（机械电子工程专业论文）基于xml的pdm系统与三维cad系统集成技术研究.pdf

合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学 硕士学位论文质量要求。矿 答辩委员会签名( 工作单位、职称) 主席： 似叼 委员： t 如亿 导师： 合肥通用机械研究院高级工程师 合肥工业大学副教授 合肥工业大学副教授 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得金胆王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签字：崔毕罕签字日期：2 。，年肇月2 7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金目巴王业太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金旦曼王些太 茎l 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：崔中华 导师签名： 签字日期：2 口，f 年年月二7 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 签字日期：加纠年v 月7 日 基于x m l 的p d m 系统与三维c a d 系统的集成技术研究 摘要 三维c a d 系统具有造型直观、能够进行仿真分析和模拟等许多优点，以 后肯定会在制造企业得到越来越多的应用。p d m 系统可以有效地对三维c a d 系统产生的数据进行管理，减少企业设计人员查找所需信息的时间，同时p d m 系统具有使企业实现产品开发流程的规范化管理、实现跨部门企业信息传递、 促进全面的质量管理等功能。但是要想使三维c a d 系统和p d m 系统都能发挥 理想的作用，p d m 系统和三维c a d 系统的集成问题必须能够得到解决。本文 针对p d m 系统与三维c a d 系统集成的需求以及以往系统集成技术的不足，提 出了基于x m l 的p d m 系统与三维c a d 系统集成解决方案。 本文首先对c a d 技术、p d m 技术以及x m l 技术进行了相关研究，总结 了这些技术的基本理论；其次，研究了企业系统集成的内容和应用系统集成的 框架，分析了p d m 与三维c a d 系统集成的三个层次，提出了以接口交换模式 来进行本文的系统集成开发，并且对系统集成开发的相关工具和平台进行了介 绍；再次，研究了p d m 与三维c a d 系统的双向集成架构，提出了基于x m l 的p d m 与三维c a d 的系统集成框架，并对系统集成的三个主要功能一对模型 和工程图进行操作、支持变型设计、对产品的部件结构进行操作，分别进行了 详细的研究；最后，本文对p d m 与三维c a d 系统集成接口进行了开发，实现 了系统集成的功能，并对在三维c a d 环境下生成p d m 端产品结构树功能模块 的开发过程作了详细的介绍，同时集成功能接口开发的实现也证明了本文提出 的系统集成解决方案的可行性。 关键词：x m lp d mc a d 系统集成 t h er e s e a r c ho nt h ei n t e g r a t i o nt e c h n o l o g yb e t w e e n p d m s y s t e ma n d 3 dc a d s y s t e m b a s e do nx m l a b s t r a c t 3 dc a ds y s t e mh a sm a n ya d v a n t a g e s f o re x a m p l e ，t h ep r o d u c tm o d e li sm o r e i n t u i t i v ed e s i g n e db y3 dc a ds y s t e m , a n dw ec a nu s et h e3 dc a ds y s t e mt os i m u l a t ea n d a n a l y z et h em o d e l s ot h e3 dc a ds y s t e mw i l lb eu s e dm o r ew i d e l yi nt h em a n u f a c t u r i n g e n t e r p r i s e s p d ms y s t e mc a nm a n a g et h ed a t ap r o d u c e db y3 dc a ds y s t e me f f e c t i v e l ya n d c a nh e l