PDM與三維CAD集成的研究與應(yīng)用

郭志剛

(太原重工股份有限公司 技術(shù)中心，山西　太原　030024)

0　引言

隨著三維CAD在企業(yè)的不斷廣泛和深入的應(yīng)用，基于二維CAD的設(shè)計(jì)理念及設(shè)計(jì)人員的工作方式、數(shù)據(jù)的管理方式都必將發(fā)生很大的變化，要想很好地適應(yīng)這些變化，就要從設(shè)計(jì)理念、CAD工具、數(shù)據(jù)管理等多方面進(jìn)行改革。PDM與三維CAD信息集成就是其中最基礎(chǔ)的一步，同時(shí)也是必須經(jīng)歷的階段。本文以西門子的PDM軟件系統(tǒng)Teamcenter為集成平臺(tái)，選擇機(jī)械制造企業(yè)常用的三維CAD軟件——UG Nx為集成對(duì)象，結(jié)合企業(yè)的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了CAD和PDM系統(tǒng)的集成方案，并實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)系統(tǒng)間信息的快速、準(zhǔn)確傳遞，希望能為其他三維CAD軟件的集成提供方法和思路。

1　PDM與Nx集成主要實(shí)施的內(nèi)容

集成是指將基于信息技術(shù)的資源及應(yīng)用(計(jì)算機(jī)軟硬件、接口及機(jī)器)聚集成一個(gè)協(xié)同工作的整體，集成包含功能交互、信息共享以及數(shù)據(jù)通信三個(gè)方面的管理與控制。當(dāng)然，集成不是簡單的數(shù)據(jù)聯(lián)結(jié)或集成接口開發(fā)，而是通過對(duì)設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)流程、規(guī)范和應(yīng)用CAD軟件環(huán)境等經(jīng)過統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)計(jì),分析原單元系統(tǒng)的作用和相互關(guān)系,進(jìn)行優(yōu)化重組而實(shí)現(xiàn)的。所以要從硬件、軟件、數(shù)據(jù)信息、設(shè)計(jì)流程及規(guī)范等方面逐一開展實(shí)施工作。

1.1　規(guī)范設(shè)計(jì)環(huán)境

設(shè)計(jì)環(huán)境的規(guī)范首先應(yīng)該建立以TeamCenter系統(tǒng)為基礎(chǔ)，以UG Nx作為主要的CAD/CAE設(shè)計(jì)工具的網(wǎng)絡(luò)化集成框架，實(shí)現(xiàn)以網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫為支撐環(huán)境的產(chǎn)品開發(fā)、設(shè)計(jì)機(jī)制，建立可供設(shè)計(jì)人員方便使用的數(shù)據(jù)共享、協(xié)同式設(shè)計(jì)工作環(huán)境。基于網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)環(huán)境如圖1所示，設(shè)計(jì)文件集中共享管理如圖2所示。

在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步建立統(tǒng)一的三維設(shè)計(jì)規(guī)范，并將規(guī)范后的三維設(shè)計(jì)模板配置到TeamCenter系統(tǒng)中進(jìn)行管理。這樣所有設(shè)計(jì)人員將用到統(tǒng)一的最新版本的設(shè)計(jì)模板，如圖3所示。

圖1　基于網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)環(huán)境

對(duì)開發(fā)項(xiàng)目和工程項(xiàng)目的各種產(chǎn)品數(shù)據(jù)在TeamCenter系統(tǒng)中進(jìn)行集中管理，利用其電子倉庫管理和文檔管理的功能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的版本管理。這樣設(shè)計(jì)人員在各自的終端就可根據(jù)需要和自己的權(quán)限查找產(chǎn)品設(shè)計(jì)資料，確保設(shè)計(jì)資料的便捷性和安全性。

1.2　項(xiàng)目管理

從業(yè)務(wù)管理和業(yè)務(wù)流程方面進(jìn)行分析，調(diào)整、優(yōu)化業(yè)務(wù)管理，制定適合集成化、網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計(jì)環(huán)境的業(yè)務(wù)流程，即規(guī)范項(xiàng)目管理流程及項(xiàng)目文檔管理，構(gòu)造產(chǎn)品設(shè)計(jì)的虛擬團(tuán)隊(duì)，自頂向下地進(jìn)行工作分派。具體工作過程如下：

(1) 創(chuàng)建項(xiàng)目：設(shè)計(jì)部門的負(fù)責(zé)人在TeamCenter系統(tǒng)中查看《技術(shù)準(zhǔn)備計(jì)劃表》文檔和產(chǎn)品設(shè)計(jì)技術(shù)協(xié)議等文件信息，并在系統(tǒng)外的業(yè)務(wù)過程中指定主任設(shè)計(jì)師。項(xiàng)目管理員(可由設(shè)計(jì)部門的負(fù)責(zé)人擔(dān)任或委托某個(gè)人作為項(xiàng)目管理員)根據(jù)系統(tǒng)外指定的主任設(shè)計(jì)師和項(xiàng)目信息在TeamCenter系統(tǒng)內(nèi)創(chuàng)建項(xiàng)目并在系統(tǒng)內(nèi)指定該項(xiàng)目的主任設(shè)計(jì)師，如圖4所示。

