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基于MBD框架的PDM与CATIA系统集成研究与实现

2021-01-19秦坤 张昕

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文章探究了PDM与三维CATIA双向集成的方法,提出了采用XML实现PDM与三维CATIA集成方案,并通过实际PDM系统与三维设计工具CATIA集成实例验证了集成方案的可行性,并为类似系统集成提供了参考依据。

1 存在问题及分析

    随着信息化在航空企业的不断普及,我国航空制造企业正逐步使用现代化的设计工具,其中,CATIA作为航空设计领域领先的三维设计软件,已成为航空产品设计的主流工具之一,被广泛应用于航空领域的计算机辅助设计、仿真分析和制造等专业。PDM(Product Data Management,产品数据管理)用来管理航空产品信息和技术状态的数据平台,贯穿于产品设计、工艺和生产检验的整个环节,为企业内应用系统的集成和数据传递提供了必不可少的支撑环境。在企业信息化里,PDM是整个企业数据与信息的平台,相关业务应用系统都与之集成,以PDM为数据源,共享产品设计相关数据而MBD(Model Based Definition,基于模型的定义)技术是将三维CATIA文件按照MBD标准规范有效标注后形成的MBD数模文件,因此三维文件不仅仅是以往普通的设计图形文件也是含有丰富产品信息的数据文件,它涵盖产品设计信息,加工工艺信息、生产和检验信息,通过将MBD数模文件与PDM进行有效集成,保证了PDM数据的单一性和有效性。

    由于MBD数模文件PDM的数据结构存在很大的差异性,所以通过传统的“中间数据表“集成方式是无法实现模型文件的数据与PDM进行有效集成。“中间数据表“数据集成是一种点对点的集成体系结构,当两个应用系统之间有相关业务数据时,就需要为这两个应用系统开发相应的“中间数据表“业务组件,但该种组件仅适用于两个业务系统之间具体业务的之间的数据交互,但随着应用系统集成的数量增加,就需要不断地增加新的该组件,因此,长期下去就会导致集成接口组件数量快速增加,给后期的系统维护带来了很大的复杂性和管理不确定性。任何一方业务系统需求变更或者软件代码进行维护时,就要对集成接口进行升级和修改,工作量大,影响整个系统的工作。

    基于以上原因,点对点的数据集成方式仅适用于数据结构相近,业务相对固定的两个系统之间集成,而对于数据结构差异较大和业务变化较为频繁的多个业务系统之间的集成采是不适用的,不利于整个应用系统的扩充和发展,只有通过一种高效的数据集成技术应该能够将相关不同的应用系统整合起来,并且在过程中不应影响系统本身。既保持系统间的协作有效性又保证各系统之间的独立性,只有这样才能保证企业的信息化工作有序开展。

2 基于XML应用集成技术的研究

    在企业的实际应用中,PDM系统是管控产品设计到生产制造全生命周期的一个重要平台。由于PDM系统底层支持异构软硬件平台,中间层提供分布式信息管理、通讯服务以及支持应用集成的功能,因此PDM被看作是企业重要的数据中心。集成框架原理如图1所示:

PDM应用系统集成原理图

图1 PDM应用系统集成原理图

    在企业中信息化实际应用中,各个系统通过集成接口,与PDM应用框架进行有效集成,由于底层是数据库,各数据库管理系统之间的异构性及其所依赖操作系统的异构性严重限制了信息共享和数据交换范围。

    XML(Extensible Markup Language,可扩展标记语言)是一种标记语言,通过这种标记,计算机就可以处理语义数据信息。相对于HTML它的优点是将用户界面与结构化数据彻底分离开来,这种数据与显示的分离使得集成不同数据源的成为可能。

    XML的优点是数据的可交换性,支持异构数据的交换,还具有如下优点:

    (1)XML文件为纯文本文件,支持多种编码,不受操作系统、软件平台的限制,具有很强的兼容性;

    (2)XML具有自描述语义的功能,容易描述数据的语义;

