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EDA与PLM 的系统集成技术研究 |
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newmaker |
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随着电子技术的迅猛发展，大量企业引入了电子自动化设计(Electronic Design Automation，EDA) 工具，从而也引发了企业对于日益增加的EDA数据的管理需求。一些EDA厂商给出了文件管理系统，但其功能只能算是数据存储管理，依旧没有解决EDA系统“信息化孤岛”的问题，EDA 数据也并不能在企业中实现共享。同时，虽然产品生命周期管理(Product Lifecycle Management，PLM) 提供了一个数据管理集成框架，其管理范围已经扩展到了产品全生命周期的信息管理。但是，目前的PLM系统还是主要应用在机械行业中，与CAX(CAD/CAM/CAE/CAPP)软件的集成比较成熟，而对EDA工具的集成还不够完善，在电子行业的应用也并不普及，而且对制造考虑得很少。
笔者在本文中，将主要从数据集成层面进行研究，通过对EDA数据特点进行分析研究，实现EDA系统与PLM系统的数据共享。以期提高系统运行效率，缩短产品开发周期，提高生产效率。
一、系统集成需求
EDA系统的产品结构、文件、文件数据，以及它们之间的关系和属性，都需要PLM系统进行集成管理。
其中，产品结构集成包括组成产品的零件，如电路板、元器件及机械装配件和辅助材料;文件集成的三个对象为：电子产品对象、图档对象和数据对象。在这里，不仅要在PLM系统中创建这三个对象的属性信息，而且要建立该三个对象的组织关系。因为元器件数据信息对于EDA设计至关重要(一方面设计师希望在PLM系统中看到元器件信息，另一方面采购部门需要准确的元器件清单)，所以需要从元器件层面将元器件信息集成保存到PLM系统中。又因为企业有着惟一的元器件库，所以在元器件集成时必须保证元器件的准确。综上需求，以产品结构树为中心可建立关系类模型，如图1所示。其中产品、部件、零件、材料和辅料组成产品结构树，图样和其他相关文件与产品零部件之间相关联，数据文件则与文档对象相关联。
关系类模型
二、系统集成模式框架
1.集成模式分析
集成模式需要考虑健壮性、灵活性、可扩展性、安全性、易用性和实现的难易度等问题。系统集成根据集成程度分为三种：应用封装模式、接口模式和紧密集成模式。其中，接口模式是高层次的集成模式，能够通过接口程序破译产品内部的相互关系，自动生成PLM的产品结构树。也可以从PLM的产品结构树中提取最新的产品结构关系。当然，因为接口模式可以实现信息交互，就使得整个结构比较灵活。通过多种开发语言均可与PLM系统实现集成，对于不同的EDA软件，只需要对EDA二次开发的程序稍作改动就可以。该方法较紧密模式开发难度低许多，而自动化程度又比应用封装模式好，故本文采用接口模式开发PLM与EDA的接口。
2.集成框架
基于接口模式，EDA与PLM集成框架如图2所示，主要分为三个模块：EDA系统、接口模块和PLM系统。接口模块在两个系统中起着传递信息的桥梁作用。一方面对于EDA系统所产生设计数据文件的标题栏信息及图纸路径，通过接口模块将其检入到PLM系统中，另一方面也可以通过接口模块，将设计数据从PLM系统中检出，并在EDA系统中打开。
三、系统集成方案与技术
1.EDA 文件集成方案
EDA系统有两种文件存储方式。一种是电路原理图或印刷电路板图等电路设计文件，以单独文件的形式存在。该设计文件包含图形文字信息和文件名称、代号、图样大小和文件描述等信息。另一种是以一个工程文件来链接整个项目的各种文件。工程文件又有两类，一类只能以工程方式在EDA系统中打开，另一类工程文件中的电路原理图和印刷电路版图等文件可以单独打开。根据EDA文件特点，文件集成方案如图3所示。
(1)文件检入。首先，操作者进行接口模块登录，建立起PLM与EDA之间的通信。然后利用EDA软件的API接口进行二次开发，通过相关函数，提取图样图号、名称和项目代号等标题栏信息。利用XML技术作为桥梁，将标题栏信息与图样名称、保存路径等图样信息一起发送给PLM的对应模块。通过编码系统获取图样编码后，利用PLM系统的二次开发函数创建或更新文档对象。最后将设计图样存储在PLM系统的文件仓库里，如果文件类型为工程文件夹的类型，则需要将整个工程进行打包检入。
