產(chǎn)品三維數(shù)模文件管理探析

張 波 尹雪梅

（1.中國航發(fā)商用航空發(fā)動機(jī)有限責(zé)任公司，上海 200241；2.上?？臻g電源研究所，上海 200241）

三維數(shù)模是物體的立體表示，是繼音頻、圖像與視頻之后的第四類數(shù)字媒體，它用更加豐富的信息、更直觀的形式多維度再現(xiàn)了物體的全面信息，它能夠提供更加形象、豐富的視覺感知細(xì)節(jié)，目前在生產(chǎn)制造型企業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。三維數(shù)模必須依托信息系統(tǒng)平臺進(jìn)行展示和管理，這對以傳統(tǒng)二維文件為管理對象的檔案管理模式帶來新的挑戰(zhàn)。為了更好地解決三維數(shù)模的收集、保管、歸檔、利用等系列問題，我們可以從前端控制、全程管控和后期利用三個重要階段探索三維數(shù)模電子文件的管理思路。

1 三維數(shù)模管理存在的問題

目前已經(jīng)有不少企業(yè)在產(chǎn)品型號研制過程中，已經(jīng)全面應(yīng)用三維數(shù)字化設(shè)計的先進(jìn)信息技術(shù)。產(chǎn)品研發(fā)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)必然會形成了大量有重要保存價值的電子文件及其附屬信息，如何將這些數(shù)量繁多，數(shù)據(jù)類型各異的產(chǎn)品電子文件完整、有效、系統(tǒng)、規(guī)范、安全地進(jìn)行管理并提供利用，這是擺在檔案人員面前亟需解決的問題。目前三維數(shù)模管理存在的問題主要包括：

1.1 接口受限

不同的信息系統(tǒng)之間一般會通過API接口、webservice、直接讀取數(shù)據(jù)庫等方式實現(xiàn)集成。業(yè)務(wù)系統(tǒng)在開發(fā)與部署的時候，未能充分預(yù)見到產(chǎn)品數(shù)據(jù)系統(tǒng)與檔案管理系統(tǒng)集成需求，因此并沒有預(yù)留充足的系統(tǒng)接口去接收和傳輸數(shù)據(jù)。目前行業(yè)使用較多的檔案管理系統(tǒng)就是由于本身系統(tǒng)接口的限制，與現(xiàn)行的PLM或PDM系統(tǒng)均無法實現(xiàn)高效靈活的數(shù)據(jù)交換，從而導(dǎo)致三維數(shù)模檔案管理工作開展的不便與功能的割裂。

1.2 管理模式簡單

目前大部分檔案系統(tǒng)的主要架構(gòu)和開發(fā)思路都是僅僅將檔案作為一個個條目來進(jìn)行管理，更側(cè)重于文檔信息的平面化管理，無法適應(yīng)三維數(shù)據(jù)產(chǎn)品檔案的特點。但是，三維數(shù)模產(chǎn)品檔案涉及的信息量龐大且邏輯關(guān)系復(fù)雜，需要一個多維的檔案管理模式來實現(xiàn)對三維數(shù)模的產(chǎn)品檔案的靈活有效管理。三維數(shù)模的檔案管理系統(tǒng)既要體現(xiàn)出三維數(shù)據(jù)的先進(jìn)性，又要做到文件的全生命周期管理。因此，檔案管理系統(tǒng)需要引入三維數(shù)模的管理思想，重新進(jìn)行平臺架構(gòu)的設(shè)計，更需要引入完善的檔案管理制度和管理模式對三位數(shù)模的檔案化管理進(jìn)行支撐。

