UGNX系统与PDM集成框架的设计与实现---毕业论文

本本 科科 毕毕 业业 论论 文文 UG/NXUG/NX 系统与系统与 PDMPDM 集成框架的设计与实现集成框架的设计与实现 Design and Realization of Integration Framework for UG/NX and PDM 姓 名： 学 号： 学 院：软件学院 系：软件工程 专 业：软件工程 年 级： 指导教师： 年年 月月 摘摘 要要 产品数据管理（Product Data Management，PDM）是一门以软件为基础用 于管理所有与产品相关的信息和过程的技术。它提供产品全生命周期的信息管 理，并可在企业范围内为产品设计与制造建立一个并行化的协作环境。 计算机辅助制造（Computer aided design，CAD）则是产生 PDM 系统中产 品数据的源头。CAD 和 PDM 分别处在产品信息的上下游，相互之间存在较多的 数据交换和业务联系，两者之间的集成能在很大程度上缩短产品开发周期，提 高生产效率。产品在设计过程中会产生大量的 CAD 图纸，PDM 系统需要对这些 图纸文件及数据进行有效管理，并与 CAD 系统保持数据一致性。同时，CAD 系 统也需从 PDM 系统中读取设计文档和产品结构配置信息等，实现与 PDM 系统之 间的数据共享与信息传递。 本文是在浙江大天信息有限公司开发的 GS-PDM 系统平台上，以主流 CAD 软 件 UG/NX 为主要集成对象，设计并实现 UG/NX 与 PDM 的集成框架。该集成框架 的研究目的在于实现 UG/NX 系统与 PDM 系统之间的双向集成，并为 PDM 与其他 CAD 系统的集成提供了通用框架和重要参考。 本文的研究工作包括：研究 CAD 与 PDM 技术，研究主流三维 CAD 软件 UG/NX 的特点与二次开发技术，并在此基础上为 PDM 系统设计了一个通用的集 成框架。该框架可集成 UG/NX 系统，且具有良好的扩展性。以该集成框架为平 台，实现 UG/NX 系统与 PDM 系统的双向集成。包括以紧密集成模式实现从 PDM 系统到 UG/NX 系统的集成，以接口集成模式实现从 UG/NX 系统到 PDM 系统的集 成。通过双向集成，可使 UG/NX 系统与 PDM 系统之间自由地进行数据、信息的 传递和转换。通过分析该集成框架在 UG/NX 系统与 GS-PDM 系统集成中的实际应 用，包括 PDM 插件以及 CAD 插件的应用，验证了开发方法的正确性以及集成框 架的可行性。 关键词：关键词：产品数据管理；计算机辅助制造；集成框架 Abstract Product Data Management (PDM) is a technique used for managing the informantion and processes related to products, which is based on software. It provides the product lifecycle information management, and builds a parallelized collaborative environment for product design and manufacturing in the enterprises. Computer aided design (CAD) is the source of product data in PDM system. CAD is in the upstream of the product information, while PDM is in the downstream. There are massive data exchange and bussiness contact between CAD and PDM, the integration of them would shorten the product development cycle and improve production efficiency. Its important to keep the data consistency between CAD and PDM, and to realize the data sharing and information transmission between them. This paper was based on the GS-PDM system which was developed by GreatSky Information Co.,Ltd., selected the famous 3D CAD software, UG/NX as the integrated objects, studied on the integration framework of CAD and PDM. The research purpose of the integration framework was to realize the information integration of UG/NX and PDM, and to provide a