（机械电子工程专业论文）面向中小企业pdm系统与cad系统集成的研究与实现.pdf

面向中小企业p d m 系统与c a d 系统集成 摘要 实现 在制造业激烈的竞争中，中小企业需要对客户批量定制需求进行快速 响应。如何合理的运用信息技术，实现p d m 系统与c a d 系统的集成，从 而提高中小企业的工作效率成为现阶段需要解决的问题。本文在自主开发 的c a n d e l p d m 系统基础上，通过s t e p 标准提供的多系统间产品数据转换 的有效机制，设计出基于u m l 语言的集成数据映射模型，开发出与三维 c a d 系统集成的功能模块。首先分析集成过程中的数据交换方法，运用 u m l 语言对两系统的集成进行分析和建模。针对中小企业的实际需求，结 合原有系统，设计集成的总体结构，分析集成的内容；分析作为集成媒介 的s t e p 文件，以建立的u m l 映射模型为设计指导，依据s t e p 相关标准 和协议，设计s t e p 文件分析算法，开发出s t e p 文件分析处理和数据存储 程序，实现c a d 产品模型中产品结构信息的提取及数据存放；结合原有系 统的产品配置管理模块，开发出中间产品结构树的用户配置界面，同时针 对用户习惯，设计加入s t e p 文件浏览、调用启动c a d 软件、批量导入操 作等功能，进一步完善产品结构配置模块。最后简要介绍作者开发的各个 集成功能界面和操作，并对全文进行总结。 关键词：系统集成s t e p 标准数据映射产品结构树 t h er e s e a r c ha n dr e a l i z t i o no f i n t e g r a t i o no fm i d d l ea n ds m a l le n t e r p r i s e o r i e n t e dp d ms y s t e ma n dc a ds y s t e m a bs t r a c t i nt h em a n u f a c t u r i n gf i e r c ec o m p e t i t i o n ，t h em i d d l ea n ds m a l le n t e r p r i s e n e e d st om a k er a p i dr e s p o n s ef o rc u s t o m e rb a t c hc u s t o m i z a t i o nd e m a n d s t h i s 。 r a t i o n a l o o l i c a t i o no f n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ，t h ei n t e r a t i o n , fp dmrequires ar a t i o n a la p p l i c a t i o no tm t o r m a t i o nt e c n n o l o m em t e g r a t l o no il q 3 l v l ， s y s t e ma n dc a ds y s t e m ，t h u si m p r o v i n gt h em i d d l ea n ds m a l le n t e r p r i s e s w o r ke f f i c i e n c yb e c o m e st h ep r o b l e mt ob es o l v e d o nt h eb a s i so fo r i g i n a l l y p d m s y s t e md e v e l o p e db yu s ，t h r o u g ht h ee f f e c t i v em e c h a n i s m o ft h ep r o d u c t d a t ac o n v e r s i o na m o n gm u l t i s y s t e ms u p p l i e db ys t e ps t a n d a r d ，t h i sp a p e r d e s i g n e d au m l b a s e di n t e g r a t e dd a t am a p p i n gm o d e l ，d e v e l o p e d f u n c t i o n m o d u l ei n t e g r a t e dw i t ht h r e e - d i m e n s i o n a lc a ds y s t e m f i r s ta n a l y z e dt h ed a t a e x c h a n g em e t h o di n t h ei n t e g r a t e dp r o c e s s ，b yu s i n gt h eu m ll a n g u a g e ， a n a l y s i sa n dm o d e l i n go f t h et w os y s t e m s i n t e g r a t i o