计算机辅助设计与制造-第十章

10.1概述10.1.1信息集成信息集成是指对系统中各种属性、各种类型的数据进行统一处理，实现在计算机内部的信息交换作用，避免不必要的冗余和输入输出，为用户提供统一和透明的界面，从而实现信息共享。由于CAD,LAPP和CAM系统是从不同的历史阶段各自独立发展起来的，它们的数据模型互不兼容，形成了信息孤岛。在制造企业中，常常通过集成的手段解决企业“信息化孤岛”问题。具体地讲，通过集成，可以减少数据冗余，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;便于并行工程的组织实施;有利于保证企业数据的唯一性。

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与数字化产品开发技术的发展相适应，系统集成已经从20世纪80年代注重的信息集成和应用集成发展到了90年代初的过程集成，又发展到了90年代末的企业间集成，如今已发展到21世纪全球网络制造环境下的制造资源、设计资源的集成，如图10一1所示。这些阶段的划分并不具有严格的先后顺序，更多地表现为系统集成的递进形式和层次。而其核心内容是信息集成。集成涉及若干不同功能、不同软件平台的分系统，如CAD,LAPP,CAM,MRP-II,ERP,PDM等，这些分系统目标不同，功能不同，采用的数据库管理系统也不尽相同，它们之间的集成就必然涉及信息集成。加之由于企业各部门长期地自底向上地开发，形成了许多不同体系的分系统，因此也需要借助信息集成尽可能保留原有的数据资源。在CAD/CAM技术的发展和应用的不同阶段，信息集成的内容和形式都有所不同，并不断变化，更加综合和复杂。因此信息集成是集成的关键，它是集成的本质和核心。上一页下一页返回10.1概述10.1.2信息集成方式

1.通过专用接口实现CAD/CAM集成在所有CAD/CAM集成方法中，基于专用接口的集成是应用最早的一种。在这种集成方式下，对于相同的开发和应用环境，可在各系统之间协调数据格式，从文件层次上实现系统间的互联;在不同的开发和应用环境下，则需要开发专用的数据接口，通过前置或后置处理，实现系统间的互联。图10-2所示为利用专用数据接口的CAD/CAM集成的模式，各单元系统的独立性非常强，至多是提供一种专门的数据格式。当系统A需要系统B的数据时，需要通过系统B前置处理，通过专用接口，经系统A后置处理而获得系统B的数据;反之亦然。前置处理程序和后置处理程序都需要用户自己开发。由于其通用性、开放性差，这种集成模式的应用越来越少。上一页下一页返回10.1概述2.利用数据交换标准实现CAD/CAM集成为解决不同的CAD/CAM系统间的数据交换，应当采用一种统一的、与各子系统无关的标准数据接口文件，如图10-3所示。在这种集成方式中，每个子系统只与标准格式的中性文件打交道，不必知道其他子系统的数据格式，因而减少了集成系统内的转换接口数量，便于应用系统的开发和使用。国际上已开发出多个公用数据交换标准，如IGES,GKS和STEP等。目前几乎所有的CAD/CAM系统都配置了IGES接口，但IGES是以描述图形信息为主，不适合信息集成发展的需要。而STEP标准提供一种不依赖于具体系统的中性机制，它规定了产品设计、开发、制造，甚至于产品全部生命周期中所包括的诸如产品形状、解析模型、材料、加工方法、组装分解顺序、检验测试等必要的信息定义和数据交换的外部描述。因而STEP能有效地解决CAD,LAPP,CAM等系统的集成与信息共享问题。上一页下一页返回10.1概述3.基于数据库的CAD/CAM集成

CAD/CAM集成系统通常采用工程数据库。事实上由于工程数据库在存储管理大量复杂数据方面具有独到之处，使得以工程数据库为核心构建的CAD/CAM集成系统得到了广泛应其系统构造示意如图10一4所示，从产品设计到制造的所有环节都与工程数据有数据交，实现了数据的全系统的共享用换。为了满足系统各个模块的需要，工程数据库一般包括:全局数据和局部数据的管理、相关标准及标准件库、参数化图库、刀具库、切削用量数据库、工艺知识库、零部件设计结果存放库、NC代码库、用户接口以及其他功能模块。上一页下一页返回10.1概述10.1.3产品信息模型信息集成可分为四个层次:〔1)数据传输这是最低级的数据集成层次，即使用传输软件的方式

(2)数据共享目前多采用三种方式来实现数据共享，包括数据交换标准、可扩展标记语言(ExtensibleMarkupLanguage,XML)、产品信息模型。

(3)互操作支持对数据的加工操作，目前，在支持互操作的解决方案中，CORBA和DOOM是最为典型的两种，使得原来的绑定数据游离分层，便于企业级进行互操作。

(4)数据与知识重用这是数据集成的最高层次，在传输、共享和操作的基础上进行数据的重复提取和使用，并且可以变成系统知识进行使用。

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数据集成是信息系统发展到较高阶段(系统集成)所要求的性能，它是信息系统发生质的变化的标志，是发展过程中无法逾越的阶段，制约着信息系统向高级阶段的发展。研究数据集成的策略是研究集成问题的重中之重，是系统集成的基础，是实现产品协同设计和自动化设计的关键。上一页返回10.2产品数据交换标准10.2.1产品数据交换标准发展概况产品数据交换接口技术是实现CAD/LAPP/CAM系统集成的关键技术之一，也是实现制造业信息化的重要基础。为此，经过人们不断探索和研究，先后提出了众多相关的数据交换标准。随着图形学和CAD技术的快速发展，需要在不同图形系统之间进行图形数据的交换和共享。早在20世纪70年代，美国国家标准和技术局(NationalinstituteofStandardsandTechnology,NIST)开始研究初始化图形交换标准IDES(InitialGraphicsExchangeSpecification)，经过10多年的努力，到1987年底先后推出了IGESI.0一5.0多个版本。IGES定义了产品图形数据交换的文件结构、语法格式以及几何要素与拓扑关系的表达方法，在图形数据交换方面做出了重要的贡献。下一页返回10.2产品数据交换标准