pt h ed e s i g ne n g i n e e r st of i n dt h ei n f o r m a t i o nt h e yn e e dm u c hf a s t e r m e a n t i m e ， p d m s y s t e mc a na l s oh e l pt h ee n t e r p r i s e st oa c h i e v et h es t a n d a r dp r o d u c td e v e l o p m e n t p r o c e s sm a n a g e m e n t , t h ei n f o r m a t i o nd e l i v e r yb e t w e e nd i f f e r e n td e p a r t m e n t sa n dt h e c o m p r e h e n s i v eq u a l i t ym a n a g e m e n t b u ti fw ew a n t3 ds y s t e ma n dp d ms y s t e mb o t ht o w o r km o r ee f f e c t i v e l y , t h es y s t e mi n t e g r a t i o nb e t w e e nt h e mm u s tb er e s o l v e d a b o u tt h e n e e do fi n t e g r a t i o nb e t w e e np d ms y s t e ma n d3 dc a ds y s t e ma n dt h ed e f e c t so ft h e p r e v i o u si n t e g r a t i o nt e c h n o l o g y , t h i sp a p e rp r o p o s e da l li n t e g r a t i o ns o l u t i o nt h a ti sb a s e do n x m l f i r s t l y , t h i sp a p e rr e s e a r c h e dt h ec a dt e c h n o l o g y , p d mt e c h n o l o g ya n dx m l t e c h n o l o g ya n d s u m m a r i z e dt h e i rm a i nt h e o r i e s s e c o n d l y , t h ep a p e rr e s e a r c h e dt h e c o n t e n t sa n df r a m e w o r ko fe n t e r p r i s es y s t e mi n t e g r a t i o n , a n a l y z e dt h et h r e el e v e l so f i n t e g r a t i o nb e t w e e np d ms y s t e ma n d3 dc a ds y s t e m ，b r o u g h t f o r w a r dt h ei d e ao f d e v e l o p i n gi n t e g r a t i o ns y s t e mw i t l li n t e r f a c em o d ea n di n t r o d u c e dt h er e l e v a n tt o o l sa n d p l a t f o r m so fs y s t e mi n t e g r a t i o nd e v e l o p m e n t t h i r d l y , t h ep a p e rd e s i g n e dt h et w o w a y i n t e g r a t i o nf r a m e w o r kb e t w e e np d ms y s t e ma n d3 dc a ds y s t e mb a s e do nx m l a n d r e s e a r c h e dt h eo p e r a t i o nt om o d e la n dd r a w i n g ，t h es u p p o r tt ov a r i a n td e s i g na n dt h e o p e r a t i o nt oa s s e m b l ys t r u c t u r ed e t a i l e d l y , t h