（机械制造及其自动化专业论文）基于cad设计实现产品快速配置与报价集成系统研究.pdf

ab s t r a c t abs tract o wni ngc us to m e r m e ans hol d i ng the m a r k e t i n th e v i o l ent mar ke t c o m p e t i ti o 几 there fo re an e nt e rpr i s ec an res p o nd to c u s t o m e r ， s nee d s a n dd e s i res t i me l yi s the p r e c o ndi ti o no f 俪朋i n gcus to m e r s . s othe fi rst st 叩 an e nt e rpr i s edoe s i s p ro v i d i ng the g o alp ro d uc t c o n fi g l ir a t i o nan dth eq t l o tati o nac c u r at e 1 ya n dquic k lyfor the c u s t o m e r. ltc an， t sati s fythe c u s t o me r ， s n e e d s a n d d e s i res i f the p rod uct c o 而g u r a l l on i s not 犯 aso n a b l e ， 。 n d i f 山 e quo tati o n too h i gh o r not i n t i m e wil l resu 1 t i n th e p r o duct unc o n l pet it i v e ， and i f too l ow w i l l d e c r e ase p r o fi tso f e nt e rpr i s e . t hi l s ， howtob ul l d a q u i c k ， c o rrec t an d 勿 n ami c p ri c i n g s y s t e n 1 i s v e ryc o ncernedb y m any e n i e ip ri s e s . ai p r e s ent， r e se arc h o np r o d u c t c o 曲g u r a t 1 o n andq u o tati o nare m o st lyfoc used o nm e 1 h o dands t r a t e gy， imp r o v i ng the e ffic i ency and即 c u r a c y衍 m e ans o f the me t h o da 妇 d the s t r at e gy o p t i m i zali o n . b ut t ll e r ei s a fun d axne ll t a 明dk e yp rob l e m neg l e c t ed l h a l l h e res e a 丁 c har eal l e s tab l i s h e do ntheb a s i s o f b 0 m， w 】 l a l e v e r the m e t h o d and s t r a t e gyi s . i n the fa c e o f modernc o n 1 p 1 exp r o d u c t s ， h o w tobuil d p r o duct b o m quic kly an d即 c u rate l yinp r o ductc o nfig u r a t 1 o nan dq u 0 t a t 1 on h a s been a b o tt l eneck f o r the s e r e a s o ns， thi s p aper e s t a b 1 i s h e dan i n format i on s h a ri ng mo d e l ， w hi c h a i me d atthe d ata sh示n g b e t w e e n c a dson w a reand p r o d uct c o n fi g u r a t 1 o n a n d q u ote p ri c e s y s 1 e mb as edo n the an al y s i s o f d a tar e q u l s i t i o n a i 1 d c o nne cti叽 代 a l l z e d ti ght i nteg r a t l o 残出 1 d o per a 1 e d the d ata o nean oth e r， and a l s o a s s ure d d a i a a gree m e niand fi o wed b i d irec ti o nal. red uc ed fa c t o rso f e x 1 e n di ng q uotati o n p