CAD/PDM信息集成研究

发布时间:18-10-10


       摘要:PDM系统已经成为企业产品开发信息集成的公认平台。研究PDM系统与其他工程系统的集成是促进企业信息顺利集成的关键。在企业信息集成模式的指导下本文讨论了CAD系统与PDM系统的信息集成的三种模式:封装模式、接口模式和紧密集成模式,阐述了CAD/PDM双向集成过程中涉及的内容、数据及操作方法,并简单介绍了作者开发的一个集成实例。
 
 
       虽然CAD工具使得设计和修改图纸变得容易了许多,但同时也带来了新的问题主要是文档及其版本的快速膨胀。在这种情况下企业引进PDM系统已经变成一种趋势。
 
 
       PDM系统有效管理来自CAD、CAE、CAPP、CAM等系统的信息的前提条件是PDM系统与各分系统之间存在良好的集成接口,管理人员和工程师可以从PDM中向各工程分系统传递信息可以直接操纵各分系统的数据,而各分系统的设计人员可以依据各自的权限以适当的方式将其设计信息提交PDM系统,可以直接由各自的设计界面切入PDM系统界面,进行信息更新和获取。
 

       本文主要针对CAD系统与PDM系统的集成进行了研究,内容包括PDM系统和CAD系统的集成模式,集成过程中涉及的内容、数据以及在软件实现中对这些数据的操作。
 
 
1CAD/PDM信息集成的模式
 
       我们围绕PDM和ERP构建了企业信息的集成框架如图1所示。由于CAD设计结果对于CAPP系统及CAM系统将产生重要影响,并且CAD产生的BOM表将成为PDM及MRPⅡ统的重要输入因此CAD系统信息必须及时反映到PDM系统中。CAD系统与PDM系统很好地集成才能使得设计信息更快地到达其它环节形成并行设计的开发环境。
 
图1企业信息集成模型
 
 
       PDM系统和CAD系统的集成主要有封装模式、接口模式和紧密集成模式三种模式。
 
 
(1)封装模式
 
       为了使不同的应用系统之间能共享信息以及对应用系统所产生的数据进行统一的管理,必须把外部应用系统进行封装,即将产生这些数据的应用程序进行集成,PDM就可对放在数据库中的数据文件进行有效的管理。
 
 
       “封装”提供从一种应用转向另一种应用的功能。当PDM系统封装了CAD系统,在PDM系统中就可以直接从图形文件中激活相应的CAD系统,并在该系统中显示相应的图形。
 
 
       反之,在CAD系统中,也可以直接进入PDM系统,进行相应的数据管理操作,PDM系统不仅可以封装CAD系统,还可以封装其他的应用系统,如文字处理、表格处理等。
 
 
       这样CAD/CAE/CAPP/CAM/CAQ等应用软件均可以封装在PDM系统内,实现信息透明、过程透明。对产品的电子仓库的任何操作必须通过PDM的数据接口进行,不允许通过其他前端工具直接对后台数据库进行数据操作。
 
 
       封装系统可以满足以文件形式生成的所有数据的应用系统的需求,但不允许PDM系统管理文件内部的数据的特征、参数和装配数据等。因此“封装”不能了解产品内部具体的数据,而对于包含产品结构信息的数据,PDM的产品结构配置模块必须掌握产品内部的结构关系,所以对产品结构信息不能采用封装的方式,PDM集成这类数据有接口和紧密集成两种不同层次的模式。
 
 
(2)接口模式

       二维图形本身不能生成装配树,有时要通过图号命名规则建立图形之间的相互关联信息,描述产品的装配关系。而三维实体造型软件可在装配模块中自动生成产品的装配树。
 
 
       如果不将CAD系统中的装配树与PDM中的产品结构树关联,而在PDM中人工编辑产品结构树,就造成重复输入数据和产生数据不一致的可能性。为了能够根据CAD装配文件中的装配树自动生成PDM中的产品结构树,可以通过编制接口程序,利用CAD系统提供的API函数直接获得产品内部的结构关系,自动生成PDE的产品结构树,并能从PDM的产品结构树中提取最新的产品结构关系,去修改CAD的装配文件,使两者保持异步一致。
 
 
       接口操纵产品结构级的数据,提供比封装更高的自动化程度,不需用户参与。在CAD菜单中具有PDM的功能,在PDM的菜单中也具有CAD的功能,像零部件号和材料信息等CAD数据可以单向传送到PDM上。
 
 
       (3)紧密集成模式在紧密集成模式中,PDM和CAD对所有类型的产品信息都提供了全自动的双向关联,这些信息包括产品数据、特征数据和面向应用的数据。在CAD上可以使用所有的PDM功能,使用户在前后一致的环境中工作。
 
 
       通过对CAD的图形数据和PDM的产品结构数据的详细分析,采用紧密集成模式定制统一的产品数据之间的结构关系,只要PDM或CAD其中之一的结构发生了变化,则另一个自动随之改变,始终保持CAD模型的装配关系和PDM的产品结构树的同步一致。
 

       这种模式实现起来复杂,集成商需要取得PDM开发商和CAD开发商的紧密配合,获取其内部数据结构,开发工作量大。一般由PDM系统开发商或CAD系统开发商承担,像IDEAS和Metaphase,UG和IMAN就是这种模式。
 