general framework and an important reference for the integration of PDM and other CAD systems. The research designed a general integration framework of 3D CAD and PDM according to the features and secondary development technology of UG/NX, the framework had good expandability. It realized the bidirectional integration of UG/NX and PDM systems according to the integration framework. The integration from PDM to UG/NX was tight integration, and the integration from UG/NX to PDM was interface integration. The significance of research and the validity of the integration framework were demonstrated by analyzing the practical application of the integration framework in the integration of UG/NX system and GS-PDM system. Key words: Product Data Management; Computer aided design; Integration Framework 目目 录录 第一章第一章 绪绪 论论1 1 1.11.1 研究背景及意义研究背景及意义 1 1 1.21.2 研究现状及存在问题研究现状及存在问题 3 3 1.31.3 主要研究内容及特点主要研究内容及特点 7 7 1.41.4 本文结构安排本文结构安排 8 8 第二章第二章 集成框架的需求分析集成框架的需求分析1111 2.12.1 GS-PDMGS-PDM 系统系统1111 2.22.2 UG/NXUG/NX 系统系统1313 2.2.1 UG/NX 概述 13 2.2.2 UG/NX 相关术语 16 2.2.3 UG/OPEN 概述 18 2.32.3 集成框架的需求分析集成框架的需求分析 2222 2.3.1 由 PDM 向 CAD 集成的需求22 2.3.2 由 CAD 向 PDM 集成的需求24 2.3.3 面向数据流的需求分析26 2.42.4 小结小结 3030 第三章第三章 集成框架的设计集成框架的设计3131 3.13.1 集成框架的总体设计集成框架的总体设计 3131 3.1.1 集成框架的功能架构31 3.1.2 集成框架的开发架构32 3.23.2 UG/NXUG/NX 集成的详细设计集成的详细设计3434 3.2.1 PDM 插件的设计 35 3.2.2 CAD 插件的设计 48 3.33.3 小结小结 5151 第四章第四章 集成框架的实现集成框架的实现5353 4.14.1 PDMPDM 插件的实现插件的实现5353 4.24.2 CADCAD 插件的实现插件的实现5959 4.34.3 小结小结 6060 第五章第五章 集成框架的测试集成框架的测试6161 5.15.1 测试环境测试环境 6161 5.25.2 测试用例测试用例 6262 5.35.3 测试结果及分析测试结果及分析 6666 5.45.4 小结小结 6767 第六章第六章 结结 论论6969 参考文献参考文献7171 致致 谢谢7373 Contents Chapter 1 Introduction1 1.1 Backgroud and Significance1 1.2 Research Status and Problems3 1.3 Main Research Contents and Contribution.7 1.4 Outline of Thesis.8 Chapter 2 The Requirement Analysis of Integration Framework 11 2.1 GS-PDM11 2.2 UG/NX.13 2.2.1 Introduction to UG/NX13 2.2.2 Relative Terms.16 2.2.3 Introduction to UG/OPEN18 2.3 The Requirement Analysis22 2.3.1 Requirement of Integration from PDM to CAD22 2.3.2 Requirement of Integration from CAD to PDM24 2.3.3 The Data Flow26 2.4 Summary.30 Chapter 3 The Design of Integration Framework 3131 3.1 The General Design of Integration Framework31 