然而，IGES仅仅是一种图形几何信息交换的标准，还不能用于产品信息的交换，若要实现产品数据的交换，还需要研究和开发针对产品数据的交换标准。为此，在近20多年来世界各国相继推出了众多有关产品数据交换的标准，如:(1)CADSI标准接口(CADInterface)该标准源于欧洲ESPRIT计划，于1984年设一项CAD*I开发项目，目的是在(CIMS环境下有效地集成CAD/CAM系统，它采用人工智能的方法实现数据的共享与交换。

(2)产品定义数据接口(ProductDataDefinitionInterface,PDDI)由美国麦道飞机公司于1982年11月开始实施。它是在IGESI.0的基础上开发的，目的在于传递设计和制造的产品定义数据，着重建立完整的产品定义数据的方法，设计产品模型与工艺、数控、质量控制、工具设计等生产过程之间的接口。该标准在CAD/CAM集成系统的应用过程中取得了较好的效果。

上一页下一页返回10.2产品数据交换标准(3)产品数据交换规范(ProductDataExchangeSpecification,PDES)它源于美国国家标准和技术局(NIST)所属的IGES/PDES组织领导的PDES计划。NIST于1989年4月公布了PDES1.0标准。PDES为美国工业带来了可观的经济效益.(4)数据交换规范(StandardExchangeTransfer,SET)这是法国宇航局开发的与IGES对应的规范，它作为法国的国家标准，其特点是文件结构紧凑，数据交换的效率高。

(5)产品模型数据交换标准(StandardfortheExchangeofProductModelData,STEP)STEP是国际标准化组织(ISO于1984年提出的编号为ISO一10303的关于产品数据的交换标准。它为描述产品生命周期中的产品数据提供了一种与IGES类似的中性文件形式，基于STEP构建的产品信息模型独立于任何系统，易于共享和交换。上一页下一页返回10.2产品数据交换标准

国内在1989年就已经开始研究STEP，并将其应用于PDM系统中，以期更好地解决信息集成方面的问题。作为一个国际标准，STEP受到了广泛的重视。

(6)可扩展标记语言(extensibleMarkupLanguage,XML)随着Internet技术的发展，产品开发过程趋向于网络化，不同的应用系统在互联网上无法直接通过STEP文件来交换数据。而XML是一种精简的SGML(StandardGeneralizedMarkupLanguage)语言，是着重描述Web页面的内容和直接处理Web数据的通用方法，为基于Web的应用提供了描述数据和交换信息的有效手段。为此，1999年11月ISO推出了一个称为“EXPRESS驱动数据的XML表达”的标准Part28，利用XML技术实现互联网上的STEP数据传输。本节将在介绍IGES标准的基础上对STEP进行详细的介绍。上一页下一页返回10.2产品数据交换标准10.2.2IGES标准

1.IGES模型

IGES模型是用于描述产品所有几何实体信息的集合，它通过实体对产品的形状、尺寸以及产品的特性信息进行描述。实体是IGES的基本信息单位，它可能是单个的几何元素，也可能是若干个实体的集合。实体可分为几何实体和非几何实体。在IGES标准中，每个实体都被赋予一个特定实体类型号。某些实体类型还包括一个作为属性的格式号，格式号用来进一步说明该实体类型内的实体几何实体定义了与物体形状有关的信息，包括点、线、面、体以及实体集合的关系。图10-6示出了IGES各版本所允许的几何实体及它们之间的关系。上一页下一页返回10.2产品数据交换标准

非几何实体提供了将有关实体组合成平面视图的手段，并用注释和尺寸标注来丰富完善平面视图模型。此外，它还向单个实体或一个实体组提供特有的属性或特征，以及组合实体的定义与实例。

2.IGES文件结构

IGES标准规定了作为图形交换的IGES中性文件的格式形式。IGES文件采用ASCII码格式和两种替代格式，即压缩ASCII码格式和二进制格式。ASCII码格式的IGES文件由若干行组成，每行有80列1~64列为具体内容描述，65一72列为指针，73一80列为标识整个IGES文件由六个段组成，各段的具体内容和要求说明如下:(1)标志段用来指明IGES文件所采用的格式形式，对于传统的ASCII码格式可以不设标志段，二进制格式的标志段用字母B标识，压缩ASCII格式的标志段用C标识.

