三维CAD与PDM集成需求

三维CAD与PDM集成需求

    PDM是制造业信息化解决方案的核心和平台，它是以软件为基础，管理着所有关于产品的信息，比如工程图纸、产品结构树信息、数据库记录等，还有关于产品的过程信息，比如工作流程和更改流程，它提供产品的全生命周期信息管理。而制造业信息来源于CAD系统，但是用CAD系统设计的产品结果只能输出图纸和有关的技术文档，类似这些信息无法直接被CAPP所用，也就无法进行工艺过程设计，还需要人工的进行人机交互，使CAPP系统能够产出零件的加工工艺卡片，所以PDM与三维CAD的集成是制造业信息化至关重要的一步。
 
    PDM与三维CAD的集成主要功能模块从三维CAD角度来说则是系统的登录退出、图纸文档的检入、检出和问卷的搜索等，从PDM的角度来说则是从三维CAD系统中获取产品的结构信息和物理属性信息，这其中包括零部件系统属性的提取、零部件模型属性的提取、装配体装配结构信息的提取、工程图标题栏信息的提取、工程图明细表信息的提取、零件模型的浏览与编辑及工程图的浏览与编辑等。
 
    下面将分别根据PDM与CAD集成的各自功能模块集成需求分析：
1.1产品数据管理需求分析
  (一)零部件信息提取
    在三维CAD中设计的产品完成后会包含很多属性信息，如名称、代号、材料、重量、版本等，这些信息基本都存在CAD软件的一些参数属性表格中，因此需要利用CAD软件的二次开发功能将其提取出来并存放在一定格式的文件中，比如应用广泛的XML文件，然后PDM通过对此文件进行解析即可得到所需信息存放在PDM数据库中。
 
  (二)装配结构信息提取
    现在三维CAD很多用于虚拟装配，当装配体图纸文档在入库PDM的时候我们不可能单独对根节点下的每个节点零部件进行单独提取，而应在一次导入根节点的时候进行批量处理，对于装配结构树上的每个模型都需要同时提取出相关信息，并且需要装配零件间的结构关系，几何关系，粗糙度等对后期的CAPP操作有用的信息都应同时反映在一个文件中，即中间XML文件，PDM可以通过解析此文件便可在系统中生成一致性的装配结构树。
 
  (三)工程图标题栏信息提取
    三维CAD的产品设计能力很强大，二维工程图纸可以由三维模型图直接映射生成，通过全相关和参数化技术确保三维模型和二维工程图的信息的一致性，即三维模型或二维工程图中任何一方的尺寸信息进行了修改则另一方也会跟着改动。对于工程图标题栏的内容信息，主要有图纸名称、图号、设计者、校对、审图等重要信息。
 
  (四)工程图明细栏信息提取
    二维工程图明细栏信息也是二维图纸中重要的组成部分，它包括组成零件的序号、名称、材料、数量、标准件规格以及零件热处理要求等，对于处于设计阶段的工程图来说，需要进行审核校对等操作，因此需要将信息提取出以供检验。
 
  (五)属性编辑
    对PDM系统具有一定权限的人员提供属性编辑功能，其主要是通过配置文档信息，在PDM中修改后通过对象属性对应，使原始文档属性也进行对应修改，保持文档属性的一致性。
 
1.2CAD设计集成需求分析
    (一)图纸检入
    图纸检入是指在产品设计完成以后，或者对检出的图纸进行重新修改再提交的图纸文档的关联信息上传到PDM的数据库中。但是由于各种三维CAD软件生成的模型图纸格式并不统一，比如二维模型图纸中CATIA的后缀是CATDrawing而UG的是prt，所以在检入文卷的时候不仅会将原始图纸入库，还需要转换成一个统一、方便、安全的PDF文件来管理，可以对该图纸进行浏览、圈阅、修改等操作，并也上传到PDM数据库中，保持与源文件的相关性。
 
  (二)图纸检出
    图纸检出是当技术人员需要对己经上传到PDM服务器数据库图纸进行修改时进行的操作，当图纸下载到客户端进行编辑的时候，图纸处于检出状态，以防止设计人员再次调用此图纸文档将它作为参考文档进行产品设计。对于检出后的图纸文档如果还可以继续被使用，则次文档不用标记为检出状态。
 
    检出的步骤为首先根据检索到需要修改的图纸文档，再将其PDF文件与二维 CAD图纸文档下载到本地，然后在文档库中将其设置其状态为检出。编辑修改完毕后，将文档再导入到服务器端的CAD文档库中，此时检入可以覆盖原文档，也可以保存为最新版本的图纸文档。
 