et h r e em a i nf u n c t i o n so fs y s t e mi n t e g r a t i o n b e t w e e np d m s y s t e ma n d3 dc a ds y s t e m i nt h ee n d ，t h ep a p e r a c h i e v e dt h ef u n c t i o n so f s y s t e mi n t e g r a t i o nb yt h ed e v e l o p m e n to fi n t e g r a t i o ni n t e r f a c ea n d i n t r o d u c e dt h e d e v e l o p m e n tp r o c e s so fs h o w i n gt h ep r o d u c ts t r u c t u r et r e ei nt h ep d ms y s t e mt h r o u g ht h e o p e r a t i o ni nt h e3 dc a ds y s t e mi nd e t a i l m e a n t i m e ，t h ea c h i e v e m e n to fi n t e g r a t i o n i n t e r f a c ea l s op r o v e dt h ei n t e g r a t i o ns o l u t i o ni sr i g h tp r o p o s e db yt h ep a p e r k e yw o r d s ：x m l ；p d m ；c a d ；s y s t e mi n t e g r a t i o n 鼍 i j 致谢 值此论文完成之际，首先我要衷心感谢我的导师王君副教授在科研和生活 中给予我的悉心指导和帮助。正是在王老师的悉心指导下，我的论文才得以顺 利完成。王老师渊博的学识、严谨的工作作风、一丝不苟的求学态度、对学术 精益求精的执着精神使我受益匪浅，是我终身学习的榜样。再次向王老师致以 诚挚的感谢和崇高的敬意。 此外，本论文的完成还得到了陈科老师、陈长琦老师的大力指导和帮助， 两位老师对我论文写作提出了很多建设性的宝贵意见，在此也向二位老师表示 最由衷的感谢。 感谢所有在我学习期间和撰写学位论文过程中关心、支持和帮助过我的老 师、同学和朋友。 最后，我要深深感谢我的父母和家人，多年以来他们一直默默的关心着我、 支持着我，正是由于他们的关心和支持，我才能顺利完成学业，我真心的祝福 他们幸福、健康。 崔中华 2 0 11 年4 月 是 l j 目录 第一章绪论1 1 1课题研究的背景1 1 2 课题研究的目的与意义2 1 3课题在国内外的研究概况2 1 4本课题研究的主要内容及论文结构3 1 4 1本课题研究的主要内容3 1 4 2本论文的结构4 1 5本章小结4 第二章p d m 与c a d 集成技术综述5 2 1 计算机辅助设计( c a d ) 技术5 2 1 1c a d 技术的基本概念5 2 1 2 c a d 技术的产生和发展一5 2 1 3c a d 技术的发展趋势6 2 2 产品数据管理( p d m ) 技术6 2 2 1 p d m 的基本概念6 2 2 2 p d m 的主要功能7 2 2 3p d m 系统的体系结构8 2 2 4制造企业实施p d m 的意义1 0 2 3 可扩展标记语言( x m l ) 技术1 1 2 3 1x m l 的基本概念和内涵1 1 2 3 2 x m l 的文档结构1 l 2 3 3x m l 文档的d o m 解析技术1 2 2 4本章小结14 第三章p d m 与三维c a d 系统的集成分析1 5 3 1系统集成概述1 5 3 1 1系统集成的基本概念1 5 3 1 2企业系统集成的内容15 3 1 3 基于p d m 的系统集成框架1 6 3 2p d m 与c a d 集成的三个层次1 7 3 2 1封装17 3 2 2接口交换l8 3 2 3紧密集成1 8 3 2 4 集成层次分析1 9 一 3 3 3相关开发工具和开发平台1 9 3 3 1s o l i d w o r k s2 0 0 6 1 9 3 3 2t i p d m2 0 1 0 2 l 3 3 3n e tf r a m e w o r k2 0 2 1 3 3 4v i s u a lc + + n e t2 0 0 3 2 2 ：；3 5 s q ls e r v e r2 0 0 5 2 3 3 4本章小结2 3 第四章p d m 与三维c a d 集成系统的设计2 4 4 1 集成需求一2 4 4 2p d m 