3.1.1 The Functional Structure31 3.1.2 The Development Architecture32 3.2 The Detailed Design of UG/NX Integration.34 3.2.1 The Design of PDM Plug-in 35 3.2.2 The Design of CAD Plug-in.48 3.3 Summary.51 Chapter 4 The Implementation of Integration Framework.53 4.1 The Implementation of PDM Plug-in.53 4.2 The Implementation of CAD Plug-in .59 4.3 Summary.60 Chapter 5 The Testing of Integration Framework61 5.1 Testing Environment .61 5.2 Test cases.62 5.3 Analysis on Testing results66 5.4 Summary.67 Chapter 6 Conclusions.69 References .71 Acknowledgements.73 第二章 集成框架的需求分析 第一章第一章 绪绪 论论 产品的设计决定了产品的品质，它在产品的整个生命周期中占有极其重要 的地位。计算机辅助设计（Computer aided design, CAD）技术将人类的创造 性思维同计算机的高性能运作能力相结合，高效地实现了复杂、高难度、大规 模的创造性设计。现代产品设计的发展推动着 CAD 技术的不断前进，企业对 CAD 技术的依赖程度也在不断提高。 产品数据管理（Product Data Management，PDM）是一门管理所有与产品 相关的信息（包括电子文档、数字化文件、数据库记录等）和所有与产品相关 的过程（包括工作流程和更改流程）的技术。它提供产品全生命周期的信息管 理，并可在企业范围内为产品设计与制造建立一个并行化的协作环境1。 随着三维 CAD 软件的广泛应用，针对于三维 CAD 系统的集成研究将是该领 域的主要研究方向，而基于 PDM 的 CAD 系统集成，能实现 PDM 对 CAD 系统的有 效管理，缩短生产周期，提高生产效率，大幅度提升企业的信息化程度2。在 现代制造业中，企业信息化程序是企业竞争力的关键因素。 1.11.1 研究背景及意义研究背景及意义 20 世纪 60、70 年代，随着计算机软硬件技术的迅猛发展，CAD、计算机辅 助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM） 、计算机辅助工艺设计 （Computer Aided Process Planning，CAPP）等计算机辅助技术已经日益成熟， 大大缩短了企业产品设计及制造周期，从而提高了企业的经济效益。同时也产 生了大量的电子图档、文档，使得信息的总量极大增加，信息管理的强度和难 度也极大增强。 然而，这些各自独立的系统，不能实现系统之间信息的共享和传递。此外， 各企业之间或企业内部各部门之间管理需求、技术发展、信息定义、采集过程 的不同，也会造成其数据信息无法共享、信息交流不一致的局面。于是导致了 “信息孤岛”的产生3。为了解决企业的“信息孤岛”现象， CAD 的集成技术 成为一个有现实意义的研究课题。 企业在经营过程中通常要存储和管理大量的数据，同时由于计算机技术的 飞速发展和在企业越来越广泛的应用，各种数据的管理和共享给企业造成了巨 大的压力，也给企业信息化提出了新的要求4： 1. 数据的标准化与共享性 不同软件和系统以及企业不同部门之间使用的数据结构、管理模式的差异， 导致数据转化存在很多难题。因此，应为数据提供统一的标准，以实现良好的 共享性。 2. 数据的完整性 企业数据种类繁多，结构复杂。因此，需要完整全面地描述各种数据类型 及其相互关系。 3. 数据的时效性 产品设计和生产过程中，任何设计过程中的变更应及时反映到数据中，数 据应得到及时的更新和实时的沟通。因此，协同设计环境是必不可少的。 4. 数据的准确性和一致性 产品在实际设计过程中，会不断根据客户的需求进行修改，因此会产生大 量的相似版本，这些版本之间应随时保持一致。此外，设计人员需要准确地得 到最新数据。 5. 数据的安全性 为保证数据的安全性，应设置不同的控制权限，实现安全的数据管理和共 享。 20 世纪 70 年代，人们便开始致力于开发 CAD/CAM/CAPP（简称“3C” ）的集 成平台,以实现数据、信息的共享、传递和管理，由此，PDM 系统应运而生。 PDM 技术最早出现在 20 世纪 80 年代，并逐步成为最好的 3C 集成平台。 PDM 以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源 一体化集成管理5，其核心思想是：数据共享、人员协同和过程优化。PDM 系统 进行数据管理的两条主线是静态的产品结构和动态的产品设计流程，主要功能 包括：数据和文档管理、产品结构与配置管理、工作流与过程管理、权限与项 目管理等6。 