上一页下一页返回10.2产品数据交换标准(2)开始段为人们提供可读的文件序言，至少占有一个记录，该段用字母S标识。

(3)全局参数段包含描述前/后处理器的信息以及处理该IGES文件的后处理器所需要的信息。全局参数段用字母C标识。

(4)目录条目段IGES文件中的每个实体在目录条目段中都有一个目标条目，它起到一个索引作用，并含有各个实体的属性信息。目录条目段用字母D标识。

(5)参数数据段该段包含各实体参数，参数数据以自由格式存放，其第一个域存放实体类型号，各实体类型号参见图10-6。参数数据段结构如图10一7所示。参数数据段用字母P标识。

(6)结束段结束段是文件的最后一行，并用字母T识别。结束段包含前述各段的标识字母(S,C,D,P)及其各自所占用的记录数。上一页下一页返回10.2产品数据交换标准

图10一8描述了一个由线段组成的简单图形ASCII码格式的IGES文件。从最后一行结束段可知，该文件开始段为1行，全局参数为2行，目录条目段12行，即该图形有12个图形实体组成，且全部为直线，参数段为9行，记录了与实体相关联的参数。

3.IGES的前后置处理程序

IGES是一种中性文件，通过该中性文件在不同CAD/CAM系统之间进行数据交换的原理如图10一9所示。即将某系统的输出经前置处理程序处理转换成IGES文件，再经后置处理程序处理后被读入另一系统。上一页下一页返回10.2产品数据交换标准

因此，利用IGES文件传递产品的信息一般要求各种应用系统必须具备相应的前、后置处理器。前、后置处理器一般由四个模块组成，即:①输入模块，用于读入由CAD/CAM系统生成的IGES文件;②语法检查模块，对读入的文件数据进行语法检查并生成相应的内存表;③转换模块，该模块具有语义识别功能，能将一种模型的数据映射成另一模型;④输出模块，把转换后的模型转换成输出格式，即IGES文件格式或某个CAD/CAM系统的数据模型格式。综上所述，IGES标准仅是一个对所交换的几何图形及相应尺寸的中性文件标准和说明，而无法描述产品信息模型中的数据信息，因而它不能满足CAD/CAM系统信息集成的需要。此外，IGES本身也不够完善，如数据格式过于复杂，可读性差，标准定义不够严密等，因而常常会造成数据交换的不稳定，有时会发生数据丢失现象。

上一页下一页返回10.2产品数据交换标准10.2.3STEP标准为了使产品信息保持完整性和一致性，实现数据集成，ISO开发了产品模型数据转换标准STEP，其目的是提供一种独立于任何特定系统，能够描述产品整个生命周期中有关数据的机制。STEP的数据模型数据覆盖产品整个生命周期的全面定义的产品的所有数据元。产品模型数据包括进行设计、分析、制造、测试、检验零件和机构所需的几何、拓扑、公差、关系、属性和性能等数据，它为生产制造，直接质量控制、测试和支持产品新功能的开发提供了全面的信息。上一页下一页返回10.2产品数据交换标准STEP也是以一种中性文件机制提供的产品模型数据交换标准，它对产品设计、制造以至产品全生命周期内所需的有关产品形状、解析模型、材料、加工方法、装配顺序等方面的信息进行了定义，以及对产品数据交换进行了描述。STEP标准在制定过程中，广泛吸取了PDES和IGES等标准相关的经验和特点，它由一系列独立的标准文件组成，它们可以独立地进行开发和发布。目前，许多CAD/CAM软件系统均已把STEP列为数据交换接口，这些软件公司不少是从事STEP标准制定的单位，他们能利用STEP最新成果，不断改进和完善自身系统的STEP接口。上一页下一页返回10.2产品数据交换标准1.STEP的构成如图10一10所示，STEP标准由五大部分组成，即标准的描述方集成资源、应用协议、实现形式、一致性测试，被分为0、10,20、30,40,100,200共7个系列文件。

(1)标准的描述语言(1,10系列文件)STEP有自己专用的述语言EXPRESS,EXPRE“语言参考Ada,C、C++、Modula2、Pascal,PL/1、SQL等多种语言的功能，有强大的描述信息模型的能力。开发EXPRESS语言的目的是使描述的模型既要能为计算机所处理，又要易于被人所理解。EXPRESS是一种信息建模语言，用于说明某领域的对象(Ohiect)、对象所具有的信息单元以及对对象的限制和操作许可。上一页下一页返回10.2产品数据交换标准(2)集成资源(40,100系列文件)这是STEP核心部分，采用EXPRESS语言描述集成资源又分为通用集成资源与应用集成资源两大部分。通用集成资源独立于应用产品信息，而应用集成资源则描述某一应用领域的数据并依赖于通用集成资源的支持。图10一11和图10一12分别为通用集成资源和应用集成。

(3)应用协议(200系列文件)STEP标准支持广泛的应用领域，具体的应用系统很难采用STEP标准的全部内容，一般只实现标准的一个子集。如果不同的应用系统实现的子集不一致，则在进行数据交换时会出现信息丢失或畸变现象，为避免这种情况，STEP计划制定了一系列应用协议。上一页下一页返回10.2产品数据交换标准

应用协议是一份文件，用以说明如何用标准的STEP集成资源制定各个应用领域的产品数据模型文本，以满足工业应用的需求，即根据不同的应用领域的实际需要，选定标准中合适的子集。作为标准，各应用系统在交换、传输和存储产品数据时应强制地要求符合应用协议的规定。

(4)实现形式(20系列文件)实现形式或应用方式，是指用什么方法或格式在具体领域内实现产品信息的交换。STEP的实现形式大致分为四级:第一级文件交换，第二级工作格式，第三级数据库交换，第四级知识库交换。由于不同的CAD/CAM集成系统对数据交换的要求不同，可以根据具体情况选择一种或多种交换方式。中性文件交换是最低一级的产品数据交换形式。STEP中性文件有专门的格式规定，它是以ASCII码顺序文件形式进行表达的，STEP中性文件的前、后置处理程序与IGES的类似，但STEP有统一的产品数据模型，从模型到文件只是一种映射关系，比较起来更为简单。

