引言

上世紀六七十年代。CAD、CAM、CAE等一系列新技術(shù)的興起在給企業(yè)的設(shè)計和生產(chǎn)過程提供了新的技術(shù)手段的同時也提出了新的挑戰(zhàn)：就制造業(yè)而言，雖然各種計算機輔助技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，但由于各企業(yè)間管理需求以及技術(shù)發(fā)展的不同，彼此間缺乏信息的溝通，其管理過程和管理系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一的管理規(guī)范，從而使得各獨立系統(tǒng)間的信息兼容和集成成為問題，這就是所謂的“信息孤島”問題。到80年代初，計算機、通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展雖然使實現(xiàn)機械制造系統(tǒng)集成有了可能，但仍然沒有切實的技術(shù)手段能解決制造系統(tǒng)的信息集成，PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理Product Data Management)正是在這一背景下產(chǎn)生的一項新的管理思想的技術(shù)。CIMdata曾這樣定義：“PDM是幫助工程師和其他人員管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)和產(chǎn)品研發(fā)過程的工具。PDM系統(tǒng)確保跟蹤設(shè)計、制造所需的大量數(shù)據(jù)和信息，并由此支持和維護產(chǎn)品”。作為上世紀末出的技術(shù)，PDM繼承并發(fā)展了CIM等技術(shù)的核心思想，PDM的核心是用整體優(yōu)化的觀念對產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)和設(shè)計過程進行描述，規(guī)范產(chǎn)品生命周期管理，保持產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性和可跟蹤性，并實現(xiàn)產(chǎn)品信息和數(shù)據(jù)的共享，并以軟件技術(shù)為基礎(chǔ)，實現(xiàn)對產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)、過程、資源一體化的集成管理技術(shù)。可以說，CIM提出系統(tǒng)集成的思想與要求，PDM具體解決系統(tǒng)集成的方法。

隨著PDM在制造業(yè)系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究，PDM與CAD的集成技術(shù)得到了快速的發(fā)展，作為企業(yè)信息集成管理平臺，PDM支持CAD產(chǎn)品的設(shè)計過程及其輸出的圖文資料，同時CAD也需滿足PDM的諸多要求，對PDM的產(chǎn)品屬性數(shù)據(jù)庫提供支持。

一、PDM與CAD的三種集成模式

PDM與CAD集成，從集成的程度上來看，可以分為如下三個層次：

1.PDM與CAD的封裝集成

PDM與CAD封裝集成指的是功能上的集成，即對CAD的所有應(yīng)用程序進行集成，PDM系統(tǒng)封裝CAD的應(yīng)用程序，有效管理各應(yīng)用程序產(chǎn)生的特征數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)文件。PDM在其內(nèi)部的圖形文件中可以直接激活相應(yīng)的CAD系統(tǒng)，并在該系統(tǒng)中顯示相應(yīng)的圖形文件，同時在CAD系統(tǒng)中也可直接進入PDM系統(tǒng)，進行相應(yīng)的數(shù)據(jù)管理操作，但不允許PDM系統(tǒng)管理文件內(nèi)部的數(shù)據(jù)。這種集成模式一般適用于PDM與二維CAD的集成，通常來講，封裝集成模式的自動化程度較低，旨在解決從PDM內(nèi)部激活CAD。但實施工作量小，開發(fā)較為容易。

2.PDM與CAD的接口集成

顧名思義，接口集成模式是通過CAD系統(tǒng)的開發(fā)接口以及PDM系統(tǒng)提供的API函數(shù)來實現(xiàn)的。首先，利用CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)接口，編制接口程序，用以提取CAD系統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹信息以及零部件信息。通過數(shù)據(jù)交換將這些信息映射到PDM系統(tǒng)中，實現(xiàn)CAD到PDM的信息共享；同時，利用PDM系統(tǒng)提供的APl函數(shù)，提取PDM產(chǎn)品屬性數(shù)據(jù)庫中最新的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息以及零部件信息，更新CAD系統(tǒng)中的產(chǎn)品裝配模型。實現(xiàn)PDM到CAD的信息共享。這種集成模式屬于雙向集成，實現(xiàn)了PDM和CAD系統(tǒng)數(shù)據(jù)的異步一致，一般應(yīng)用于PDM與三維CAD的集成。此外，如果只開發(fā)CAD系統(tǒng)接口程序，即僅實現(xiàn)由CAD系統(tǒng)到PDM系統(tǒng)的產(chǎn)品信息映射，則屬于單向集成。可以采用COM、COM+組件技術(shù)以及CORBA技術(shù)等來實現(xiàn)相關(guān)的接口功能，其中利用CORBA技術(shù)的軟、硬件平臺無關(guān)性更可以實現(xiàn)多種CAD產(chǎn)品的應(yīng)用集成。從而使得PDM系統(tǒng)能夠透明地獲取相關(guān)CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息。與封裝集成模式相比，接口集成模式的自動化程度較高，但開發(fā)系統(tǒng)接口的工作量比較大。對開發(fā)人員的技術(shù)要求較高。