e ri od an dre d u c 1 n g acc urac y c ause dby i n fo rmatio n t r 出 招 fe rredirre g u l arity. to s atis 斤the c u s t o m e r ， 5 nee d s a n d de s ires on the a s pecto f p r o d u c t t e c hni c a l p a r a m e i e r s ， 伴而rmanc e ， pric e a n d1 n t e n s i fym ark e t c o n 1 p etit i o nofthe ente rp ri s e ， we d ev e l o p e dan i n l e g r a t i o n sy stemo f p ro d u c t c o nfig u r a t i o n a n d q u o t a t i 0 n b a s e d onc a dd e s i gnwhi c h i s qui c k 即c u r a c y and t rus 幻 四 o rth乳a n d h a v e a goo d app l i c atio n i n e n t e rp ri se. k ey wd rds : b o m;p ro d u c tc onfi gur a t i o n ;p roduct inte g r a t i o n ; c o mp ut e r- ai d e d des i gn 学位论文版权使用授权书 本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解递 达鱼 二有 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， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权南昌大李可以 将学 位论文的全部或部分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 作 者 签 名 : 耗敲 签 字日 期 : : 刁 年 月浮日 导 师 抓 飞 拌 日哟 “ 月 价 学位论文作者毕业后去向: 工作单位: 通讯地址: 电话 邮编 学位论文独创性声明 学位论文独创性声明 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 标注和 致谢的 地方外， 论文中不包 含 其 他 人 己 经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 ， 也 不 包 含 为 获 得 卫如妇丛扎或 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 名 : 杨 姨签 字 眺 07年 ; 月 巾 学位论文版权使用授权书 本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解一 鱼 鱼3 遭 匕有 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 和 借 阅 。 本 人 授 权 鱼 通 一 鑫 至可 以 将 学 位 论 文 的 全 部 或 部 分 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) 学位论文作者签名: 导师签名: 签字日期:年月日 签字日期: 年月日 学位论文作者毕业后去向: 工作单位: 通讯地址: 电话: 邮编 第 1 章 绪论 第 1 章 绪论 l i c a d技术的 发展趋势及特点 计 算机辅助设计 (c。 m p u t e r aid e d d es i gn， 简 称c a d ) 技术萌芽 于20世纪50 年代， 并随着计算机 硬件技术的 发展而迅猛发展。目 前， c a d技 术已 经广泛应 用于航空、航天、冶金、船舶、机械、纺织、建筑、地理、信息、出版等行业， 当代的 c a d技术已 不再仅仅是代替手工绘图 的一种工具，而是传统设计手段 的根 本变革，其内 容也由 最初的二维绘图发展到包 括二维工 程绘图、 三维几何 设计、 有限 元分析、 数控加工、仿 真模拟、产品数 据管理、网 络数 据库以及上 述各种技术的集成，深刻影响着社会其它 领域11 。 c a d技术的使用使产品和工 程设计、制造的工作内容和方式发生了根本性变革，这一技术成为工业发达国 家制造业保持竞争优势、 开拓市 场的重 要手段。作为电 子信息 技术的一个重要 组成部分， c a d技术是 促进科研成果的开发和转 化， 促 进传统产业和学科的更 新和改造，实现设计 自 动化，增强企业及其产品在市场上竞争能力，加速国民 经济发展和国防 现代化的 一项关键性技术， 也是进一步向 计算机集成 制造(cims) 发展的重要技术基础。 