上一页下一页返回10.2产品数据交换标准(5)一致性测试(30系列文件)即使资源模型定义得非常完善，但经过应用协议，在具体的应用程序中其数据交换是否符合原来意图尚需经过一致性测试。为此，STEP标准制定了一致性测试过程、测试方法和测试评价标准。

STEP标准是一个由应用层、逻辑层和物理层三层结构组成的标准:①应用层，主要描述应用领域的需求，建立需求模型，它可采用IDEFIX或EXPRESS建模语言来描述;②逻辑层，是根据需求模型进行分析、归类，找出共同点，协调冲突，形成统一的、不矛盾的集成信息模型，或称为集成资源，集成资源必须采用EXPRESS语言进行描述;③物理层主要完成产品数据交换的中性文件，即STEP文件上一页下一页返回10.2产品数据交换标准2.STEP的应用

STEP的应用领域很广，它可应用于机械、电子、航空航大、汽车、船舶等各个工程领域。STEP的应用是为了满足市场竞争机制下工业发展的需求，具体的应用场合可分为两大类:①来自产品开发部门的需求，包括设计部门内群体的合作、多学科交叉、产品全生命周期设计、集成化产品的开发、分布及并行作业、产品数据的长期存档;②来自计算机辅助应用系统供应商和DBMS供应商的需求，包括接口的标准化和产品概念模型的标准化。使系统人员和供应商能把精力集中于存储技术、特定应用程序的算法以及数据的不同物理表示上，以解决跨企业、多平台、多种存储机制、多种网络结构的管理等方面的问题。

STEP在CAD/CAM集成环境下的应用如图10一13所示。上一页下一页返回10.2产品数据交换标准CAD/CAM的集成，主要是解决CAD/CAM之间的数据和信息自动传递问题，实现零件设计、工艺设计、零件制造全过程自动化中的信息共享，主要目标是要在产品设计、工艺规划和产品的制造过程中，实现零件信息描述和表达的一致性，即产品模型的一致性，或实现模型间的自动转换，以减少信息传递和人工输入的差错，保持数据流畅通，保证NC加工精度，从而实现设计制造一体化与自动化。

CAD/CAM的集成一般是通过数据交换，开发专用的接口文件或采用数据交换标准，如STEP,IGES,DFX等来实现已有的CAD,LAPP,CAM系统之间的集成。这种方式集成起来的系统，只能为某一特定类型产品开发使用，系统的可拓展性不好。图10一14为基于STEP的CAD/LAPP/CAM系统集成框架，参照STEPAP214,STEPAP224建立相应的应用协议，开发相应的前、后置处理器，支持CAD,LAPP和CAM系统的集成。上一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成1.建立统一的数据存储与管理平台产品开发与生产过程的各个阶段都会产生大量的数字化产品定义数据，如描述产品形状与结构关系的二维/三维CAD文件、装配明细表;描述产品工程分析计算的有限元模型、计算结果文件;描述产品制造工艺过程的工艺规程文件、NC程序、加工仿真数据;描述产品质量的质量检验数据;描述产品开发管理的任务计划、工作总结、项目合同等。这些数据不仅数量庞大、种类繁多，而且结构关系复杂，数据之间存在如装配结构关系、参考引用关系、继承关系等复杂联系，难以通过手工的方式进行组织和有效的管理。设计人员通常要花费大量的工作时间去查询、复制和归档数据，这既造成了时间和精力的巨大浪费，又使企业积累的设计知识很难得到重用。仅仅采用数据库系统或文件管理系统难以满足产品数据管理的要求。

下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成2.复杂产品集成模型的定义和描述工具随着产品的目益复杂，在汽车、机械、飞机、航大、船舶、家电、IT产品中，都包括了大量的机械、电子、软件等复杂的数据和结构关系，产品的开发过程从产品市场和概念研究开始，会经历概念设计、工程设计、样机制造、批量生产等多个阶段，在各个阶段中还包括结构设计、机构设计、控制系统设计、软件设计、工艺设计、系统分析与仿真等多个专业的工作。因此，在不同阶段中，产品各专业领域的信息间存在多种复杂的关联、状态和视图等。单一的CAD/CAM系统能够建立某个特定领域中的产品模型，但通常难以支持跨领域、多专业的数据建模与管理的要求，无法实现跨专业、多状态、多视图的集成产品模型的建立与维护。上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成

集成产品模型的定义与管理工具除了需要满足一般的存储、检索、安全控制等基本要求外，还应当按照产品的内在逻辑关系、产品研发流程，建立跨专业、多状态、多视图的集成模型框架，以描述产品的各种功能、结构关系。

3.跨部门、跨企业的数据访问控制除了在设计与制造部门外，企业中的其他部门，如市场、质量、财务、售后服务等部门也需要及时了解和掌握产品信息的变化情况，以及时准确地进行企业经营活动的决策。建立企业内单一的产品数据源，通过集中的访问控制机制进行访问的授权管理，是提高产品开发效率，减少设计错误的一项重要要求。

上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成4.对数据生成与更改历史的记录与管理高效的产品开发不仅需要记录设计结果，也需要对设计历史进行跟踪、控制和回溯，记录设计过程中所有关键的数据创建、修改、产品决策、工程变更信息。产品开发过程中的每一个数据对象的状态、版本、有效性、存储位置、所有者、访问权限都会发生变化，只有有效地跟踪、管理和控制这些变化，才能保证产品数据的正确性、完整性。