ni sm a d e t h e na c c o r d i n g t om i d d l ea n ds m a l le n t e r p r i s e sp r a c t i c a ld e m a n d s ，c o m b i n e d w i t ht h ee x i s t i n g s y s t e m ，d e s i g n e d t h e i n t e g r a t e d o v e r a l ls t r u c t u r e ，a n a l y z e d t h e i n t e g r a t e d c o n t e n t ；a n a l y z e dt h es t e pf i l ew h i c hi s u s e da si n t e g r a t i o nm e d i a ，u s i n gt h e e s t a b l i s h e du m lm a p p i n gm o d e la sd e s i g ng u i d i n g ，a c c o r d i n gt ot h es t e p r e l e v a n ts t a n d a r d sa n d p r o t o c o l ，d e s i g n e d s t e pf i l e a n a l y s i sa l g o r i t h m ， d e v e l o p e ds t e pf i l ea n a l y s i sp r o c e s s i n ga n dd a t as t o r a g ep r o c e d u r e ，r e a l i z e d e x t r a c t i o na n dd a t as t o r a g eo fp r o d u c ts t r u c t u r ei n f o r m a t i o ni nc a dp r o d u c t m o d e l ；c o m b i n e dw i t ht h ee x i s t i n gp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n tm o d u l e ， d e v e l o p e du s e rc o n f i g u r a t i o ni n t e r f a c eo ft h ei n t e r m e d i a t ep r o d u c ts t r u c t u r et r e e ， a c c o r d i n gt ot h eu s e rh a b i ta tt h es a m et i m e ，d e s i g n e dt oa d dt h es t e pf i l e b r o w s e r ，c a l l e da n ds t a r t e dt h ec a ds o f t w a r e ，b a t c hi m p o r t e do p e r a t i o n f u n c t i o ne t c ，f u r t h e ri m p r o v e dt h ep r o d u c ts t r u c t u r ec o n f i g u r a t i o nm o d u l e a t l a s t ，b r i e f l yi n t r o d u c e de a c hi n t e g r a t e df u n c t i o n i n t e r f a c ea n do p e r a t i o n ，a n d t h e ns u m m e du pt h et o t a lp a p e r k e y w o r d s ：s y s t e mi n t e g r a t i o n ；s t e p ；d a t am a p i n g ；p r o d u c t s t r u c t u r et r e e 广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究 成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮 助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 论文作者签名： 岛爵 学位论文使用授权说明 年乡月e t 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 函口时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名岛压 易月谚日 广西大掌硕士掌位论文 面向中小企业p d m 系统与c a d 系统集成的研舅 与实现 1 i 引言 第一章绪论 随着市场竞争的日趋激烈，当今的制造业面临巨大的挑战，这一点在中小型制造企 业中更为突出。