秦紅斌，孫齊，唐紅濤，張雁翔，王玲軍

(1. 武漢理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院,湖北武漢 430070；2.韶關(guān)液壓件廠有限公司,廣東韶關(guān) 512029)

0 前言

液壓缸一般由后端蓋、缸筒、活塞桿、活塞組件、前端蓋等主要部分組成，而且為了防止內(nèi)部液壓油泄漏，液壓缸的加工工藝相對(duì)復(fù)雜，加工精度也比較高，液壓缸產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖紙所包含的生產(chǎn)信息也更加復(fù)雜。因此對(duì)于液壓缸制造企業(yè)，建立液壓缸產(chǎn)品數(shù)字化和智能化設(shè)計(jì)制造平臺(tái)非常必要。

目前，在機(jī)械制造生產(chǎn)過程中，CAD工藝設(shè)計(jì)技術(shù)以及ERP資源管理技術(shù)對(duì)產(chǎn)品的高效化、高質(zhì)量生產(chǎn)起著舉足輕重的作用。但這些軟件大多數(shù)是以獨(dú)立的個(gè)體存在，由于中間沒有建立數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉蛄?，使得系統(tǒng)之間不能進(jìn)行有效的信息化交流和數(shù)據(jù)共享，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)文件傳遞的滯后、信息一致性無法保證、文件檢索和管理困難等問題,難以滿足企業(yè)的現(xiàn)代化生產(chǎn)，進(jìn)而遏制了企業(yè)在市場(chǎng)業(yè)務(wù)上的高速化拓展。如何解決機(jī)械制造生產(chǎn)管理過程中各個(gè)系統(tǒng)之間出現(xiàn)的“信息孤島”問題成為當(dāng)前制造企業(yè)管理人員日益關(guān)心的問題。

為解決上述問題，本文作者將CAD設(shè)計(jì)圖紙和ERP信息管理系統(tǒng)柔性地耦合在一起，針對(duì)液壓缸生產(chǎn)，研究開發(fā)了ERP和CAD集成的產(chǎn)品圖庫(kù)管理系統(tǒng)。將產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙與訂單合同信息牢牢綁定在一起，智能識(shí)別并提取圖紙明細(xì)欄信息，生成物料清單并輸出到數(shù)據(jù)庫(kù)中，再由ERP系統(tǒng)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)，生成方便用戶瀏覽的產(chǎn)品BOM( Bill of Material)表；根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)分類標(biāo)準(zhǔn)化管理已有產(chǎn)品的CAD設(shè)計(jì)圖紙，實(shí)現(xiàn)液壓缸CAD工藝設(shè)計(jì)與制造信息管理于一體的多元化功能，從而有效地促進(jìn)了制造企業(yè)科學(xué)化的生產(chǎn)管理進(jìn)程。因此，文中的研究對(duì)于我國(guó)機(jī)械制造企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)與數(shù)據(jù)管理機(jī)制具有一定的參考價(jià)值和借鑒意義。

1 ERP與CAD集成的液壓缸產(chǎn)品圖庫(kù)管理系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

液壓缸的種類繁多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此面向液壓缸的生產(chǎn)信息也錯(cuò)綜復(fù)雜。 CAD設(shè)計(jì)圖紙中包含產(chǎn)品的大量生產(chǎn)信息，而這些生產(chǎn)信息相對(duì)離散，不如制造企業(yè)ERP系統(tǒng)中銷售、采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)等信息清晰集中，因此將CAD集成到企業(yè)ERP系統(tǒng)中對(duì)于生產(chǎn)液壓缸等結(jié)構(gòu)復(fù)雜產(chǎn)品的企業(yè)具有重大意義。

1.1 系統(tǒng)工作流程的分析和設(shè)計(jì)