5.集成的产品数据与过程管理产品数据和开发过程是产品开发不可分割的两个方面。数据的产生、传递和转换都是在动态的开发过程中完成的。企业中通常都会根据自身的管理制度、产品特点，制定相应的开发、管理流程。在数字化的产品开发中，企业的各种管理流程需要通过统一的过程管理工具实现信息的自动流转、任务控制、过程跟踪、工具管理等。上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成6.支持“信息孤岛”信息集成的企业集成框架由于各应用系统集成不允分，数据转换仍需通过半手工或手工的方式进行，导致各“孤岛”系统间的数据交换效率较低。据统计，企业本身1/3的成本花在部门之间的信息传递、转换上，而用于非生产的信息传递、存储、处理时间约占整个产品生产运行时间的70%一90%。要使单元技术发挥整体的效益，必须将这些彼此分离的信息处理系统集成在一个总体的框架中。全球化的市场竞争，要求制造企业不断推出具有创新性的新产品，同时缩短新产品的研发时间，优化流程，降低成本。通过与零部件供应商、合作伙伴之间的密切合作，保证将“正确的产品”在“第一时间”进入市场。持续的市场竞争与产品的改进，要求企业必须具有持续的产品创新能力，需要将企业中无形的智力资源进行有效的组织、管理与重用。上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成

在数字化的产品开发过程中，以上问题已经严重阻碍了企业的发展。因此，企业迫切需要一种具有下述功能的信息基础平台:(1)合理地组织、管理产品生命周期中形成的各种产品描述数据，为产品开发人员提供一个透明、一致、安全、实时的产品信息共享环境。

(2)为各种应用系统提供一个集成的框架，实现多专业、多领域、多阶段的产品的集成建模与管理。

(3)支持协同产品开发，为产品开发提供一个并行的、跨部门、跨专业、跨地域的协作环境。上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成10.3.1PDM的概念及基本功能

1.PDM的定义由于PDM的概念、技术与应用范围发展迅速，人们对它的理解和认识还不尽相同。下面列举一些知名学者和研究机构所提出的PDM的定义，以便于进一步理解PDM的内涵和概念:(1)CIMdata公司总裁EdMille:在“PDMToday”一文中给出的定义:“PDM是管理所有与产品相关的信息(包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等)和所有与产品相关过程(包括过程定义和管理)的技术”。

上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成(2)GartnerGroup公司的DaveBurdick在所作的“CIM策略分析报告”一文中将PDM定义为:"PDM是一种使能技术，它在企业范围内构筑一个从产品策划到产品实现的并行协作环境(由供应、工程设计、制造、采购、销售与市场、客户构成)。一个成熟的PDM系统可使所有参与创建、交流、维护设计意图的人员，在整个产品生命周期中自由共享与产品相关的所有异构数据，包括图纸与数字化文档、CAD文件和产品结构等。”

(3)UGS公司的定义:"PDM系统是一种软件框架，利用这个框架可以帮助企业实现企业产品相关的数据、开发过程以及使用者的集成与管理，可以实现对设计、制造和生产过程中需要的大量数据进行跟踪和支持。”上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成(4)OMG组织在PDMEnahlerV1.3中对PDM的说明:"PDM是一种软件工具，用来管理各种工程信息，支持产品配置和产品工程过程的管理。工程信息包括了数据库对象和‘文档对象’，这些信息与特定的产品、产品设计，或者产品族、生产过程、工程过程等相关联。工程过程支持工作流管理、工程更改和通知管理。在许多制造组织中，PDM是产品开发活动的中心的工程信息存储仓库。”从以上PDM的定义和说明可以看出:PDM是管理产品生命周期中产品定义信息的电子仓库;它是CAD/CAM等应用工具的集成框架;它为产品开发提供一个并行的协作环境PDM是以软件、计算机网络、数据库、分布式计算等技术为基础，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，提供产品全生命周期内的信息管理，为企仲律方一个并行的协同工作环境。上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成2.PDM的基本功能

PDM的基本功能包括文档管理、产品结构管理、版本管理、权限管理、流程管理、用户管理等。

1.文档管理

(1)文档管理提供下列功能①按照名称查询，需要时能够方便、快捷地查询和获取所需的技术资料。②按照属性查询，根据项目、设计者、工作阶段、审批状态、目期、类型以及预先定义的各类参数，如材料、重量、加工方法等进行查询。③历史查询，不仅可以查到当前的资料，还可以查到过去的或者类似的相应资料。④版本查询，要求计算机详细记录设计、加工过程中的原始资料及相应的更改信息，用不同的版本来描述当前有效的数据。上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成⑤权限查询，要求计算机系统的管理人员能够根据各类人员所担任的不同职责，分别赋予不同的权力，处理不同范围的资料。

(2)文档管理的范围。①原始档案(包括合同、需求说明书、可行性分析报告等)。②设计过程中的静态数据和动态数据。③LAPP系统在工艺设计过程中使用和生成的工艺数据。④生产过程中的数据文档，如合同、库存台账、生产计划与统计、成本等。⑤销售维打‘过程中的相关文档，如常用备件清单、维修记录和使用手册等说明文件。⑥其他静态数据，如规范、手册、标准库、实验数据、材料库等。上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成(3)文档管理的文件类型①二维CAD系统，如dwg,exh(电子图版)、dwf等②三维CAD模型，如par,prt,asm③常用格式图片，如hmp,jpeg,of,gif④办公文档格式doc,xls,ppt,pdf⑤电子线路图sch、pcb⑥多媒体文件wav,mp3、rm(4)文档管理的文件操作①文件状态管理。②检人操作(checkin)③检出操作(checkout)上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成