信息技术的运用成为中小型企业在竞争中获胜的重要因素。同时，在 激烈的市场竞争和多变的客户需求的双重压力之下，设计部门面临开发时间紧、任务重 等问题。传统的管理体制和技术支持手段已经远远不能适应市场竞争对企业开发能力提 出的高要求。随着计算机应用的迅速发展，采用计算机辅助技术和先进的信息管理技术 是企业更新改造、提高产品竞争力的必由之路妇3 。如此一来，就有必要建立一个组织结 构体系，来系统有效的管理产品设计全过程中涉及到的相关信息，通过智能网络的分享 和协同合作去完成集体设计任务。 p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n 0 是产品数据管理的简称，是对工程数据管理、文档 管理、产品信息管理、技术信息管理、图像管理及其他产品定义信息规律的一种扩展与 集成，同时支持并行工程的实施。它帮助企业实现设计、采购、物流、财务、人事和销 售等所有业务的一体化、自动化和信息化。p d m 系统要求的是在正确的时间，把正确 的信息，以正确的形式，传递给正确的人，完成正确的任务，是产品数据的以最优配置 和最佳应用口，。 1 2 产品数据管理( p d m ) 与c a d 系统集成概述 1 2 1p d m 技术发展概述 1 p d m 的发展 随着中国信息化进程的发展，国内应用p d m 系统的企业也越来越多，p d m 产品的 开发与应用进入了快速发展时期h 悯。 p d m 技术的发展主要经历了三个阶段嘲 ：( 1 ) 配合c a d 工具的p d m 系统；( 2 ) 专 业p d m 产品；( 3 ) p d m 的标准化阶段。 2 p d m 技术的趋势发展 随着p d m 技术的广泛应用，人们越来越关注它的发展，从目前的趋势来看，p d m 将会在以下几方面有较大的发展：( 1 ) 应用系统的封装；( 2 ) w e b 使能技术；( 3 ) 面向对 广。西大掌硕士学位论文 面向中d 企业p d m 系统与c a d 系统集成的研究与实现 象技术的应用及信息模型的标准化；( 4 ) p d m 与m r p i i 的功能渗透；( 5 ) 过程管理与配 置管理功能的强化；( 6 ) p d m 产品层次化、行业化和客户化的发展。 1 2 2c a d 系统发展概述 随着c a d 技术的不断研究、开发与广泛应用，对c a d 技术提出了越来越高的要 求。c a d 技术正向着集成化、智能化、并行化、网络化、虚拟化和标准化的方向发展 【8 】1 9 ( 1 0 】c l l 】 o 1 集成化与智能化 集成化就是共享数据。集成c a d 能缩短产品研制周期，增强企业的竞争力。初步 的智能化表现在c a d 软件的人性化、使用方便，典型是应用动态导航技术，引导设计 者一步步地进行设计。 2 网络化与并行化 网络化为应用计算机的各部门实现信息共享、协同作业提供了物质基础条件。并行 化c a d 是全新的c a d 组织形式，最大程度地缩短产品研制周期，是大型企业实施c a d 的发展趋势。 3 虚拟设计 虚拟化c a d 是利用虚拟现实技术发展而来的一种新的设计系统。该技术建立在虚 拟设计平台基础上，可以在虚拟的现实环境中对模型进行各种角度的分析与研究，并对 模型进行优化。 4 规范化 规范化的趋势体现在数据模型的标准化、数据交换格式的标准化及c a d 资源的规 范化三个方面。 1 2 3 面向中小企业的p d m 系统 1 制造型中小企业现状 通过对区内多家制造型中小企业的调研，现阶段诸多中小企业主要生产特定产品， 产品的品种较少，但还是存在较大的设计工作量，图文档的种类也很多，在开发设计过 程中以及事后的管理中存在许多问题，主要体现在资料量大、种类多、管理很乱、且没 有管理规则。迫切的需要一种适合自己生产特点p d m 系统来对他们繁多的图档进行统 一管理1 2 m 3 1 。 目前多数制造型中小企业主要采用人工管理模式进行项目管理，项目分工、协调等 2 广西大掌司北e 学位论文 面向中小企业p d m 系统与c a 3 系统集成的研究与实现 都是通过开会，所带来的问题是儿1 5 1 ： ( 1 ) 没有明确的任务分解记录，项目成员之间容易出现职责不明的现象； ( 2 ) 任务执行过程没有记录，项目负责人无法了解项目进度，对于任务执行过程出 现的问题无法追溯： ( 3 ) 各职能部门之间的信息沟通问题日益突出，相关任务负责人之间缺乏有效的数 据共享机制，经常造成返工，浪费时间，影响产品开发进度； ( 4 ) 文档、资料不能按项目统一管理，给企业i s 0 9 0 0 0 质量认证带来困难。 ( 5 ) 对设计师提出的技术、工艺、进度、质量等协调问题无法及时解决。 采用计算机辅助设计工具后，每设计一个产品都会产生大量的电子文件和图纸。大 量的设计资料给档案室的资料管理带来以下问题： ( 1 ) 数据一致性：所有图档审批、发送等都是传递纸质文件，由于图纸更改经常造 成设计师保留的图档、送去生产部门的图档与档案室保存的图档不一致； ( 2 ) 文件查询：大量的设计信息以独立文件的形式存在，由操作系统负责管理，由 于缺乏专门的索引、查找、归类等工具，设计师在无序的电子文件中寻找有关的设计资 料往往要花费大量的精力； ( 3 ) 安全保密：产品的设计信息直接存放在计算机文件系统中，容易被非法复制、 修改和使用； ( 4 ) 信息共享：原有的纸质资料借阅方式已不再适用于电子设计信息，也不利于原 有产品设计资料的重复使用。 