現(xiàn)代制造業(yè)企業(yè)通過應(yīng)用計算機技術(shù)、信息技術(shù)、CAX 等技術(shù),大大提高企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)能力和市場競爭能力。與此同時,也帶來了新的問題:一方面,產(chǎn)品設(shè)計過程中的設(shè)計數(shù)據(jù)和技術(shù)文檔呈現(xiàn)信息爆炸的增長勢頭,使得數(shù)據(jù)管理更加困難;另一方面,由于企業(yè)各個部門使用不同的應(yīng)用系統(tǒng),部門間缺乏有效的信息傳遞和轉(zhuǎn)換,因而形成"信息孤島"。這些問題的出現(xiàn)嚴(yán)重影響了CAX技術(shù)在企業(yè)的應(yīng)用,成為制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸。為了有效管理這些設(shè)計文檔和數(shù)據(jù),協(xié)同企業(yè)不同部門信息共事,出現(xiàn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Product Data Management , PDM)。PDM 系統(tǒng)作為企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)信息集成平臺,通過集戚來自不同應(yīng)用系統(tǒng)的信息,對產(chǎn)品開發(fā)過程中各種軟件所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和文擋選行有管理,實現(xiàn)應(yīng)用軟件之間的信息共事,建立企業(yè)全局信息集成平臺。
可見,CAX與PDM系統(tǒng)集成巳成為當(dāng)前企業(yè)信息化的首要任務(wù),其中三維CAD與PDM系統(tǒng)雙向集成是具體實施中要求最高、難度最大的一環(huán)。針對此問題,本文介紹三維CAD與PDM系統(tǒng)雙向集成的原理和關(guān)鍵實現(xiàn)技術(shù)。
1 應(yīng)用集成模式
集成是基于信息技術(shù)的資掠及應(yīng)用聚集在一個協(xié)同工作的整體,它包括功能交互、信息共享和數(shù)據(jù)通信3個方面的管理與控制。對于CAD PDM 之間的集成層次,分為以下3個模式。
1. 1 應(yīng)用封裝模式
應(yīng)用封裝模式是將所有CAD應(yīng)用程序進行集成,使不同的應(yīng)用程序之間能夠共享信息,而PDM系統(tǒng)則對不同應(yīng)用程序產(chǎn)生的特征數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)文件進行有效管理。當(dāng)PDM系統(tǒng)封裝了CAD應(yīng)用程序,即可在PDM 系統(tǒng)的圖形文件中直接激活相應(yīng)的CAD 系統(tǒng),并在該系統(tǒng)中顯示相應(yīng)的圖形文件。反之,在CAD系統(tǒng)中也可直接近人PDM系統(tǒng),進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理操作,但不允許PDM系統(tǒng)管理文件內(nèi)部的數(shù)據(jù)。一般,封裝模式用于PDM系統(tǒng)與二維CAD軟件的集成,自動化程度較低,但實施工作量較少,容易實現(xiàn)。
1. 2 接口交換模式
接口交換模式是通過CAD提供的API函數(shù)編制接口程序,獲取CAD裝配模型中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹信息和零部件的裝配約束關(guān)系。通過數(shù)據(jù)交換將產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等信息和關(guān)聯(lián)文檔提交PDM數(shù)據(jù)庫。另外,通過PDM的API 函數(shù)提取PDM 數(shù)據(jù)庫中的最新產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹信息,來更新CAD系統(tǒng)中的裝配模型,實現(xiàn)兩者數(shù)據(jù)異步一致。接口模式是較封裝模式更高層次的集成模式,自動化程度更高。一般適合于PDM系統(tǒng)與三維CAD軟件的集成。但接口模式的開發(fā)工作量大,對開發(fā)人員的要求較高。
1. 3 緊密集成模式
緊密集成模式是CAD和PDM系統(tǒng)對產(chǎn)品數(shù)據(jù)、特征數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)等所有類型的數(shù)據(jù)都提供了雙向交換和共享的一種集成模式。采用緊密集成始終可以保持CAD 的產(chǎn)品裝配關(guān)系和PDM 的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹同步一致。緊密集成模式是理想的集成模式,集成相當(dāng)復(fù)雜,一般只有軟件供應(yīng)商才能夠提供。
2 系統(tǒng)集成總體結(jié)構(gòu)和主要功能
本文采用接口交換模式實現(xiàn)三維CAD與PDM系統(tǒng)雙向集成。一方面通過CAD系統(tǒng)向PDM系統(tǒng)批量提交產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息和關(guān)聯(lián)文擋,在PDM系統(tǒng)構(gòu)建產(chǎn)品BOM 結(jié)構(gòu),關(guān)聯(lián)模型文檔; 另一方面直接從PDM 系統(tǒng)讀取相關(guān)的產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)信息和關(guān)聯(lián)文檔來更新CAD 中的模型信息,實現(xiàn)三維CAD 與PDM 系統(tǒng)間數(shù)據(jù)雙向異步交換。其三維CAD與PDM系統(tǒng)雙向集成的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 三維CAD與PDM系統(tǒng)雙向集成總體結(jié)構(gòu)