目前，已经有很多功能齐全、性能优良的 CAD、PDM 系统，这些独立的系统 第二章 集成框架的需求分析 在产品设计、产品数据管理方面发挥了极为重要的作用。然后，这些相互独立 的系统之间无法实现信息的自动传递和转换。例如：CAD 系统输出的图纸和技 术文档不能直接被 PDM 系统接收，而需由人工将其转换为 PDM 系统所需的数据， 并通过人机交互的方式输入到 PDM 系统中。 然而，只有当 CAD 系统中的产品信息能传递到后续环节中被应用，才能提 高企业信息集成的深度和广度，并使得产品设计与生产制造的过程最为经济。 于是人们致力于在 PDM 系统中对 CAD 系统所产生的数据和文档进行有效的管理， 并保持 PDM 系统中的信息与 CAD 系统的产品数据一致，实现 CAD 与 PDM 集成， 使得设计生产制造一体化。 CAD 与 PDM 集成是指利用计算机技术，将 CAD 系统同 PDM 系统相结合，从 而完成产品设计数据的管理和存储7。例如，从 CAD 设计出的产品中提取产品 结构信息，并将这些信息同设计数据一同存储到 PDM 系统中，在 PDM 系统中对 这些信息和数据进行有效管理。 PDM 是最好的 3C 集成平台，PDM 系统负责管理所有的数据并与其它系统进 行信息交换，它可以统一管理与产品生命周期有关的全部信息， CAD、CAM、CAPP 系统通过 PDM 系统提供的接口提取各自所需信息8。PDM 是深 化 CAD 应用的重要途径，CAD 与 PDM 的集成将成为 CAD 集成的研究重点之一。 所谓“集成框架” ，是在异构、分布式计算机环境中能使企业内各应用系统 实现信息集成、功能集成和过程集成的软件系统9。研究三维 CAD 系统与 PDM 系统的集成框架是企业信息化发展的客观要求，研究的主要意义在于： 1. 提出了较为完善的 CAD 与 PDM 数据交换和共享的方法，为 CAD 与 PDM 的集成开发提供了良好的借鉴和参考实例； 2. 对 CAD 与 PDM 的双向集成进行了初步研究与探索，挖掘 PDM 在企业信 息化方面更深层次的应用； 3. 为 PDM 系统提供了一个通用的三维 CAD 集成框架，降低了集成不同 CAD 系统的工作量。 1.21.2 研究现状及存在问题研究现状及存在问题 近年来，PDM 与 CAD 的集成技术得到了飞速发展，PDM 支持 CAD 产品的设计 过程及其输出的图文资料，并对 CAD 产生的数据和信息进行有效管理。然而， 现在还缺乏较为成熟的集成平台和框架，PDM 与 CAD 的集成还存在诸多待解决 的问题。 PDM 技术的发展经历了四个阶段：配合 CAD 工具使用、专业的 CAD 产品、 标准化阶段以及基于 Web 的 PDM10。为了适应网络信息技术的发展，PDM 技术 引入了互联网技术和基于 Web 的开发技术，使其具有更强的数据集成和管理能 力。采用网络技术和分布式技术实现企业信息的广泛共享，是 PDM 技术的研究 热点和方向。 随着 PDM 技术研究与应用的普遍开展，越来越多的企业投入到了 PDM 的研 发中，PDM 软件的实现技术和功能也得到了突飞猛进的发展。目前，国际上主 流的 PDM 软件有：UGS 公司推出的 IMAN（Information Manager） 、PIC 公司推 出的 Willchill 软件、MatrixOne 公司开发的 ematrix 系统、DASSAULT 公司推 出的 SmartTeam 等。近年来，国内 PDM 技术也得到了较快的发展，但与国外 PDM 软件相比仍存在一定的差距，国内主流 PDM 产品有：北京清软英泰公司的 TiPDM 系统、浙江大天公司的 GSPDM 系统、武汉天喻公司的 IntelPDM 系统等。 这些 PDM 系统在国内大中型企业中均得到了广泛的应用。 在 CAD 与 PDM 的集成方面，很多 CAD 开发商凭借其得天独厚的条件和雄厚 的实力走在了最前端，他们纷纷推出了与自己的 CAD 产品集成良好的 PDM 系统。 如：IMAN 软件与 UG 以及 Solid Edge 均具有紧密集成的关系，可有效地管理它 们的装配件、分析数据与文档。此外，诸多 PDM 软件供应商也开发了集成主流 CAD 产品的 PDM 软件，如：SmartTeam 集成了 AutoCAD、SolidEdge、SolidWorks 等以及 Microsoft Office 办公自动化软件。 国内也出现了一些与 CAD 集成的 PDM 产品，如：东大欧磊科技公司推出的 OLEPDM 软件集成了 UG、Pro/E、SolidEdge、Solidworks 等 CAD 软件，并提供 了各种 API 界面。 近年来，国内做了很多关于 CAD 与 PDM 集成的研究。例如：华中科技大学 CAD 中心对武汉天喻公司的 InterCAD 系统（基于 AutoCAD 的二次开发系统） IntelPDM 系统集成过程中的产品结构管理和统计报表输出两个关键模块的实现 方法进行了研究。并提出基于全局信息模型思想，在 PDM/CAD 集成系统中使用 第二章 集成框架的需求分析 统一的数据结构和一致的操纵接口来维护产品结构，在 CAD 的运行界面上嵌入 产品结构树，让 CAD 直接充当 PDM 服务器的客户端，省去通过专门的 PDM 客 户端传递信息的环节11。