液壓缸制造企業(yè)一般有銷售部、采購(gòu)部、技術(shù)部、生產(chǎn)部、倉(cāng)儲(chǔ)部、質(zhì)檢部、人事部、財(cái)務(wù)部等八大主要部門。其中銷售部反饋給客戶的訂單信息中經(jīng)常包含技術(shù)部提供的產(chǎn)品的CAD設(shè)計(jì)圖紙，技術(shù)部與生產(chǎn)部之間主要的生產(chǎn)信息傳遞方式也是產(chǎn)品的CAD設(shè)計(jì)圖紙，因此在圖庫(kù)管理系統(tǒng)中主要涉及銷售部、技術(shù)部和生產(chǎn)部的信息傳遞。在圖庫(kù)管理系統(tǒng)中，CAD設(shè)計(jì)圖紙與訂單通過合同細(xì)則號(hào)關(guān)聯(lián)，與生產(chǎn)部的零件加工任務(wù)通過圖號(hào)關(guān)聯(lián)。對(duì)合同細(xì)則號(hào)和圖號(hào)進(jìn)行檢索，用戶能迅速精準(zhǔn)地瀏覽所需的CAD圖紙，故文中所設(shè)計(jì)的ERP與CAD集成的圖庫(kù)管理系統(tǒng)的工作流程如圖1所示。

圖1 圖庫(kù)管理系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)工作流程如下：

(1)銷售部接收客戶訂單，提取產(chǎn)品關(guān)鍵的技術(shù)參數(shù)信息傳遞給技術(shù)部；

(2)技術(shù)部審核訂單信息，編制產(chǎn)品圖號(hào)輸入系統(tǒng)，根據(jù)產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)查找資料，初步測(cè)繪研發(fā)產(chǎn)品，分派任務(wù)給相應(yīng)技術(shù)員，設(shè)計(jì)產(chǎn)品。而技術(shù)員在設(shè)計(jì)液壓缸產(chǎn)品時(shí)，可以參考研發(fā)圖庫(kù)的初稿以及企業(yè)的基型產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)圖庫(kù)；

(3)審核人員審核產(chǎn)品CAD設(shè)計(jì)圖紙，審核通過之后將產(chǎn)品CAD設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行校對(duì)、入庫(kù)，入庫(kù)默認(rèn)圖庫(kù)時(shí)智能識(shí)別提取CAD設(shè)計(jì)圖紙中包含的物料信息，生成特殊的產(chǎn)品BOM表傳遞給生產(chǎn)部；

(4)技術(shù)員根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷該產(chǎn)品是否典型，是否需要添加到基型產(chǎn)品清單；

(5)生產(chǎn)部可以通過產(chǎn)品圖號(hào)在圖庫(kù)管理系統(tǒng)中檢索定位產(chǎn)品CAD設(shè)計(jì)圖紙，以便根據(jù)產(chǎn)品CAD設(shè)計(jì)圖紙制定產(chǎn)品的加工工藝路線，然后進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度。

1.2 系統(tǒng)功能模塊確定

根據(jù)上述分析確定系統(tǒng)工作流程，文中所設(shè)計(jì)的面向ERP與CAD集成的液壓缸產(chǎn)品圖庫(kù)管理系統(tǒng)主要包含默認(rèn)圖庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)圖庫(kù)、基型產(chǎn)品清單、研發(fā)管理、研發(fā)圖庫(kù)和產(chǎn)品BOM表等信息模塊。其中“默認(rèn)圖庫(kù)”用來管理所有訂單合同與CAD設(shè)計(jì)圖紙之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，提取默認(rèn)圖庫(kù)中相對(duì)典型的產(chǎn)品，然后根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)參數(shù)編碼排序形成一張“基型產(chǎn)品清單”以及對(duì)應(yīng)的“標(biāo)準(zhǔn)圖庫(kù)”；“研發(fā)圖庫(kù)”用來管理新產(chǎn)品研發(fā)初期的參考資料以及設(shè)計(jì)初稿；“產(chǎn)品BOM表”用來管理從CAD設(shè)計(jì)圖紙中智能識(shí)別提取的物料信息。

2 ERP與CAD集成的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 CAD圖紙標(biāo)題欄與明細(xì)欄信息自動(dòng)識(shí)別與提取

CAD設(shè)計(jì)圖紙是制造工藝中必不可少的一部分，二維圖紙的標(biāo)題欄、明細(xì)表以及其他區(qū)域都包含著產(chǎn)品加工工藝的重要信息。因此，開發(fā)人員可以根據(jù)制造企業(yè)自己的需求，定制標(biāo)題欄和明細(xì)表的格式，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化獲取圖紙信息的功能。