随着计算 机软、 硬 件水平的 不断提高， 为c a d技术的发 展提供了必要的条 件， 因 此c a d技术的研究与 应用领域也在不断延 伸， 新的分支相 应产生， 其发 展 状 况 及 趋 势 有 如 下 的 特 点 12l l3j i4 lsl: 1 .开放性 c a d系 统的 开放性是决定其能 否真正达到实 用化、 能否 真正使 之转化为现 实生产力的 基础。 企业所应用的工作平台的 复杂性要求c a d系统能 够增强自 适 应能力， 在跨越不同的 软硬件平台 时能同时使 用。 在一 个具有开 放性的c a d系 统中 ，用户可以 根据自己 的需要加入运行文 件或模块， 还可以 重新装配各 模块 中的 子模块或者修改系统中的不足之处，并能 够保证这种修改不会影响到 这个 c a d系 统的 使用。 c a d系统的开放 性主要表现在系 统的 工作平台、 用户接口、 二次开发 环境以 及与 其它系统的信息交 换等几个方面。 c a d系统的开放 性使 用 户根据自己的需要进行相关的定制开发成为可能。 2 .集成化 第 1章 绪论 集成化就是数 据共享。 针对制 造业而言， 集成化就是把设计、制 造、管理 等各个环节的各种功 能软 件有机地结合起来， 统一数据的描述和交换，协调 各 功能软件的有效运行. 它并 不是简单地将这些孤立的系统进行连接，而是从 产 品 概念设计开始，就 考虑产品信息的集成，使产品信息贯穿于设计、加工、 装 配等产品生产 的各 个阶段， 从而实现 信息的 整体集成， 对于c a d系 统的集成 过 程，可以从以下四个层次来讲述: ( 1) 以 “ 甩掉图 板” 为目 标的计算 机辅助绘图与设 计系 统。 (2) 以 资源共享、 权限 控制为目 标的产品 信息 管理系统(p d m s) ，由此可以 在企业实现设计生产信息和管理信息的集成。 (3 ) 以建立 全局产品 模型、 无纸设计等为目 标的 计算机辅 助设 计、分析、 加 工集 成系统. ( 4) 以 控 制产品生命 周期为目 标的 并行工程和协同设计。 并行 工程是对产品 设计 及其 相关过程进行通盘考虑的一种系统化的工作方式， 它设法使 开发者从项目一开始就考虑到产品整个生命周期中的所有因素，包括 设计、 加工、装配以及回收等;协同设计的主要特点是由 不同部门设 计人员 组成的设计团队围 绕同一产品并行交互的进行设计，因此构建 性能优良的协同设计平台和集成模式是提高协同设计效率的关键之 3 .网络化 计算机网络 化是 现代计 算机技术与通讯技术相结合的产物。 网络的最大特 点就是实现资源共享。c a d系统只有通过网络互联起来，才能达到资源共享和 协同设计，发挥更大的效益。c a d 的公用信息、图形、编码、标准零部件等都 存贮在服务器 的公用数 据库中， 用户 c a d工 作站通过网络共享 其中 的数据， 进 行各自 的工作，交换 所需的中间 处理数据和最终 结果。网 络化为 应用计算机的 各部门 实现信 息共享、 协同 设计提 供了 物质基础。 4 .标准化 c a d系 统一般是 集成在一个 异构的 工作平台之上，为了 实现跨异 构平台 的 工作 环境， 就要求系统具 有一 个统一的组织形式， 这个问 题主要是靠标准化技 术来 解决的。 完善的 c a d标准体系是 指导我国 标准化管理部门 进行 c a d 技术 标准化工作决 策的 科学依 据， 也是促 进 c a d技术在我国 普及应用的重要 手段。 中国在制定c a d标准体系方面主要做了以下几方面的工作: 第 1章 绪论 (1 ) 研究开发符 合国际 标准化组织颁布的产品 数据转换标准 s tep的 转换 接口 ，建 立符合 5 几p标准的 全局 产品 数据模型， 促进 c a d技 术与 国际c a d技术的 进一步接轨. (2 ) 研究制定网 络多媒体环境 下不同 层次、 不同 种类数据信息的表示和 传输 标准，以支持异地协同设计与制造工作。 (3 ) 将国 家 c a d技术基础标准化与 各部门行业 c a d技术标准化结 合起 来，推出 权威、 公正、可操作的 c a d标准体系，促进 c a d应用工 程的规范化。 (4 ) 国家和 行业相结合， 建立标准 件库， 以 代替 现行的各种形式的标准 化手 册，将工程设计人员从频繁翻阅手册的繁琐劳动中解放出来。 1 .2国内研究现状综述及存在问题 通过研读相关参考资料，发 现目 前国内有不少专家学者对产品 配置及报价 的相关理论进行了研究，具体如下: 1 .战 培志等16 对大规模定 制中 产品 快速配置与 报价问 题进行了 研究， 提出 基于实例推 理的 产品快 速配置与成本计算 法，该 方法通过检索存储在实例 库中 的相关实例， 可快速配制出 产品的制 造清 单，并 较为准确的计算出产品 成本。 2 .彭琳等 1， 研究了产品结 构与配置的 特点，阐述了 基于 产品结构 和配置管 理的产品报价系统的原理、关键技术、模型及应用。 3 .唐敏等18 在讨论b o m、g b o m与大规模定制关系的基础上，提出大规模 定制 环境 下基于g b o m的 精确报价实 现方法， 给出了 基于 c b o m的产品 选项及 配置 模型 及产品成本计 算方法。 4 .