工程设计过程本身是一个不断反复、试验的过程，因此设计更改是大量存在的。目 前所内的设计更改完全靠人工管理，难免发生各种各样的差错。 ( 1 ) 没有制定严格的更改管理制度，经常出现设计师擅自修改图纸的现象； ( 2 ) 更改过程没有记录，职责不明，扯皮现象时有发生； ( 3 ) 无法正确、及时的将更改通知有关人员和部门，经常有生产、采购等部门使用 已失效图纸信息的情况； ( 4 ) 目前研究所的图纸更改一般是划改、更换或作废，不能保存图纸的多种版本。 2 中小型企业对p d m 系统的需求 多数制造型中小企业对实现p d m 系统提出的基本要求与主要目标如下： ( 1 ) 整体优化设计过程，规范产品生命周期管理。项目负责人可以通过网络平台分 解并下达研制任务，项目组成员可以及时了解自己的任务、要求和工作流程。 广西大掌硕士掌位论文 面向中小企业p d m 系统与c a d 系统集成的研究与实现 ( 2 ) 提供一个沟通平台，使项目负责人和项目组成员以及各成员之间能相互沟通信 息并有权限的共享产品的相关资料和设计数据。 ( 3 ) 项目负责人能实时了解产品开发的进程，及时协调和解决研制中出现的技术、 工艺、质量和进度等问题。 ( 4 ) 可实现产品研制全过程的质量跟踪和监控。 ( 5 ) 对产品有关的数据和与数据有关的过程，进行有效地管理和控制，建立适合企 业自身特点的电子信息仓库，保持产品数据的一致性和可跟踪性。 ( 6 ) 建立图文档之间的联系，提供有效的信息检索工具，在权限控制下充分实现信 息共享，并最终支持工程设计中的信息复用。能实现标准、情报资料的网上发布和获取。 1 2 4p d m 系统与c a d 系统集成的问题 c a d 系统在制造型企业已经得到了广泛的应用，但由于不同的开发者造成的c a d 与p d m 系统的相互独立阻碍了企业生产力的进一步提高。p d m 是企业的信息集成框 架，以此框架为基础，高度的集成各种应用软件，管理所有与产品及其过程相关的数据， 为工程技术人员提供一个协调的工作环境，确保在正确的时间、把正确的信息以正确的 形式、传递给正确的人，实现高效的产品开发一个完整的p d m 系统应该具备以下基本 功能：文档管理，工作流和过程管理，产品结构和配置管理，查看和批注，扫描和图象 服务，涉及检索和零件检索，项目管理，电子协作，软件工具集成等。因此c a d 系统 与p d m 系统的集成成为关系到制造业发展的重要课题。将零件图形中的特征和特征值 从图形系统的核心系统中提取出来，并存储在数据库中，是实现p d m 系统集成数据的 较好途径。 p d m 与c a d 系统集成需要解决以下几个方面的问题： 1 充分理解中小企业的现状和需求。 2 针对中小企业的需求，解决集成的通用性，使p d m 系统实现与主流c a d 系统 的良好集成。 3 针对中小企业对集成的需要，选择集成模式，实现p d m 与c a d 系统集成需要 包含的功能。 1 3c a n d e l p d m 系统功能模块 c a n d e l p d m 系统是由广西科鼎有限公司通过对目前国内外p d m 系统研究和使用 4 厂西大掌硕士掌位论文 面向中4 、企业p d m 系统与c a d 系统集成的研究与实现 现状进行了较为充分的研究，开发的一种面向中小企业的p d m 系统。结合中小企业的 实际需求，该系统一定程度上简化了目前高端p d m 系统的功能应用，如去除了一些昂 贵但不实用的功能，同时在简化操作的基础上根据企业客户需求细化了相关功能的应 用。 1 3 1c a n d e l p d m 系统特点 作为企业级产品数据管理系统软件，c a n d l e p d m 的管理思想完全符合现代企业管 理制度，企业可以应用其提高企业信息管理的效率，储存企业中有关产品设计、开发、 工艺流程、制造、质量管理、客户服务等所有资料。 c a n d l e 。p d m 主要特点，包括： 1 概念清晰、易学、易用，易于实施，开放性好。 2 动态灵活的工作流模板创建功能，可以实现多项目、多层次级别的工作流并行 操作。 3 b o m 汇总功能强大，可以自动汇总出企业需要的各类清单( 标准件、外购件、材 料消耗定额清单等) 。 4 基于产品结构树的任务分派，操作方便灵活，界面直观，功能强大且灵活的产 品配置功能，可以按照企业实际需要组织产品的生产。 5 安全性高，通过用户操作权限以及功能权限的共同控制，保证了图档及操作的 安全性。 1 3 2c a n d e l p d m 系统概述 c a n d e l p d m 原型系统以网络环境下的分布式数据处理技术为支撑，采用客户机 服务器( c l i e n t s e r v e rc s ) 结构，服务器端负责公共数据的存储、多用户同步等功能，客 户端主要负责与用户的交互客户私有数据的管理等，其功能模块如图1 1 n 引。 广西大学硕士学位论文面向中小企业p d m 系统与c a d 系统集成的研究与实现 c a n d e l p d m 系统界面 ! 