（机械制造及其自动化专业论文）三维cad与pdm系统的集成研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 p d m 是以软件为基础的技术，它将所有与产品相关的信息和所有与产品有关 的过程集成到一起。c a d 软件是产生p d m 系统中产品数据的源头，c a d 软件同 p d m 系统的集成是p d m 系统获得产品数据，并在此基础上建立产品结构的主要 来源。p d m 和c a d 两者之间的数据共享与应用集成能在很大程度上提高系统运行 效率，缩短产品开发周期，提高生产效率。 本文是在实验室开发的p d m 系统的平台上，利用v i l 技术和c a d 的二 次开发技术将三维c a d 软件同p d m 系统集成在一起，实现了数据和模型文件 的交换与共享。 借鉴于二维c a d 与p d m 的双向集成模式，本文分析了三维c a d 与p d m 的双向 集成架构。双向集成架构中，将p d m 的文档管理等功能集成到c a o 中，服务于产 品的设计；而在p d m 中可以修改产品模型的结构树和配置等，实现对c a d 的操作。 通过双向集成使系统功能结构紧凑，满足于不同用户的使用。 由于c a d 系统与p d m 系统有不同的数据格式，这二者之间要进行数据共享与 应用集成首先要解决的问题是c a d 与p d m 之间数据的转换。因此本文重点研究了 三维c a d 与p d m 集成系统中的数据交换与共享方法。分析了c a d 与p d m 共享的数 据内容，详细阐述了从c a d 中读取产品结构到x m l 文档，再将x m l 文档中数据写 入数据库，最后在p d m 中自动构建产品结构树的过程。另外，本文还研究了基于 f t p 协议批量传输c a d 文档的方法，并分析了c a d 从p d m 中读取的主要的三个方 面的数据。 本文最后介绍了三维c a d 与p d m 集成系统的具体实现方法，给出了集成系统 中产品模型管理和产品结构配置管理模块的开发实例，为三维c a d 与p d m 的集成 系统开发提供了借鉴。 关键词：p d m ，c a d ，应用集成，x m l 武汉理工大学顽士学位论文 a b s t r a c t p d mi sat e c h n o l o g yb a s e do nt h es o f t w a r e i ti n t e g r a t e sa l lt h ei n f o r m a t i o na n d p r o c e d u r ea b o u tt h ep r o d u c t st o g e t h e r c a ds o f t w a r ei st h eo r i g i no f t h ep r o d u c td a t a i n 也ep d ms y s t e m t h ep d m s y s t e mg a i n st h ep r o d u c td a t aa n db u i l d st h ep r o d u c t s t r u c t u r et h r o u g ht h ei n t e g r a t i o no fc a da n dp d m t h ed a t a - s h a r i n ga n d a p p l i c a t i o n i n t e g r a t i o nb e t w e e nt h et w os y s t e m sc a nr e s u l ti ng r e a ti m p r o v e m e n ti ns y s t e m o p e r a t i o ne f t j c i e n c y , s h o r t e nt h ed e v e l o p m e n tc y c l eo fp r o d u c t sa n de n h a n c e p r o d u c t i v i 够 i nt h et h e s i s , 3 dc a ds o r w a l ea n dp d ms y s t e ma r ei n t e g r a t e d b yx m l t e c h n o l o g ya n dt h es e c o n d a r yd e v e l o p m e n tt e c h n i q u eo fc a d i nt h i si n t e g r a t e d s y s t e m , t h ee x c h a n g ea n ds h a r i n go f t h ed a t aa n dm o d e ld o c u m e n t si sr e a l i z e d c o n s u l t i n gt h eb o t h - w a yi n t e g r a t i o nf r a m eo f2 dc a da n dp d ms y s t e m ，t h e b o t h - w a yi n t e g r a t i o nf r a m eo f3 dc a da n dp d ms y s t e mi sa n a l y z