李良 等191 阐 述膜产品 基于c a d的快 速报价系统开发的 必要性和可能 性， 提出快速报价和详细 报价两 种报价方法， 在深 入研究快速报价的模块积累 和详 细报 价中 物料清单的导入问 题的基 础上， 实现基于c a d的膜产品快 速报 价。 5 . 张毅等l0根 据电 站锅炉 产品 报价设计的需要，开发出基于 特征结 构和参 数化的电 站锅炉报价系 统c a d 环境， 给出了 该环境下的总体结构、开发 特点及 系统的功能实现等. 6 . 李杨等111 提出 p d m 环境下 基于 we b 的报 价方法， 给出 产品 功能配置、结 构配置的算法和成本估算的相应算法，开发了基于b/s 结构的报价系统。 第 1 章 绪论 目 前 国内 针 对 产 品 配 置 写 报 价 领 域 的 研究 大 部 分 都 是 侧重 于 配置 及 报 价 的 方法和策略的 研究。 通过对方 法及策略的 优化来提高产品配置 及报价的效率和 准确性。 而忽略了一 个最为 基础且关键的问题:无论采用何种方 法及 策略，其 核心都是建立 在产品 物料清单基础之上的，面对现 代复 杂产品， 在产品 配置与 报价时如何快速准确的构建 符合客户需求的产品 b o m 已 经成为制约这一领域 发展的 “ 瓶 颈” 。 造成这一现象的原因 正是因为 制造业企业中 许多 系统之间不能有 效的 集成，普 遍存在信息孤岛， 造成大量的信息需要重复录入，大大降 低了信 息系统的使用效率， 严重制约了 企业信息系统整体效力的发挥。可以说，信息 孤岛己 成为制 约制造业信息化向 纵深发展的致命问 题。如果企 业不能真正解决 信息孤岛问题，信息化建设就很难成功。因此，制造业企业应十分关注如何消 除已 有信息 孤岛，实 现信息集成， 避免产生 新的 信息孤岛等问 题。 伴随着 c a d技术的迅 速发展， 一批功能强大的三维软 件也 快速在企业中 被普及应用， 目 前 市面 上比 较流行的 大型三维软 件如美国 e d s公司 推出的u g 、 p t c 公司 推出的p ro / e n g ine r r以及法国 d as s a u l t公司推出的 c at i a ，这些 大型的三维软件不但具有功能强大的产品设计和分析加工能力，而且还能与它 们的信息管理系统能够无缝集成，给用户提供了非常方便快捷的信息交流平台。 然而，这些软件高昂的价格让许多中小型企业用户望而却步，同时这些软件只 能和它们 自己的信息管理系统相集成，如果企业使用的 c a d 软件与信息管理 系统不同，它们之间就不能进行信息交互。所有这些都促使用户希望能够利用 他们所使用的 c a d软件提供的二 次开发接口， 对 c a d软 件的功能 进行扩充， 以满足他们自身特定的需求。 1 .3解决问 题的思路 当 前在制造业企业中 无论规模大小基本 都采用了 c a d系统来进行产品 设 计，因 此产品 结构存在的 最原始的状态也就是 c a d 系 统产生的成套电 子工 程 图纸， 而产品配置及报价所需的b o m的数据也正是来 自 于这些电子图纸。 这些 图 纸以图形 和文本的形式清楚 地描述了 产品、 部件、零件的组成结构及相互关 系。本文 就是要将这些图纸中已 经存在的 数据， 根据它们之间的相互关系， 通 过二次开发技 术提取，再以产品结 构树的 形式表现出 来， 将之作为企业产品的 重 要文档 保存到产品数据库中，为 企业后续的工作做准备， 或者为设计新产品 第 1章 绪论 时提供参考。 虽然目 前有些 企业已 经根据自 己 的实际 需求对所使 用的c a d 软件进行了二 次开 发， 把c a d软件与信息管理系 统有机地结合在 一起， 并且取得了 一定的成 效， 但其大多是通 过中间 文件 ( 5 住p文件、 x m l文 档) 来实现数据传递， 它 们都有一个共同的 缺陷， 那就是单向 性， 即 只能把c a d中 的b o m 信息传 递到 信息管理系统中，而不能 把信息 管理系统中的 b o m 信息反馈到 c a d软 件中 来。这在实际操作中存在很大的局限性，不但不利于企业实现真正意义上的信 息管理， 而且也不 能实现企 业内部各部门 之间的资 源共享和协同 设计。总的 来 说现有的c a d软件与信息管理系统的集成无论是从软件的思想构架、底层数据 库结构方面， 还是 从软 件的 功能，性能方面 均不能满 足现代企 业的 需求。 随着数据库技术的 不断发 展，已 经出 现了 不少适合企 业使用的大 型关 系型 数据库，如目 前比 较流行 o r a c l e 、 s q ls erver等为 企业实 现大规模的数据管 理 提供了非常方便的途径，这就为c a d软件与信息系统之间的交互提供了可能。 图 1 1给出了 c a d 软 件与产品 配置与 报价系统集成的基本框架结构，为 系统的实现提供了一个基本思路。 其关键在于分析c a d 软件与产品配置与报价 系统的 数据需求和联系的 基础上， 针对 共享的 数据内 容， 在两者之间建 立互 动 的共享信息模型， 实现紧 密集成， 达到 数据的 互操作，保证双方数 据的 一致性 及数据的双向流动。 