1.3 利用不便

三維數(shù)模徹底改變了傳統(tǒng)檔案信息提供利用的方式及途徑，它能夠?qū)崿F(xiàn)在線瀏覽三維圖等三維格式文件，能夠展示產(chǎn)品的全部信息，包含產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)信息。目前的檔案管理系統(tǒng)雖然有一套完善的檔案利用模式（借閱、外發(fā)、電子下載等），但由于現(xiàn)有檔案管理系統(tǒng)的接口限制太多，并且系統(tǒng)架構(gòu)太老，數(shù)據(jù)交換不靈活，無法管理三維數(shù)模的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(BOM)信息。目前能夠?qū)崿F(xiàn)的在線瀏覽，只適用于常見的文檔文件，對于三維圖等格式文件無法實現(xiàn)。三維數(shù)據(jù)在檔案系統(tǒng)中是割裂的，是獨(dú)立的個體，無法做到像PLM系統(tǒng)那樣完善的文檔管理邏輯。

2 三維數(shù)模管理的方式研究

2.1 前端控制，探索三維數(shù)模完整歸檔模式

三維數(shù)模作為一種新興的電子文件，需要按照電子全生命周期思路進(jìn)行全程管控，在三維數(shù)模生成、流轉(zhuǎn)階段就對其進(jìn)行前端控制，即在產(chǎn)品數(shù)據(jù)階段對三維數(shù)模進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，有效管控，確保在歸檔環(huán)節(jié)能夠順利開展。

2.1.1 歸檔準(zhǔn)備

在產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計階段要統(tǒng)籌考慮檔案管理要素，使得產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中的三維數(shù)模通過接口能夠順利歸檔。一是建立順暢的系統(tǒng)接口，通過標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的系統(tǒng)接口能夠?qū)崿F(xiàn)三維數(shù)模信息傳遞功能；二是要清晰歸檔內(nèi)容，通過系統(tǒng)間接口采集三維數(shù)模、BOM信息、零組件裝配關(guān)系、存放位置等相關(guān)內(nèi)容，保證三維數(shù)模完整歸檔；三是要優(yōu)化檔案管理系統(tǒng)，檔案管理系統(tǒng)要能夠適應(yīng)三維數(shù)模管理要求，轉(zhuǎn)變以文件條目為主體的管理模式，優(yōu)化文檔與文檔間、文檔與對應(yīng)產(chǎn)品間的關(guān)聯(lián)功能；識別和讀取產(chǎn)品的BOM數(shù)據(jù)，提取構(gòu)成產(chǎn)品的零部件信息，并自動關(guān)聯(lián)起來；可以自動識別不同產(chǎn)品對同一零部件的借用關(guān)系；能夠有效的管理同一零部件圖紙的不同版本，根據(jù)需要查詢、追溯圖紙的各個歷史版本。

2.1.2 歸檔模式

常見的三維數(shù)模歸檔模式有三種：

一是產(chǎn)品數(shù)據(jù)邏輯歸檔至檔案系統(tǒng)集中管理。三維數(shù)模文件保存在前端產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM/PLM)系統(tǒng)，僅將三維數(shù)模輕量化圖形和前端系統(tǒng)中邏輯地址推送到檔案系統(tǒng)進(jìn)行管理，在檢索和利用時，通過地址訪問前端系統(tǒng)進(jìn)行借閱查看。

二是產(chǎn)品數(shù)據(jù)通過前端業(yè)務(wù)系統(tǒng)集中管理。鑒于前端產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)有較為完善的文檔管理功能，有部分用戶直接將前端產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)作為“檔案管理系統(tǒng)”使用，不進(jìn)行歸檔推送，直接完成歸檔、管理、借閱、外發(fā)等功能。

上述兩種歸檔模式，都依賴于前端系統(tǒng)，當(dāng)前端系統(tǒng)發(fā)生改變時，就會影響產(chǎn)品檔案，無論是邏輯歸檔還是直接依賴前端系統(tǒng)，都會有非常大的管理風(fēng)險。因此，理想的管理模式還是需要將前端業(yè)務(wù)系統(tǒng)的產(chǎn)品檔案歸檔到檔案系統(tǒng)進(jìn)行管理。