e di nt h i st h e s i s d u r i n gt h eb o t h - w a yi n t e g r a t i o nf r a m e , s o m ef u n c t i o n so fp d m ，s u c ha sd o c u m e n t m a n a g e m e n t , a r ei n t e g r a t e di nt h ec a ds y s t e m , w h i c hs e r v ef o r t h ed e s i g no f p r o d u c t a n o t h e rw a y , i nt h ep d ms y s t e m , t h em o d i f i c a t i o no f p r o d u c ts t r u c t u r ea n dc o n f i g u r e i si n t e g r a t e d t h e nt h eu s e r sc a nd oc a d o p e r a t i o ni nt h ep d m c a d s y s t e ma n dp d ms y s t e ma r cd i f f e r e n ti nd a t af o r m s s ot h ed a t ae x c h a n g e b e t w e e nt h et w os y s t e m si st h em o s ti m p o r t a n tp r o b l e mt ob es o l v e di nt h e i rd a t a s h a r i n ga n da p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n f o rt h i sr e a s o n , t h em e t h o d so f d a t ae x c h a n g ea n d s h a r i n ga l et h ee m p h a s i so fr e s e a r c hi nt h i st h e s i s t h ed a t aw h i c hi ss h a r e di n i n t e g r a t e ds y s t e mi sa n a l y z e d t h e nt h ew h o l ep r o c e s so ft h ed a t ae x c h a n g eb e t w e e n c a da n dp d mi s e x p o u n d e d i n d e t a i l ，i n c l u d i n gr e a d i n gp r o d u c t s t r u c t u r e i n f o r m a t i o nf o r mc a dd o c u m e n tt ox m l d o c u m e n t , w r i t i n gt h ex m ld a t ai n t o d a t a b a s ea n db u i l d i n gs t r u c t u r et r e ea u t o m a t i c a l l y b e s i d e s ，t h em e t h o do fc a d d o c u m e n tt r a n s f e r sb a s e do nf r pi ss t u d i e da n dt h ei n f o r m a t i o nw h i c hi sr e a df r o m p d mt oc a di sa n a l y z e d a tt h el a s t , t h ei m p l e m e n tm e t h o do fi n t e g r a t i o n s y s t e mi s i n t r o d u c e d a n e x a m p l eo ft h er e a l i z a t i o no fp r o d u c tm o d e lm a n a g e m e n ta n dp r o d u c ts t r u c t u r e & c o n f i g u r em a n a g e m e n ti sg i v e n t h a tw i l lp r o v i d er e f e r e n c ef o ro t h e rd e v e l o p e r s k e yw o r d s ：p d m ，c a d ，a p p l i c a t i o ni n t e g r a t i o n , x m l 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 当今时代，随着全球经济的一体化，企业之间的竞争越来越激烈。这给中 国的制造业带来了前所未有的机遇和挑战。为了提升企业的竞争力，各大制造 企业，选择了企业信息化作为提升自身的有力武器。企业信息化的目标在于实 现和提高企业的整体效益，而企业能否获得最大的效益，很大程度上取决于企 业内部各种功能能否得到很好的协调并得到充分发挥。