CAD設(shè)計(jì)圖紙需要提取的信息劃分為2個(gè)區(qū)域(如圖2所示)，在繪制產(chǎn)品CAD設(shè)計(jì)圖時(shí)，將區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅱ設(shè)置為單獨(dú)命名的特殊圖塊結(jié)構(gòu)。其中區(qū)域Ⅰ為標(biāo)題欄，每張CAD設(shè)計(jì)圖紙都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的標(biāo)題欄，主要記錄該圖紙的一些基本信息，包括單位名稱、零件名稱、圖號(hào)、材質(zhì)、質(zhì)量、比例、設(shè)計(jì)、校對(duì)、工藝及審批等；區(qū)域Ⅱ?yàn)槊骷?xì)欄，一般裝配圖才有明細(xì)欄，主要記錄的是一個(gè)產(chǎn)品或者部件的物料清單。

圖2 CAD設(shè)計(jì)圖紙區(qū)域劃分

文中提取CAD設(shè)計(jì)圖紙中標(biāo)題欄和明細(xì)欄信息的關(guān)鍵技術(shù)是引用程序集autodesk.autocad.interop.dll和autodesk.autocad.interop.common.dll。首先引用程序集autodesk.autocad.interop.dll的AcadDocument接口，獲取相應(yīng)CAD圖紙模型空間的實(shí)體對(duì)象,然后遍歷當(dāng)前CAD圖紙所有實(shí)體對(duì)象;引用程序集autodesk.autocad.interop.common.dll的AcadBlockReference接口，判斷是不是圖塊實(shí)體，如果是圖塊實(shí)體對(duì)象，則獲取相應(yīng)圖塊的分割屬性。由于每個(gè)圖塊的長(zhǎng)度不一樣，其中區(qū)域Ⅰ即標(biāo)題欄的圖塊長(zhǎng)度為27，區(qū)域Ⅱ即明細(xì)欄的圖塊長(zhǎng)度為8，因此根據(jù)圖塊的長(zhǎng)度可以篩選出區(qū)域Ⅰ和區(qū)域Ⅱ。循環(huán)遍歷區(qū)域Ⅰ圖塊和區(qū)域Ⅱ圖塊，引用程序集autodesk.autocad.interop.common.dll的AcadAttributeReference接口，提取對(duì)應(yīng)信息保存至相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)表中，以供ERP系統(tǒng)查詢數(shù)據(jù)庫(kù)形成特殊的產(chǎn)品BOM表。

2.2 ERP系統(tǒng)中BOM表的設(shè)計(jì)與導(dǎo)入

BOM物料清單是計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，詳細(xì)地記錄了一個(gè)產(chǎn)品所用到的所有零部件及相關(guān)屬性，即父件與所有子件的從屬關(guān)系、單位用量及其他屬性信息，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)各部門間業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)的重要紐帶。

如果 BOM表的整理和生成全部靠技術(shù)人員的手工錄入，將會(huì)導(dǎo)致信息輸入的過程中會(huì)出現(xiàn)信息錯(cuò)誤、格式不準(zhǔn)確等問題，而且效率低下，這樣機(jī)械式的操作方式難以適應(yīng)當(dāng)前企業(yè)高速化發(fā)展的業(yè)務(wù)需求。因此，智能識(shí)別每張圖紙的明細(xì)欄，匯總生成產(chǎn)品的BOM表，設(shè)計(jì)相應(yīng)的訂單合同與BOM表的關(guān)聯(lián)關(guān)系，是實(shí)現(xiàn)企業(yè)各部門業(yè)務(wù)關(guān)聯(lián)的重要保障。

ERP系統(tǒng)連接數(shù)據(jù)庫(kù)，查詢從CAD設(shè)計(jì)圖紙中自動(dòng)識(shí)別并提取到數(shù)據(jù)庫(kù)中的物料信息，顯示在經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的系統(tǒng)界面上，所形成的產(chǎn)品BOM表如圖3所示。圖中表1包含CAD設(shè)計(jì)圖紙的標(biāo)題欄信息以及訂單合同的合同細(xì)則號(hào)，合同細(xì)則號(hào)將訂單合同與產(chǎn)品BOM表緊密聯(lián)系起來形成一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。選中表1某一行數(shù)據(jù)，即可刷新出對(duì)應(yīng)產(chǎn)品的物料清單，其中表2為物料清單中的自制零件，表3為物料清單中外購(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)件。BOM表信息在ERP系統(tǒng)里最終傳遞給生產(chǎn)部，避免了技術(shù)人員手工錄入BOM表的窘境。生產(chǎn)部根據(jù)產(chǎn)品BOM表信息整理物料種類，通過圖庫(kù)管理系統(tǒng)定位相應(yīng)的CAD設(shè)計(jì)圖紙，制定產(chǎn)品的加工工藝路線，進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度。