三是檔案系統(tǒng)集中管理產(chǎn)品檔案數(shù)據(jù)。這種歸檔管理模式是比較穩(wěn)定的方式，可以發(fā)揮檔案管理系統(tǒng)作為知識中心、數(shù)據(jù)中心的作用，并且由檔案系統(tǒng)將前端各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有機(jī)、高效的關(guān)聯(lián)管理，讓各業(yè)務(wù)系統(tǒng)不再是信息孤島。

2.1.3 歸檔要求

一是統(tǒng)一三維數(shù)模歸檔格式。目前三維圖形格式基本是 PRT格式的文件，文件類型單一，較容易實現(xiàn)三維數(shù)據(jù)的在線瀏覽功能。但是，隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，三維圖形格式也可能出現(xiàn)多樣化的形式，因此統(tǒng)一三維數(shù)模的格式也是需要值得考慮的事情。根據(jù)國際上三維數(shù)模標(biāo)準(zhǔn)格式的發(fā)展，STEP格式相對其他的格式擁有更多的優(yōu)點，具有更強(qiáng)的適應(yīng)性和數(shù)據(jù)包容性，可以較好地支持實體數(shù)據(jù)交換。

二是明確三維數(shù)模歸檔內(nèi)容。三維數(shù)模是一種復(fù)雜的電子產(chǎn)品，我們不僅需要?dú)w檔其三維圖形本身，還需要對其說明文件、模型的關(guān)系圖（模型名稱與編號對應(yīng)表）以及產(chǎn)生該模型所運(yùn)行的軟件環(huán)境進(jìn)行歸檔，以保證其歸檔的完整性和未來正常的打開利用。

三是保證三維數(shù)模真實可控。數(shù)字水印技術(shù)是目前實現(xiàn)電子文件可控性、真實性的一個常用的文件控制方法。三維數(shù)模在通過前端系統(tǒng)推送到檔案系統(tǒng)時，添加水印以保證其真實性。在檔案系統(tǒng)的整體優(yōu)化升級功能中，將三維數(shù)字水印技術(shù)作為四性檢測功能的一部分，統(tǒng)籌策劃，推進(jìn)實施[1]。

2.2 全程管控，確保三維數(shù)模存儲保管可靠

為保證三維數(shù)模真實性、可靠性，在電子文件形成、歸檔、保管全過程管理中采用數(shù)字簽名、電子簽章、元數(shù)據(jù)采集、日志管理、四性檢測、防改寫等技術(shù)對電子文件管理全過程進(jìn)行監(jiān)控，保證三維數(shù)模電子文件真實有效。

電子文件管理中一個亟需解決的問題是如何實現(xiàn)電子檔案長期安全保存，三維數(shù)模作為一類電子文件，需要重點關(guān)注安全保管和長期可用的保管環(huán)境和手段。

一是進(jìn)行格式處理和封裝，對于長期保存的格式應(yīng)滿足格式開放、不綁定硬件、文件顯示一致性、持續(xù)可解釋、穩(wěn)健、可轉(zhuǎn)換、利于存儲、支持技術(shù)認(rèn)證機(jī)制和易于利用等要求，封裝是采用開放性的描述語言讓電子檔案的內(nèi)容和元數(shù)據(jù)信息長期保持穩(wěn)定、可解析狀態(tài)；二是要構(gòu)建電子檔案信息安全保障體系，通過安全性檢測、病毒檢測、安全審計、信息備份與恢復(fù)等多方面建設(shè)保證產(chǎn)品電子文件安全性；三是實行雙軌制，對三維數(shù)模實行雙軌制保管，即實行數(shù)據(jù)庫和光盤統(tǒng)一、連續(xù)、并行的管理機(jī)制。根據(jù)《CAD電子文件光盤存儲、歸檔與檔案管理要求》（GB/T 17678.1-1999）中“電子文件歸檔與檔案管理”要求，三維模型應(yīng)通過光盤形式進(jìn)行保存，同時為保證三維數(shù)模保管安全可靠，依托其保存的檔案管理系統(tǒng)，按照統(tǒng)一備份策略，實施數(shù)據(jù)庫備份，從而充分發(fā)揮光盤存儲和數(shù)據(jù)庫存儲的優(yōu)勢。