与三维c a d 系统的双向集成架构2 4 4 3基于x m l 的系统集成方案设计2 5 4 4 系统集成的功能设计2 7 4 4 1对零部件的模型和工程图进行操作2 8 4 4 2 支持变型设计3 2 4 4 3对产品部件结构进行操作3 4 4 5本章小结3 7 第五章系统集成的开发实现3 8 5 1集成系统的总体开发架构3 8 5 2集成系统总体功能的开发实现3 9 5 3生成p d m 端产品结构树功能的具体实现4 1 5 4本章小结5 1 第6 章总结与展望5 2 6 1论文总结5 2 6 2论文展望5 2 参考文献5 4 攻读硕士学位期间发表的学术论文5 7 图2 1 图2 2 图2 3 图3 1 图3 2 图3 3 图3 4 图4 1 图4 2 图4 3 图4 4 图4 5 图4 6 图4 7 图4 8 图4 9 图5 1 图5 2 图5 3 图5 4 图5 5 图5 6 图5 7 插图清单 p d m 系统的体系结构9 x m l 文档的结构1 2 基于d o m 的m s x m l 解析x m l 文档的过程1 3 系统集成的基本概念1 5 基于p d m 平台的应用系统集成框架17 s o l i d w o r k s 的a p i 对象2 0 n e t 框架的体系结构2 2 p d m 与三维c a d 系统的双向集成架构2 4 基于x m l 的p d m 与三维c a d 系统集成框架2 5 消息事务处理器的工作流程2 6 三维c a d 模型注册到p d m 系统中的过程3 0 通过p d m 系统加载编辑c a d 模型的接口工作过程3 l p d m s m l c a d 之间的关系及变型设计原理3 3 p d m 端产品结构树的生成过程3 4 生成p d m 端产品结构树的c a d 集成接口功能3 5 p d m 中产品结构树生成时的三种特殊情况处理3 6 p d m 系统与三维c a d 系统集成双向开发架构3 8 三维c a d 端集成的功能开发3 9 s o l i d w o r k s 端系统集成总体功能实现4 0 s o l i d w o r k s 端集成的p d m 登陆功能4 0 属性编辑界面4 2 产品装配结构的遍历过程4 4 t i p d m 中显示的产品结构树5 1 一 ， ： i ， 表4 1 表5 1 表5 2 表5 3 表5 4 表格清单 零件的事物特性表一2 7 x m l n o d e 类的主要方法4 5 x m i n o d e 类的主要属性4 5 x m l d o c u m e n t 类的主要方法4 5 数据库中数据表结构4 8 一 ， r 1 1 课题研究的背景 第一章绪论 近年来，随着c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，计算机辅助设计) 、 c a p p ( c o m p u t e r a i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ，计算机辅助工艺过程规划) 、 c a m ( c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n g ，计算机辅助制造) 在制造企业的广泛应 用，企业的生产效率得到了大幅度的提高。但与此同时也产生了两大新问题【l 】： 一是产品开发过程中的设计数据和技术文档呈现出“信息爆炸”性的增长势头； 二是由于企业各部门使用不同的应用系统，这些自动化的信息单元之间不能实 现信息的自动传递和转换，因而形成“信息孤岛”。 例如，在进行产品设计时，一般都要用到一种或多种c a d 系统，产品的 设计信息需要多种c a d 系统来进行描述；在进行工艺过程设计时，由于用c a d 系统进行产品设计的结果不能直接为c a p p 系统所接受，还需要由人工将c a d 数据转换成c a p p 系统所能接受的数据，得到加工工艺规程；同样，当使用c a m 系统进行计算机辅助数控编程时，也需要人工将c a p p 系统输出的结果转换成 c a m 系统所需的输入数据。 由于各自独立的系统所产生的信息需经人工转换，这一方面影响了工程设 计效率的提高，同时也提高了发生错误的概率，并给生产带来很大的危害。 因此，3 c ( c a d c a p p c a m ) 的集成问题是企业应用3 c 技术实现设计生 产自动化的关键问题，得到了企业界和研究与开发人员的广泛关注。p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，产品数据管理) 系统正是最好的3 c 集成平台，它 可以把与产品有关的信息统一管理起来，并将信息按不同的用途分门别类地进 行有条不紊的管理。