简单来讲本文是以常用的二、三维 c a d软件为基础，利用 c a d软件提供的二次开发接口以及目 前比 较流行的 0 哪le数据库，通过对 c a d 装配图中明细栏信息的利用，快速构建出符合客户需求的产品结构， 加快 部门 之间 信息传递的 速度，同时通过共享数据模型保证了 b o m 信息在 c a d 软件与产品配置与报价系统中的一致性，提高产品配置与报价的效率与准确性。 口粉 口粉 国 褂 口 图 l l系统集成框架 综上所述，如果能够充分利用计算机辅助设计的优势并结合产品配置的相 关理论，快速的生成符合客户需 求的 产品结构后再辅以 合适的成本计算 方法， 第 1 章 绪论 构建一个基于c a d设 计实现产品 快速配置与 报价集成系统， 必能增强 企业对市 场的快速响应能力。 1 .4研究意义和内 容 1 .4.1研究意义 c a d技术的 广 泛应用在很大 程度上提高了 企业的 产品开 发能力 和市场竞争 能力。但与此同时， 产品设 计过程中 的设计数据和技术文档大量累积，使管理 及查找数据变得异常困难。 通常图 形文件的说明和管理信息都反映在图纸的标 题栏目 中，因此目 前一些企 业为了 利用老图纸中的产品信息， 不得不重新手工 录入，工作量巨大。而且设 计开发过程亦存在大量的重复劳动，设计人员在设 计过程中需要手工填写标题 栏和明 细栏信息，产品设计完成后，为生成产品的 综合明 细表( 产品装 配树) 及其标准件、 外协件、 通用 件、自 制件等各种 汇总 表， 设计 人员 不得不检索和抄录明 细表中 的零部件信息，工作量大，而且很容易 出 现错误。标题栏、明细表中的 产品 信息， 对于企业的生产计划和技术文件管理 非常重要。明细表中的信息描述了产品零部件之间的装配关系，是产品成本核 算的重要依据。 标题栏中一 般包括: 签字区、更改 区和名称代号区等多 个部分。 签字区记录了 设计者的姓名、设计 时间， 及校对和批转等内 容;从更改区中 的 文字信息，人们可以掌握最近产品设计的更改情况;工程图样的代号是图形文 件的唯一标识，通过名称和 代号可以 对企业中大量的工程图 形文件进行有效的 管理。 与此同时随 着信息 化技术的 推广， 许多企 业纷纷实 施了p d m和 e rp 等 单 元技术， 在一定程度上提高了设 计效率， 促进了 生产力的发 展， 企业取得了明 显的 经济效益。 但在工程实际 应用中 也存在一些问题， 例如: 如何将工程信息 系 统与 生产、组织管理系统 有效集成; 如何从工程图纸中 快速生成所需要的 各 种物料清单;同 时由 于产品品 种急剧增多 、产品结构日 趋复 杂， 如何形象地描 述产品全部数据的 相互关系;为了 快速响应市场需求， 如何实 现产品的 快速配 置 和报价等， 这些问 题如果 不加以 有效 解决，势必成为制约企 业发展的一个 “ 瓶 颈， ， 。 当 前企业产品 的设计、开发、 生产、 采购到销售等管理 模式，正 在经历 从 彼此独立的 工作模式向 整个企 业集成的 模式转变， 虽然科研院 所和企 业公司 针 第 1 章 绪论 对产品 设计开发和企业资源计划分别开发了 相应的软件系统， 但是仍然没有很 好的实现产品数据从设计开发、生产制造到市场销售报价的贯通集成. 基于以 上分析， 迫切需 要研究开发一套基于c a d设计实现产品 快速配置与 报价的集成 系统， 从c a d工程图 纸中 快速获取产品的零部 件和结构信息， 建立 产品 结构树，以 产品结 构树为中 心，生成产品 物料清单 ( b o m) ， 进行b o m的 多视图管理，同时建立产品的配置规则与约束，及时响应客户的个性化需求， 满足从产品的设计开发到生产、制造、采购和市场销售等各个部门的不同需要， 实现信息高 度共享集成及用 户的 个性化要求和企 业的 大规模生产的有机 结合。 具体而言， 本论文的 选题来源于江 西省 科技厅工业攻关 项目 : 基于 产品c a d 设计实现产品 快速配置与 报价的 集成系统研究 (2 0 o 5 1 b 0 105 10 2)。 1 . 4. 2研究内容 本文在对国内 研究存在问题分析的基础上，对产品快速配置与报价集成系 统进行深入研究， 以二维软件 a u t 0 c a d 、 三维软件 p ro甩为 c a d图形支撑平台， 结合数据库应用技术，设计并开发了基于 c a d设计实现产品快速配置与报价集 成系统。具体来讲本文针对以下几个方面的问题进行了研究和解决: 1 .进行集成系统的理论分析与研究。详细分析了现有集成方案的不足，论 述了 如何 在共享数据模型基 础上建立的紧密式集 成信息系统， 实现 基于c a d设 计的产品快速配置与报价功能的集成。 2 .针对常用 c a d系统进行二次开发，从c a d图档中直接、 快速地获取产 品结构信息，并且将产品结构信息存贮在公用数据库中，为产品的快速配置与 报价提供原始的数据源，保证数据的一致性及双向流动，实现c a d系统与信息 系统的紧密集成。 3 .实现产品结构的多视图管理，为生产、制造、采购和销售等部门生成各 自需要的物料清单。 4 .结 合产品族的相关 理论， 通过 c a d设 计快速构建产品族模 型， 在产品 族模型的基础 上建立相应的产品配置和约束规则， 使得系统能够根据客户的个 性化需求，快速配置出符合客户要求的产品结构。 5 .