大连理工大学 CMS 中心曾以三维 CAD 系统 SolidWorks 与 PDM 系统 SmartTeam 为平台，研究并开发了 CAD 与 PDM 的集成接口，实现了 CAD 模型与 PDM 产品结构树之间的集成，分析并解决了 CAD 中装配树与 PDM 中 结构树的异同问题12。 目前，PDM 与 CAD 的集成程度由低到高可分为以下三种模式13： 1.封装集成 PDM 与 CAD 的封装集成指的是功能上的集成，即对 CAD 的应用程序进行集 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。CAD 和 PDM 系统之间可相互进入或激活，CAD 系统还可对 PDM 的数据进 行相应的管理操作，但 PDM 系统不允许管理文件内部的数据。该集成模式的集 成程度最低，可用于在 PDM 系统内部激活 CAD 系统，适用于 PDM 与二维 CAD 系 统的集成。 2. 接口集成 PDM 与 CAD 的接口集成是通过 CAD 系统及 PDM 系统的开发接口来实现的。 首先，可利用 CAD 系统的二次开发接口，编程接口程序，用以提取 CAD 系统的 产品信息，并映射到 PDM 系统中，实现由 CAD 到 PDM 的信息共享。其次，也可 利用 PDM 系统的开发接口，提取 PDM 产品信息，更新到 CAD 系统的产品模型中， 实现由 PDM 到 CAD 的信息共享。这种集成模式的集成程度较高，一般用于 PDM 系统与三维 CAD 系统的集成。但这种集成需要对系统开发接口有所了解，开发 系统接口的工作量较大。 3. 紧密集成 在这种集成模式下，PDM 中的产品数据信息与 CAD 中的产品装配模型可始 终保持同步一致，并可共享操作服务。例如，在 PDM 系统中，修改共享信息时， CAD 系统中的相应产品模型立即自动更新。当 CAD 系统中的对象被编辑时，PDM 也可对其相关信息自行修改。这种集成模式的集成程度最高，然而，它需在熟 悉 PDM 或 CAD 系统内部构造和数据结构的前提下进行，一般由系统开发商实现。 目前，PDM 与 CAD 的集成大多数采用的是接口集成，并可实现双向集成。 双向集成主要包括以下两方面： 1. 一方面，通过 CAD 系统的开发接口访问 CAD 系统中的产品模型，获取 产品结构信息及属性数据，再通过 PDM 系统的开发接口传递给 PDM，导 入 PDM 的产品属性数据库。 2.另一方面，CAD 系统可通过 PDM 系统的开发接口以及自身 API 函数读取 PDM 系统中的产品结构信息（BOM，Bill Of Material，物料清单）以 及模型文档，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 双向集成的一般架构如图 1-1 所示： PDM 开发 接口 CAD 开发 接口 PDM 系统 CAD 系统 BOM信息模型文档 产品结构和属性数据 模型信息 电子仓库 数据库 文件系统 图图 1-11-1：CADCAD 与与 PDMPDM 双向集成的一般架构双向集成的一般架构 资料来源：PDM 与 CAD 集成的研究13 目前，CAD/PDM 集成中主要存在以下问题14： 1.信息的多样性和信息源的异构性 产品研制过程的信息种类多数量大、信息存放方式各异，信息来源于不同 学科、不同产品、不同应用工具。 2. 信息系统的复杂性 PDM 系统是个复杂的系统，系统的复杂性导致了系统功能的复杂性和多样 性。 3. 系统运行硬件和操作系统的异构性 网络化产品研制过程是基于网络化的多学科综合设计过程，过程中的不同 第二章 集成框架的需求分析 阶段所涉及的设计开发工具有 CAD/CAM，CAE，虚拟样机，电路设计与仿真软件， 办公软件，项目管理软件等。目前在产品研制阶段所涉及的常用工具软件多达 几十种，常用相关文档格式达几百种，涉及的操作系统、数据库、应用服务、 开发语言等均种类繁多。 4. 应用接口的不一致 产品研制过程中存在着不同的应用软件，文本信息的相关应用、图形图像 的相关应用、多媒体信息的相关应用，通常不同的应用之间采用不同的协议， 而且同一个应用也可能同时会使用几种协议。不同的接口在处理一些公共问题 时采用不同的方法，因而给应用的开发增加了不同程度的难度。 5. 不同应用之间缺乏有效的通信机制 不同应用之间通信能力有限，应用之间的信息交换功能在开发过程中己经 限定，子系统成型后难于修改，又没有提供用户可以定制的通信机制。 6. 应用欠缺模块化思想，缺乏可重用性 现存的应用大部分是具体问题具体分析，程序与特定的功能、信息和数据 绑定在一起，没有很好的实现通用性模块导致了应用贫乏的可重用性。 7. 系统整体的可靠性差、扩展能力不强，信息访问机制难以满足复杂应 用 环境所要求的透明平滑的信息访问要求。 以上这些问题严重阻碍了产品的设计生产效率，堵塞了产品生命周期内的 信息流通，但同时也为 CAD 与 PDM 的集成提供了发展空间和研究方向。 1.31.3 主要研究内容及特点主要研究内容及特点 本课题以浙江大天信息有限公司开发的 GS-PDM 软件系统为集成平台，以主 流三维 CAD 软件 UG/NX 为集成对象，设计并实现 UG/NX 系统与 PDM 系统之间的 集成框架，最终实现两个系统之间的信息集成，并可扩展其他三维 CAD 软件。 本课题的主要研究内容有： 1. 