3 c 之间不必直接信息传递，他们之间的信息传递通过分别 与p d m 系统之间传递来实现，不同的系统都可以从p d m 中提取各自所需要的 信息。 在p d m 与c a d c a p p c a m 集成过程中，因为c a d 系统的信息是产品信 息的源头，其信息量大、类型多，因而，c a d 系统与p d m 系统的集成是用户 最关心，也是3 c 与p d m 集成中难度最大的环节。近年来，随着c a d 技术， 尤其是三维c a d 技术的发展，三维c a d 软件的功能越来越强大，利用三维 c a d 软件能进行零件设计、装配件设计、二维工程图自动生成、机构运动分析、 结构动力分析、数控加工仿真等工作。所以，利用三维c a d 软件进行产品的 设计工作不仅直观，而且能够进行仿真分析等很多优点，这就大大缩短了产品 开发的周期、减少了物理样机的数量、降低了产品的开发成本、加快了产品的 上市。因此现在大量的制造企业开始普遍采用三维c a d 系统进行产品的研发 工作，所以研究p d m 与三维c a d 系统的集成就显得非常重要。 1 p d m 与c a d 系统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。在以往p d m 与c a d 系统的集成研究中，大部分研究工作偏向于 p d m 与二维c a d 的集成，牵涉到p d m 与三维c a d 集成的研究不多，有些研 究虽然对p d m 与三维c a d 系统的集成技术进行了探讨，但也大多是系统的单 向集成，不能实现信息的双向转换，而且存在系统集成的深度浅、实施难度高、 可移植性差等缺点。 因此，本文就是基于以上背景，对p d m 与三维c a d 系统的集成进行了研 究，提出了基于x m l 的p d m 与三维c a d 系统集成解决方案。 课题研究的目的与意义 p d m 系统以网络环境下的分布式数据库为基础，实现了产品生命周期的信 息管理，使不同部门、不同地点的人员可以在同一数字化的产品模型上工作， 并实现c a d c a e c a p p c a m 系统的应用集成。本文就是针对以往p d m 系统 与三维c a d 系统集成技术的不足而提出的一种新的集成方法，以解决企业在 实施p d m 过程中遇到的数据手动录入、效率低、易出错等问题，提升p d m 的 自动化程度，实现p d m 与三维c a d 系统间数据的顺利交换，并保证相同信息 在两个系统中变化的一致。 本课题研究的主要意义在于： ( 1 ) 提出了一种比较完善的p d m 系统与三维c a d 系统集成的技术，很 好的实现了p d m 系统与三维c a d 系统问双向信息集成和功能集成。 ( 2 )为企业实施p d m 与三维c a d 系统以及其他c a x ( c a d 、c a p p 、 c a m 等) 系统的集成提供了很好的参考实例。 1 3 课题在国内外的研究概况 基于p d m 的应用系统集成技术的研究是伴随着p d m 技术的发展而发展 的。随着p d m 理论的发展和技术的成熟，基于p d m 的c a d c a p p c a m 集成 研究工作也蓬勃发展。由于p d m 系统其底层能支持异构软硬件平台，中间层 能提供分布式信息管理、通信服务以及支持应用集成的应用服务，所以被看作 能支持信息集成与应用集成的一种集成平台或集成框架。 在p d m 与c a d 集成方面，c a d 系统开发商及p d m 应用系统开发商依靠 雄厚的研发实力和对c a d 及p d m 应用开发的深刻把握，走在了集成应用和研 发的前面。 现在国外各p d m 软件供应商的p d m 系统都能集成主流c a d 软件，如法 国达索公司的优秀p d m 软件s m a r t e a m 集成了a u t o c a d 、s o l i d w o r k s 、 s o l i d e d g e 、c a t i a 等主流c a d 软件。美国a u t o d e s k 公司开发的p d m 软件 p r o d u c t s t r e a m 对同样出自a u t o d e s k 公司的三维设计软件i n v e n t o r 提供了很好的 2 集成支持。德国西门子p l m 软件公司的p d m 软件t e a m c e n t e r 与三维造型软件 u g 实现了无缝集成【2 j 。另一方面，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，如开目公司开发了开目p d m 与a u t o c a d 的集成接口， 开目p d m 能直接从产品二维工程图纸中读取标题栏和明细表信息，并把信息 导入到p d m 中形成p d m 端的产品结构树，并能根据需要生成各种物料清单 b o m ( b i l lo f m a t e r i a l ) 。 