一般说来，企业各种功 能之间的集成度越高，效率发挥得就越好，竞争能力就提高，取胜的机会也就 越大。因为只有各种功能有机地集成在一起才可能实现企业内部各种信息与资 源的共享，才能有利于迅速做出高质量的生产经营决策并提高产品质量、降低 成本、缩短交货期【1 】。如果只是单纯地使用计算机、提高单项自动化程度，而不 考虑各种功能的集成，则不可能使企业获得整体优化，也不可能使企业形成对 市场的快速响应能力。因此，集成是构成有机整体、构成系统的主要途径，是 企业信息系统充分发挥功效的关键因素。按集成所覆盖企业业务的范围，可分 为全局集成和局部集成。按集成对象可以分为工作流集成、物流集成和信息流 集成。集成包括三个层次：物理集成、应用集成和经营集成。物理集成是一切 信息集成的基础，是指各设备间在物理上的互联：应用集成又称应用软件集成， 它可提供一些机制，能使各应用之间共享公共数据、公共业务规则和公共资源， 为了实现应用软件集成，各种应用软件必须是可互相兼容的；经营集成又称业 务集成，它是在应用集成的基础上实现各种经营业务功能的完整集成，可以支 持稳定的决策过程 2 1 。 在这些企业的集成应用中，一个重要的应用集成就是p d m 俨品数据管理， p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) 与c a d ( 计算机辅助设计，c o m p u t e r - a i d e dd e s i g n ) 的 集成。c a d 面向产品的设计，而p d m 则在一个更高层的角度来控制产品的开 发流程，保证这种资源( 包括c a d 应用软件和工具) 的合理和优化的配置唧。从 这个角度来说，p d m 的出现本来就是要和c a d 集成。这种集成有它传统的方 式，就是分别配置p d m 和c a d 系统，用“人力”进行“集成”。c a d 用户用 p d m 来管理c a d 文档、产品三维模型和二维图纸以及产品装配树等资料和数 据，p d m 的高级用户用p d m 来管理产品的开发流程。这样的一种应用方式， 武汉理工大学硕士学位论文 在一定程度上发挥了两个系统的功能，提高了生产力。通过研究p d m 和三维 c a d 系统的集成，为企业提供较为完善的集成解决方案，使c a d 能直接利用 p d m 的系统功能管理自身的信息和产品开发过程，将具有很好的学术意义、社 会意义和经济意义。 1 1p d m 系统的概念和功能 1 1 1p d m 系统的概念 p d m 它是i t 行业内的一个新的领域，在近几年产生并得到迅速的发展， 随着企业竞争的激烈，越来越占有重要的战略地位。p d m 的基本原理是，在逻 辑上将各个c a x 信息化孤岛集成起来，利用计算机系统控制整个产品的开发设 计过程，通过逐步建立虚拟的产品数据模型，p d m 系统可以有效、实时、完整 地控制从产品规划到产品报废处理的整个产品生命周期中的各种复杂的数字化 信息h 1 。 在2 0 世纪的6 0 、7 0 年代，企业在其设计和生产过程中开始使用c a d 、c a m 等技术，新技术的应用在促进生产力发展的同时也带来了新的挑战。对于制造 企业而言，虽然各单元的计算机辅助技术已经日益成熟，但都自成体系，彼此 之间缺少有效的信息共享和利用，形成所谓的“信息孤岛”；并且随着计算机应 用的飞速发展，随之而来的各种数据也急剧膨胀，对企业的相应管理形成巨大 压力：数据种类繁多，数据重复冗余，数据检索困难，数据的安全性及共享管 理等等。许多企业已经意识到，实现信息的有序管理将成为在未来的竞争中保 持领先的关键因素。在这一背景下产生一项新的管理思想和技术p d m ，即 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 化集成管理的技术。p d m 明确定位为面向制造企业，以产品为管理的核心，以 数据、过程和资源为管理信息的三大要素。p d m 进行信息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，所有的信息组织和资源管理都是围绕产 品设计展开的，这也是p d m 系统有别于其他的信息管理系统，如企业信息管 理系统( m i s ：m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ) 、制造资源计划( m r _ pi i ：m a t e r i a l r e q u i r e m e n tp l a n n i n g ) 、项目管理系统( p m ：p r o j c c tm a n a g e m e n t ) 、企业资源计划 ( e r a ：e n t c r p d s er e s o u r c ep l a n n i n g ) 的关键所在。 2 武汉理工大学硕士学位论文 p d m 是以产品为中心，通过计算机网络和数据库技术，把企业生产过程中 所有与产品相关的信息和过程集成起来，统一管理。使产品数据在其生命周期 内保持一致、最新和安全，为工程技术人员提供一个协同工作的环境，从而缩 短产品研发周期、降低成本、提高质量，为企业赢得竞争优势。一般而言，与 产品相关的信息包括项目计划、设计数据、产品模型、工程图纸、技术规范、 工艺资料等等；与产品相关的过程包括工作流程、机构关系等过程处理程序。 