④冻结/解冻操作。⑤产品发布操作⑥产品归档操作。

2.权限管理权限的管理是通过角色来实现的。一个角色对应企业中的一种岗位，在PDM系统中一个角色被赋予操作对象的权利，包括创建、修改、浏览、签署、冻结等。一个用户或者组织可以被赋予多个角色，也可以随时收回被赋予的角色，实现角色的动态分配。权限管理建立角色与活动之间关系，而不建立人员与活动之间的关系，避免因为人员的变动而导致管理的混乱。

3.产品结构管理系统以树状结构描述产品零部件间装配关系，通过定义产品组成的对象，建立它们之间的关系，构造产品结构树。根据登录用户的不同权限，在树的节点和树叶上，定义不同的功能，包括创建、分配、查找、提交登录等。上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成4.版本管理版本管理功能支持图纸及文档的分布式管理和集中控制，对处于工作版本状态的图纸及文档提供分布管理，保证设计人员能够方便地对设计图纸进行存取和修改。对处于发放版本状态的图纸及文档实行集中控制、统一管理，保证最终信息的一致性和完整性。

5.流程管理流程管理包括基于产品全生命周期的宏观流程管理和基于任务的微观流程管理。宏观流程包括产品从概念设计、产品开发、生产制造直到停止生产的整个过程中的所有历史记录，以及定义产品从一个状态转换到另一个状态时必须经过的处理步骤。微观流程是根据企业各种业务流程，定义完成每个任务所需要的环节、在每个环节中需要完成的工作、每个工作者操作由谁来完成等。同时，定义了在不同情况下的处理路径和方法。

上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成6.用户管理用户管理包括用户创建、用户删除、用户更改、用户授权、解除授权等。

10.3.2基于PDM的CAD/CAM集成框架按集成的深度，PDM与不同应用系统的集成方式可以分为三类:(1)工具封装将文件数据和应用系统相关联，通过文件数据激活应用系统，而应用系统产生的文件数据则作为一个整体由PDM系统管理，但不直接管理文件内部的数据。

(2)接口交换要求在了解PDM的元数据定义及应用系统部分数据结构的基础上，通过数据交换接口，将应用系统的部分数据对象直接存放到PDM系统中，应用系统也可以从PDM系统中提取需要的某些数据对象，使二者保持异步一致。

上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成(3)紧密集成要求在全面了解PDM的元数据定义及应用系统数据结构的前提下，通过统一的产品信息模型做到应用系统和PDM之间的双向操作。这是系统集成理想的方式。基于PDM的集成是以PDM系统为集成平台，建立统一的产品信息模型，开发集成系统。在集成系统中，PDM系统可以将与产品有关的信息统一管理起来，按信息的不同用途进行分类管理，为CAD,LAPP,CAM系统提供各自所需的工程数据和工作流程的自动化管理，加强了信息约束和反馈能力。这种集成方式属于并行的集成方式，系统的可拓展性好，支持产品的并行开发模式。上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成

图10一15为以PDM系统为集成平台的CAD/LAPP/CAM系统集成框架，其中，以PDM原有的功能为基础，根据系统集成的需要，构建统一的产品数据模型，通过统一的图形界面与应用接口，实现3C系统的集成。在这种集成方式下，PDM系统成为CAD,LAPP,CAM系统之间数据交换的桥梁。首先CAD系统通过应用接口向PDM系统提供零件总体信息、几何信息、精度、粗糙度等信息，LAPP则通过接口从PDM系统读取来自CAD的这些工艺信息，并向CAD反馈零件的工艺性评价;同时又向PDM系统提供工艺路线、设备、工装、工时、材料定额等信息，并接收PDM系统发出的技术准备计划、设备负荷、刀量具信息等;再通过PDM系统向CAM提供零件加工所需要的设备、切削参数等信息，并接收CAM反馈的工艺修改意见。PDM系统为工程数据管理和工作流程自动化提供统一的交互界面和支持环境，支持分布数据的透明访问。上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成

企业中在更大的范围，根据需要，可以将设计系统、生产制造系统，与生产调度管理系统、质量管理系统集成运行，以取得更大范围产品开发系统集成运用的生产效益，仍可应用PDM系统作为框架，如图10一16所示。我国的制造企业中，对CAD/LAPP/CAM/PDM集成技术进行了大量的研究，很多企业都成功开发和应用了CAD/CAM集成系统，如一些飞机制造企业、船舶制造企业等，为企业带来了很大效益。CAD/CAM集成系统，不论是否使用了PDM系统，或是拓展到与企业其他系统，如与质量系统等集成，其基础仍然是各应用系统之间的产品信息交换。所以，建立完善的、可以拓展的产品数字化模型是数字化产品开发应用的基础。上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成10.3.3基于eMatrix的CAD/CAM集成的实现

1.eMatrix简介

eMatrix软件是美国MatrixOne公司开发的PDM软件平台，由四部分组成，即即stemMatrix、Business和MQL,dill图10一17所示.(1)即stem模块用于与数据库的连接，定义eMatrix软件使用的业务模型。同时，在System中可以定义电子仓库、文件存储地址以及远程文件服务器等。

(2)Busine、模块Busine、用于定义PDM模型，通过基本构件将企业业务模型在eMatri、中表示出来。这些基本构件包括:类型(‘Pype)、格式(Format、程序(Program),关系(Relationship),属性(Attribute、政策(Policy)、用户(User),团队(Group)、规则(Rule、过程(Process、向导(Wizard)、报表(Report)、表格(Form)。如图10一18所示是由基本构件定义的数据模型示例。