圖3 產(chǎn)品BOM

2.3 基于循環(huán)遞歸算法的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹建立

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹表征產(chǎn)品及其零部件的數(shù)據(jù)和文檔之間存在的從屬關(guān)系，產(chǎn)品由部件及零件組成，部件由下一級(jí)部件及零件組成，這種層層包含的關(guān)系，就形成了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。

文中采用如圖4所示的算法流程建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。首先獲取儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中的產(chǎn)品物料信息，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的根節(jié)點(diǎn)為該產(chǎn)品的總裝配圖，而根節(jié)點(diǎn)的下一級(jí)子節(jié)點(diǎn)為產(chǎn)品總裝配圖中的物料信息所對(duì)應(yīng)的物料，循環(huán)遍歷所有子節(jié)點(diǎn)；如果子節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的不是零件，則將此節(jié)點(diǎn)的物料信息中的每一物料添加為該節(jié)點(diǎn)的更下一級(jí)子節(jié)點(diǎn)。循環(huán)遞歸子節(jié)點(diǎn)，最終獲得產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。

圖4 循環(huán)遞歸算法流程

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)一張物料CAD設(shè)計(jì)圖紙 ，節(jié)點(diǎn)顯示圖紙的圖號(hào)、名稱和數(shù)量，整個(gè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹構(gòu)成該產(chǎn)品的全套CAD設(shè)計(jì)圖紙。采用DWG TrueView2018控件顯示CAD圖紙，展示在圖庫(kù)管理系統(tǒng)界面上，如圖5所示。界面分上下兩部分，上部分對(duì)應(yīng)各種產(chǎn)品的基礎(chǔ)訂單設(shè)計(jì)信息，存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)表中；下部分的右側(cè)就是上部選中的某一訂單的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹模型，雙擊產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹任一節(jié)點(diǎn)可在左側(cè)顯示該節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的CAD 圖紙，極大地方便了產(chǎn)品CAD圖紙的管理與瀏覽，促進(jìn)生產(chǎn)信息的流通。

圖5 默認(rèn)圖庫(kù)系統(tǒng)界面

2.4 圖紙管理

液壓缸的種類雖然繁多，但基本原理和結(jié)構(gòu)相似，因此在設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)新的液壓缸時(shí)，參考以前的相似液壓缸的設(shè)計(jì)圖紙，將極大地提升產(chǎn)品的設(shè)計(jì)進(jìn)度，加快企業(yè)的生產(chǎn)效率，因此企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)圖庫(kù)應(yīng)運(yùn)而生。將企業(yè)以往的典型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖紙根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)按照一定的編碼規(guī)則制作一張基型產(chǎn)品清單，在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)即可根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)參數(shù)篩選出基型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖紙。文中建立的液壓缸基型產(chǎn)品清單如圖6所示，可供篩選的液壓缸設(shè)計(jì)參數(shù)有液壓缸系列、壓力、安裝、缸徑、桿徑、行程、缸底、油口、桿材、螺紋、緩沖、介質(zhì)、密封等。篩選出所需的物料，可通過點(diǎn)擊基型產(chǎn)品清單界面的標(biāo)準(zhǔn)圖庫(kù)按鈕，直接查看對(duì)應(yīng)CAD設(shè)計(jì)圖紙，如圖7所示。

圖6 基型產(chǎn)品清單

圖7 標(biāo)準(zhǔn)圖庫(kù)

3 系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用案例

3.1 系統(tǒng)的開發(fā)

文中以液壓缸的生產(chǎn)為背景，綜合液壓缸的設(shè)計(jì)與制造實(shí)際情況，開發(fā)如圖8所示的三層邏輯架構(gòu)的C/S系統(tǒng)。運(yùn)用VS2013基于.NET平臺(tái)開發(fā)了面向液壓缸生產(chǎn)的ERP與CAD集成的圖庫(kù)管理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)基于SQL Server2012，利用ftp共享文件夾實(shí)現(xiàn)CAD設(shè)計(jì)圖紙上傳下載，采用DWG TrueView2018控件顯示CAD設(shè)計(jì)圖紙供用戶瀏覽。隨著客戶需求的不斷優(yōu)化，液壓缸制造企業(yè)越來越重視CAD圖紙所包含的生產(chǎn)信息的準(zhǔn)確性以及產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的三維SolidWorks模型，因此在實(shí)際企業(yè)應(yīng)用過程中，新增了圖紙入庫(kù)校對(duì)和三維圖紙瀏覽功能。