p d m 技术就是将它们集成并管理起来，使企业的并行工程能够真正发挥效益。 p d m 的一般体系结构如图1 - 1 所示。 图1 - 1p d m 的一般体系结构 1 1 2p d m 系统的主要功能 p d m 系统为企业提供了一种宏观管理和控制所有与产品相关的信息的机 制和构架，主要包括以下功能陋j 。 1 电子仓库 它是p d m 中最基本、最核心的功能，它保存了管理数据的数据( 元数据) 以及指向描述产品的相关信息的物理数据和文件的指针，它为用户存取数据提 供一种安全的控制机制，并允许用户透明地访问全企业的产品信息，而不用考 虑用户或数据的物理位置。 2 产品结构与配置管理 武汉理工大学硕士学位论文 以电子仓库为底层支持，以物料清单为其组织核心，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、控制和管理，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。 3 工作流或过程管理 用来定义和控制数据操作的基本过程，它主要管理当用户对数据进行操作 时会发生什么，人与人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。它是支持工程更改必不可少的工具。 4 查看和圈阅 为计算机化审批过程提供支持。用户利用该功能可以察看电子仓库中存储 的数据内容( 特别是图像或图形数据) 。如果需要，用户还可以利用图形覆盖技术 对文件进行圈点和注释，这样做不会破坏原有文档或图纸内容。 5 ，分类及检索功能 对已有设计信息进行分类管理，以便最大程度地重新利用现有设计成果， 为开发新产品服务。 6 项目管理 项目管理是在产品开发( 项目实施) 过程中对其计划、组织、人员、资金、设 备等进行运行状态的监视，并且对计划的完成情况进行动态反馈。项目管理是 建立在工程流程管理基础之上。 7 工具与“集成件” 为了使不同应用系统之间能够共享信息以及对应用系统所产生的数据进行 统一管理，要求把外部应用系统“封装”和集成到p d m 系统中，并提供应用系 统与数据库以及应用系统与应用系统之间的信息集成。 1 1 3p d m 系统在企业中的地位 1 p d m 是c a d c a p p c 删的集成平台 随着计算机技术的推广和应用，企业自动化程度不断提高，国内许多企业 已在产品设计、制造及管理方面使用了c a d c a p p c a m 等技术。但在传统的 4 武汉理工大学硕士学位论文 企业中，这些系统各自独立、相互之间缺乏信息的交流与共享。自七十年代起， 人们就开始研究c a d ，c a p p c a m 之间数据和信息的自动化传递与转换问题。 目前，p d m 系统是最好的c a d c a p p c a m 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。 不同的c a 功f c a p p ，c a m 系统部可以从p d m 中提取各自所需要的信息，再把 结果放回p d m 中，从而真正实现c a d c a p p c a m 集成。 2 p d m 是产品信息传递的桥梁 p d m 是沟通产品设计工艺部部门和管理信息系统及制造资源系统之间信 息传递的桥梁，使信息管理系统m i s 和制造资源规划m r p i i 从p d m 集成平 台自动得到所需的产品信息，如材料清单b o m 等，而无需再用人工重复输入。 e r p 也可通过p d m 这一桥梁将有关信息自动传递或交换给c a d c a p p c a m 系统。 3 p d m 是c f 阿s 的集成框架 随着c i m s 技术的不断深入，应用规模不断扩大，企业的集成信息模型越 来越复杂，对信息控制和维护的有效性、可靠性和实时性要求越来越高，迫切 需要寻求更高层次上的集成技术，提供高层信息集成管理机制，提高c i m s 的 运作效率。p d m 以如何管理好产品数据作为应用立足点，在此基础上着手解决 企业的功能集成、过程集成以及人与组织的集成，为企业有效组织和管理整个 企业的产品数据、企业经营过程提供有力的支持。p d m 支持并行工程，不仅向 m i s 系统和m r p i i 系统传递所需的产品信息，而且m i s 系统、m r p h 系统中 与产品有关的信息也可由p d m 来统一管理和传递。因此，p d m 在突出产品数 据的管理基础上，正在逐步完善其作为制造业领域框架的功能1 6 1 1 7 1 。 1 ，2c a d 集成的背景 目前，已有许多性能优良的商品化的独立c a d 、c a m 、c a p p 系统。这些 独立的系统，分别在产品设计自动化、工艺过程设计自动化和数控编程自动化 方面起到了重要的作用。但是。采用这些各自独立的系统，不能实现系统之间 信息的自动传递和交换。用c a d 系统进行产品设计的结果，只能输出图纸和 有关的技术文档，这些信息，不能直接为c a p p 系统所接收，进行工艺过程设 武汉理工大学硕士学位论文 计时，还需由人工将这些图样、文档等纸面上的文件转换成c a p p 系统所需的 输入数据，并通过人机交互方式输入给c a p p 系统进行处理，处理后的结果输 出是零件加工工艺规程。