实现产品材料库、零件工艺及报价策略的管理，合理有效地创建和组织 报价系统中所要用到的各种有用信息，以满足报价模块的实际需要，不至于发 生信息和数据错误、丢失、不足、冗余等问题，快速提供产品的整体报价。 第 1 章 绪论 1 .5 创新之处 本文的 创新点主要体现在:项目主要 在信息集成方面展开 研究 工作，建 立 一个统一的设计标准数据库，采用了专用接口和基于数据库的集成方法，解决 了设 计数据与管理 数据的一 致性问 题， 实现了c a d系统与 其它 系统的双向信 息 集成，开发了一套基于c a d设计实现产品快速配置与报价集成系统。 第 2 章 集成系统的理论分析与研究 第2 章 集成系统的理论分析与研究 随 着企 业信息 化技术的不断发展， 从不同 的应用系统中产生大量的 数据信 息。为了使企业在不同计算机和不同 应用系统之间进行信息交换，同时企业不 同部门之间能够达到共享信息， 各个应用系统之间必须 进行有效集成。 集成是 指将基于信息技术的资源及应用聚集成一个协同工作的整体，集成包含功能交 互、 信息共 享以及 数据三个方面的管理与控制。集成不是简单地联结， 而是经 过统一规划设计，分析原单元系统的作用和相互关系，进行优化重组而实现的。 集成后的系统能减少数据冗余，实现信息共享:便于对数据的合理规划和分布: 便于进行规模优化，提高工作效率与效益112 113 1 11 4111， 。 2. 1集成方案的分析 2. l i现有的集成方法分析 目前国内外也有不少针对 c a d与产品配置和报价领域的研究， 给出了系统 之间集成的解决方法，总的来说可以分两大类:一是通过p d m 系统实现集成， 这种方法是将 c a d系统中的数据纳入到 p d m环境下加以管理，在需要时提供 给产品配置与报价系统使用;二是将 c a d系统中的数据按一定的格式提取出来 作为中间交换文件传递给产品配置与报价系统。 2 . 1 . 1 . 1基干p d m的 集成 目 前基于pdm的 数据集成大 致有三种模式 116 1 11 刀 11 伙 1 .封装模式 封装是指把对象的属性和操作方法同时封装在定义对象中，用操作集来描 述可见模块的 外部接口，从而保证了 对象的界面 独立于对象的内 部表达。由于 封装性，当改 变一 个对象类型的数据结构内部表 达时， 可以 不改 变在该对象类 型上的任何程序。 通过 对应用 系统的 封装， p d m系统不仅 管理着所封装的 系统， 还能够自动识别、存储和管理由所封装系统产生的文件。 封装的内 容包括应用工具本身以及由 这些应用工具产生的文件两方面， p d m 对这两方面都要管起来.封装可以使数据和操作具有统一的模型界面和逻 第2 章 集成系统的理论分析与研究 辑的独 立性。 作为一 个集成平台， p d m 具 有对 c a d的封装能力，并 对其封 装 性提供 从一 种应用转 换到另一 种应用的功能。 当p d m系统封 装c a d 时， 在p d m 系统中可以直接激活相应的c a d系统，并对它产生的数据进行统一管理，并在 p d m 系 统中 将图 形文件显 示为 相应的实际图形。同 样，在c a d系 统中 也可以 直接进 入p d m系 统， 进行相 应的数据管理操作， 而无需 退出 原来的系 统， 重新 进入另一个系统。 例如:当一个二维 c a d系统被封装后，在 p d m系统中就可以查到这个工 具对象并直接启动它，然后进行设计绘图，当设计结束后，所获得的图形文件 可自动在 p d m 系统中存储和管理。如需要对图形进行修改，则可在 p d m 系统 中找到该图形文件，用鼠标就可启动该二维c a d系统，进行图形修改。 封装只能 满足以 文件形式生成的所有数据的应用系统的需求，不能管理文 件内部的具体数 据，如 特征 属性， 参数， 装配数据等。当 需处理不同应用系统 间产品结构信息的 集成时， 封装不能满足集成的 需要。 因此，封装不能操作文 件内部的具体数据， 而 p d m 的产品结构和配置模块必须了解产品内部的结构关 系，所以p d m系统对这 类信息不能 采用封装的模式。 2 .接 口模式 程序接口交换 模式是一种比 封装集成更加紧密、自 动化程度更高 、无需用 户直接参与的 集成模 式， 它 把应用系统与p d m系统 之间 需要共享的数 据模型抽 取出来，把它定义到p d m 的整体模型中去，这样，在 p d m 与应用系统间就有 了统一的数 据结构， p d m就能与c a d系统之间 实现文件内 部数据自 动交换。 这 种集成 的特点是: 在应用封装的 基础上， 在应用系统 与p d m系 统间 共享 数据模型的指导下，通过数据交换接口，实现应用系统的某些数据对象自动创 建到 p d m 系统中，或从 p d m 系统中提取应用系统需要的某些数据对象，使二 者保持异步一致。 例如:产品设计中的二 维图 形软件不能生成装配树，而 三维实体 造型软件 虽然能够生成 产品的 装配 树，但与p d m中的 产品结构 树无关， 这样p d m中 的 产品结构树 往往仍需要 手工 编制。要 实现p d m中的 产品结 构树由c a d系 统中 的装配树自 动生成，并从pdm提取最 新的 产品结构关系， 去修改c a d的 装配 文件，保持两 者之间的 数据一致 性， 需通过编制接口 程 序来完成。 