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 软件厂商相比有较大差距。国外主流的p d m 软件能够对多种三维c a d 软件提 供很好的集成，而国产的p d m 软件则主要支持几种主流的三维软件，像u g 、 p r o e 、s o l i d w o r k s 、c a t i a 等，在数据集成的深度方面也很有限。 目前从国内外的研究状况来看，p d m 与c a d 集成技术经过多年的发展，已 经形成了一些比较成熟的集成技术和方法，但还存在以下问题f 3 】： ( 1 ) p d m 系统的多样性。由于著名p d m 系统的提供厂商同时也是主流c a d 软件提供商，所以开发的p d m 系统主要实现与自己的c a d 系统进行集成，虽然 也实现了与其他主流c a d 的集成，但集成接口的通用性不强。 ( 2 ) c a d 系统的多样性。现在市场上存在多种不同的c a d 系统，这些系 统既有二维的，也有三维的，即使同是三维的，也存在不同厂家的产品。由于 不同类型的c a d 系统其设计模式不同，与p d m 系统的集成方式也各不相同，因 此必须针对各自的特点来进行集成。 因此，探讨p d m 和c a d 系统的集成，尤其是和三维c a d 系统的集成，并研 究它们集成的关键技术并给出系统集成解决的方案、方法和途径，将会推动 p d m 和c a d 集成应用的发展，也将会推动企业应用集成的发展，并最终达到缩 短产品开发周期、降低产品开发成本、加快产品上市的目标。 1 4 本课题研究的主要内容及论文结构 1 4 1 本课题研究的主要内容 p d m 系统和三维c a d 系统在制造企业中都占有非常重要的地位，利用三 维c a d 系统可以进行零部件的三维建模、自动生成二维工程图、有限元分析、 运动干涉检查和数控加工仿真等；利用p d m 系统可以对三维c a d 设计的结果 进行统一的管理，工艺人员、制造人员可以很方便的从p d m 系统中获取所需 的c a d 模型信息，并且可以应用p d m 的流程管理功能来规范企业的设计流程， 提高企业的标准化程度。所以，对于p d m 系统与三维c a d 系统的集成研究非 常重要。本文研究的主要内容如下： ( 1 ) 分别研究c a d 技术、p d m 技术以及x m l 技术，得出这些技术的主 要结论，为系统集成研究打下基础。 3 ( 2 ) 研究p d m 与三维c a d 系统集成的模式、集成的方案设计和系统集成 的主要功能。 ( 3 ) 进行p d m 系统与三维c a d 系统的集成开发，证明基于x m l 技术实 现p d m 与三维c a d 系统集成的解决方案的可行性。 1 4 2 本论文的结构 本论文正文部分分为六章，具体章节安排如下： 第一章：绪论。介绍了本课题研究的背景、课题研究的目的与意义、本课 题在国内外的研究概括以及本文研究的主要内容。 第二章：p d m 与c a d 集成技术综述。介绍了计算机辅助设计( c a d ) 技 术、产品数据管理( p d m ) 技术以及本文进行系统集成所采用的可扩展标记语 言( x m l ) 技术。 第三章：p d m 与三维c a d 系统集成分析。介绍了系统集成的基本概念、 企业系统集成的内容和框架以及系统集成层次，最后介绍了进行系统集成开发 的相关工具和平台。 第四章：p d m 与三维c a d 集成系统的设计。介绍了p d m 与三维c a d 系 统的双向集成架构、基于x m l 的系统集成方案的设计以及系统集成的功能设 计。 第五章：系统集成的开发实现。以三维c a d 软件s o l i d w o r k s 和p d m 软件 t i p d m 为例，介绍了系统集成开发的总体架构，对集成系统的总体功能进行了 开发实现，最后对生成p d m 端产品结构树功能模块的详细开发过程进行了介 绍。 第六章：总结与展望。通过对前面的分析研究得出结论，并对后续的研究 工作进行了展望。 1 5 本章小结 本章首先介绍了本文研究的背景，指出了课题的来源，接着介绍了本课题 研究的目的与意义，阐述了课题在国内外的研究概括，最后介绍了本文研究的 主要内容及本论文的章节结构安排。 4 第二章p d m 与c a d 集成技术综述 2 1 计算机辅助设计( c a d ) 技术 2 1 1c a d 技术的基本概念 计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，c a d ) 技术是指工程技术人员以 计算机为工具，基于计算机图形学、交互技术等对产品进行总体设计、分析和 工程优化的一门应用技术。