研究 CAD 技术以及 UG/NX 系统的特点和二次开发技术，研究 PDM 技术 和 GS-PDM 系统的特点。在此基础上为 PDM 系统设计了一个可集成 UG/NX 系统的集成框架。该框架具有良好的扩展性，可扩展多种三维 CAD 系统；该框架具有良好的通用性，可独立提供给第三方 PDM 软件使 用。 2. 以该集成框架为平台，研究并实现 UG/NX 系统与 PDM 系统的双向集成， 以接口集成模式实现从 UG/NX 系统到 PDM 系统的集成，以紧密集成模 式实现从 PDM 系统到 UG/NX 系统的集成。与此同时，UG/NX 与 GS-PDM 双向集成的实现也验证了集成框架的有效性。 本课题旨在通过 CAD 与 PDM 的集成技术解决企业实施过程中遇到的数据手 动录入、操作不直观、自动化程度不高的问题，提升 PDM 系统的自动化、集成 化程度，保证信息传递过程中的一致性、准确性和时效性。研究特点如下： 1. 双向集成：本课题研究并实现了 UG/NX 系统与 PDM 系统的双向集成， 包括紧密集成和接口集成两种集成模式，集成程度较高。 2. 通用性：本集成框架采用了动态库技术，可动态加载和卸载插件，提 高了系统的通用性和可重用性。 3. 可扩展性：本集成框架提供统一的集成接口，接口的设计采用面向对 象的思想，可实现 PDM 系统与多个 CAD 系统集成，具有良好的可扩展 性。 4. 模块化：集成框架采用模块化编程思想进行开发，将整个系统按功能 模块进行划分，便于系统维护和扩展。 1.41.4 本文结构安排本文结构安排 本文主要讨论 UG/NX 系统与 PDM 集成框架的设计与实现，全文共分为六章， 结构安排如下： 第一章绪论：介绍了课题研究的背景和意义，CAD 与 PDM 集成的研究现 状和存在的主要问题等，最后阐述了本文的研究内容及特点。 第二章集成框架的需求分析：首先对本框架的集成平台 GS-PDM 系统以 及主要集成对象 UG/NX 系统进行介绍，包括 GS-PDM 系统的技术 特点，UG/NX 系统的应用模块、相关术语及二次开发技术。其次， 分别从 PDM 方向、CAD 方向以及数据流三个方面分析了集成框架 的需求。 第二章 集成框架的需求分析 第三章集成框架的设计：通过功能架构和开发架构两方面对集成框架的 总体设计进行介绍。并分别从 PDM 插件和 CAD 插件两部分说明了 GS-PDM 与 UG/NX 系统集成的详细设计，包括各功能模块的详细 设计。 第四章集成框架的实现：介绍了集成框架在 GS-PDM 系统和 UG/NX 系统 中的实际应用情况。包括 PDM 插件在 GS-PDM 系统里的运行情况 以及 CAD 插件在 UG/NX 系统中的运用。 第五章集成框架的测试：主要通过测试环境、测试用例、测试结果及分 析三方面介绍 PDM 插件的测试情况，测试功能包括提取信息、反 填信息以及更新文件。 第六章结论：对本文的研究内容进行了总结和展望，提出了本集成框架 中存在的问题和有待完善之处，并指出“无缝”集成为 CAD 与 PDM 集成的大势所趋。 第二章 集成框架的需求分析 本集成框架以 GS-PDM 系统为主要集成平台，主要集成对象为主流三维 CAD 系统 UG/NX，实现 UG/NX 与 PDM 的双向集成，下面先就这些系统进行介绍，再 对集成框架的需求进行分析。 2.12.1 GS-PDMGS-PDM 系统系统 GS-PDM 是杭州浙大大天信息有限公司 GS 系列软件的精品之一和国家 863 高技术计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing Systems，CIMS）主题主推产品。GS-PDM 面向中小型制造业，围绕产品数据为 核心，通过对产品信息数据、产品组织结构、产品文档（包括图档、图片、模 型、文档等）以及其它附属产品的各类数据进行有效管理，实现各类企业（技 术）资源和信息的传递、共享和利用，加快产品创新速度，提高管理效率，并 创建基于产品创新的协同环境15。图 2-1 为 GS-PDM 的系统界面。 图图 2-12-1：GS-PDMGS-PDM 系统界面系统界面 GS-PDM 的主要技术特点如下16： 1. 简易的操作界面 第二章 集成框架的需求分析 GS-PDM 采用面向对象的软件工程设计技术，以一种极其友好的方式来与用 户进行交互，工作界面简单明晰、命令结构简单，操作自然流畅，整体结构美 观大方。 2. 开放的系统结构 GS-PDM 采用流行的 B/S、C/S 相结合的系统设计结构，可以方便的向基于 WEB 结构过渡。GS-PDM 采用 SQL-Server、Oracle 等多种数据库管理系统，作为 自己的数据管理后台。GS-PDM 采用面向对象的软件工程设计技术，使 GS-PDM 提供的各类功能模块，可以像插件一样进行扩充。 3. 多维的产品描述 GS-PDM 的产品结构树是由产品装配体系、产品零部件明细表（包括通用件、 标准件、自制件、原材料）等内容组成，多视角、全方位反映产品、零部件之 间的层次关系。通过产品结构树，管理者可分层展开产品结构，按照装配关系 走不同的分支，直观地找到自己所要的产品数据。 4. 严格的文档控制 GS-PDM 能够管理的各种文档，既可以管理工程技术图纸，还可以管理各种 图像、图片、文档、表格等文档。