    (3)XML已经成为通用数据处理的格式和标准,被众多软件厂商支持。

    因此数据集成时,由于底层数据库各异,首先必须将数据模式进行统一,将异构的数据模式统一为一个公共的、标准的数据模式。

3 基于XML的MBD数模文件与PDM系统集成实现

    目前我所使用的设计工具是达索的CATIA V5R20设计平台,而PDM是采用的西门子的全生命周期管理平台TeamCenter Enterprise8.1,与CATIA集成功能包括两部分的内容:一个是功能集成;另一个数据集成。其中功能集成包括两个方面:一个是指在CATIA中可以将设计完成的CATIA文档、CATIA文档及其中包含的产品结构信息与属性信息通过集成接口一起提交到PDM系统中,并能在PDM中自动生成产品结构树;另一个是在PDM系统中可以将最新的产品结构关系及相关的文档通过接口导入到CATIA中,并能通过CATIA重新生成模型或驱动模型发生变更。

    集成框架如图2所示:

基于XML的PDM与CATIA集成程序框架图

图2 基于XML的PDM与CATIA集成程序框架图

    (1)实际工作业务场景如下:

    (a)CATIA三维设计端与PDM集成应用场景(设计环节)

    ①首先设计人员在PDM中申请需要创建的零部件代号;

    ②设计人员在CATIA环境中,调取CATIA模板(含有提前定义的各种属性),在模板基础上绘制模型,将在PDM中申请的零部件代号分配给模型的各个部件;

    ③点击菜单“签入到PDM”,系统自动将CATIA模型保存到PDM中(建立新的CATIA对象及版本),将在CATIA端填写的属性值同步到PDM中CATIA对象属性上,同时生成BOM结构。

    (b)CATIA三维设计端与PDM集成应用场景(修改环节)

    ①设计人员在CATIA环境中,点击菜单“签出”,弹出类似PDM中的查询界面,输入查询条件,系统列出满足条件的CATIA对象,选中需要签出的对象,点击“确定”,系统自动将选中的CATIA对象签出到本地,用CATIA打开,供设计人员修改;

    ②设计人员在CATIA环境修改模型,完成修改后,点击菜单“签入”,系统自动将修改后的CATIA模型保存到PDM。

    (c)CATIA三维设计端与PDM集成应用场景(审签环节)

    ①设计人员在PDM中,选中需要审签CATIA对象,点击菜单“提交”,选择流程和流程参与人员;

    ②流程参与人员在自己的当前工作列表中选择待审签的CATIA对象,点击菜单“浏览文件”,系统自动将待审签的CATIA对象下载到本地,用CATIA打开,供流程参与人员审签(需安装CATIA软件);

    ③流程参与人员审签完成中,可以用PDM中流程的审签意见栏填写反馈意见;

    ④审签流程完成后,系统自动将将版本信息映射到模型版本属性中,将审签信息映射到模型审签属性中;

    ⑤同时自动传递到档案系统

    PDM端与CATIA三维设计端集成应用场景。

    PDM端向CAD端集成的功能是指在PDM系统中,可以直接加载/浏览/圈阅三维模型及其工程图,可以直接启动CAD系统以及将PDM系统中的产品结构信息和指向产品模型文档的指针导入到CATIA系统中,以在CATIA系统中重新装配模型或进行变型设计。

    (2)基于XML集成方案实现过程:

    实施PDM与MBD数模文件集成的目的就是要实现两者之间数据的共享,而要达到这种目的,关键就是我们开发的集成接口能实现信息在系统之间高效、正确的交换。MBD数模文件与PDM系统双向交换的数据主要包括:产品结构信息和技术状态信息。

    对于涉及到产品结构数据和属性数据的提取,是集成接口开发的重点。在双向集成中,数据集成交换接口主要有两个功能:一是根据各自系统通过二次开发技术提取相关属性信息生成XML格式的数据文件;二是对从源系统获取的XML数据交换文件进行解析,生成目标系统可以读取的数据结构。

    XML结构如图3所示:

XML数据文件

图3 XML数据文件

4 结语

    目前,本文提出的采用基于XML技术的数据集成交换接口,以XML文件作为数据交换中间文件的集成方案,通过实际集成,实现了PDM与MBD数模文件双向系统集成,为以后企业中其他业务双向集成提供了参考,具有一定的借鉴意义。

责任编辑:程玥
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