3.PDM與CAD的緊密集成

相比以上兩種模式而言。緊密集成模式的信息集成和共享程度最高，它解決PDM和CAD兩個系統(tǒng)對產(chǎn)品數(shù)據(jù)、特征數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)據(jù)等所有類型的數(shù)據(jù)的雙向交換和共享，采用緊密集成可以始終保持CAD系統(tǒng)的產(chǎn)品裝配關(guān)系和PDM系統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹同步一致甚至信息互動。這種集成模式是最理想化的一種，但技術(shù)難度較高，開發(fā)起來比較困難。

二、接口模式實現(xiàn)PDM與三維CAD雙向集成原理

由于三維CAD系統(tǒng)開發(fā)比較困難，PDM與CAD集成的傳統(tǒng)方式是采用單向集成，即在PDM系統(tǒng)中開發(fā)單向數(shù)據(jù)接口，使得PDM系統(tǒng)能夠提取CAD系統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及模型信息，而不能進行PDM到CAD的反向映射。因此，單向集成的信息一致性較差，當PDM系統(tǒng)中產(chǎn)品的BOM信息及模型數(shù)據(jù)發(fā)生改變時，無法自動關(guān)聯(lián)到CAD系統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，CAD系統(tǒng)不能自動更新相應(yīng)的產(chǎn)品模型，為提高PDM與三維CAD系統(tǒng)產(chǎn)品信息的一致性，PDM與三維CAD的雙向集成技術(shù)成為一個有必要研究的課題。

PDM與三維CAD雙向集成的數(shù)據(jù)交換主要包括以下兩類信息：

1)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息以及基本屬性信息(BOM)；

2)產(chǎn)品模型信息(文檔信息)。由CAD系統(tǒng)接口導(dǎo)出的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及屬性數(shù)據(jù)通過PDM系統(tǒng)API函數(shù)以XML格式導(dǎo)入PDM的產(chǎn)品屬性數(shù)據(jù)庫。另一方面，CAD系統(tǒng)也可以通過自身及PDM系統(tǒng)的接口來讀取PDM系統(tǒng)的BOM信息。而對于產(chǎn)品的模型信息則轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的模型數(shù)據(jù)格式(STEP，IGES等)，然后通過APl函數(shù)將模型數(shù)據(jù)提交PDM數(shù)據(jù)庫，此外，實現(xiàn)STEP等格式到VRML格式的轉(zhuǎn)換可以在PDM系統(tǒng)中由VRML測覽器解釋生成三維模型實體。將模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的格式可以實現(xiàn)不同CAD系統(tǒng)共享產(chǎn)品信息。

PDM與三維CAD雙向集成中，通過CAD系統(tǒng)的API函數(shù)訪問CAD系統(tǒng)的產(chǎn)品裝配模型，獲取產(chǎn)品的裝配關(guān)系、結(jié)構(gòu)以及零部件信息等，再通過PDM系統(tǒng)APl提交PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫。反之亦然，通過PDM系統(tǒng)的API函數(shù)導(dǎo)出產(chǎn)品的BOM信息及模型文檔，CAD系統(tǒng)由自身API函數(shù)讀取產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)信息以及模型信息。在CAD系統(tǒng)中構(gòu)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，更新產(chǎn)品裝配模型。PDM與三維CAD接口模式雙向集成的總體架構(gòu)如下圖所示：

    PDM與三堆CAD雙向集成結(jié)構(gòu)圖

本文介紹了PDM與CAD集成的三種模式，并以接口模式為例，對比傳統(tǒng)的單向集成方式，研究了PDM與三維CAD的雙向集成方法，實現(xiàn)了三維CAD系統(tǒng)與PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)的異步交換，有效保證了兩系統(tǒng)數(shù)據(jù)的一致性，為解決企業(yè)。信息孤島”現(xiàn)象提供了切實可行的方案，隨著組件技術(shù)，各CAD軟件開放性的發(fā)展，PDM與CAD的集成難度將大大降低，更可以實現(xiàn)各CAD產(chǎn)品與PDM的集成接口，使得企業(yè)內(nèi)部及企業(yè)間的信息互動更為實時流暢，為企業(yè)搭建集成平臺創(chuàng)造了良好的條件。