利用c a d 技术可以进行二维工程图绘制、产品三 维模型设计、计算机仿真分析和模拟以及数控加工编程等工作。 c a d 技术是人类2 0 世纪取得的重大科技成就之一，它充分运用计算机高速 运算和快速绘图的强大功能，极大地提高了产品的开发速度和精度，降低了产 品成本，使科技人员的智慧和能力得到了延伸。 2 1 2c a d 技术的产生和发展 c a d 技术是伴随着计算机图形学的发展而发展起来的。在c a d 技术的发 展过程中，它经历了二维平面图形设计、交互式图形设计、三维线框模型设计、 自由曲面设计、参数化设计和特征造型设计等发展阶段【4 】。 在c a d 技术发展之初，人们希望借助此项技术来摆脱繁琐、费时、精度 低的手工绘图。2 0 世纪6 0 年代至7 0 年代，c a d 技术以二维绘图为主要目标， 研究的出发点是用传统的二维视图方法来表达零件，以图纸为媒介进行技术交 流，所以此时的c a d 系统仅仅是图版的替代品。 2 0 世纪7 0 年代末至8 0 年代中期，由于飞机制造业和汽车制造业的蓬勃发 展，传统的自由曲面的表达方式已不能满足要求。为此，开始了曲面造型和实 体造型技术的研究。美国m i t 的c o o n s 和法国雷诺公司的b e z i c r 先后提出了新 的曲面算法，使得人们可以用计算机处理曲线及曲面问题。在此基础上，1 9 7 7 年，法国达索飞机公司推出了三维曲面造型系统c a t i a 。c a t i a 的出现标志着 c a d 技术从二维走向三维。 2 0 世纪8 0 年代末至9 0 年代初，随着参数化技术和特征造型技术的发展， c a d 技术经历了一场巨大的变革，世界上第一个三维参数化特征造型软件美国 p t c 公司的p r o e n g i n e e r 问世。 2 0 世纪9 0 年代中期，参数化技术已逐渐成熟起来，参数化技术虽然有很 多优点，但也存在一些不足，针对参数化技术的不足，人们提出了一种比参数 化技术更为先进的实体造型技术一变量化技术。变量化技术既保持了参数化技 术原有的优点，同时克服了它的许多不利之处。第一个提出变量化设计技术的 公司是s d r c 公司。1 9 9 3 年，s d r c 推出了全新体系结构的三维c a d 软件 i d e a s 。 目前，流行的c a d 软件有美国a u t o d e s k 公司的a u t o c a d 、美国p t c 公 5 司的p r o e n g i n e e r 、德国西门子p l m 软件公司的n x 、法国达索公司的c a t i a 和美国s o l i d w o r k s 公司的s o l i d w o r k s 等。 2 1 3c a d 技术的发展趋势 目前c a d 技术主要发展趋势如下： ( 1 ) 集成化 随着计算机辅助技术的广泛应用，企业引进了不同的计算机辅助系统，为 了保证产品数据的有效性、完整性和一致性，必须建立统一的集成产品信息模 型，使之能够容易地进行产品生命周期不同环节间的转换，能支持集成地、并 行地设计产品及相关的各种过程，能帮助产品开发人员在设计一开始就考虑产 品从概念形成到产品报废处理的所有因素。 ( 2 ) 智能化 设计活动是设计人员的创造性活动，体现了人类特有的智能行为。随着人 工智能技术的发展，智能c a d 成为c a d 发展的必然方向。智能c a d 要求系 统能深入了解人类设计的思维模型，并用信息技术来表达和模拟它。在设计过 程中，由于设计人员及设计出发点不同，设计方案不同，因此要求系统应以产 品的全系统、全性能和全过程作为优化目标，集建模寻优、分析和再设计为一 体，完成设计活动。智能c a d 系统的智能行为包括捕捉设计者的设计意图、 设计目标的规划、设计问题的自动求解、设计知识的获取与应用和约束求解等， 从而使设计的自动化程度更高。 ( 3 ) 标准化 工程上，任何产品的开发都离不开标准。没有标准化就没有现代工业。软 件开发也离不开标准化。软件产品的开发可能在不同的地区、不同的企业或不 同的软硬件环境进行。软件的标准化有助于提高软件的一致性、完整性和可理 解性。 ( 4 ) 网络化 在网络时代，人们通过互联网获取信息并与外界进行交流。互联网为c a d 开创了一个新天地，实时交流和协作及资源共享成为可能。所以，网络化是c a d 系统发展的一个必然趋势。 2 2 产品数据管理( p d m ) 技术 2 2 1 p d m 的基本概念 p d m 技术是2 0 世纪8 0 年代初期发展起来的一种新的管理思想和新兴技 术。随着p d m 技术的发展，人们对p d m 的定义和内涵也逐步清晰，从不同的 角度提出p d m 的定义。