圖8 三層邏輯架構(gòu)圖

CAD設(shè)計(jì)圖紙入庫(kù)前的校對(duì)界面如圖9所示。圖紙校對(duì)主要涉及2個(gè)方面，是否缺圖和明細(xì)欄信息填寫的準(zhǔn)確性。缺圖表示裝配圖中存在的某一物料實(shí)際上不在校對(duì)的圖紙文件夾下，外購(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)件不需要圖紙，因此不需要校對(duì)標(biāo)準(zhǔn)件是否缺圖；明細(xì)欄信息的準(zhǔn)確性是將裝配圖明細(xì)欄信息與企業(yè)基礎(chǔ)物料信息單進(jìn)行對(duì)比，確保CAD設(shè)計(jì)圖紙所需物料與企業(yè)倉(cāng)儲(chǔ)部門的物料信息一致，避免出現(xiàn)不必要的誤差。

圖9 圖紙校對(duì)界面

采用eDrawings2018控件顯示的三維SolidWorks模型如圖10所示。

圖10 三維SolidWorks模型顯示界面

3.2 系統(tǒng)在液壓缸新產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的應(yīng)用

利用文中所設(shè)計(jì)的ERP與CAD集成的液壓缸產(chǎn)品圖庫(kù)管理系統(tǒng)，工程師在設(shè)計(jì)液壓缸新產(chǎn)品時(shí)，首先根據(jù)液壓缸的設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)基型產(chǎn)品清單進(jìn)行篩選；隨后基于篩選的結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)圖庫(kù)中定位對(duì)應(yīng)的CAD設(shè)計(jì)圖紙；然后參考基型產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖紙改進(jìn)或者直接引用進(jìn)而完成新產(chǎn)品的CAD設(shè)計(jì)圖紙。設(shè)計(jì)完成之后的圖紙交給技術(shù)員審核、校對(duì)，然后入庫(kù)默認(rèn)圖庫(kù)，同時(shí)自動(dòng)識(shí)別并提取物料清單存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中，進(jìn)而生成系統(tǒng)經(jīng)過特殊設(shè)計(jì)的產(chǎn)品BOM表樣式，生產(chǎn)部門根據(jù)此產(chǎn)品BOM表樣式可以清晰區(qū)分外購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)件與自制零件，方便進(jìn)行生產(chǎn)調(diào)度。而產(chǎn)品CAD設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)入默認(rèn)圖庫(kù)之后，技術(shù)員還需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷是否需要將該產(chǎn)品列入基型產(chǎn)品清單。

4 結(jié)論

文中開發(fā)了面向ERP與CAD集成的液壓缸產(chǎn)品圖庫(kù)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)運(yùn)用企業(yè)資源管理的思想，針對(duì)典型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖紙，根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化分類管理形成基型產(chǎn)品清單。通過文中系統(tǒng)，用戶能迅速精準(zhǔn)定位到某一產(chǎn)品的設(shè)計(jì)圖紙以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，方便瀏覽圖紙?；诨彤a(chǎn)品清單，合理使用標(biāo)準(zhǔn)圖庫(kù)，將縮短技術(shù)人員設(shè)計(jì)新產(chǎn)品的時(shí)間，加快生產(chǎn)進(jìn)度。圖紙上傳前的入庫(kù)校對(duì)功能，能保證圖紙的信息準(zhǔn)確；上傳圖紙時(shí)自動(dòng)識(shí)取產(chǎn)品的物料清單，極大地減少了用戶的工作量，并且基于ERP設(shè)計(jì)的特殊產(chǎn)品BOM表能明確區(qū)分產(chǎn)品所需的零件類型，即外購(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)件和自制的零件。在產(chǎn)品加工生產(chǎn)時(shí)，直接查看三維和二維的圖紙等設(shè)計(jì)信息為產(chǎn)品加工工藝設(shè)計(jì)提供了極大的便利，亦使無紙化辦公的實(shí)現(xiàn)成為可能。