(2) 指派項(xiàng)目成員：主任設(shè)計(jì)師創(chuàng)建《設(shè)計(jì)任務(wù)職責(zé)分工表》，通過“設(shè)計(jì)任務(wù)職責(zé)分工表審批流程”后，主任設(shè)計(jì)師在系統(tǒng)內(nèi)初步建立項(xiàng)目小組，把文控人員加入項(xiàng)目小組，并根據(jù)《數(shù)據(jù)組織規(guī)范》在系統(tǒng)中創(chuàng)建項(xiàng)目相關(guān)目錄或文件，如管理文檔、合同及投標(biāo)、技術(shù)文件等，由文控人員把系統(tǒng)外的一些文檔歸檔進(jìn)入TeamCenter系統(tǒng)內(nèi)，如合同等。創(chuàng)建完成后，通過TeamCenter的郵件系統(tǒng)將項(xiàng)目文件夾發(fā)送給項(xiàng)目小組成員，從此以后項(xiàng)目文件夾下的數(shù)據(jù)更新項(xiàng)目小組的成員可實(shí)時(shí)看到。

圖2設(shè)計(jì)文件集中共享管理圖3統(tǒng)一的三維設(shè)計(jì)模板

1.3　PDM與CAD的集成管理

CAD系統(tǒng)的信息是產(chǎn)品信息的源頭，其信息量大、類型多，所以CAD系統(tǒng)與PDM系統(tǒng)的集成是難度最大的環(huán)節(jié)。

PDM與CAD集成的關(guān)鍵在于保證兩個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)變化的一致性。由于CAD系統(tǒng)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)既有二維圖樣，也有三維模型、零部件屬性以及產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)系等多種類型，不同的數(shù)據(jù)要求不同的集成模式。因此，CAD系統(tǒng)與PDM系統(tǒng)的集成包括三種模式，即封裝、接口和緊密集成。由于Nx與TeamCenter是同一開發(fā)商，因此可以實(shí)現(xiàn)緊密集成模式。具體實(shí)現(xiàn)如下:

(1) 創(chuàng)建零組件：設(shè)計(jì)人員進(jìn)入TeamCenter系統(tǒng)后，可以通過集成環(huán)境啟動(dòng)Nx，開展產(chǎn)品模型的設(shè)計(jì)工作，這與單機(jī)Nx工作習(xí)慣一樣，如圖5所示。通過點(diǎn)擊“屬性”按鈕，填寫零組件的屬性，如圖6所示。

(2) 設(shè)計(jì)模型：在UG Nx中完成模型設(shè)計(jì)后，設(shè)置保存選項(xiàng)，保存模型時(shí)會(huì)自動(dòng)被保存到TeamCenter系統(tǒng)中，如圖7所示。

(3) 零組件屬性同步：UG Nx設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)與TeamCenter系統(tǒng)屬性和結(jié)構(gòu)雙向傳遞，屬性以TeamCenter為主，結(jié)構(gòu)由UG Nx數(shù)據(jù)自動(dòng)生成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，如圖8所示。

1.4　產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)集成管理

在產(chǎn)品的整個(gè)生命周期中，材料清單(BOM)是TeamCenter系統(tǒng)的核心，TeamCenter通過BOM把最終產(chǎn)品的所有工程、設(shè)計(jì)、計(jì)算、工藝等階段的相關(guān)數(shù)據(jù)和文檔聯(lián)系起來，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的組織和管理。

本次實(shí)施是根據(jù)TeamCenter現(xiàn)有的BOM體系，并利用UG Nx進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)所產(chǎn)生的產(chǎn)品總裝體、部件及零件等數(shù)據(jù)，以產(chǎn)品圖樣編碼為向?qū)?，生成BOM產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理，同時(shí)支持產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的修改、重用及配置管理，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的重用。

圖4建立項(xiàng)目組圖5創(chuàng)建模型文件

圖6填寫產(chǎn)品零組件信息圖7設(shè)置保存選項(xiàng)

圖8　屬性雙向同步

1.5　匯總統(tǒng)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)

由于在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通過集成接口實(shí)時(shí)同步到了TeamCenter系統(tǒng)中，因此后期工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造階段所需要的數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品成套表、產(chǎn)品明細(xì)表、各類匯總表等，都可以在TeamCenter系統(tǒng)上進(jìn)行二次開發(fā),導(dǎo)出各種統(tǒng)計(jì)和匯總數(shù)據(jù)(如圖9所示)，提高了數(shù)據(jù)傳遞效率和準(zhǔn)確率。

2　實(shí)例驗(yàn)證

以一臺(tái)液壓挖掘機(jī)產(chǎn)品的三維模型數(shù)據(jù)為應(yīng)用測(cè)試對(duì)象，將其分為16個(gè)一級(jí)部件，并逐一通過導(dǎo)入和集成接口進(jìn)行集成功能和方案的測(cè)試。其中的鏟斗部件實(shí)例驗(yàn)證如圖10所示。

圖9報(bào)表打印圖10鏟斗實(shí)例驗(yàn)證

3　結(jié)束語

目前，一般企業(yè)的PDM與二維CAD的集成已經(jīng)有了較好的實(shí)施和應(yīng)用，PDM與三維CAD的集成還沒有很深入的應(yīng)用，仍有待于提高。

參考文獻(xiàn)：

[1]烏云,尚鳳武.基于PDM的應(yīng)用系統(tǒng)集成過程中BOM表的討論[J].工程圖學(xué)學(xué)報(bào),2002(1):37-42.

[2]成經(jīng)平.基于PDM的企業(yè)信息集成技術(shù)的研究[J].組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù),2006(9)：36-38.

[3]楊家海,王繼龍.基于工作流技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)管理體系結(jié)構(gòu)[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī), 2005, 22(2): 1-8.

[4]呂穎.PDM系統(tǒng)及其在制造業(yè)的應(yīng)用研究[D].天津：天津工業(yè)大學(xué)，2006：11-14.

[5]童秉樞,李健明.產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)技術(shù)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2000.