c a d 系统无法把产品加工信息传递到后续环节，阻碍 了计算机应用技术的进一步发展。目前，只有把c a d 和生产制造结合成一体， 才能进一步提高生产力和加工精度。随着计算机应用的日益广泛和深入，人们 很快发现；只有当c a d 系统一次性输入的信息能在后续环节( 如c a p p 、c a m 中) 一再被应用，才是最经济的。所以，人们首先致力于把已经存在的c a d 、 c a p p 、c a m 系统通过工程数据库及有关应用接口，实现c a d c a m c a p p 的 集成，才能实现设计生产的自动化。 自7 0 年代起，人们就开始研究c a d 、c a p p 、c a m 之间数据和信息的自 动化传递与转换问题，即3 c 集成技术。目前，p d m 系统是最好的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。不同的c a d c a p p c a m 系统都可从p d m 中提取各 自所需要的信息，再把结果放回p d m 中，从而真正实现3 c 集成f 8 l 【9 i 。 1 3p d m 和c a d 技术应用现状及发展趋势 c a d 作为信息技术的一个重要组成部分，将计算机高速、海量数据存储及 处理和挖掘能力与入的综合分析及创造性思维能力结合起来，对加速工程和产 品的开发、缩短设计制造周期、提高质量、降低成本、增强企业市场竞争能力 与创新能力发挥着重要作用。至今c a d 技术的发展经历了四次技术革新，即汽 车和飞机制造业的曲面造型设计系统，实体造型技术，参数化技术的产品设计， 变量化技术的产品设计。国外c a d 技术始于6 0 年代末期，到目前c a d 技术应 用已经非常普及。随着c a d 中p d m 技术的融入，c a d 从单纯的设计逐渐转变 为结合设计、管理、制造等为一体的方式。 我国c a d 的技术的应用始于上个世纪7 0 年代后期，9 0 年代中期c a d 技术 得到了普及，8 0 的企业实现了“甩图板”，试点的1 3 8 家企业中7 6 的设计周 期缩短，9 6 的提高设计质量，7 2 的降低成本，为进一步开展c a d 的应用打 下了基础。9 0 年代后期，中国c a d 技术的应用向纵深发展，一是由使用二维绘 图c a d 软件向使用三维设计软件发展，二是由零部件设计向整机设计发展，三 是由单独运行通过应用p d m 技术向集成运行发展。但是大多数企业停留在“甩 6 武汉理工大学硕士学位论文 图板”阶段，即使有企业使用三维设计软件，但还是没有形成面向整个产品设 计过程、具有优化分析与计算、具有系列、通用零部件( 模块) 库、数据库和快速 检索系统的c a d 系统内部集成的工作平台，也没有形成与企业其它计算机应用 系统数据共享、集成运行的环境。据中国机械工业联合会2 0 0 3 年1 1 月1 4 日发 布的调查，对1 6 6 家机械制造企业调查统计结果：c a d 应用已基本普及，重点 骨干企业的7 0 已应用c a d 技术；“九五”期间5 0 家示范企业的c a d 应用普 及率已达9 3 ，主导产品c a d 的出图率达9 8 。但c a d 应用的深度仍有很大 局限，相当一部分企业停留在出图上，三维c a d ，c a d c a m 、仿真设计等应 用很少；被调查的1 6 6 个企业中进行结构优化计算的只占1 6 ，进行仿真设计 的只占6 。怎样深化c a d 的应用、开展与p d m 的应用相结合是以后的研究和 发展方向1 1 0 1 “l 。 p d m 技术近年来获得了飞速的发展，国际上许多大企业也正在应用和实施 p d m 。如b o e i n g ，h u g h e s ，r o i l sr o y c e ，t e x a si n s t r u m e n t , m o t o r o l a 等公司纷纷在 p d m 实施上投入巨资作为保住企业竞争的重要的手段。同时p d m 本身软件的 实现技术和功能上都有了突飞猛进的发展。p d m 技术的成功应用使得企业的生 产、管理效率得到极大的提高。 近年来我国p d m 技术的研究和应用也得到较快的发展。如北京清软英泰公 司的t i p d m 系统、浙江大天公司的g s p d m 系统、华中软件公司的i n t e l p d m 系统等。这些p d m 系统在应用中得到了较好的推广和实旌。如t i p d m 系统在 厦门金龙汽车公司的成功实施极大的促进了企业的设计、生产和管理效率。 由于在一个企业中，可能存在不同的c a d 系统或c a d 系统的不同版本， 也可能存在c a d 系统与不同供应商、不同合作商之间的产品模型信息交换，同 时还可能存在每天由c a d 系统产生的大量的数据和文档。在这样一个复杂的环 境中，就需要由p d m 系统作为一个集成平台，一方面要为c a d 系统提供数据 管理与协同工作的环境，同时还要为c a d 系统的集成运行提供支持 1 2 l 1 3 1 1 1 4 1 5 1 1 6 i 。 p d m 技术与c a d 技术的集成可以充分利用各自的功能，这对提高企业的设 计、生产和管理效率的作用无疑是巨大的。但是无论国外还是国产p d m 系统由 于其自身的相对独立性。除非p d m 软件和c a d 软件由同一软件商开发。