面向ERP與CAD集成的液壓缸產品圖庫管理系統研究

秦紅斌，孫齊，唐紅濤，張雁翔，王玲軍

(1. 武漢理工大學機電工程學院,湖北武漢 430070；2.韶關液壓件廠有限公司,廣東韶關 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，而且為了防止內部液壓油泄漏，液壓缸的加工工藝相對復雜，加工精度也比較高，液壓缸產品的設計圖紙所包含的生產信息也更加復雜。因此對于液壓缸制造企業，建立液壓缸產品數字化和智能化設計制造平臺非常必要。

目前，在機械制造生產過程中，CAD工藝設計技術以及ERP資源管理技術對產品的高效化、高質量生產起著舉足輕重的作用。但這些軟件大多數是以獨立的個體存在，由于中間沒有建立數據傳輸的橋梁，使得系統之間不能進行有效的信息化交流和數據共享，導致經常出現數據文件傳遞的滯后、信息一致性無法保證、文件檢索和管理困難等問題,難以滿足企業的現代化生產，進而遏制了企業在市場業務上的高速化拓展。如何解決機械制造生產管理過程中各個系統之間出現的“信息孤島”問題成為當前制造企業管理人員日益關心的問題。

為解決上述問題，本文作者將CAD設計圖紙和ERP信息管理系統柔性地耦合在一起，針對液壓缸生產，研究開發了ERP和CAD集成的產品圖庫管理系統。將產品設計圖紙與訂單合同信息牢牢綁定在一起，智能識別并提取圖紙明細欄信息，生成物料清單并輸出到數據庫中，再由ERP系統查詢數據庫，生成方便用戶瀏覽的產品BOM( Bill of Material)表；根據產品設計參數分類標準化管理已有產品的CAD設計圖紙，實現液壓缸CAD工藝設計與制造信息管理于一體的多元化功能，從而有效地促進了制造企業科學化的生產管理進程。因此，文中的研究對于我國機械制造企業的產品生產與數據管理機制具有一定的參考價值和借鑒意義。

1 ERP與CAD集成的液壓缸產品圖庫管理系統總體設計

液壓缸的種類繁多、結構復雜，因此面向液壓缸的生產信息也錯綜復雜。 CAD設計圖紙中包含產品的大量生產信息，而這些生產信息相對離散，不如制造企業ERP系統中銷售、采購、倉儲等信息清晰集中，因此將CAD集成到企業ERP系統中對于生產液壓缸等結構復雜產品的企業具有重大意義。

1.1 系統工作流程的分析和設計

液壓缸制造企業一般有銷售部、采購部、技術部、生產部、倉儲部、質檢部、人事部、財務部等八大主要部門。其中銷售部反饋給客戶的訂單信息中經常包含技術部提供的產品的CAD設計圖紙，技術部與生產部之間主要的生產信息傳遞方式也是產品的CAD設計圖紙，因此在圖庫管理系統中主要涉及銷售部、技術部和生產部的信息傳遞。在圖庫管理系統中，CAD設計圖紙與訂單通過合同細則號關聯，與生產部的零件加工任務通過圖號關聯。對合同細則號和圖號進行檢索，用戶能迅速精準地瀏覽所需的CAD圖紙，故文中所設計的ERP與CAD集成的圖庫管理系統的工作流程如圖1所示。

圖1 圖庫管理系統工作流程

系統工作流程如下：

(1)銷售部接收客戶訂單，提取產品關鍵的技術參數信息傳遞給技術部；

(2)技術部審核訂單信息，編制產品圖號輸入系統，根據產品的技術參數查找資料，初步測繪研發產品，分派任務給相應技術員，設計產品。而技術員在設計液壓缸產品時，可以參考研發圖庫的初稿以及企業的基型產品標準圖庫；

(3)審核人員審核產品CAD設計圖紙，審核通過之后將產品CAD設計圖紙進行校對、入庫，入庫默認圖庫時智能識別提取CAD設計圖紙中包含的物料信息，生成特殊的產品BOM表傳遞給生產部；

(4)技術員根據經驗判斷該產品是否典型，是否需要添加到基型產品清單；

(5)生產部可以通過產品圖號在圖庫管理系統中檢索定位產品CAD設計圖紙，以便根據產品CAD設計圖紙制定產品的加工工藝路線，然后進行生產調度。

1.2 系統功能模塊確定

根據上述分析確定系統工作流程，文中所設計的面向ERP與CAD集成的液壓缸產品圖庫管理系統主要包含默認圖庫、標準圖庫、基型產品清單、研發管理、研發圖庫和產品BOM表等信息模塊。其中“默認圖庫”用來管理所有訂單合同與CAD設計圖紙之間的一一對應關系，提取默認圖庫中相對典型的產品，然后根據產品設計參數編碼排序形成一張“基型產品清單”以及對應的“標準圖庫”；“研發圖庫”用來管理新產品研發初期的參考資料以及設計初稿；“產品BOM表”用來管理從CAD設計圖紙中智能識別提取的物料信息。