接口是根据两个集成系统提供的a p i 函数进行编程，通过 a p i 函数来抽取 各自 所需的 信息，然后转换 成相互都能接受的 格式实 现信息交互。 在这种集成 第2章 集成系统的理论分析与研究 模式下， 应用系统与p d m 系统之间需要共享的数据模型被抽取出来， 形成统一 的数 据结构。 每个应用除了 共享的数据模型之 外， 还可以 拥有自己 私有的数据 模 型。 应用系 统本身作为对象纳入到p d m系统环境之中。 应用系统与p d m系 统之间 通过a p i 函 数访问其内部数 据，而api 函数一般是 有限的， 它成为 集成 的 一个瓶颈。同时 在集成时必须充 分了 解各a-pi 函数中 参数的数 据结 构。 p d m作为 一种能 够支 持多种 c a d软 件的通用管理 平台，采用 标准的 数据 信息接口 ，建 立p d m的 产品结构与多 种 c a d软件 之间的 联系。 这样， 在接口 开发 过程中，既 要了 解产品结 构在 c a d系统中的 组织形式， 也要了解 在 p d m 系统中的组织形式，才能做好双向转换。 3 . 紧密集成 模式 在这一层次， 应用系统成为p d m系统的有机组成部分，二者之间不仅可以 共享数据， 还 可以 共享操作服务。 该集成模式允 许应用系统 或p d m系统互相调 用有关服务，执行相关操作，形成紧密的 关系， 真正 实现一体化。 要达到这一 程度， 首先应 针对共享的数据内容， 在应用系统和p d m系统之间建 立一种互动 的共享产品 信息模型，使得 在应用系统或p d m系 统中创建、 修改共享数 据时， 另一方能自动修改相应的数据，保证双方数据一致;其次在应用系统中需插入 p d m中有关的数据对象编辑维护功能， 这样在应用系统中编辑某一对象时， p d m 系统能自动对该对象进行修改。 紧密集成在技术上取决于应用系统与p d m系统双方的开放性及对系统内部 结构的了解程度，同时需要较大的资金投入，因此不是每一个企业都能够做到 的。目前能够做到这种集成的是应用软件和 p d m源于一家的情况，比如:e d s 公司的 c a d / c a m软件 ( 计算机辅助建模u g) 和它的p d m软件 i ma n做到了 紧密集成。 2. l l z基于中间 文件的集成 目前，国内外以中间文件实现信息集成方法主要有:基于 s te p的信息集 成和基于 x ml的信息集成。 1 .基于5 几p 的信息 集成 5 兀p 是一个计算 机可识别的产品数据的表 达与 交换的国际 标准。 其目 的是 提供一个能够描述产品整个生命周期中的 产品 数据并 且独立于任何 特定系统的 中性机制，最终实现在产品的生命周期内对产品数据进行完整一致的描述与数 第2 章 集成系统的理论分析与研究 据 交 换 ， 无 需 人 工 解 释 就 能 使 各 应 用 系 统 直 接 接 受 并 共 卓这 些 信 息 。 当 前 许多 常 用 的c a d / c a m系 统， 如p ro 尼 、 s o l ia wo由、 s o lid e d g e s 和c 盯ia 等 都 支 持 s t e p 协 议 1，9 。 如图2 . 1 所 示， 整个s t e p 规范是一 个内 容庞大的标准，由 描述 方法、 集成 资源、 应用 协议、 一致性测试和实现方法几大类构成， 每一 类包括若 干部分， 整个s t e p的体系结构可以分为三层:应用层，逻辑层，物理层。最上层是应用 层，包括应用协议及对应的抽象测试集，这是面向具体应用，与应用有关的一 个层次。第 二层是逻辑层，包括集成资源， 是一个完整的产品模型， 从实际 应 用中抽象出来，并与具体实现无关。最底层是物理层，包括实现方法和给出具 体在计算 机上的 实现形式。这三层组织结构在形式上类似于数据 库的 三级模式 结构 ( 外模式，概念模式和内模式)1201。 图2. i s t e p 标准的内 容 基于 s tep的信息集成的数据交换过程如图2. 2所示。首先，在 c a d系统 中设 计的 产品 模型， 经过s t e p 标准数据接口 转化为s t e p 中 性交换文件， 然 后 将 s t e p 中性交 换文件 读入， 按照s t e p 文法规 则进行分析， 将包 含产品模型部 分的数据 信息 进行转换，并将转换后的数据信息存储于系 统的中性文件内， 便 于后续产品配置与报价模块的使用121。 图 2. 2 s t e p中间件数据交换过程 第 2 章 集成系统的理论分析与研究 2 .基于 x ml的信息集成 x ml 中间 件集成方 法是利 用x m l 相关技术， 将x m l 文件作为集成层的数 据描述载体， 通过转换来实现对异 构数据的集成。 对于传统的中间件系统来说，x ml技术最具吸引力的地方在于其能够描述 任何类型的结构或半结构化信息和对资源快速包装和集成发布的 特性， 所以 x m l 能够 在一 些与数据密切相关的中 间件系统中得到 较好的 应用，例如数 据库 中间 件、 数据 集成中 间件等。对于 这些中 间件系 统来说， x m l 技术的采用没 有 改变其原 来的目的 或主要功能， 例如数据库中间件仍然负责 对各种 数据库系 统 的 连接和访问， x m l 技术的采 用只是 改变了 原中间 件系 统的 数据表示、组织 和 传递方式. 