基于PDM平台CAD/CAPP/CAM的集成研究

作者：华北工学院 赵耀虹 王爱玲

欢迎访问e展厅 展厅 3 PDM/PLM/CAPP展厅 图文档管理系统, CAPP... 前言 为了适应变化迅速的市场需求，为了提高竞争力，现代的制造企业必须实现TQCS，即以最快的上市速度(T — Time to Market)，最好的质量(Q — Quality)，最低的成本(C — Cost)，最优的服务(S — Service)来满足不同顾客的需求。与此同时，信息技术取得了迅速发展，特别是计算机技术、计算机网络技术、信息处理技术等取得了人们意想不到进步。二十多年来的实践证明，将信息技术应用于制造业，进行传统制造业的改造，是现代制造业发展的必由之路。而成功运用CAD／CAPP／CAM等新技术成为企业开发新产品的有力工具，使新产品的开发周期由过去几年开发一个到现在一年开发几十种，给企业带来了巨大的经济和社会效益。目前，已有许多性能优良的商品化的CAD、CAPP、CAM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据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化传递和交换。新技术运用随机产生了新的矛盾，原有的管理体系所代表的生产关系已无法适应新技术的要求，作为孤岛智能技术，仅从企业生产的各个侧面来提高效率，效果是有限的。企业要从整体上提高效率、改进技术、优化管理、降低成本，必须利用计算机网络将各种计算机辅助技术集成起来，构筑起企业级的信息集成系统，这样才能从根本上改变企业现有生产管理的低效率，同时促进企业的技术进步和人员素质的提高，实现经济和社会效益双丰收。 1、PDM是CAD/CAPP/CAP的集成平台 PDM是一门用来管理所有与产品相关的信息(包括零件、配置、图档、CAD文件、结构、权限等)和所有与产品相关的过程(包括工作流程、更改流程等)的技术。它能有效地将产品数据从概念设计、计算分析、详细设计、过程设计、加工制造、试验验证、销售维护直至产品消亡的整个生命周期内及其各阶段的相关数据，按照一定的数学模式加以定义、组织和管理，使产品数据在其整个生命周期内一致、最新、共享和安全。它提供产品全生命周期的信息管理，在企业为产品的设计与制造建立了一个并行化的协作环境。PDM作为工程领域的信息集成框架，它为产品数据及过程管理、为并行化产品设计、为CAD／CAPP／CAM系统的集成提供了必要的支撑环境。目前，PDM系统是最好的3C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CAD/CAPP/CAM系统都可以从PDM中提取各自所需要的信息，再把结果放回PDM中，从而真正实现3C集成。 2、CAD/CAPP/CAM与PDM的集成分析 由于在一个企业中，可能存在着不同的CAD，CAPP，CAM系统或这些系统的不同版本，也可能存在这些系统与供应商、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CAD/CAPP/CAM系统产生的大量的数据和文档。在这样复杂的环境中，PDM作为集成平台，一方面要为CAD/CAPP/CAM系统提供数据管理与协同工作的环境，同时还要为CAD/CAPP/CAM的运行提供支持。CAD系统产生的二维图纸、三维模型、零部件的基本属性、产品明细表、产品零部件之间的装配关系、产品数据版本及其状态等，需要交由PDM系统来管理，而CAD系统也需要从PDM系统获取设计任务书、技术参数、原有零部件图纸、资料以及更改要求等信息。CAPP系统产生的工艺信息，如工艺路线、工序、工步、工装夹具要求以及对设计的修改意见等，交由PDM进行管理，而CAPP也需要从PDM系统中获取产品模型信息、原材料信息、设备资源信息等。CAM则将其产生的刀位文件、NC代码交由PDM管理，同时从PDM系统获取产品模型信息、工艺信息等。 2.1 CAD与PDM的集成分析 CAD与PDM的集成是具体实施中要求最高、难度最大的一环。其关键在于需保证CAD的数据变化与PDM中的数据变化的一致性。从用户考虑，CAD与PDM的集成应达到真正的紧密集成。CAD与PDM的应用封装只解决了CAD产生的文挡管理问题。零部件描述属性、产品明细表则需要通过接口交换倒入PDM。同时，通过接口交换，实现PDM与CAD系统间上述数据的双向异步交换。但是，这种交换仍然不能完全保证接口数据在CAD与PDM中的一致性。所以要真正解决这一问题，必须实现CAD与PDM之间的紧密集成，及在CAD与PDM之间建立共享产品数据模型，实现互操作，保证CAD中的修改与PDM中的修改的互动性和一致性，真正做到双向同步一致性。 2.2 CAPP与PDM的集成分析 CAPP与PDM之间除了文档交流还要从PDM系统中获取设备资源信息、原材料信息等。而CAPP产生的工艺信息也需要分成基本单元存放于工艺信息库中。所以CAPP与PDM之间的集成需要接口交换，及在实现应用封装的基础上，进一步开发信息交换接口，使CAPP系统可通过接口从PDM中直接获取设备资源、原材料信息的支持，并将其产生的工艺信息通过接口直接存放于PDM的工艺信息库中。 2.3 CAM与PDM的集成分析 由于CAM与PDM系统之间只有刀位文件、NC代码、产品模型等文档信息的交流，CAM与PDM之间采用应用封装就可以满足二者的集成要求。 