c a d 软件不可能与p d m 系统“量身定做”，如何实现p d m 系统和当前流行的c a d 系统的集成实现产品的设计、生产和管理仍然是先进制造技术研究的内容之一。 7 武汉理工大学硕士学位论文 传统的基于p d m 的c a d 集成应用研究主要集中于二维c a d 软件( 如 a u t o c a d ) 与p d m 系统的集成。对于二维c a d 系统二维c a d 系统可以实现 双向的信息集成，直接从p d m 系统中读取和写入产品结构信息和零部件信息， 并将相关图文档自动挂接到p d m 系统的产品结构上；同时也可以在p d m 系 统中修改产品的结构，同时在检出的时候反映在二维c a d 软件上。而对于基于 p d m 的三维c a d 软件的集成研究较少。且已作的研究中，三维c a d 实现的是 单向集成，即p d m 系统可以通过基于单向数据接口从三维c a d 系统中获取 产品结构信息和物理属性信息，如重量、体积等，保持两个系统的数据一致； 但是不可以在p d m 系统中修改三维c a d 产品的结构信息。传统的二维c a d 与p d m 的双向集成及三维c a d 与p d m 的单向集成模式如图1 2 所示。 图1 - 2 传统的c a d 与p d m 的集成模式 随着三维c a d 软件的广泛应用，针对于三维c a d 的集成研究将是该领域 的主要研究方向。而基于p d m 的三维c a d 集成双向模式，由于更能实现p d m 系统对c a d 的有效管理，使c a d 与p d m 的集成更为紧密，使c a d 系统能更 好的服务于后续的c a p p 、c a m 等，因而将成为三维c a d 集成研究的重点之一。 1 4 课题来源及研究内容 1 4 1 课题来源 本论文受国家自然科学基金重大国际合作项目( 5 0 6 2 0 1 3 0 4 4 1 ，以网络为基 础的数字制造环境的新理论和新技术研究) 、武汉市科技攻关项目“支持网络制 武汉理工大学硕士学位论文 造的资源共享平台研究”和企业项目“基于s o l i d w o r k s 的产品设计专家系统” 共同资助。 1 4 2 研究内容与意义 本文着力于研究三维c a d 系统与p d m 的集成，探索双向集成架构下，p d m 与c a d 集成系统的功能规划、系统实现等相关技术。因而，论文研究的主要内 容有以下几点： 1 研究三维c a d 系统与p d m 双向集成的架构，分析集成系统的功能。 2 分析c a d 和p d m 主要交换的数据，研究它们之间交换、共享这些数据 的方法。 3 分析了系统开发的总体架构，并根据本文的研究重点，着重的研究了产 品结构管理的实现方法。 研究的主要意义在于： 1 提出了较为完善的c a d 、p d m 数据交换及共享的方法，为c a d p d m 的集成系统开发提供良好的借鉴。 2 对基于p d m 的三维c a d 双向集成机制做初步探讨，挖掘p d m 在企业 信息化特别是产品三维建模方面的更深层次的应用。 3 为企业实施基于p d m 的c a d 集成系统提供开发参考实例。 1 5 本章小结 本章是论文的绪论部分，对该论文的研究背景进行了说明，分析了当前 p d m 系统及c a d 集成系统的研究现状及发展趋势，从而陈述了本论文的研究 意义，最后对论文各章节组织情况和研究内容进行了简要的说明。 9 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章三维c a d 与p d m 系统的集成模式及 主要开发技术 2 1三维c a d 与p d m 系统之间的集成层次 集成是基于信息技术的资源及应用聚集在一个协同工作的整体，他包括功 能交互、信息共享和数据通信3 个方面的管理与控制。对于c a d 与p d m 之间 的集成层次，分为以下3 个模式。 2 1 1 应用封装模式 封装的概念基于面向对象数据类型。按照面向对象技术，对象有一个接口 部分和一个实现部分。接口部分是作用于对象的操作集的说明，是对象唯一的 可见部分；实现部分由数据和过程两部分组成，数据部分是对对象的描述或状 态；过程部分描述了每一操作的实现。 所谓封装是把对象的属性和操作方法同时封装在一个类中，用操作集体来 描述可见的模块外部接口，保证对象的界面独立于对象的内部表达。封装意味 着操作可见而将数据和操作的实现都隐藏在对象中，郎把对象的属性和操作方 法同时封装在定义对象中。封装意味着用户看不到对象的内部结构，但可以通 过调用操作( 程序) 来使用对象，因而封装体现了信息隐蔽原则。同时，当程 序设计改变一个对象类型的数据结构内部表达式时，可以不改变在该对象类型 上工作的任何程序。封装同时提供了一种逻辑数据独立性的形式，在不改变对 象类型程序的情况下能够改交类型的实现l l ”。封装模式适用于p d m 系统与二维 c a d 软件的集成，解决p d m 环境下对c a d 系统产生文档的管理问题。在集成 设计中，系统人员需要定义c a d 文件的属性，使用人员需要用手工方式在p d m 系统中建立和维护产品结构树，才可能实现简单的集成，自动化程度低【l 蚋。 2 1 2 接口模式 接口模式是较封装模式更高层次的集成模式，适合于p d m 系统与三维c a d 软件的集成。