上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成(3)MatrixMatrix是系统操作环境，用户根据自己的权限对相关的对象进行操作，包括创建对象、属性修改、关系建立、人员创建与修改、文件的提交、程序的运行等。但是，在Matrix中进行的操作都是在业务模型中已经定义好的。Matrix的操作窗口如图10一19所示。

(4)MQLMQL是。Matri、系统的查询和交r操作语言。按照MQL定义的语法格式，可以对。Matri、系统中所有的对象进行操作。同时，MQL可以被嵌入到高级语言程序(包括TCL/TIC,VB等)中，在系统实施时进行定制。

2.eMatrix集成方法

(1)eMatrix体系结构eMatrix系统采用三层体系结构即数据层、服务层和应用层，如图10-20所示，三层之间相对独立，所有原始数据以及文件都放在底层的数据库中，企业业务模型在服务层中定义，所有操作在功能层上实现。当企业业务模型发生变化时，程序不需要重新修改和编译。上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成

当连接的数据库发生变化时，业务模型不需要修改。因此eMatrix系统具有很强的适应能力和动态特性。

(2)eMatrix的无缝集成eMatrix与应用工具能够实现无缝集成传统集成方法是通过API实现应用系统之间信息共享，其原理是通过应用工具的API和PDM系统的API开发程序接口，实现信息交换，这种集成是线或者带的集成，应用系统和PDM没有达到信息的完全共享，只保证了部分数据的一致。无缝集成是在企业模型中定义应用对象，通过建立应用对象和eMatrix之间的映射关系，实现集成，其原理如图10-21所示。对于基于数据库的应用工具，只需要在eMatrix系统中定义对象，直接建立应用工具中元素与定义的对象之间的映射关系，能够在eMatrix中使用应用软件的资源，不需要将应用系统的数据移植到eMatrix系统中，并能够保证应用软件和eMatrix系统之间数据的一致性。上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成

对于非基于数据库的应用工具，在eMatrix系统中定义应用对象，通过API获取应用对象的信息，然后，定义应用对象和eMatrix元素之间的映射关系，保证两者之间数据的一致性。通过映射实现信息的交换，具有动态特性，在企业业务模型发生变化的情况下，eMatrix系统也能够与应用工具实现集成。

matrix系统提供的API是MQLIO和MQLBOS，通过它们能够将MQL语言嵌入应用程序使之与eMatrix数据库直接通讯。MQLIO和MQLBOS能够应用于任何eMatrix数据库(如OraclObjectivity)MQLIO管理与数据库直接交互的客户MQL进程，将MQL命令嵌入应用程序，实现应用程序与Marti、数据库的交互，而且提供了向MQL发出命令并接收相应输出数据的服务。上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成MQLBOS应用向BOS发出MQL命令，访问数据库并返回结果。MQLIO是MQLBOS的预处理器，MQLIO用于单个用户应用，MQLBOS用于多用户应用。图10一22是MQLIO应用结构。

matrix中实现应用软件集成的步骤如下:①分析应用系统的结构和功能，拓展应用工具类的定义，实现对应用系统本身的管理。②分析应用系统产生的数据对象以及与其他应用系统共享的数据对象，定义数据对象的描述属性以及数据对象的操作行为，拓展相应的数据模型。③分析应用系统数据对象之间存在的关系，确定数据对象插入到eMatrix中业务模型的位置。在此基础上分析对象之间的关系类的属性和行为，修改eMatrix的业务模型。④定义映射关系以保证数据的一致性⑤拓展用户界面，增加新的菜单项和对话框。上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成(3)应用对象的签入/签出当应用工具被集成到eMatrix系统中后，在应用工具中对应用软件在eMatrix中产生对象主要操作包括对象的签入、签出、添加、删除、属性查询、属性修改等。应用对象签出流程如图10-23所示。

3.eMatrix中CAD/CAM集成实例

(1)AutoCAD与eMatrix集成AutoCAD与eMatrix集成后操作窗口如图10-24所示，用户在AutoCAD中能够完成下列操作:①Login/LogouteMatrix系统。②基于图纸类型、描述、属性、版本、所有者来浏览和查找图纸③锁住图纸对象④从eMatrix中签出/签入AutoCAD文件⑤保证eMatrix和AutoCAD中BOM信息一致上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成(2)Catia与eMatrix的集成在eMatrix系统操作窗口中双击需要打开的CATIA模型，系统自动启动CATIA软件，并打开选择的模型，如图10-25所示。在CATIA与eMatrix集成窗口中，能够完成下列操作:①Login/LogouteMatrix系统。②基于类型、属性、版本、所有者来浏览和查找CATIA对象(包括装配、零件、图纸）③锁住、重新命名CATIA对象④从eMatrix中签出/签入CATIA对象⑤为CATIA产生新版本。

(3)UGS与eMatrix的集成UGS与eMatrix集成后，用户在UGS中能够执行下列操作:①Login/LogouteMatrix系统。②基于类型、描述、属性、版本、所有者来浏览和查找UGS对象上一页下一页返回10.3基于PDM的CAD/CAM集成③锁住对象④从eMatrix中签出/签入UGS对象⑤可以复制UGS的装配结构。⑥保证eMatrix和UGS中BOM信息一致。