(2)文件检出。通过EDA软件向接口模块发出打开图样请求，接口弹出PLM系统文档管理视图，可选定需要的图样对象，此时PLM锁定系统中对应的图样对象为只读，以保证编辑该图样人员的惟一性。同时，系统将图样对象下载到本地，接口将文件路径发送给EDA 软件，并在EDA软件中打开。
2.元器件集成方案
元器件集成方案如图4所示，其中共享元器件库由EDA系统提供商提供或者由企业自行建立，通过局域网进行共享，并且在企业中是确定唯一的，库中元器件具有几何信息。而PLM系统元器件信息库只存储元器件信息，其中元器件对象只包含属性信息，如封装形式和规格型号等。
元器件信息在共享元器件库与元器件信息库中必须保持一致。这样，设计师在进行电路原理图设计时，调用共享元器件库中元器件，就可以根据成本、库存和供应商等各种因素对元器件进行优选。在完成原理图设计后，系统也可以向PLM接口模块提交检入图样请求，然后通过EDA软件二次开发模块实现对设计图样中的元器件的汇总，计算出同一元器件数量，并汇总出元器件位号，这些元器件信息通过XML格式发送给接口模块。
此时，接口模块将图样元器件信息与PLM系统元器件信息库中元器件信息进行匹配，如果相同的，则通过匹配，如果存在不一致的，必须手动通过元器件信息库，选出对应元器件，从而保证元器件信息的准确性。最后，将元器件信息在PLM系统中以产品结构的形式创建或者更新，并关联对应的图档对象。
3.集成技术
如图5所示，实现EDA系统与PLM系统的集成，需完成EDA和PLM系统的二次开发。
(1)数据交互技术。集成接口的数据交互可通过两方面技术来解决，一是采用Socket通信技术，另一方面采用XML文件作为通信介质，进行信息传输。
(2)EDA二次开发技术。在EDA 设计环境下与PLM数据进行交互，需要利用COM组件技术对EDA软件进行二次开发，一方面实现EDA界面的客户化，另一方面需要通过程序对图样信息和元器件信息进行提取。
(3)PLM二次开发技术。PLM端要解析EDA端传递来的XML信息，则需要利用COM组件技术对PLM二次开发。因此要设计对话框，提供给设计师填写或选择其他程序不能获取的属性，以及反馈元器件匹配和图样检入等结果。最后根据所得信息，在PLM系统中创建产品结构树，将图样数据检入PLM系统中。
4.集成功能模块
(1)登录登出模块。实现EDA软件与PLM系统数据交互的前提，是客户端与服器间建立并保持安全有效的Socket连接，这样通过“登录登出”功能，才能实现对PLM系统用户的控制。用户登录连接PLM应用服务器后，系统将返回有关登录人员的相关权限信息，在保持此连接的同时，PLM服务器才会正确响应客户端应用程序的请求。在不需要通过接口进行其他操作时，为保证安全性，可及时登出接口，断开Socket连接。
(2)检入模块。“检入”表示保存并且生效，流程如图6所示，在EDA设计环境下，当完成图样设计后，需要通过“检入”功能在PLM系统中创建零部件对象，并将图样属性信息填到对应零部件的对象属性信息栏，最后将该图样上传至PLM系统，后者根据关系模型关联到对应零部件对象。
(3)检出模块。“检出”表示数据处在编辑的状态中，在对PLM系统中的设计图样需要进行修改时，在EDA系统中通过“检出”功能，可实现将PLM系统的图样下载到本地，并且在EDA系统中打开编辑。编辑过后，可在PLM系统零部件对象下创建新的版本对象，并将文件重新检入，与新版本对象进行关联。
四、集成应用实例
下面笔者结合实例介绍如何实现企业EDA接口的开发和系统集成。其中，PLM系统为Teamcenter 8， EDA 软件为Mentor Expedition 2005。树形结构的最顶层为电路零部件，对应电路产品对象，零部件对象sample对应元器件清单，零部件对象下面是产品版本对象。
电路零部件版本A结构树中，包含相关属性表与原理图对象，原理图对象下面是原理图数据集，原理图数据就是通过此数据集与PLM系统相集成关联，也就是说，通过PLM 系统命名引用功能，即可查看到该数据集关联的图样信息。
与原理图对象相同，PCB图对象也是电路零部件的一个子对象，也关联在电路零部件版本A下，在PCB图对象下是板图对应的数据集。同样，机械结构设计也有对应的图档对象与数据集，数据集关联了零部件版本A对应的数据信息。各种设计与测试报告文档也关联在产品对象下。
五、结束语
本文通过开发EDA与PLM系统集成接口，实现了EDA文件集成与元器件集成，完成了EDA数据向PLM系统的自动导入，实现了企业EDA系统与PLM系统的信息集成，系统实际集成效果良好，运行稳定。(end)
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(4/23/2011) |
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