PDM与CAD集成的研究

1 引言

    上世纪六七十年代。CAD、CAM、CAE等一系列新技术的兴起在给企业的设计和生产过程提供了新的技术手段的同时也提出了新的挑战：就制造业而言，虽然各种计算机辅助技术已经日趋成熟，但由于各企业间管理需求以及技术发展的不同，彼此间缺乏信息的沟通，其管理过程和管理系统缺乏统一的管理规范，从而使得各独立系统间的信息兼容和集成成为问题，这就是所谓的“信息孤岛”问题。到80年代初，计算机、通信网络技术的发展虽然使实现机械制造系统集成有了可能，但仍然没有切实的技术手段能解决制造系统的信息集成，PDM(产品数据管理Product Data Management)正是在这一背景下产生的一项新的管理思想的技术。CIMdata曾这样定义：“PDM是帮助工程师和其他人员管理产品数据和产品研发过程的工具。PDM系统确保跟踪设计、制造所需的大量数据和信息，并由此支持和维护产品”。作为上世纪末出的技术，PDM继承并发展了CIM等技术的核心思想，PDM的核心是用整体优化的观念对产品设计数据和设计过程进行描述，规范产品生命周期管理，保持产品数据的一致性和可跟踪性，并实现产品信息和数据的共享，并以软件技术为基础，实现对产品相关数据、过程、资源一体化的集成管理技术。可以说，CIM提出系统集成的思想与要求，PDM具体解决系统集成的方法。

    随着PDM在制造业系统中的应用与研究，PDM与CAD的集成技术得到了快速的发展，作为企业信息集成管理平台，PDM支持CAD产品的设计过程及其输出的图文资料，同时CAD也需满足PDM的诸多要求，对PDM的产品属性数据库提供支持。

    2 PDM与CAD的三种集成模式

    PDM与CAD集成，从集成的程度上来看，可以分为如下三个层次：

    2.1 PDM与CAD的封装集成

    PDM与CAD封装集成指的是功能上的集成，即对CAD的所有应用程序进行集成，PDM系统封装CAD的应用程序，有效管理各应用程序产生的特征数据和数据文件。PDM在其内部的图形文件中可以直接激活相应的CAD系统，并在该系统中显示相应的图形文件，同时在CAD系统中也可直接进人PDM系统，进行相应的数据管理操作，但不允许PDM系统管理文件内部的数据。这种集成模式一般适用于PDM与二维CAD的集成，通常来讲，封装集成模式的自动化程度较低，旨在解决从PDM内部激活CAD。但实施工作量小，开发较为容易。

    2.2 PDM与cAD的接口集成

    顾名思义，接口集成模式是通过CAD系统的开发接口以及PDM系统提供的API函数来实现的：首先，利用CAD系统的二次开发接口，编制接口程序，用以提取CAD系统的产品结构树信息以及零部件信息。通过数据交换将这些信息映射到PDM系统中，实现CAD到PDM的信息共享；同时，利用PDM系统提供的APl函数，提取PDM产品属性数据库中最新的产品结构信息以及零部件信息，更新CAD系统中的产品装配模型。实现PDM到CAD的信息共享。这种集成模式属于双向集成，实现了PDM和CAD系统数据的异步一致，一般应用于PDM与三维CAD的集成。此外，如果只开发CAD系统接口程序，即仅实现由CAD系统到PDM系统的产品信息映射，则属于单向集成。可以采用COM、COM+组件技术以及CORBA技术等来实现相关的接口功能，其中利用CORBA技术的软、硬件平台无关性更可以实现多种CAD产品的应用集成。从而使得PDM系统能够透明地获取相关CAD系统的数据信息。与封装集成模式相比，接口集成模式的自动化程度较高，但开发系统接口的工作量比较大。对开发人员的技术要求较高。

    2.3 PDM与CAD的紧密集成

    相比以上两种模式而言。紧密集成模式的信息集成和共享程度最高，它解决PDM和CAD两个系统对产品数据、特征数据和应用数据等所有类型的数据的双向交换和共享，采用紧密集成可以始终保持CAD系统的产品装配关系和PDM系统的产品结构树同步一致甚至信息互动。这种集成模式是最理想化的一种，但技术难度较高，开发起来比较困难。

    3 接口模式实现PDM与三维CAD双向集成原理

    由于三维CAD系统开发比较困难，PDM与CAD集成的传统方式是采用单向集成，即在PDM系统中开发单向数据接口，使得PDM系统能够提取CAD系统的产品结构及模型信息，而不能进行PDM到CAD的反向映射。因此，单向集成的信息一致性较差，当PDM系统中产品的BOM信息及模型数据发生改变时，无法自动关联到CAD系统的产品结构树，CAD系统不能自动更新相应的产品模型，为提高PDM与三维CAD系统产品信息的一致性，PDM与三维CAD的双向集成技术成为一个有必要研究的课题。

    PDM与三维CAD双向集成的数据交换主要包括以下两类信息：

    1)产品结构信息以及基本属性信息(BOM)；

    2)产品模型信息(文档信息)。由CAD系统接口导出的产品结构及属性数据通过PDM系统API函数以XML格式导入PDM的产品属性数据库。另一方面，CAD系统也可以通过自身及PDM系统的接口来读取PDM系统的BOM信息。而对于产品的模型信息则转换为统一的模型数据格式(STEP，IGES等)，然后通过APl函数将模型数据提交PDM数据库，此外，实现STEP等格式到VRML格式的转换可以在PDM系统中由VRML测览器解释生成三维模型实体。将模型数据转换为统一的格式可以实现不同CAD系统共享产品信息。

    PDM与三维CAD双向集成中，通过CAD系统的API函数访问CAD系统的产品装配模型，获取产品的装配关系、结构以及零部件信息等，再通过PDM系统APl提交PDM产品数据库。反之亦然，通过PDM系统的API函数导出产品的BOM信息及模型文档，CAD系统由自身API函数读取产品的结构信息以及模型信息。在CAD系统中构建产品结构树，更新产品装配模型。PDM与三维CAD接口模式双向集成的总体架构如下图所示：

    PDM与三堆CAD双向集成结构图

    4 结论

    本文介绍了PDM与CAD集成的三种模式，并以接口模式为例，对比传统的单向集成方式，研究了PDM与三维CAD的双向集成方法，实现了三维CAD系统与PDM系统数据的异步交换，有效保证了两系统数据的一致性，为解决企业。信息孤岛”现象提供了切实可行的方案，随着组件技术，各CAD软件开放性的发展，PDM与CAD的集成难度将大大降低，更可以实现各CAD产品与PDM的集成接口，使得企业内部及企业间的信息互动更为实时流畅，为企业搭建集成平台创造了良好的条件。