在產(chǎn)品設(shè)計過程中,企業(yè)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和設(shè)葉文檔,一般保存在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫和FTP上。從數(shù)據(jù)及文檔的流向和系統(tǒng)雙向集成的功能角度分析,三維CAD與PDM 系統(tǒng)雙向集成主要包括數(shù)據(jù)上傳和數(shù)據(jù)下載兩大功能,如圖2所示。其中數(shù)據(jù)上傳部分主要包括臨時數(shù)據(jù)處理、BOM數(shù)據(jù)上傳和模型文檔數(shù)據(jù)上傳:數(shù)據(jù)下載部分主要包括BOM數(shù)據(jù)下載、模型文檔數(shù)據(jù)下載和CAD中構(gòu)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。
圖2 三維CAD與PDM系統(tǒng)雙向集成
3 系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)
3.1 三維CAD 的API 函數(shù)
三維CAD產(chǎn)生的設(shè)計數(shù)據(jù)是構(gòu)建PDM系統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息和基本信息的重要源頭之一。因而,如何將三維CAD中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息和基本信息提取出來,將是系統(tǒng)集成的前提條件。當(dāng)前,企業(yè)中常用的三維CAD軟件,不論是CATIA、UG、Pro/E和IDEAS等高端CAD 軟件,還是SolidWorks 、SolidEdge 和Inventor 等中端CAD軟件,軟件供應(yīng)商都給客戶提供相關(guān)的API函數(shù),方便客戶開發(fā)個性化的功能。
三維CAD與PDM系統(tǒng)雙向集成中,API函數(shù)的正確使用將大大提高集成效率。在數(shù)據(jù)上傳前,通過相關(guān)的API函數(shù)遍歷整個裝配模型,獲取產(chǎn)品的裝配關(guān)系、結(jié)構(gòu)信息和基本屬性信息等。而在數(shù)據(jù)下載后,通過相關(guān)的API函數(shù)在CAD軟件中構(gòu)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹,更新產(chǎn)品裝配模型等。
3.2 數(shù)據(jù)交換技術(shù)
雖然不同的CAD軟件獲取產(chǎn)品信息的API函數(shù)不同,但是獲取到的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息和基本信息可以通過XML格式統(tǒng)一表達。只要針對不同的CAD軟件開發(fā)不同的CAD前端接口,就可以得到統(tǒng)一格式的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息和基本屬性倍息。
三維CAD與PDM系統(tǒng)雙向集成數(shù)據(jù)交換主要包括兩個方面的數(shù)據(jù):1)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和基本屬性數(shù)據(jù);2)產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)。對于前者的數(shù)據(jù)也就是通過CAD 前端接口得到的數(shù)據(jù),用戶借助PDM供應(yīng)商提供的API函數(shù),以XML格式與PDM數(shù)據(jù)庫( SQL Server/Oracle等)交換數(shù)據(jù)。對于后者的產(chǎn)品模型數(shù)據(jù),既可以保持原模型文檔數(shù)據(jù)格式,又可以將原模型文檔數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的模型數(shù)據(jù)格式(STEP/IGES 等) ,然后通過API 函數(shù)或FTP操作將模型數(shù)據(jù)提交PDM 數(shù)據(jù)庫或FTP。在模型數(shù)據(jù)交換中, 將模型數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格式,可為不同CAD系統(tǒng)共享相關(guān)的數(shù)據(jù)。
3.3 文檔管理技術(shù)
制造業(yè)企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計文檔是企業(yè)核心技術(shù)的表現(xiàn),為了對這些文檔進行有效的管理,需要采用以下幾種管理技術(shù):1)隨著信息技術(shù)的推廣應(yīng)用,電子設(shè)計文檔數(shù)量也在不斷增加,為了減少存儲空間,采用文檔壓縮/解壓技術(shù);2)考慮到企業(yè)文檔的重要性和安全性,采用文檔加密/解密技術(shù);3)文檔數(shù)量龐大,所表達的信息復(fù)雜各異,為了方便查找使用,采用文檔編碼技術(shù)。通過以上文檔管理技術(shù),可以減少數(shù)據(jù)存儲的空間容量,確保企業(yè)文檔數(shù)據(jù)的安全性,規(guī)范企業(yè)文檔的命名規(guī)則。
3.4 權(quán)限管理技術(shù)