 
       一般的PDM系统对于各种应用程序都提供了封装模式,一些大型的PDM系统大都有其紧密集成的CAD系统。对于企业来说,如果选用具有紧密集成模式的CAD系统和PDM系统,并且企业采用单一的CAD系统,那么可以利用现成的集成方式。但一般情况下,企业可能多种CAD系统并存,并且不能满足于简单的封装模式,希望在CAD系统和PDM系统间能实现产品结构级的通讯,那么就需要进行适当的接口开发。
 
 
       下面讨论一下接口模式的开发中,需要涉及的数据,以及对这些数据的要求和处理。
 
 
2CAD/PDM信息集成的内容
 
2.1CAD端向PDM端的集成
 
       CAD端向PDM端的集成是指设计人员在CAD系统的设计环境中,可直接查询PDM系统中的设计信息,并可直接将设计信息导入到PDM系统中。一般包括查询功能,存储功能,生命周期管理功能。对于查询功能和生命周期管理功能,可以直接将PDM系统中的功能封装到CAD中,但存储功能必须针对不同的CAD系统进行开发。
 
 
       存储功能是指从CAD环境中直接将产品模型按照装配层次关系保存成PDM系统的产品结构树。因此,开发人员必须要能获得模型的装配层次关系,一般三维CAD系统都提供了获得产品装配结构的函数。
 
 
       开发人员根据CAD中的装配结构,利用PDM系统提供的增加对象及增加对象之间父子关系的函数,构造产品结构树。这个过程在CAD环境中进行,其过程中需要调用PDM系统的API函数和界面。在开发过程中必须注意以下三种情况。
 
 
       (1)在同一装配节点下,有多个相同零部件的情况。如图2所示。对这种情况,必须统计CAD系统中相同零部件的个数,在相应的PDM系统产品结构树上增加一个对象,并在该对象的属性数量'中填写相同零件的个数。
 
图2情况1
 
 
       (2)在同一装配层次上,不同装配节点下,使用相同零部件的情况。如图3所示。在这种情况下,对于不同装配节点下的相同零件,不能进行合并,必须在PDM的产品结构树上分别表示。
 
图3情况2
 

       (3)在同一装配节点下,或同一装配层次不同装配节点下,使用同一零部件的不同实例的情况,如图4所示。在图4中C1/与C1是同一类属模型的不同实例,在这种情况下,必须认真判断CAD模型中的实例号,在确认是不同实例时,不要合并这两个节点,在PDM系统的产品结构树上创建两个不同的对象。
 
图4情况3
 
 
       为了实现CAD系统与PDM系统的正确信息集成,必须对以上情况及其它可能的情况加以正确操作。为了实现用户间的对象共享,必须具有统一的数据结构。因此可以把PDM看作是面向多种CAD软件的通用管理环境,采用标准数据接口来建立PDM的产品配置与多种CAD软件的装配结构之间的联系,在同一PDM的管理下,使多种CAD软件共享产品结构树。
 
 
2.2PDM端向CAD端的集成
 
       PDM端向CAD集成是指在PDM系统中,直接查看CAD模型,直接启动CAD系统,编辑CAD模型,将PDM系统中产品结构树按照装配层次关系传入CAD系统中。
 
 
       直接查看CAD模型有两种方式:一是以图像方式,直接在PDM中显示模型,该模型可被旋转、缩放、圈点,作为选择模型和修改的依据;二是以嵌入方式启动CAD系统,方便地进行查看和修改等。但由于后者要启动应用程序,占用内存大,因此单纯查看多采用第一种方式。
 
 
       在PDM系统中启动CAD系统可以利用封装功能将CAD系统封装到PDM系统中,这样可以在PDM系统中激活CAD系统。
 
 
       将PDM系统中的产品结构树按装配层次关系传入CAD系统中进行装配,是指根据用户需求,在PDM中选用已有零部件或已有零部件的变型,形成一棵新的产品结构树,或修改了一棵已有的产品结构树。根据该产品结构树,可以在CAD系统装配出一种新的产品。
 
 
       装配可分为两种:对于可以预定义装配关系的CAD系统,并且装配关系可以预先确定的情况下,则根据构型树的装配层次关系及装配参数,利用CAD系统的API函数编制程序,操纵CAD的数据结构,自动实现装配过程,装配过程可以后台执行,最后向用户显示装配结果,也可以前台执行,给用户直观地显示装配过程;对于不能进行装配关系预定义的CAD系统,或者在产品配置过程中无法确定准确装配关系,需要进入CAD系统中进行试装配的情况下,则必须把与产品结构树对应的CAD模型文档及装配参数,按照装配层次关系,以对话框或其他可视化形式传入CAD系统界面中,由用户按照该层次关系自行装配。
 
 
       在由PDM系统向CAD系统传递产品构型信息时,同样需要注意图2、图3和图4的三种情况,信息流的方向应由PDM系统至CAD系统。
 
 
4结束语
 
       本文基于工程实践的角度讨论了CAD/PDM的过程集成,阐明了CAD系统与PDM系统过程集成的三种模式,并分别论述了CAD系统、PDM系统进行双向集成时涉及的内容、数据及对数据的操作方法,尽管软件开发商可能提供这些集成功能,但对于采用多CAD系统的企业而言,要想实现统一PDM平台,必须适当进行接口开发,因此对于接口开发的研究是有工程意义的。