图1 1 系统功能模块 f i g 1 1f u n c t i o no fp d ms y s t e m 1 数据库管理模块 产品数据管理的核心设备是数据库服务器，c a n d e l p d m 通过建立元数据与物理文 件的联系，并将这种联系与元数据保存在电子仓库中，达到快速检索的目的。物理文件 包括定义产品的文本文件、图形和图像文件、电子表格和多媒体文件等。以这种方式建 立起电子仓库后，产品数据的浏览和查询就变得如同传统关系型数据库一样简单，可以 通过数据库中安全机制设定数据浏览、查阅权限，实现数据安全控制等功能。 数据库管理界面根据角色权限提供连接关闭数据库、备份产品系统数据库、清空 数据库等操作。 2 产品结构配置管理模块 产品配置管理就是以电子仓库为底层支持，以物料清单b o m 为组织核心，把定义 最终生产的所有工程数据和图文档联系起来，实现产品数据的组织、管理和控制，并在 一定目标或规则的约束下向用户或系统提供产品结构的不同视图和描述的过程n 7 1 。 产品配置管理是对产品结构管理的扩展，它可以有效地提高设计的重用性和效率， 方便系列产品的管理。它的管理对象是最终产品的所有工程数据和文档，通过在二者之 间建立联系对产品进行维护和管理博m 引。 c a n d e l p d m 系统产品结构管理功能包括：建立产品结构树、产品配置管理、 e b o m m b o m 等b o m 多视图的生成和管理、动态分层树状浏览等。按产品模型为中 心来组织产品数据，以及基于知识库和规则的产品配置过程。 3 图文档管理模块 6 广西大掌硕士掌位论文 面向中小企业p d m 系统与c a d 系统集成的研究与实现 数据与图文档管理主要是要实现：分布式电子仓库、图文档的版本、图文档的统一 编码、图文档的属性检索和查询、文档的使用权限及安全保密、统一的产品数据主模型 等。 图文档管理能有效地对产品从设计、工艺流程、加工以及产品整个生命周期内各阶 段的数据进行组织和管理啪1 。 c a n d e l p d m 的图文档管理可以通过文件柜和电子仓库的方式进行管理。作为p d m 的主要功能模块，它提供生成、存储、查询、控制、恢复、编辑、电子检查和记录、电 子对象的历史及通用文件管理等能力。图文档管理分为静态管理和流程管理。静态管理 包括文档创建、修改、删除等基本操作和检索、存储、权限管理等；流程管理包括生命 周期、变更流程和版本管理等。 4 动态权限管理 c a n d l e p d m 系统中所有的图文档都保存在f t p 文件服务器，由数据库进行管理。 动态权限管理的功能是对查看、删除、修改图文档进行自动记录和时间跟踪。通过操作 系统密码、p d m 系统密码和数据库密码三重控制以及用户、图文档和操作权限的多维 权限结构，确保数据安全。根据用户所属部门和职务动态分配权限。 c a n d l e p d m 系统中的信息传递采用电子数据的方式，保证数据在权限控制的范围 内，随时可以送到需要该资料的人员手中，真正实现数据共享。 5 用户管理模块 用户管理结合权限管理组成了c a n d e l p d m 系统组织结构管理的基础。用户管理功 能中，主要由企业的系统管理员或其它高级管理人员来进行控制，在企业中只有具备相 应权限的管理级用户，才可对其它用户相关信息和操作权限进行维护。c a n d e l p d m 系 统用户管理菜单包括：用户基本信息维护、用户注册信息。 6 项目管理模块 c a n d l e p d m 的项目管理真实模拟企业的行政组织结构，能够方便地进行项目的创 建、修改、查询、统计等。提供灵活的用户信息管理，方便定制用户信息。根据用户所 属部门和职级动态分配权限。 c a n d l e p d m 的项目管理界面为用户提供了许多功能，如项目的创建、修改、查询、 统计等功能，结合权限管理模块，当具有不同权限的用户登录时，各菜单项的显示状态 ( 可用不可用) 是不同的，仅以系统管理员身份登录时，所有功能项才均可用。 7 柔性编码管理模块 7 广西大掌硕士学位论文 面r r a l 中小企业p d m 系统与c a d 系统集成的研究与实现 编码系统管理是p d m 的一个重要组成部分，是p d m 系统各功能模块彼此间协同 工作的保障，它的应用在整个系统中起重要作用晗。 企业在生产活动中除了生产对象外，还包括生产设备信息、零部件信息以及人员管 理信息等相关因素，直接或间接影响到产品的生产。为了制定适合于企业自身情况的信 息分类编码系统，需要根据编制对象各自的特点分别进行编制，以实现企业信息数据的 全面管理。 c a n d e l p d m 系统编码管理界面提供根据企业自身的特点，定制合适本企业的编码 类，即要对系统编码类初始化的功能，其中包括编码名称和编码定义。对不同编码类， 定义相应的编码模板，如零件编码类定义的是零件编码模板，产品编码类定义产品编码 模板等，然后对各个模版中不同的码段添加取值。 8 工作流管理模块 工作流技术是p d m 系统中驱动项目开发的关键技术之一。近年来，不少高校和研 究机构对工作流技术进行了较多的研究，动态工作流的研究已逐渐成为工作流领域研究 的热点。