(4)Pro/E与eMatrix的集成Pro/E与eMatrix集成后操作窗口如图10-26所示，用户在Pro/E中能够下列操作:①Login/LogouteMatrix系统。②基于类型、描述、属性、版本、所有者来浏览和查找Pro/E对象③锁住对象④从eMatrix中签出/签入Pro/E对象⑤查询对象信息、产生新版本⑥保证eMatrix和Pro/E中BOM信息一致。⑦结构参数修改。上一页返回10.4基于PDM的集成技术的发展趋势

随着计算机技术、网络技术、数据库技术、信息技术的发展以及企业需求的变化，基于PDM的集成技术的主要发展趋势可以归结为:(1)面向分布式网络环境的集成在全球制造环境下，产品设计和制造的异地化将成为主要的和重要的产品设计制造模式。这种模式要求采用先进的网络技术、制造技术及其他相关技术，构建面向企业特定需求的基于网络的制造系统，从而使得制造业系统集成的重心拓展至企业级集成，面向分布式网络环境实现企业间应用的大范围集成和资源共享。

(2)面向组件化松藕合的集成传统的系统集成方法往往导致被集成系统之间的紧密藕合，新的应用部署需要考虑新的接口开发，应用的每次更改都必须由特定的程序员来完成众多复杂接口的升级，这种情况在某种程度上阻碍了企业信息化的进程，也不利于企业基于Internet与合作伙伴集成，因此减少被集成的系统之间的紧密关联程度，削弱系统之间的依赖成为发展趋势。下一页返回10.4基于PDM的集成技术的发展趋势(3)以产品开发过程为核心的集成越来越多的制造企业实施了基于网络和计算机辅助工具的数字化产品开发，然而，大部分企业的产品开发模式不合理，缺乏有效的管理手段，在一定程度上阻碍了产品开发能力的提升。而单纯实现产品开发过程中的信息集成和应用集成并不能改变落后的开发模式，所以利用过程/工作流管理技术支持产品开发各阶段之间的衔接和协同，最终实现过程集成就显得目益重要。

(4)基于知识重用的集成知识是企业保持竞争优势的最重要因素之一。随着企业信息化的发展，企业内部已存在许多知识处理系统，如知识库系统、专家系统等，但彼此之间无法共享和重用，知识共享问题如今已成为重要研究内容。PDM是制造企业的集成框架/平台，但PDM的重点在于产品数据的管理，知识获取、组织和传递的能力则较为薄弱。上一页下一页返回10.4基于PDM的集成技术的发展趋势

因此有必要拓展PDM到知识管理的领域，由PDM系统对所管理的产品数据进行分析、优化和组织，形成知识，并通过集成技术实现知识的共享，从而提高企业设计人员的创新能力和知识的重用率。需要指出的是，知识获取在我国的研究尚处于起步阶段。同时，难以从企业内积累的数据中挖掘出具有很高价值的知识，多个企业的数据采集又可能因涉及商业机密而难以完成，真正实现知识集成还需要较长时间的发展。尽管如此，知识集成仍是企业谋求发展的重要环节之一。

PDM集成技术的发展目新月异，从简单的静态数据传递与转换发展到动态数据的有序流动;数据从机械式的累积发展到经过精炼提取后的知识;传递方式由迟滞发展到实时;集成范围也在不断的拓展。总之，基于联合式分布模型，虚拟地将异构系统松散地集成在一起，提供一个开放的、灵活可伸缩的、易管理的支持产品整个生命周期的协同工作与信息集成平台成为企业追求的目标。

上一页下一页返回10.4基于PDM的集成技术的发展趋势(5)具有PDM功能的CAD软件系统具有PDM功能的CAD软件正在逐渐为用户所认识和接受。实现设计协同是未来CAD的主要发展方向之一。设计协同的虚拟会议可促进设计人员之间自由讨论、发表见解，!才1队能够把想法立体化，并立即见到在产品所有方面的结果。通过消除通讯瓶颈，设计协同功能能解决在工程师、供应商与客户间对关键产品设计问题的协调工作。当团队成员正工作在产品设计的方方面面，而且是位于不同国家、城市或设计团队时，设计协同使异地数据共享成为可能，即使位于同一办公楼的团队也能从实时共享与检查设计改变中获益。上一页返回10.5基于PLM的集成技术

产品全生命周期管理(ProductLifecycleManagement,PLM)为企业提供管理复杂产品的环境，管理的对象是与产品相关的所有过程、数据和资源。PLM对企业来说是一场革命实质是改变了制造领域知识的总量、存在的形式和传播方式，是在制造领域，利用计算机、互联网、数据库、软件等先进技术和实施服务，来改变企业设计、管理、经营知识的存储、传播和共享方式，是一次根本性的变革，将大幅度提升制造企业经营效率和竞争力。PLM技术在我国的应用还处于初级阶段，主要还是在研发部门内部使用于产品的建模阶段，还没有到与其他部门的协同应用阶段，更没有应用到产品的使用和报废阶段。

1.PLMPLM的主要管理内容是产品信息，只有拥有具备很强竞争能力的产品，才能为企业获得更多的用户和更大的市场占有率。下一页返回10.5基于PLM的集成技术

所以针对制造业的信息化过程应该以用户的“产品”为中心，把重点放在为用户建立一个既能支持产品开发、生产和维护全过程，同时又能持续不断地提升创新能力的产品信息管理平台。PLM解决方案把产品放在一切活动的核心位置，PLM可以从ERP,CRM以及SGM系统中提取相关的信息，从而允许在企业的整个网络上共同来进行概念设计、产品设计、产品生