其中最有代表性的是e dm i l l e r 和d b u r d i e k 给出的定 义。 6 1 9 9 5 年2 月，c i m d a t a 公司总裁e dm i l l e r 对p d m 进行了如下定义： p d m 是用来管理与产品相关信息和所有与产品相关过程的技术d 】。与产品 相关的所有信息，包括零部件信息、产品结构、结构配置、文件、c a d 文档、 扫描图像、审批信息等；与产品相关的所所有过程，包括过程( 生命周期、工 作流程、审批发放、工程更改等) 的定义与监控。 g a r t n e rg r o u p 公司的d b u r d i c k 则把p d m 定义为：“p d m 是在企业范围 内为设计和生产构筑一个并行化产品协作环境的关键使能技术”。 综合以上介绍，p d m 的完整概念应该是：以软件为基础，管理与产品相关 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( 包括审批发放过程、工程更改过程、一般工作流程等) 的技术。它提供产 品全生命周期( 包括市场需求调研、产品开发、产品设计、销售、售后服务) 的信息管理，并可在企业范围内为产品设计和制造建立一个并行化的协作环境 【6 】 o 2 2 2p d m 的主要功能 p d m 技术经过多年的发展，p d m 系统的功能也越来越强大，目前主流的 p d m 系统一般具有如下功能。 ( 1 ) 文档管理 这是p d m 最基本的功能之一。在产品的整个生命周期中与产品相关的信 息是多种多样的。这些信息以文件或图档的形式存在，统称为文档。p d m 的文 档管理功能提供了对分布式异构数据的存储、检索和管理功能，包括文档对象 的浏览、查询与圈阅、文档的分类与归档、文档的版本管理、文档的安全控制 等。 p d m 提供了两种文档管理的方法：一种是将文档进行“打包”管理，即将 文档整体看作一个对象，将其描述信息放到p d m 数据库表中，而文档的物理 位置却在操作系统的目录下；另一种是将文档进行“打散 管理，即将文档的 内容打散，分门别类放到数据库中。 ( 2 ) 产品结构与配置管理 产品的结构与配置管理是p d m 的核心功能之一。作为产品数据组织与管 理的一种形式，产品结构与配置管理以数据仓库为底层支持，以b o m ( b i l lo f m a t e r i a l ，材料明细表) 为组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联 系起来，实现产品数据的组织、管理与控制，并在一定目标或规则约束下，向 用户或应用系统提供产品结构的不同视图和描述，如设计视图、装配视图、制 造视图等。 产品结构与配置管理包括两部分：一是产品结构管理，即以产品结构作为 管理和组织数据的框架，将产品对象与定义它的数据关联起来，通过产品的结 构关系使得产品数据之间的关系在逻辑结构上保持一致；二是产品配置管理， 7 即将产品结构中的零部件按照它们的功能、某种组合规则或一定的条件进行重 新编排，得到该条件下特定的产品结构。 ( 3 ) 零件分类管理与检索 零件分类管理与检索就是将企业的零件按照相似性( 如结构形状相似或制 造工艺相似等) 原则划分若干类，分别加以管理，以便在借用或重用的时候能 够方便的找到所需的零件【7 1 。 零件的分类技术有很多，一般有智能化的零件编号技术、成组技术、搜索 检索技术、零件建库技术等。其中比较常用的是成组技术，利用成组技术对零 件进行分类的方法有视检法、生成流程分析法以及编码分类法等。 ( 4 ) 工作流与过程管理 工作流与过程管理是p d m 系统中重要的基本功能之一。它用来定义和控 制数据操作的基本过程，主要管理当用户对数据进行操作时人与人之间或活动 与活动之间的数据流向，以及在一个项目的生命周期内跟踪所有事务和数据的 活动。p d m 的流程管理一般由工作流模板定义工具、执行工作流的工作流机、 工作流监控和管理工具等组成【8 】。在p d m 中常用的流程管理包括文档的审批 和发放流程管理以及文档变更流程管理。 ( 5 ) 项目管理 项目管理( p r o j e c tm a n a g e m e n t ) 是在项目实施过程中实现其计划、组织、 人员及相关数据的管理与配置，进行项目运动状态的监控，完成计划的反馈。 项目管理是建立在工作流管理基础上的一种管理。项目管理主要包括两方面内 容：一是项目组织，即根据项目的特点和项目的计划，围绕项目合理组织人员， 有效管理相关资源和数据；二是项目控制，即围绕项目目标，跟踪其进度，掌 握项目的工作现状，以便进行适当的资源分配和进度调整。 ( 6 ) 用户化工具与系统集成 企业的情况千