PDM與CAD集成的研究
發布時間：2021-05-18 點擊：1次
引言
上世紀六七十年代。CAD、CAM、CAE等一系列新技術的興起在給企業的設計和生產過程提供了新的技術手段的同時也提出了新的挑戰：就制造業而言，雖然各種計算機輔助技術已經日趨成熟，但由于各企業間管理需求以及技術發展的不同，彼此間缺乏信息的溝通，其管理過程和管理系統缺乏統一的管理規范，從而使得各獨立系統間的信息兼容和集成成為問題，這就是所謂的“信息孤島”問題。到80年代初，計算機、通信網絡技術的發展雖然使實現機械制造系統集成有了可能，但仍然沒有切實的技術手段能解決制造系統的信息集成，PDM(產品數據管理Product Data Management)正是在這一背景下產生的一項新的管理思想的技術。CIMdata曾這樣定義：“PDM是幫助工程師和其他人員管理產品數據和產品研發過程的工具。PDM系統確保跟蹤設計、制造所需的大量數據和信息，并由此支持和維護產品”。作為上世紀末出的技術，PDM繼承并發展了CIM等技術的核心思想，PDM的核心是用整體優化的觀念對產品設計數據和設計過程進行描述，規范產品生命周期管理，保持產品數據的一致性和可跟蹤性，并實現產品信息和數據的共享，并以軟件技術為基礎，實現對產品相關數據、過程、資源一體化的集成管理技術。可以說，CIM提出系統集成的思想與要求，PDM具體解決系統集成的方法。
隨著PDM在制造業系統中的應用與研究，PDM與CAD的集成技術得到了快速的發展，作為企業信息集成管理平臺，PDM支持CAD產品的設計過程及其輸出的圖文資料，同時CAD也需滿足PDM的諸多要求，對PDM的產品屬性數據庫提供支持。
一、PDM與CAD的三種集成模式
PDM與CAD集成，從集成的程度上來看，可以分為如下三個層次：
1.PDM與CAD的封裝集成
PDM與CAD封裝集成指的是功能上的集成，即對CAD的所有應用程序進行集成，PDM系統封裝CAD的應用程序，有效管理各應用程序產生的特征數據和數據文件。PDM在其內部的圖形文件中可以直接激活相應的CAD系統，并在該系統中顯示相應的圖形文件，同時在CAD系統中也可直接進入PDM系統，進行相應的數據管理操作，但不允許PDM系統管理文件內部的數據。這種集成模式一般適用于PDM與二維CAD的集成，通常來講，封裝集成模式的自動化程度較低，旨在解決從PDM內部激活CAD。但實施工作量小，開發較為容易。
2.PDM與CAD的接口集成
顧名思義，接口集成模式是通過CAD系統的開發接口以及PDM系統提供的API函數來實現的。首先，利用CAD系統的二次開發接口，編制接口程序，用以提取CAD系統的產品結構樹信息以及零部件信息。通過數據交換將這些信息映射到PDM系統中，實現CAD到PDM的信息共享；同時，利用PDM系統提供的APl函數，提取PDM產品屬性數據庫中最新的產品結構信息以及零部件信息，更新CAD系統中的產品裝配模型。實現PDM到CAD的信息共享。這種集成模式屬于雙向集成，實現了PDM和CAD系統數據的異步一致，一般應用于PDM與三維CAD的集成。此外，如果只開發CAD系統接口程序，即僅實現由CAD系統到PDM系統的產品信息映射，則屬于單向集成。可以采用COM、COM+組件技術以及CORBA技術等來實現相關的接口功能，其中利用CORBA技術的軟、硬件平臺無關性更可以實現多種CAD產品的應用集成。從而使得PDM系統能夠透明地獲取相關CAD系統的數據信息。與封裝集成模式相比，接口集成模式的自動化程度較高，但開發系統接口的工作量比較大。對開發人員的技術要求較高。
3.PDM與CAD的緊密集成
相比以上兩種模式而言。緊密集成模式的信息集成和共享程度最高，它解決PDM和CAD兩個系統對產品數據、特征數據和應用數據等所有類型的數據的雙向交換和共享，采用緊密集成可以始終保持CAD系統的產品裝配關系和PDM系統的產品結構樹同步一致甚至信息互動。這種集成模式是最理想化的一種，但技術難度較高，開發起來比較困難。
二、接口模式實現PDM與三維CAD雙向集成原理
由于三維CAD系統開發比較困難，PDM與CAD集成的傳統方式是采用單向集成，即在PDM系統中開發單向數據接口，使得PDM系統能夠提取CAD系統的產品結構及模型信息，而不能進行PDM到CAD的反向映射。因此，單向集成的信息一致性較差，當PDM系統中產品的BOM信息及模型數據發生改變時，無法自動關聯到CAD系統的產品結構樹，CAD系統不能自動更新相應的產品模型，為提高PDM與三維CAD系統產品信息的一致性，PDM與三維CAD的雙向集成技術成為一個有必要研究的課題。
PDM與三維CAD雙向集成的數據交換主要包括以下兩類信息：
1)產品結構信息以及基本屬性信息(BOM)；
2)產品模型信息(文檔信息)。由CAD系統接口導出的產品結構及屬性數據通過PDM系統API函數以XML格式導入PDM的產品屬性數據庫。另一方面，CAD系統也可以通過自身及PDM系統的接口來讀取PDM系統的BOM信息。而對于產品的模型信息則轉換為統一的模型數據格式(STEP，IGES等)，然后通過APl函數將模型數據提交PDM數據庫，此外，實現STEP等格式到VRML格式的轉換可以在PDM系統中由VRML測覽器解釋生成三維模型實體。將模型數據轉換為統一的格式可以實現不同CAD系統共享產品信息。
PDM與三維CAD雙向集成中，通過CAD系統的API函數訪問CAD系統的產品裝配模型，獲取產品的裝配關系、結構以及零部件信息等，再通過PDM系統APl提交PDM產品數據庫。反之亦然，通過PDM系統的API函數導出產品的BOM信息及模型文檔，CAD系統由自身API函數讀取產品的結構信息以及模型信息。在CAD系統中構建產品結構樹，更新產品裝配模型。PDM與三維CAD接口模式雙向集成的總體架構如下圖所示：
PDM與三堆CAD雙向集成結構圖
三、結論本文介紹了PDM與CAD集成的三種模式，并以接口模式為例，對比傳統的單向集成方式，研究了PDM與三維CAD的雙向集成方法，實現了三維CAD系統與PDM系統數據的異步交換，有效保證了兩系統數據的一致性，為解決企業。信息孤島”現象提供了切實可行的方案，隨著組件技術，各CAD軟件開放性的發展，PDM與CAD的集成難度將大大降低，更可以實現各CAD產品與PDM的集成接口，使得企業內部及企業間的信息互動更為實時流暢，為企業搭建集成平臺創造了良好的條件。