2 ERP與CAD集成的關鍵技術

2.1 CAD圖紙標題欄與明細欄信息自動識別與提取

CAD設計圖紙是制造工藝中必不可少的一部分，二維圖紙的標題欄、明細表以及其他區域都包含著產品加工工藝的重要信息。因此，開發人員可以根據制造企業自己的需求，定制標題欄和明細表的格式，以實現自動化獲取圖紙信息的功能。

CAD設計圖紙需要提取的信息劃分為2個區域(如圖2所示)，在繪制產品CAD設計圖時，將區域Ⅰ和區域Ⅱ設置為單獨命名的特殊圖塊結構。其中區域Ⅰ為標題欄，每張CAD設計圖紙都有一個對應的標題欄，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、材質、質量、比例、設計、校對、工藝及審批等；區域Ⅱ為明細欄，一般裝配圖才有明細欄，主要記錄的是一個產品或者部件的物料清單。

圖2 CAD設計圖紙區域劃分

文中提取CAD設計圖紙中標題欄和明細欄信息的關鍵技術是引用程序集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CAD圖紙模型空間的實體對象,然后遍歷當前CAD圖紙所有實體對象;引用程序集autodesk.autocad.interop.common.dll的AcadBlockReference接口，判斷是不是圖塊實體，如果是圖塊實體對象，則獲取相應圖塊的分割屬性。由于每個圖塊的長度不一樣，其中區域Ⅰ即標題欄的圖塊長度為27，區域Ⅱ即明細欄的圖塊長度為8，因此根據圖塊的長度可以篩選出區域Ⅰ和區域Ⅱ。循環遍歷區域Ⅰ圖塊和區域Ⅱ圖塊，引用程序集autodesk.autocad.interop.common.dll的AcadAttributeReference接口，提取對應信息保存至相應數據庫表中，以供ERP系統查詢數據庫形成特殊的產品BOM表。

2.2 ERP系統中BOM表的設計與導入

BOM物料清單是計算機可以識別的產品結構數據，詳細地記錄了一個產品所用到的所有零部件及相關屬性，即父件與所有子件的從屬關系、單位用量及其他屬性信息，是實現企業各部門間業務關聯的重要紐帶。

如果 BOM表的整理和生成全部靠技術人員的手工錄入，將會導致信息輸入的過程中會出現信息錯誤、格式不準確等問題，而且效率低下，這樣機械式的操作方式難以適應當前企業高速化發展的業務需求。因此，智能識別每張圖紙的明細欄，匯總生成產品的BOM表，設計相應的訂單合同與BOM表的關聯關系，是實現企業各部門業務關聯的重要保障。

ERP系統連接數據庫，查詢從CAD設計圖紙中自動識別并提取到數據庫中的物料信息，顯示在經過特殊設計的系統界面上，所形成的產品BOM表如圖3所示。圖中表1包含CAD設計圖紙的標題欄信息以及訂單合同的合同細則號，合同細則號將訂單合同與產品BOM表緊密聯系起來形成一一對應的關系。選中表1某一行數據，即可刷新出對應產品的物料清單，其中表2為物料清單中的自制零件，表3為物料清單中外購的標準件。BOM表信息在ERP系統里最終傳遞給生產部，避免了技術人員手工錄入BOM表的窘境。生產部根據產品BOM表信息整理物料種類，通過圖庫管理系統定位相應的CAD設計圖紙，制定產品的加工工藝路線，進行生產調度。

圖3 產品BOM

2.3 基于循環遞歸算法的產品結構樹建立

產品結構樹表征產品及其零部件的數據和文檔之間存在的從屬關系，產品由部件及零件組成，部件由下一級部件及零件組成，這種層層包含的關系，就形成了產品結構樹。

文中采用如圖4所示的算法流程建立產品結構樹。首先獲取儲存在數據庫中的產品物料信息，產品結構樹的根節點為該產品的總裝配圖，而根節點的下一級子節點為產品總裝配圖中的物料信息所對應的物料，循環遍歷所有子節點；如果子節點對應的不是零件，則將此節點的物料信息中的每一物料添加為該節點的更下一級子節點。循環遞歸子節點，最終獲得產品結構樹。