本系统中采用了嵌入式动态工作流技术n 们。 c a n d e l p d m 系统的工作流程是由图形驱动的。工作流的图形界面由节点和带箭头 的连接线组成。利用c a n d e l p d m 提供的工作流定义工具，用户可以定义满足自己企业 个性化要求的串、并行文档工作流。通过用户定义的工作流，可以实现对整个项目开发 过程的驱动，也可实现对工作流的运行过程进行监控。 9 个人工作台 个人工作台是用户个人工作的应用模块，也是c a n d e l p d m 系统中用户运行最频繁 的模块。个人工作台是项目开发的平台，用户接受任务通知、完成产品设计和提交数据 信息的界面工具，每个用户有一个独立的个人工作台。当项目的工作流程到达指定用户 时，系统把任务要求和参考文档分发到该用户的个人工作台。每个有项目任务的用户登 陆个人工作台后，选择任务项就可以进到相应的工作界面区。工作界面根据项目角色和 项目任务的不同而有所不同，用户可同时具有多个项目任务。 1 4 课题来源及主要研究内容 本课题来源于广西壮族自治区科技厅2 0 0 3 年实施的“广西先进制造技术及应用” 项目：企业产品数据管理系统( p d m ) 软件开发( 广西科技厅科技攻关项目，编号：桂科 攻0 3 3 0 0 0 5 2 b ) 和南宁市科技技术局科技攻关项目( 项目编号2 0 0 5 0 1 0 0 6 a ) “面向中小企 8 广西大掌硕士掌位论文面向中小企业p d m 勇。晓与c a d 系统集成的研究与实现 业的行业定制型产品数据平台研究与开发”。 项目实现目标是开发适合广西中小企业制造业应用的数据管理软件。基于此项目， 本文主要针对以下问题进行研究： l 、针对中小企业现阶段需求，结合自主开发的c a n d e l p d m 系统，运用u m l 语言 对c a n d e l p d m 系统与c a d 系统的集成进行分析与建模。 2 、c a n d e l p d m 系统与c a d 系统的集成的设计与实现。产品设计开发过程中，实 现基于s t e p 标准的p d m 与c a d 数据交换，保持二者数据一致。 1 5 本章小结 本章首先分析了产品数据管理( p d m ) 的背景和发展概况，以及面向中小企业的p d m 系统的现状，继而阐述了p d m 系统与c a d 系统集成的问题和必要性。介绍了由广西 大学自主研究开发的c a n d e l p d m 系统的特点和功能模块。由此，提出了本文的主要研 究内容，c a n d e l p d m 系统与c a d 系统的集成。 9 面向中小企业p d m 最兢与c a d 秉统泰成的研究与寞现 2 1 引言 第二章p d m 系统与c a d 系统集成理论的研究 集成是指基于信息技术的资源及应用( 计算机硬件、接口及机器等) 聚集成一个协 同工作的整体，集成包括功能交互、信息共享以及数据通信二个方面的管理和控制，如 图2 一l 所示。 图2 1 应用系统的集成 v l g2 ii n t e g r a t i o n o f a p p l i c a t i o ns y s t e m c a d 和p d m 并不是对等的两个系统，c a d 是单一应用软件，它的操作对象是“事 物”被设计的产品；而p d m 是管理型软件，它管理的对象不仅包括物，还包括人、 资源、信息、过程等，在p d m 理想的应用情况之下，c a d 这一应用软件也会作为p d m 管理的资源而被p d m 统一调配，c a d 系统运行中产生的数据和文档也将被p d m 作为 对象管理着，而c a d 作为p d m 应用环境中的一个组成部分，使用p d m 的功能，统一 管理其在使用中产生的各种信息及其载体，并协调产品的开发过程。人在系统之间“协 调”的作用将会大大的削弱，各系统运行效率也将得到很大的提高。从传统的方式到 c a d 与p d m 的集成应用如图2 2 所示。 c a d 系统 越扣瀛 由手动录八向 自动转化 c a d 系统： j d c a d 文档厂 一、 集成模蝰 【：二= p d m 系统 。i7 j l 一 【_ j l _ 一：一 圉2 - 2 c a d 与p d m 的集成万式的转变 f i g2 2 i n t e g r a t i o no f c a da n d p d mp a t t c m 制造型企业在利用c a d 系统进行产品玎发时会产生大量的图纸和相关文档，p d m 蕃 广西大学硕士掌位论文 面向中小企业p d m 系统与c a d 系统集成的研究与实现 系统可以方便企业管理产品结构和相关文件，并为企业产品开发过程提供方便。 p d m 是在产品生命周期中帮助开发者管理产品数据和产品开发过程的工具。虽然 p d m 有效地解决了产品开发过程中产品信息管理的实际问题，但对于大量已有图纸和 文件的相关信息的查询和归档却是一个棘手的问题，c a d 系统产生的不只是几何图形 数据，还具有很多产品结构数据，而产品结构数据管理也是p d m 系统的主要功能。必 须解决已有图纸文件信息方便快捷的输入p d m 数据库，才能为企业以后的产品开发提 供支持，从而更好的发挥p d m 系统的优势。