3、基于PDM平台的CAD／CAPP／CAM集成模式 在PDM平台下CAD／CAPP／CAM的集成模式主要有三种： 3.1 封装模式 封装的内容包括应用工具本身以及由这些应用工具产生的文件两方面，及PDM对这两方面都要管起来。封装可以使数据和操作具有统一的模型界面和逻辑的独立性。作为一个集成平台，PDM具有对CAD／CAPP／CAM的封装能力，并对其封装性提供从一种应用转换到另一种应用的功能。当PDM系统封装CAD／CAPP／CAM时，在PDM系统中可以直接激活相应的CAD、CAPP、CAM系统，并使不同的3C系统之间能够实现信息共享，对他们产生的数据进行统一管理，并在PDM系统中将图形文件显示为相应的实际图形；同样，在3C系统中也可以直接进入PDM系统，进行相应的数据管理操作，而无需退出原来的系统，重新进入另一个系统。例如：当一个二维CAD系统被分装后，在PDM系统中就可以查到这个工具对象并直接启动它，然后进行设计绘图，当设计结束后，所获得的图形文件可自动在PDM系统中存储和管理。如需要对图形进行修改，则可在PDM 系统中找到该图形文件，用鼠标就可启动该二维CAD系统，进行图形修改。 封装模式可以满足以文件形式生成的所有数据应用系统需求。即PDM只能管理应用系统产生的文件整体，而不能直接访问数据库，如特征、参数以及装配数据等。因此，封装不能操作文件内部的具体数据，而PDM的产品结构和配置模块必须了解产品内部的结构关系，所以，PDM系统对这类信息不能采用封装的模式，必须应用接口交换或系统紧密集成两种不同的模式。 3.2 接口交换模式 程序接口交换模式是一种比封装集成更加紧密、自动化程度更高、无需用户直接参与的集成模式，它把应用系统与PDM系统之间需要共享的数据模型抽取出来，把它定义到PDM的整体模型中去，这样，在PDM与应用系统间就有了统一的数据结构。PDM就能与3C系统之间实现文件内部数据自动交换。这种集成的特点是：在应用封装的基础上，在应用系统与PDM系统间共享数据模型的指导下，通过数据交换接口，实现应用系统的某些数据对象自动创建到PDM系统中，或从PDM系统中提取应用系统需要的某些数据对象，使二者保持异步一致。例如：产品设计中的二维图形软件不能生成装配树，而三维实体造型软件虽然能够生成产品的装配树，但与PDM中的产品结构树无关，这样PDM中的产品结构树往往仍需要手工编制。为了实现PDM中的产品结构树由3C系统中的装配树自动生成，并从PDM提取最新的产品结构关系，去修改3C的装配文件，保持两者之间的数据一致性，通过编制接口程序来完成。PDM作为一种能够支持多种CAD软件的通用管理平台，采用标准的数据信息接口，建立PDM的产品结构与多种CAD软件之间的联系。这样，在接口开发过程中，既要了解产品结构在CAD系统中的组织形式，也要了解在PDM系统中的组织形式，然后做好双向转换。 3.3 紧密集成模式 紧密集成是每个实施PDM的企业所期盼的目标，在这种集成方式下，不同应用成了PDM系统的有机组成部分，它们之间不仅可以共享数据，还可以共享操作服务，PDM具有对各种类型的信息提供全自动的双向相关信息的交换，包括产品信息、特征信息、参数和面向应用对象的信息等。在3C各个孤岛技术系统上能使用所有的PDM功能，使用户在统一定义的系统环境里工作，真正实现一体化。 应用紧密集成模式时，需要详细分析3C的图形信息和PDM的产品结构信息，制定统一的产品数据之间的结构关系，这样，当其中一个结构关系发生变化，则另一个自动随之进行调整，从而始终保持3C的装配关系与PDM的产品结构的一致性。 4、面向网络化制造的PDM 网络化制造又被称为分散网络化制造，敏捷制造或基于因特网的制造，是一种快速响应市场的概念，它是围绕着新的市场机遇通过建立动联盟来实现的。随着计算机、通信及信息技术的发展，越来越多的企业采用了现代企业网络，出现了以Web为中心，采用TCP/IP、HTTP为传输协议，客户端通过浏览器访问Web服务器以及与Web服务器相连的数据库的体系结构。网络化制造是跨机构、跨地区的全球企业组织方式，这就要求企业继承环境平台的PDM，突破单个企业范围的限制，从产品为核心的信息集成转变成以产品的全生命周期为核心的过程集成，进而实现网络化企业动态联盟，及企业间的集成，而这种集成又是动态的、临时的，它随着市场机遇的产生而产生，又随着市场机遇的消亡而消亡。这样，面向网络化制造的PDM与传统的PDM有很大的区别。因此，PDM要能够适应企业的应用需求，保持强大的生命力，就必须利用先进的网络技术、数据库技术、Web技术等，将企业的信息管理提高到一个新的水平。 5、结论 PDM是构筑在关系型数据库基础上的集成平台，以一个共享数据库为中心，可以跨越操作系统平台与应用软件平台，能够实现多平台的信息集成。建立在PDM上的CAD/CAPP／CAM集成体系，充分利用了其对数据和软件集成的特点，早已成为了企业实现信息集成的不可缺少的环境平台，随着计算机和网络的发展，网络化制造的复杂环境对PDM又提出了新的要求，建立网络化制造的PDM系统将成为下一步研究的热点。 参考文献： 1．陈永新 PDM在企业实施过程中与CAD集成的探讨 机械与电子 2002（5） 2．谢世坤 基于PDM环境下的CAD/CAPP/CAM集成研究 南昌大学学报（工科版） 2002年9月 3．陈靖芯 基于PDM的CAD、CAPP系统集成技术的研究 机械设计与制造 2002（6） 4．梁吉元 基于PDM的CAD/CAPP/CAM集成 制造技术与机床 1999（11）(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (11/18/2004)