2.3 后期利用，實現(xiàn)三維數(shù)模的交互式利用

對于三維數(shù)模的利用方式，目前行業(yè)內(nèi)主要做法是以前端業(yè)務(wù)系統(tǒng)為依托，在前端業(yè)務(wù)系統(tǒng)運(yùn)用UG環(huán)境打開三維數(shù)模文件實現(xiàn)交互利用，這使得產(chǎn)品研制數(shù)字化環(huán)境不確定性大大增加，給產(chǎn)品數(shù)據(jù)安全性和資源整合開發(fā)帶來風(fēng)險。應(yīng)從數(shù)字化產(chǎn)品定義的源頭出發(fā)，研究數(shù)據(jù)的組織、存儲和重用等關(guān)鍵技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，支持在不依賴于具體系統(tǒng)平臺的條件下，實現(xiàn)產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)及三維中性化數(shù)據(jù)長期可存儲、可識別、可復(fù)用和可視化，從而降低產(chǎn)品現(xiàn)有研制數(shù)字化環(huán)境對國外軟件的依賴程度，提升產(chǎn)品研制模型數(shù)據(jù)的安全性[2]。

實現(xiàn)三維數(shù)模在線實時交互查閱，是檔案管理系統(tǒng)優(yōu)化升級過程中亟待解決的重要問題。目前檔案管理系統(tǒng)無法有效讀取PRT和STEP格式的三維數(shù)模，因此檔案管理系統(tǒng)在新建或優(yōu)化升級的過程中，需增加其在網(wǎng)頁端對PRT和 STEP的三維數(shù)模的解析功能。

目前國際上采用統(tǒng)一的STEP格式作為三維數(shù)模的標(biāo)準(zhǔn)格式，檔案管理系統(tǒng)使用針對AP203協(xié)議的解析器來對 STEP格式的三維圖形進(jìn)行解析，用OpenGL技術(shù)（開放的圖形程序接口）結(jié)合HTML5將三維實體模型不失真地展現(xiàn)在網(wǎng)頁平臺上[3]。基于web的AutoView以及winchill自帶的productview等，可以借助瀏覽器實現(xiàn)對三維圖形的實時交互查閱。檔案管理系統(tǒng)集成了AutoView原文瀏覽器，該瀏覽器不僅可以實現(xiàn)產(chǎn)品文檔及二維圖形的識別與在線瀏覽，也可以實現(xiàn)二維矢量圖與三維矢量圖等格式文件的在線瀏覽，因此，優(yōu)化和升級AutoView原文瀏覽器，加入更新的特性，也可以更好地實現(xiàn)三維數(shù)模的交互式查閱。

3 小結(jié)

三維數(shù)模作為一種先進(jìn)的生產(chǎn)工具，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)制造型企業(yè)，它在產(chǎn)品生產(chǎn)制造的全生命周期中發(fā)揮了重要的作用，它是反映產(chǎn)品生產(chǎn)制造全過程的重要數(shù)據(jù)。因此，將三維數(shù)模納入檔案管理工作是一個必然趨勢，也是電子文件管理領(lǐng)域研究的新方向。三維數(shù)模是一種特殊的電子文件，它的特殊性表現(xiàn)在：一、它是一種新型的電子文件。二、對其進(jìn)行檔案屬性化的難度大。三、它拓展了傳統(tǒng)電子文件的研究領(lǐng)域。對三維數(shù)模的檔案管理模式的研究是一個剛開題的項目，它還有很多有待深入探討的方向。