有机的结合起来，达到一定程度的信息共享与交换。由于系统的复杂性，此方案还有一些方面如服务安全性等需进一步深入探讨和研究。