一般来 说， 可以 将x m l中 间件理解为与 数据库的 接口 ( 以x m l来 查询数据库， 并返回x m l结果) 或者是与叭 触 b 浏览 器的 接口( 传递x m l 信息， 并通过 x s l组织显示) 。 可以 这样说， x m l中间 件是基 于 x 五 i l技术的中间件 系统或是面向x m l 技术 和x m l 应用的中间 件系统。 图2 3表明了x m l 中间 件 实现异构数据源集成的机制122 1 123 10 应川c 应川b应川 a x h 几 1 ， 卜 jj 文 件 昵b j 径 务 数 获 唁 库 图 2 3xml中间件实现异构数据源集成 利用x m l 数据模型构 造产品 结构解决方案， 有如下 优势: ( 1)树型结构是 x m l 对数 据的 天然组织形式， 因 此， 用x m l 数 据描述 产品结 构树的 树型特征， 是一 种非常自 然和 方便的 选择。( 2) 由 于x m l属于半结构 化数据，具 有较强的 自 描 述性， 这就使产品结 构树的 部分分 枝的 独立存贮成为可能。而树分枝的独 立 存 储 和 检 索 ， 是 产品 结 构 组 件 化设 计的 关 键 。 ( 3)x m l 标 准 族中 的x s lt标 准 ， 可以 实现不同数 据形式间的 转换， 这为 产品 树的客户 端重构 提供了很好的技术 支持. (4 ) x m l 标准族提供了 对树型结构的 全方位 支持， 并且 这些解决方案具有 第 2 章 集成系统的理论分析与研究 广 泛 的 通用 性。 在 这 些 标 准 中 ， 有 针 对 树 结 构 查 询 的xp at h 和x q u e ry标 准 ; 有 针对数 据形 态转换的x s lt 标 准; 有通用编 程接口d o m标准等。 这些机制可极 大的降低基于 x n i l的产品数据管理和编程的成本1241125。 2. l 2本系统采用的集成策略 信息集成的主 要目 的是实现企 业不同的应用 系统之间的数据共享和集成。 而现有的集成方法虽然可以 将产品 信息 提取出来 供后续模块使用，但其大多是 通过中间文件来实现数据传递，它们都有一个共同的缺陷，那就是单向性，即 只能把c a d中 的b o m 信息 传递到信息管理 系统中， 而不能把 信息 管理系统中 的 b o m 信 息反 馈到 c a d软 件中 来. 这在实际 操作中存在很 大的 局限性，不 但不利于企业实现真正意义上的信息管理，而且也不能实现企业内部各部门之 间的资源 共享 和协同 设计。 而通过p d m平台 来实现真正 意义上的紧 密集成目 前 也只有少数几家大公司才能做到，实 施的费用高昂， 不适合在中小企业推广。 总的来说 现有的c a d软 件与 管理系统的 集成无论是从 软件的 思想构架、 底层数 据库结构方面，还是从软件的功能，性能方面均不能满足现代企业的需求。 通 过对当前 企业产品的设 计、开发、生 产、 采购到 销售等管理 模式的 调研， 发现企业无论规模大小大都正在经历从彼此独立的工作模式向整个企业集成的 模式转变， 尤其 是在制 造业中， 企业 存有大 量的电 子图 文档， 但都是 单一的文 件，没有进入到数据库中进行管理，不能 形成企 业内 信息共享。如果能够充分 利用计算机辅助设计的优势并结合产品配置的相关理论，快速的生成符合客户 需求的产品结构并辅以合适的成本计算方 法，势 必能 极大的提高产品配置及报 价的效率和准确性。 基于以上分析，本系统采用的是基于统一数据库的紧密集成模式，将产品 设计、配置及报价各个环节中的重要数据存储在数据库中，制定统一的产品数 据之间的结构关系，这样，当其中一个结构关系发生变化，则另一个自动随之 进行调整， 从而始终保持c a d系统与产品配置与报价系统中产品结构的一致性。 2. 2集成系统的数据流 基于c a d 设计实现 产品 快速配置与 报价集成系统 是通过对企业 使用的 各种 c a d软 件进行二 次开发， 将 c a d装配图中的明 细表 信息提取并保 存到数据库 中，保 证了 b o m 信息在 c a d软件与 产品配置与 报价系统中的一 致性。 使与 第2章 集成系统的理论分析与研究 产品有关的整个信息流在系统内 畅通无阻。 通过对企业实际设计及报价流程的 分析，系统 采用了 两种产品b o m的 构建及报价方 法如图2 .4所示126 127 卜 1 . 针对详细设计情况， 也就是企 业通过 对市场分析，自 行设计的 标准系列 产品， 设计人员 在运用c a d进行产品设 计时 ， 通过二 次开发模块可以 方便的进 行产品明细栏、标题栏的 设计， 并且当设计完成后相关信息就己 经存储到数据 库中，提供给产品配置和报价系 统使用， 无需要再 通过中间文件的转换，从而 保证数据的一致性，同时在设 计时通过调用标准库中 的零部件信息也极大的提 高了设计效率和准确性。 2 .针对快速配置情况，也就是企业成熟的标准系列产品无法满足客户需求 时，则考虑以参数化的方法进行产品 族的开发。这种模式下开发的产品族，产 品结构可以根据不