設(shè)計師使用三維CAD與PDM系統(tǒng)雙向集成接口,得到企業(yè)以往的設(shè)計資料,協(xié)助他們進行產(chǎn)品設(shè)計,提高工作效率。然而,集成接口的靈活性同樣會帶來一定的風(fēng)險,設(shè)計師違規(guī)操作將泄露企業(yè)的核心技術(shù)資料。針對企業(yè)技術(shù)資料的安全性,可以采用權(quán)限管理技術(shù),根據(jù)設(shè)計師的角色和設(shè)計任務(wù),來分配設(shè)計師對技術(shù)資料使用的權(quán)限。權(quán)限管理技術(shù)主要包括用戶權(quán)限管理、BOM權(quán)限管理和文檔權(quán)限管理。用戶權(quán)限管理是驗證設(shè)計師使用數(shù)據(jù)集成接口的合法性,是與PDM 系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換的安全保障。BOM 權(quán)限管理是根據(jù)設(shè)計師的角色和設(shè)計任務(wù)給其分配一定的權(quán)限,設(shè)計師在使用數(shù)據(jù)集成接口過程中,只能獲取與自己分配的任務(wù)相關(guān)的技術(shù)文檔資料,保證整個項目的安全性。文檔權(quán)限管理是PDM系統(tǒng)對所有的文檔設(shè)置了不同的訪問權(quán)限(瀏覽、下載和修改)。設(shè)計師通過數(shù)據(jù)集成接口訪問PDM系統(tǒng)文檔時,集成接口會查找當(dāng)前用戶的角色和系統(tǒng)分配的權(quán)限來決定設(shè)計師使用文檔的權(quán)限,完全保證企業(yè)技術(shù)資料的安全性。
4 應(yīng)用實例
作者在深入企業(yè)調(diào)研、明確企業(yè)需求的基礎(chǔ)上,分階段設(shè)計開發(fā)出三維CAD(CATIA、SolidWorks和SolidEdge )與MITPDM系統(tǒng)雙向集成平臺,實現(xiàn)三維CAD 與PDM 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)雙向異步交換。下面以SolidWorks軟件為例詳細介紹系統(tǒng)集成的實現(xiàn)和應(yīng)用。
利用CAD軟件提供的API函數(shù),在CAD軟件中集成用戶定制的功能菜單或工具條。當(dāng)設(shè)計師完成部件設(shè)計,操作數(shù)據(jù)上傳功能菜單,后臺將通過API函數(shù)獲取當(dāng)前工作部件的BOM信息和基本屬性信息,如圖3所示。設(shè)計師根據(jù)需要完善部件的屬性信息, 將批量上傳部件的BOM信息、屬性信息和關(guān)聯(lián)文襠到PDM系統(tǒng)。用戶進入PDM系統(tǒng),將看到從CAD系統(tǒng)傳來的部件BOM信息和關(guān)聯(lián)文擋,并且兩者已經(jīng)關(guān)聯(lián)。在PDM 系統(tǒng)中,部件的BOM信息、基本信息和關(guān)聯(lián)文檔審簽歸檔之前,系統(tǒng)允許設(shè)計師通過三維CAD數(shù)據(jù)集成接口反復(fù)更新該部件的相關(guān)信息,保持兩個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一致性。
數(shù)據(jù)下載功能主要是提高企業(yè)設(shè)計師的設(shè)計效率,提高企業(yè)技術(shù)知識的重用,盡量減少不必要的重復(fù)性勞動。設(shè)計師操作數(shù)據(jù)下載功能菜單,系統(tǒng)根據(jù)其自身在PDM中的角色和權(quán)限,將會對用戶開放允許的部件BOM信息,用戶通過精確或模糊查詢選擇自己需要的部件BOM,在原部件BOM基礎(chǔ)上自寇義添加或減少相關(guān)的BOM信息,建立用戶需要的部件BOM信息,圖4為用戶建立的BOM信息。當(dāng)部件或產(chǎn)品的BOM組建好后,通過PDM的API函數(shù)獲取PDM系統(tǒng)中部件或產(chǎn)品的BOM信息、基本屬性信息和關(guān)聯(lián)文檔。然后通過CAD系統(tǒng)的API函數(shù)在CAD系統(tǒng)中建立部件或產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)樹.并自動更新產(chǎn)品模型。
5 結(jié)論
本文以系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成功能為中心,采用接口交換模式實現(xiàn)三維CAD與PDM系統(tǒng)雙向集成,解決企業(yè)CAD 系統(tǒng)與PDM 系統(tǒng)信息孤立,避免企業(yè)不必要的重復(fù)性勞動,大大提高企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計的效率和數(shù)據(jù)重用,實現(xiàn)三維CAD系統(tǒng)與PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)異步交換,有效保證兩系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一致性。通過企業(yè)的實際應(yīng)用,更能證明本文提出數(shù)據(jù)集成方法的可行性。另外,基于接口交換模式的數(shù)據(jù)集成易于開發(fā)數(shù)據(jù)集成功能組件,只要針對不同CAD系統(tǒng)開發(fā)獨立的前端接口,就可以用組件組合方式實現(xiàn)不同CAD系統(tǒng)與PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成接口,更為企業(yè)建立異掏系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成平臺作好前期準(zhǔn)備。
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