接口模式能够根据c a d 装配文件中的装配树，通过接口程序破 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 译产品内部的相互关系，自动生成p d m 的产品结构树。同时，也可以从p d m 的产品结构树中提取最新的产品结构关系，修改c a d 的装配文件，使两者保持 异步一致。为了实现这一功能，在c a d p d m 的接口的开发过程中，首先需要 了解产品结构在p d m 系统和c a d 系统中的组织形式，同时两个系统的操作界 面中要有对方系统的功能菜单。c a d p d m 接口的核心任务是将c a d 用户的工 作结果连同有关的业务对象一起构建到p d m 数据模型中1 1 9 1 。 2 1 3 紧密集成模式 紧密集成模式是最高层次的集成。在这一层次中，各应用程序被视为p d m 系统的组成部分。应用程序与p d m 系统之间不仅可以共享数据，还可以相互 调用有关服务，执行相关操作，真正实现一体化。p d m 系统对集成的信息类型， 包括面向应用的数据、特征数据等提供了全自动地双向交换功能。在这一模式 的集成设计中，首先在应用系统和p d m 系统之间建立一种共享信息模型，使 其在应用系统或修改共享数据时，对方也能进行自动修改保证双方数据的一致 性。另外，应用系统中需要有p d m 中相关的数据对象编辑与修改功能，以使 应用系统编辑某一对象时，p d m 也能对该对象进行自动修改。紧密集成模式在 c a d c a m 系统与p d m 、e r p 系统与p d m 系统都有应用。p d m 环境提供了 一整套结构化的面向产品对象的公共服务集合环境，构成了集成化的基础，从 而实现以产品对象为核心的信息集成 2 0 l 。 2 2p d m 与三维g a d 的集成模式分析 三维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 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。 p d m 与c a d 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。由于c a d 系统中产生的数据既有二维模型，也有三维模型、零部件属性以 及产品结构关系等多种类型，不同的数据要求不同的集成模式。 本文是在三维c a d 软件s o l i d w o r k s 的基础上实施c a d 与p d m 的集成的。 在运用s o l i d w o r k s 进行产品设计的过程中，将产生大量的三维模型文档，如有 需要再由三维模型生成相应的二维模型文件。三维模型直观的反映了产品的结 构树。p d m 系统对三维模型文档的管理不仅仅局限于文档本身的管理，而是要 武汉理工大学硕士学位论文 实现对模型反映的产品结构进行管理。而生成的二维文档则可以作为结构树中 各结点的一个关联项统一管理起来。 如果采用应用封装模式，系统将s o l i d w o r k s 封装起来，系统可以直接查找 到这个对象并直接启动它，然后进行设计绘图；设计结束后，所获得的图形文 件可自动在系统中存储和管理。如果需要修改图形，则可以在系统中找到该图 形文件，用鼠标点取后就可启动s o l i d w o r k s ，直接打开该文件进行修改。应用封 装只能满足文件整体共享的应用集成，即系统只能管理s o l i d w o r k s 系统产生的 文件整体，不能管理文件的内部数据。要处理系统问产品结构信息的集成，应 用封装就不能满足集成的需要，这时需要采取接口交换或紧密集成。 通过接口交换，系统与s o l i d w o r k s 间就有了统一的数据结构。每个应用除 了共享的数据模型外，还有自己的私有数据模型。系统从s o l i d w o r k s 生成的装 配树中获取零部件的描述信息( 如零部件标识符、名称、数量等) 以及结构层 次关系信息，通过接口送往系统，建立p d m 中的产品结构树；或者从装配工艺 设计系统中的产品装配树中提取出最新的装配结构关系，通过接口去修改 s o l i d w o r k s 的装配树，使二者保持异步一致。操作界面上，s o l i d w o r k s 中要有系 统的功能菜单，系统中也要有s o l i d w o r k s 的功能菜单。 通过集成模式的确能够实现三维c a d 与p d m 的“无缝”集成，然而这种 模式实现起来复杂，集成商需要取得p d m 开发商和c a d 开发商的紧开发工作 量大，一般由p d m 系统开发商或c a d 密配合，获取其内部数据结构，系统开 发商承担，像i d e a s 和m e t a p h a s e ，u g 和i m a m 就是这种模式。 综合上述分析，本文采用接口交换模式实现三维c a d 与p d m 的集成的。 运用这种方式，针对不同的c a d 系统可开发不同的接口与p d m 集成。接口方 式利用c a d 提供的a p i ( 应用程序开发接口) 来获取相关的产品信息，使开发 者对c a d 本身内核的了解要求低。开发人员只需熟悉c a d 的相关操作模式以 及其提供的a p i 即可编写相应的接口实现自己所需要的一些功能，而不必去知 道c a d 内部建模原理、编码规则等( 而这些往往只有该c a d 的开发人员或提 供商知道) 。