PDM与CAD信息集成的研究

0 引言

    随着CAX(CAD、CAM、CAPP、CAE)等工具在企业中的广泛应用，产品的开发设计变得比以前容易的多，但也带来了许多新的问题。集中体现在信息孤岛的独立存在；各种电子文档信息及其版本的快速膨胀；开发过程中大量的产品数据冗余和不一致以及电子化数据的安全性难以得到保证等。为此，PDM系统被许多企业引进已成为必然。对CAD系统如何与PDM系统实现信息集成的研究也显得愈来愈重要。CAD系统和PDM系统集成的模式很多，但目前大都存在这样一个问题，即CAD系统和PDM系统信息集成较为松散，有的甚至还在使用基于文件集成的方式。

    PDM(ProductDataManagement产品数据管理)是一门管理所有与产品有关的信息和所有与产品有关的过程的技术。它具有以下一些主要功能：

    (1)电子仓库和文档管理；

    (2)工作流程和工程管理；

    (3)产品结构和配置管理；

    (4)工程变更管理；

    (5)系统管理；

    (6)项目管理；

    (7)集成工具、浏览和圈阅等。

    PDM能够集成产品生命周期内的全部图、文、数据等多媒体信息，实现并行工程的使能技术；将产品设计、分析、制造、工艺规划和质量管理等方面的信息集成在一起，进而实现对产品生命周期内的数据的统一管理。PDM技术是对工程管(EDM)、文档管理(DM)、产品信息管理(PIM)、技术数据管理(TDM)、技术信息管理(TIM)、图像管理(IM)及其他产品定义信息管理技术的一种概括与总称。一个成熟的PDM系统能使所有参与产品创建、交流及维护的人员在整个产品生命周期中安全、有序、高效地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、CAE文件、NC文件、产品结构、NC代码等。

    从图1可以看出PDM系统与其它系统的集成有赖于数据在不同应用领域的重复使用；增进各部门之间的交流和合作；消除数据冗余和手工出错从而提高开发设计效率，增加企业效益。

图1 PDM系统集成

    NX/OPENAPI是Unigraphics(简称NX)软件与外部应用程序之间的接口，它是NX提供的一系列函数和过程的集合。通过用C语言编程来调用这些函数和过程，能够实现：

    (1)对NX模型文件及相应模型进行操作，包括建立NX模型、查询模型对象、建立并遍历装配体、创建工程图等；

    (2)在NX主界面中创建交互式程序界面；

    (3)创建并管理用户定义对象等。

    目前NX/OPENAPI的主要应用有以下3个方面：

    (1)用户化定制CAD环境；

    (2)开发在NX软件平台上的用户专用软件；

    (3)开发NX软件与其它软件的接口。

    本文论述了PDM系统与CAD系统的双向信息集成；阐明了CAD系统与PDM系统信息集成方式以及所涉及到的相关内容、数据及数据处理方式；并利用NX/OPENAPI对Unigraphics软件进行二次开发，实现了PDM系统与Unigraphics软件的信息集成。

1 PDM系统与CAD系统信息集成

    PDM系统与CAD系统之间的集成应当是一种双向的集成。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信息；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。

    当然，PDM系统不应当仅仅封装CAD系统，还应当封装其他一些应用系统，如CAE系统、CAPP系统、文字处理系统等。

    在PDM/CAD集成系统中，最关键的信息是产品结构树信息和零部件信息。其中，产品结构管理的一个重要功能就是要实现产品数据的统一管理与共享，为不同的应用系统提供单一的产品数据源。因此，CAD和PDM必须在全局数据模型的基础上使用一致的操纵接口来管理产品结构。

    零部件管理是产品结构管理的基础，零部件实际上表达的是产品结构树的节点，将一组相互关联的零件集合组织在一起，就形成一个描述完整的装配件，多个装配件共同构成了产品。除了零件的信息之外，还有零件之间相互关联的性质和结构，即产品结构树中的结构信息。因此，装配模型的完整信息包括了3个方面：零件信息、装配件中零件之间的层次关系和确定装配件中零件的位置和方向的装配关系。在装配件的基础上，利用装配关系描述结构联系，便可建立产品结构的关系。

    1.1 产品结构树管理

    1.1.1 产品结构树在PDM中的数据描述

    产品是由零部件组成的，零部件之间存在装配关系，形状、配合和功能相同或相似的零部件之间还可能存在互换或代用关系，如图2所示。

图2 一个简单的产品装配树

表1 产品表

    在PDM系统中，部件与零件没有特别区分，只是在层次上有所不同。当部件的子节点数为零时，它就是一个零件而不是组件。

表2 部件表

    通过在父节点下装配子节点部件文件，在NX中即可自动形成装配树，从而达到从PDM系统中导出产品结构树给NX使用。

    1.1.2 NX中产品装配树的遍历

    根据NX的定义，一个模型文件中仅能有一个装配树，即只能存在一个树根。显然，装配树根对于遍历装配树中的零件是非常重要的，通常是遍历的起点。利用函数UF_ASSEM_askroot_part_occ可以得到装配树根的标识。图2中，装配树的根是Part-tag-3。

    Part-tag-3下面有2个组件，即Part-Occur-tag-3和Part-Occur-tag-4。根据NX的定义，组件事例在装配中是唯一的。从图2中可以看出，每个组件同其父组件之间都有一个Instance的标识。装配中，组件和其子组件之间的关系是利用Instance来描述的。Part-Occur-tag-3组件同其父组件Part-tag-3之间的Instance是Instance-tag-3。利用函数UF_ASSEM_ask_instof_part_occ获得事例的实例。在装配中，每个事例都有一个原型(prototype)。图2中Part-tag-3的原型是Object-tag-3。函数UF_ASSEM_ask_prorotype_Ofocc可以根据组件事例获得其事例的原型。

    根据上面的描述遍历装配树通常是一个递归的过程。那么可以根据情况选择是先深搜索还是先广搜索。遍历完成后，将装配树的根存入产品表。将各零部件存人部件表。从而将结构树导人PDM系统。

    完成了产品结构树在PDM系统和CAD系统之间的集成。图3是PDM系统中产品结构树配制界面。图4是NX系统中产品结构树。

图3 PDM系统中产品结构树配制界面

图4 NX系统中产品结构树

    1.2 产品零部件管理

    1.2.1 产品零部件信息在PDM中的描述

表3 部件表

表4 参数表

    在PDM系统中，如果一个零部件是新建的，那么它对应的参数表所有的数据全为空(除了对应部件标识以外)。通过NX参数化建模以后通过NX/OPENAPI二次开发的产品参数提取模块自动提取出所有参数，并将这些数据存人相应的数据库，实现零部件信息的集成。值得注意的是，零部件信息不仅包括几何尺寸信息，还包括其它一些特征信息，如公差信息(通过NX/OPENAPI中的GD&T及遍历提取)、材料信息等。均可通过NX/OPENAPI的二次开发进行提取。从而实现产品零部件信息的集成。

2 结语

    现在普遍使用的CAD软件大多提供了二次开发工具，如AutoCAD的ARx、CATIA的CAA、PRO/E的TOOLKIT等，利用CAD二次开发工具实现PDM系统与CAD系统信息集成的方法已愈来愈被企业所接受。本文虽然只实现了PDM系统与NX软件的信息集成，但其整体思想适用于其他CAD软件与PDM系统的信息集成。

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