原始手工录入的方式工作量太大，而且不 能保证准确性，显然不能解决实际问题。因此数据信息的交互成为c a d 系统与p d m 系统集成的首要问题。 2 2p d m 和c a d 集成模式的研究 2 2 1p d m 与c a d 集成的关键技术 目前，p d m 系统与c a d 系统集成采用的关键技术主要有以下几方面蚴： 1 特征技术 建立p d m 与c a x 范围内相对统一的、基于特征的产品定义模型，并以此模型为 基础，运用产品数据交换技术，实现p d m 与c a d 间的数据交换与共享。该产品定义 模型不仅要求能支持产品设计与生产管理各阶段所需的产品定义信息( 几何信息、拓扑 信息、工艺和加工信息) ，而且还应该提供符合人们思维方式的高层次工程描述语义特 征，并能表达工程师的设计与制造意图。 2 集成数据管理技术 针对已有的p d m 系统与c a d 系统集成，主要通过文件方式来实现p d m 与c a d 之间的数据交换，不同子系统文件之间要通过数据接口转换，传输效率不高。为了提高 数据传输效率和系统的集成化程度，保证各系统之间数据的一致性、可靠性和数据共享， 需要采用工程数据库管理系统来管理集成数据，使各系统之间直接进行信息交换，真正 实现p d m 与c a d 之间信息交换与共享。 3 产品数据交换标准 为了提高数据交换的速度，保证数据传输的完整性、可靠性和有效性，必须采用通 用的标准化数据交换标准。在标准化数据交换技术中，产品数据交换标准是p d m 与 c a d 集成的重要基础。例如，近年来国际上不断完善的s t e p 产品数据交换标准。 4 集成框架技术 广西大掌硕士学位论文 面向中小企业p d m 系统与c a d 系统集成的研究与实现 数据的共享和传送通过网络和数据库实现，需要解决异构网络和不同格式数据的数 据交换问题，以使多用户并行工作共享数据。集成框架对实现并行工程协同工作是至关 重要的。同时集成框架技术为集成信息处理等集成功能提供平台，该技术是集成功能实 现的基础。 2 2 2p d m 与c a d 集成的模式 c a d 系统的信息是产品信息的源头，其信息量大、类型多。p d m 系统需要跟踪由 设计到生产制造等全部过程所需的产品的大量数据和信息，并根据这些数据和信息来支 持和维护产品。因此，c a d 系统与p d m 系统的集成是用户最需要的，也是p d m 与c a x 集成中难度最大的环节。p d m 与c a d 集成的关键在于保证两个系统数据变化的一致 性，同步或异步一致。根据不同的用户需求以及不同的系统设计，集成存在多种模式。 而且c a d 系统中产生的数据既有二维图样，也有三维模型、零部件属性以及产品结构 关系等多种类型，不同的数据也要求不同的集成模式例。 p d m 系统与c a d 系统按照集成等级的划分，存在多种集成模式。下列因素决定了 集成的类型。 1 数据集成 n ) 手工二次录入数据 ( 2 ) 利用文件交换数据 ( 3 ) 数据自动更新的各自独立数据库 ( 4 ) 共享数据库 2 用户界面集成 ( 1 ) p d m 系统可识别c a d 文件并且能够调用c a d 系统 ( 2 ) 通过c a d 系统菜单调用p d m 功能 ( 3 ) 独立于c a d 与p d m 系统的新界面 ( 4 ) 紧密集成界面 p d m 系统与c a d 系统集成的程度取决于数据和用户界面，图2 3 的x 轴表示数据 集成的等级，由左向右数据集成的等级越高，y 轴表示用户界面集成的等级，由下向上 用户界面集成程度越高，直观的显示了c a d 与p d m 系统集成的级别。 1 2 广西大掌硕士掌位论文 面向中小企业p d m 系统与c a d 系统集成的研究与实现 用户界 面集成 集成 界面 独立 界面 功能 菜单 点击 调用 图2 - 3c a d 与p d m 系统集成方式 f i g 2 3i n t e g r a t i o np l a n eo f c a da n dp d ms y s t e m s 集成的程度取决于数据和用户界面，图2 3 的x 轴表示数据集成的等级，y 轴表示 用户界面集成的等级，直观的显示了c a d 与p d m 系统集成的级别。 c i m 中定义了三种c a d 与p d m 系统集成的方式：紧密集成，接口方式，封装方 ；“2 4 】【2 5 】 2 6 】 2 7 ) j o 1 应用封装 “封装”提供了一种逻辑数据独立性的形式，在不改变使用类型的程序情况下能够 改变类型的实现。应用封装只能满足文件整体共享的集成，这样p d m 系统只能管理应 用工具产生的文件整体，不能管理文件的内部具体数据零件属性、装配结构关系等 。一旦要处理文件结构信息，例如c a d 的产品结构信息时，应用封装就不能满足集 成的要求，一般应采用接口交换或紧密集成。 2 接口集成 接口集成的作用是将应用系统和p d m 系统需要共享的数据模型抽取出来，定义到 p d m 的产品数据模型中，这样两者就有了统一的数据结构。 接口模式比封装模式集成的更加紧密，自动化的程度也更高，甚至脱离用户参与， p d m 和c a d 就能交换文件内部的数据，产品结构信息等c a d 数据可以单向传送到 p d m 上。 