既可以管理二维图形，也可以管理三维模型。 5. 灵活的产品配置 为了支持企业的快速反应和产品的系列化、提高已有设计信息的重复利用 率、缩短产品的开发周期，GS-PDM 提供灵活的产品配置功能,支持企业基于规 则的产品配置和分布式的产品配置，任意设置零部件的组合方式和替换方式， 把产品配置的工作量分担到多人，提高产品配置的速度。GS-PDM 的产品配置是 以各种结构树，如隶属性结构树、分类性结构树、专业性结构树以及工程文档 为配置资源，组建新的产品和相应的结构树，形成多视角的材料清单（BOM）。 6. 完整的项目控制 GS-PDM 的项目管理机制具有对企业项目的规划定义、过程执行和监督控制 等功能，保证产品创新项目的顺利展开和执行。同时，GS-PDM 的知识中心，集 合企业各种资源信息，供项目执行时选用或调用。 7. 通畅的流程控制 GSPDM 的工作流程控制实现了工作流程和文档管理的紧密集成，使得信 息一处输入多处使用，大大提高了工作效率。GSPDM 系统的工作流管理功能 主要包括工作历程模版的定义、工作流程实例的执行，监控以及修改。 8. 并行的协同作业 利用信息系统变串行工作模式为并行协同工作模式，是企业信息化的主要 目的之一。GSPDM 通过在线审批、批注、通讯和浏览等方式，将单人作业变 成多人并举的协同工作环境，提高工作效率，降低工作成本。 9. 完善的安全措施 GS-PDM 所管理的对象，承载着企业的核心商业和技术机密，直接关系到企 业的根本利益。GS-PDM 提供一个全方位的人员组织与权限分配机制，对每一个 进入 GS-PDM 系统中的员工，进行角色和安全的设置，保证在操作过程中的行为 是正确的用户在操纵正确的数据。同时，通过建立事件日志，全面反映整个产 品数据管理的过程，明确和记载任何一个进入 GS-PDM 的员工的操作过程。GS- PDM 还提供系统数据的备份和灾难恢复机制，防止因计算机病毒、计算机系统 崩溃、网络通讯中断和员工误操作等因素，引起的产品数据丢失，增强了企业 信息系统和技术资料的安全性和可修复性。 2.22.2 UG/NXUG/NX 系统系统 UG（全称 Unigraphics）由美国 EDS 公司下属 Unigraphics 公司出品，是 一个通用性的、集成的 MCAD（机械计算机辅助设计产品）软件系统，提供产品 生命周期管理（Product Lifecycle Management，PLM）解决方案，能独立地在 软件系统内完成产品的设计、分析和加工全过程。UG 是一个完全三维的双精度 系统，该系统几乎允许用户精确地描述任何的几何体形状。通过组合这些形状， 用户可以设计、分析并生成产品的图纸17。 2.2.12.2.1 UG/NXUG/NX 概述概述 UG/NX 是基于下一代技术的第一个 UG 版本，它提供新一代技术的关键属性 包括：嵌入的知识内核、新的用户交互模式、在已被生产验证应用基础上的扩 展、开放的 PLM 平台18。 第二章 集成框架的需求分析 UG/NX 的应用包括以下几个基本模块17： 1. 基本环境（UG/Gateway） 允许用户创建、编辑、保存部件文件，打印图纸屏幕布局、输入和输出各 种文件类型以及工作坐标系操作、对象信息和分析等其他的通用功能。 2. 建模（UG/Modeling） 支持二维和三维线框模型的创建、体扫掠和回转、布尔操作以及基本的相 关编辑，同时支持复杂曲面、实体模型以及设计特征的创建和编辑。UG/NX 建 模应用如图 2-2 所示。 3. 装配（UG/Assembly） 支持“自顶向下”和“自底向上”的装配建模，提供了装配结构的快速移 动并允许直接访问任何组件或子装配的设计模型。UG/NX 装配应用如图 2-3 所 示。 4. 制图（UG/Drafting） 用户可从在建模应用中创建的三维模型，或使用内置的曲线/草图工具创建 的二维设计布局来生成工程图纸，该模块支持自动生成图纸布局，提供自动且 相关的多视图。UG/NX 制图应用如图 2-4 所示。 图图 2-22-2：UG/NXUG/NX 建模应用建模应用 图图 2-32-3：UG/NXUG/NX 装配应用装配应用 图图 2-42-4：UG/NXUG/NX 制图应用制图应用 第二章 集成框架的需求分析 2.2.22.2.2 UG/NXUG/NX 相关术语相关术语 由于 CAD 技术发展很快，常会在不同软件平台上出现描述内容相同而形式 不同的术语。UG/NX 作为一种通用性的 MCAD 产品，涉及的基本术语与业内的通 行术语没有太大差别，下面就 UG/NX 的几个关键术语进行描述17。 1. 部件（Part） UG 的模型（包括零件、组件和工程图）文件，有时也直接指零组件本身， 扩展名为 PRT，是 UG 中最常用的文件格式。 此外，UG 还可打开 Solid Edge 部件文件，由于 UG 中仅有一种文件类型， 通过联合文件类型并在必要时截断文件名，这些文件名被映射到 UG 部件文件名， 并创建一个相应的 UG 文件。如在 UG 中打开 Solid Edge 文件 solid.par、solid.psm，将分别创建 solid_par.prt、solid_psm.prt。 2. 部件属性（Part Attribute） 指定给整个 UG 部件文件的非几何信息，它们与几何数据及部件文件关联。 