因此接口模式给广大c a d 二次开发者提供了广阔的舞台，他们通 过此集成方式使得c a d 与其它系统( 包括p d m 系统) 实现了有效的集成，满 足了企业信息化的需求。 武汉理工大学硕士学位论文 2 3 相关开发技术及工具 2 3 1x m l 可扩展标记语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，简称x m l ) 的出现改变了w e b 的基本面貌。1 9 9 8 年月，w 3 c ( 全球互联网联盟) 给出了其正式的x m l1 0 版 本，并正式推荐x m l 成为下一代互联网标准。与h t m l 相比，x m l 具有许多 优剧2 1 1 ： 1 ) x m l 简单，自我描述且易于解析。使得x m l 具有机器可读性，一个应用 可以按照各种方式解析、过滤、重构x m l 文档。 2 ) h t m l 中的标记是固定的，不能扩展，而x m l 的标记由用户定义，可以任 意地扩展。x m l 的嵌套结构可以表示现实世界中各种复杂的对象，各种格式的 数据都可以比较容易地转化为x m l 数据，这使得x m l 非常适于w e b 信息的发 布和集成。 3 ) h t m l 中的标记表示的是数据的显示格式，没有任何语义，而x m l 的标一 记则明确指出了数据的含义，使得细粒度的x m l 数据处理成为可能。 4 ) x m l 实现了内容、结构和表现三者的分离。文档类型定义( d t d ) 描述了文档 中元素和子元素间的嵌套结构，不同的用户可以通过x s l 按不同的显示方式显 示全部或部分的文档内容。 x m l 自发布以来受到了各界的广泛关注。各计算机厂商们竞相推出了支持 x m l 的产品( 如：o r a c l e9 i 中的x m ls q lu t i l i t y , i b md b 2 中的x m le x t e n d e r , m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 中的x m la n di n t e r n e ts u p p o r t 等) ；学术和 研究机构纷纷采用x m l 来表示各种科学数据，并展开了对x m l 的深入研究。 联合国正逐步加大制订全球性x m l 标准的力度，它的u n e d i f a c t 与o a s i s 组织共同发展了e b x m l 。各个行业如金融机构、海关、媒体产业正制订各自行 业的x m ld t d ( d o c u m e n tt y p ed e f i n i t i o n ，文档类型定义) ，以利于数据以公认 的格式交换和集成。x m l 是一种元标记语言，用户可以根据自己的需要定义标 记，在标记的意义上也有很大的灵活性。标记的定义可以在文档类型定义( d t d ) 中加以描述，x m l 把d t d 看作是一本词汇表和某类文档的句法。但是我们也 看到，d t d 的语法相当复杂，而且他不符合x m l 文件的标准，自成一个体系。 在当今行业中，x m l 被赋予了越来越多的职责和功能。例如，作为文本数据库 武汉理工大学硕士学位论文 存储数据，作为某一行业中数据交换的标准等。这些都需要对数据的描述进行 严格地定义，这样才能真正满足数据的安全性和行业统一标准并用通用的规则 对其进行解析。为了解决以上的矛盾，x m ls c h e m a 应运而生，它是w 3 c 用来 定义x m l 文件的文本结构、数据类型的规则，拥有许多类似d t d 的准则，但 又比d t d 功能更为强大i “。 x m ls c h e m a 和d t d 一样是负责定义和描述x m l 文档的结构和内容模式 的。但是它可以定义x m l 文档中存在那些元素以及元素之间的关系，并且可以 定义元素和属性的数据类型。x m ls c h e m a 本身是一个x m l 文档，它符合x m l 语法结构，可以用通用的x m l 解析器来解析它。x m ls c h e m a 的优点如下田j ： x m ls c h e m a 基于x m l ，没有专门的语法。 x m ls c h c n m 文档可以像其他x m l 文件一样解析和处理。 x m ls c h e m a 支持一系列的数据类型( i n t 、f l o a t 、b o o l e a n 、d a t e 等) ) 洲ls c h e m a 提供可扩充的数据类型。 x m ls c h e m a 支持命名空间。 x m ls c h e m a 支持属性组。 2 3 2 三维c a d 的a p i 和c o m 组件技术 c a d 系统在企业大量普及，已经没有多少产品的设计过程不是依靠c a d 的协助来完成。随着c a d 应用的扩大和数据的积累，p d m 要管理的产品的设 计过程中的信息的数据量将会越来越庞大。让数据录入人员手工的将产品设计 信息录入p d m 中，将是非常耗时、低效和容易出错的。因此，p d m 从c a d 系 统及其生成的设计文档中获取产品的设计信息是非常恰当和必要的。本文是基 于s o l i d w o r k s 软件探讨三维c a d 系统与p d