3 紧密集成 紧密集成是集成度最高的集成模式油1 ，在这一层面，应用系统成为p d m 系统的有 广西大掌硕士学位论文 面向中小企业p d m 系统与c a d 系统集成的研究与实现 机组成部分，二者之间不仅可以共享数据，还可以共享操作服务。p d m 系统对所有类 型的信息都提供了全自动的双向相关交换，包括产品数据、特征数据和面向应用的数据 1 3 0 【3 l 】 o 在功能方面，c a d 系统与p d m 系统的紧密集成是功能最完善的集成模式，但从集 成设计实现角度分析，紧密集成模式也是设计最复杂的集成模式。一般该模式只有软件 供应商才能够提供眦1 。 2 3p d m 系统与c a d 系统集成的现状 由于各个应用系统在其各自应用范围内发挥作用的，形成了各系统间的分布式异构 数据，各系统间很难进行数据的交换和重用。有限的信息共享、缺少数据交换和信息不 一致成为产品开发环节的一个严重缺陷。应用p d m 的集成技术，在一定程度上解决了 企业在研制开发和生产过程中信息共享程度低j 数据传递速度慢、业务数据难以集成、 管理水平落后等问题1 。p d m 与c a d 的集成，能够直接从c a d 系统中产生各种产品 图形数据、产品结构模型等输入到p d m 系统中，p d m 也能将产品结构数据、产品接收 报告等数据信息传输到c a d 系统汹h 3 叮。 对于大多数c a x 系统，目前p d m 系统集成很少实现完全意义上的信息共享，大 部分只是把c a x 系统生成的文件封装到自己的数据库中，或者只是把这些文件的元数 据放在自己的数据库中，大多数c a x 系统通过p d m 平台并不能得到其它c a x 系统产 生的文件的数据信息，这也正是国际上流行诸如s t e p 的产品数据交换标准的原因阱3 。 就目前来说，p d m 与c a x 系统集成，大多数都只是实现二者的接口交换或系统封 装层次上的集成。在p d m 与c a x 系统集成中，p d m 与c a d 集成发展相对较快，国 外在这些方面的研究比国内早啪1 。国外的p d m 与c a d 系统的集成的例子很多，如 s m a r t e a m 和s o l i d w o r k s ，a u t o c a d ，u g 等的集成，m e t a p h a s e 与i - d e a s 的集成等。 在p d m 软件商积极开发与c a d 集成应用的同时，c a d 应用开发商依靠雄厚的研发实 力和对c a d 应用和开发的深刻把握，也积极开展集成应用和研发。p d m 与c a d 集成 的例子更多的是结合应用到企业自身软件资源的集成和软件开发商自身开发的各个软 件系统之间的集成，为了迎合用户新的需求以及技术发展的需要，很多c a d 开发商转 向c a d 系统的集成应用和c s c w ( 计算机支持的协同工作，c o m p u t e rs u p p o r t e d c o o p e r a t i v ew o r k ) 方面，他们纷纷推出自己的p d m ，p l m 和e r p 等系统，这些系统平 台对来自于同一开发商的c a d 工具提供了很好的支持，但对于其他开发商的c a d 系 1 4 广。西大掌硕士掌位论文 面向中小企业p d m 系统与c a d 系统集成的研究与实现 统支持却很有限。例如a u t o d e s k 公司开发的p l m 系统和s o l i d w o r k s 公司开发的 p d m w 6 r k s 系统。在国内也出现了一些p d m 与c a d 集成应用的产品或软件模块，如 武汉科技产业股份有限公司开目集成技术分公司开发的系列产品p d m 与c a d 间的集 成。 p d m 在集成三维c a d 软件的情况是：国内制造企业的三维c a d 的普及比较晚， 因而国产的p d m 和三维c a d 的应用集成研究相对较晚，与国外p d m 软件相比较有很 大的距离，主要表现在数据集成、浏览、协同可视化工具等方面。国外主流的p d m 软 件基本能够支持1 5 种独立c a d 软件，基于较完善的对象模型，基本与三维c a d 实现 了无缝集成；而国内p d m 软件则主要支持几种主流的3 d 软件，如u g p o r e s o l i d w o k r s c a t i a 等，在数据集成的深度方面也很有限，基本处于数据提取的水平。 在文件浏览方面，国外的p d m 软件基本上都采用如下两种策略d ： 1 以u g s 、w i l l d c l l i l l 为代表的供应商采取自身开发浏览器的策略，并发布统一的 3 d 浏览批注工具( 或控件) ，如u g s 的j t 2 g o 。 2 以m a t r i x o n e 、s m a r t e a m 、a g i l e 为代表的供应商则采取集成专业浏览器实现与 三维c a d 的集成，浏览器主要是业界领先的c i m m e t r y 公司的a u t o v u e 浏览器。 由于起步较晚，以及缺乏自主开发3 d 图形引擎等方面的技术，国