属性的定义包含两个部分的内容：属性的名称和属性的值，一般包括以下信息： 产品信息、部门信息、版本信息以及备注等其他信息。属性可用于自动填写标 题栏的文本，可作为部件文件的标识并进行产品配置。 3. 装配（Assembly） 在零件设计完成后，把这些零件装配起来，变成一个装配件。装配即是描 述一个产品的零件和各级子装配的集合。UG 中的装配表示重在提供表达产品结 构（装配关系）的方法。 4. 当前显示部件（display part） 在当前屏幕窗口中显示的部件、组件、装配都成为当前显示部件，显示部 件通常是唯一的。 5. 工作部件（work part） 正在创建或编辑的几何对象的部件称为工作部件，对于零件来说，工作部 件即为当前显示部件，对于装配来说，工作部件则可以是当前显示装配中的任 一部件。 6. 主模型（Master Model） 主模型指的是在产品生命周期（包括设计、分析、制造和产品支持）中， 协调全局、指导并保证数据共享和数据全局一致性的统一的数字化几何模型。 所有的部件文件应按照 UG 主模型原理进行创建，主模型的概念可用图 2-5 表示。 主模型 分析 装配 制图 数控 工艺 质保 图图 2-52-5：主模型的概念：主模型的概念 资料来源：UG CAD 工程应用17 7. 非主模型（Non-master Model） 制图应用中，实现主模型方法要建立两个部件文件，一个是主模型文件， 另一个是用于制图的非主模型文件。一个非主模型制图部件文件，本质上是只 有一个组件的装配文件，与主模型文件相关，因此修改主模型，制图中的视图、 尺寸和注释等相关内容自动更新。 8. 零件明细表/部件清单（Parts list） 部件清单又称零件明细表，在装配图中经常需要这些信息描述装配件中所 包含组件的非几何信息，这些信息通常来自于用户自定义的属性数据。部件清 单可存储在工程图的明细栏，如图 2-6 所示。 第二章 集成框架的需求分析 图图 2-62-6：部件清单：部件清单 9. 表格注释（Tabular Note） 表格注释和明细表都属于工程图的表格，其经常用于定义部件家族中相似 部件的尺寸值，或者用于记录尺寸列表和材料列表等。 2.2.32.2.3 UG/OPENUG/OPEN 概述概述 UG/OPEN 是一系列 UG 开发工具的总称，由 UG/OPEN API、UG/OPEN Menuscript、UG/OPEN UIStyler 以及 UG/OPEN GRIP 四部分组成19。 1. UG/OPEN API UG/OPEN API 是 UG 与外部应用程序之间的接口，它提供了一系列函数和过 程，通过 C 语言编程调用这些函数或过程可实现如下操作： （1） 对 UG 模型文件以及相应模型进行访问、编辑、创建等操作，包括 UG 模型、装配、工程图等； （2） 在 UG 主界面中创建交互式程序界面； （3） 创建并管理用户定义对象等。 UG/OPEN API 程序可在两种环境下运行：Internal 环境和 External 环境。 （1） Internal 环境：即程序只能在 UG 的界面环境下运行，它们被加载 到 UG 的运行空间中，并在 UG 界面的图形窗口中可见。 （2） External 环境：即程序可在操作系统下独立运行，不在 UG 环境中 作为 UG 的子进程，可用于无需图形界面的后台应用程序。 UG/OPEN API 的函数是用 C 语言编写的，遵循 ANSI C 标准，标准的函数名 称约定为 UF_。通常是应用或模块的首字母缩写， 是被下划线分开的动词和名词。如：UF_DRAW_ask_num_drawings()函数即是获 取工程图的数目。所有 UG/OPEN API 的使用，必须利用函数 UF_initianize() 进行初始化并获取执行许可权限，利用函数 UF_terminate()可终止执行许可权 限。 2. UG/OPEN Menuscript UG/OPEN Menuscript 提供一套用于定义 UG 菜单的脚本语言，它提供用户 创建并编辑 UG 的下拉菜单以及对应的工具条。一方面，通过其自身的脚本语言 可创建和修改 UG 的菜单栏和工具栏；另一方面，利用 UG/OPEN API 中的 Menuscript 接口函数通过 C 语言开发可定制菜单选项。 3. UG/OPEN UIStyler UG/OPEN UIStyler 提供了制作 UG 风格对话框的功能，并可自动生成 UG/OPEN UIStyler 文件和 C 代码，UIStyler 产生的对话框可在 Menuscrpit 中 被调用。可通过调用 UIStyler 函数以及 Menuscript 函数进行开发与定制。 4. UG/OPEN GRIP GRIP 语言为 UG 的二次开发语言，与其他通用语言类似，有其完整的语法 规则、程序结构、内部函数等。UG/OPEN GRIP 具有简单、易学的特点，常用于 开发一些规模较小的程序以及模型程序。 除了 C 语言标准的数据类型外，UG/OPEN API 使用了大量的类型定义，包 括结构（structures） 、联合（unions） 、指针（pointers）等。所有的 UG 对象 类型都通过它们唯一的标识来引用，这些 UG 对象分为三类19：（1） 部件对 象（Part Object） ，对每个加载到 UG 环境中的部件文