圖4 循環遞歸算法流程

產品結構樹的每一個節點對應一張物料CAD設計圖紙 ，節點顯示圖紙的圖號、名稱和數量，整個產品結構樹構成該產品的全套CAD設計圖紙。采用DWG TrueView2018控件顯示CAD圖紙，展示在圖庫管理系統界面上，如圖5所示。界面分上下兩部分，上部分對應各種產品的基礎訂單設計信息，存儲在數據庫表中；下部分的右側就是上部選中的某一訂單的產品結構樹模型，雙擊產品結構樹任一節點可在左側顯示該節點對應的CAD 圖紙，極大地方便了產品CAD圖紙的管理與瀏覽，促進生產信息的流通。

圖5 默認圖庫系統界面

2.4 圖紙管理

液壓缸的種類雖然繁多，但基本原理和結構相似，因此在設計人員設計新的液壓缸時，參考以前的相似液壓缸的設計圖紙，將極大地提升產品的設計進度，加快企業的生產效率，因此企業的標準圖庫應運而生。將企業以往的典型產品的設計圖紙根據產品的設計參數按照一定的編碼規則制作一張基型產品清單，在設計新產品時即可根據產品的設計參數篩選出基型產品的設計圖紙。文中建立的液壓缸基型產品清單如圖6所示，可供篩選的液壓缸設計參數有液壓缸系列、壓力、安裝、缸徑、桿徑、行程、缸底、油口、桿材、螺紋、緩沖、介質、密封等。篩選出所需的物料，可通過點擊基型產品清單界面的標準圖庫按鈕，直接查看對應CAD設計圖紙，如圖7所示。

圖6 基型產品清單

圖7 標準圖庫

3 系統開發與應用案例

3.1 系統的開發

文中以液壓缸的生產為背景，綜合液壓缸的設計與制造實際情況，開發如圖8所示的三層邏輯架構的C/S系統。運用VS2013基于.NET平臺開發了面向液壓缸生產的ERP與CAD集成的圖庫管理系統，數據存儲基于SQL Server2012，利用ftp共享文件夾實現CAD設計圖紙上傳下載，采用DWG TrueView2018控件顯示CAD設計圖紙供用戶瀏覽。隨著客戶需求的不斷優化，液壓缸制造企業越來越重視CAD圖紙所包含的生產信息的準確性以及產品對應的三維SolidWorks模型，因此在實際企業應用過程中，新增了圖紙入庫校對和三維圖紙瀏覽功能。

圖8 三層邏輯架構圖

CAD設計圖紙入庫前的校對界面如圖9所示。圖紙校對主要涉及2個方面，是否缺圖和明細欄信息填寫的準確性。缺圖表示裝配圖中存在的某一物料實際上不在校對的圖紙文件夾下，外購的標準件不需要圖紙，因此不需要校對標準件是否缺圖；明細欄信息的準確性是將裝配圖明細欄信息與企業基礎物料信息單進行對比，確保CAD設計圖紙所需物料與企業倉儲部門的物料信息一致，避免出現不必要的誤差。

圖9 圖紙校對界面

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 系統在液壓缸新產品設計和生產中的應用

利用文中所設計的ERP與CAD集成的液壓缸產品圖庫管理系統，工程師在設計液壓缸新產品時，首先根據液壓缸的設計參數對基型產品清單進行篩選；隨后基于篩選的結果在標準圖庫中定位對應的CAD設計圖紙；然后參考基型產品設計圖紙改進或者直接引用進而完成新產品的CAD設計圖紙。設計完成之后的圖紙交給技術員審核、校對，然后入庫默認圖庫，同時自動識別并提取物料清單存儲在數據庫中，進而生成系統經過特殊設計的產品BOM表樣式，生產部門根據此產品BOM表樣式可以清晰區分外購標準件與自制零件，方便進行生產調度。而產品CAD設計圖紙進入默認圖庫之后，技術員還需根據經驗判斷是否需要將該產品列入基型產品清單。

4 結論

文中開發了面向ERP與CAD集成的液壓缸產品圖庫管理系統，該系統運用企業資源管理的思想，針對典型產品的設計圖紙，根據設計參數進行標準化分類管理形成基型產品清單。通過文中系統，用戶能迅速精準定位到某一產品的設計圖紙以及產品結構樹，方便瀏覽圖紙。基于基型產品清單，合理使用標準圖庫，將縮短技術人員設計新產品的時間，加快生產進度。圖紙上傳前的入庫校對功能，能保證圖紙的信息準確；上傳圖紙時自動識取產品的物料清單，極大地減少了用戶的工作量，并且基于ERP設計的特殊產品BOM表能明確區分產品所需的零件類型，即外購的標準件和自制的零件。在產品加工生產時，直接查看三維和二維的圖紙等設計信息為產品加工工藝設計提供了極大的便利，亦使無紙化辦公的實現成為可能。