  (三)文件检索
    文件检索是在PDM中需要调用某指定文件用来指导设计工作时，工作人员可能并不记得文卷的完整名称，可以通过“文件检索”功能，按照一定的关键值查找到自己想要的信息，搜索到相关的文件等。搜索的内容包括产品结构树、模型文件、相关设计文档、相关项目信息等，而搜索的方式则包括文件名称、产品名称、项目名称、文件后缀等。
 
  (四)BOM表信息管理
    PDM关注CAD图纸的产品结构及零部件属性信息等产品数据，BOM表则是这些产品数据在产品全生命周期中传递的载体，并且是计算机可以识别的产品结构数据文件，因此图纸的BOM表管理在PDM与三维CAD的集成中是至关重要的需求功能。该功能通过对CAD图纸的产品结构及零部件属性信息的提取，并储存与XML。XML作为CAD信息统一模型的数据模型，经PDM逻辑进行数据模型转换处理，转换为PDM数据模型，从而实现对产品结构与配置的管理。
 
1.3PDF文卷需求
    在三维CAD与PDM系统的集成过程中，二维工程图文卷会被频繁使用，如产品设计人员将图纸上传到PDM系统中，当其他审核或校对人员需要对图纸进行打开浏览的时候，由于需要在本机安装对应的CAD软件才够能浏览，这对于只需要进行简单浏览与签字的来说，启动三维软件并进行编辑，浪费了大量的时间在不同，存在启动慢效率低等问题。
 
    现在很多三维CAD软件自身都有二维工程图转PDF功能，PDF可以将文字、图片以及文档显示的方式独立地封装起来，保持原有文档的字体、版式风格，还有精确的颜色和准确的打印效果，所以将PDF作为图纸的统一文卷格式将大大提高文卷的浏览与圈阅效率，使得PDF成为CAD工程图在PDM中存储的最佳格式。
 
1.3三维CAD与三维装配LAPP集成需求
    三维装配CAPP是随着制造业企业广泛使用三维cAD软件做产品设计而逐渐发展起来的，由于企业追求产品设计快捷化和制造的数字化，传统的基于二维CAD的CAPP系统无法满足企业信息化制造的需要，传统的基于手工装配工艺设计方法也不能满足制造业高度集成的信息化要求，因此三维辅助装配工艺系统设计的需求被不断提出，它使装配工序简图形象、直观，可以实现爆炸和动画效果，用以指装配现场操作，比较直观，易于理解。
 
   三维装配CAPP体系结构如图2-1所示，一般分为三维模型引入、装配工艺规划和工艺规划输出三大部分。三维模型引入是将提取到的模型装配信息，导入装配工艺系统并生成仿真模型；装配工艺规划是进行装配工艺规划设计，主要是进行装配顺序规划、装配路径规划、装配干涉检测和装配过程动画等；工艺规划输出是输出三维装配工艺文件，利用三维装配工艺文件指导现场装配。

2.1装配信息提取
    三维模型的装配信息提取是首要任务，也是难点之一，装配信息建模的实质为通过一个信息完整、结构合理的信息模型文件来有效的表达出各个零部件之间的装配信息。它不仅是对装配体模型一种概述，还要能够清晰表达零部件间的装配关系，还需要为后续工作比如装配顺序规划、装配干涉检查等提供完善的信息支持，由于装配信息来源于CAD系统，所以对于三维CAD与三维装配LAPP系统的集成应做到以下几点：
  (一)装配结构信息提取
    一个装配体可以分解为不同层次的子装配体，子装配体又可以分解成若干子装配体和零件，表现为一定的层次性。通常用装配树来直观的表达装配体之间的这种层次关系。
  (二)零部件属性信息提取
    零部件属性信息主要包括零部件的名称、代号、设计人员、设计日期、技术要求、技术规范或标注、材料、图号等信息；为产品的设计、制造、装配的管理提供依据。
  (三)零部件几何信息提取
    几何信息主要包括用于后续在三维装配软件中进行装配工艺规划的零部件主要特征尺寸、零部件的空间位置，以及用于装配干涉检测的包容盒尺寸等；它们决定了零部件的几何形状与尺寸大小，以及在最终装配坐标系中的位置和姿态。
  (四)装配关系信息提取
装配关系信息描述了各个零部件之间的相对位置关系和配合关系，反映了零部件间的相互约束和相对运动，产品的装配关系可以分为四类：位置关系、配合关系、连接关系和运动关系。
 
2.2信息存储
    在三维CAD与信息化系统软件集成过程中会产生大量信息数据，比如文档的属性信息、模型的属性信息、装配体的结构信息等等，作为中间层的文件显得极其重要，本文采用可扩展标记语言XML，它具有平台无关性、易移植性、可扩展性、自描述性等优点，并且本身就是一种结构化语言，能够清晰的表达零部件的装配、参数表等各种父子的关系，所以采用XML文件来作为三维CAD与信息化系统集成中数据交换的中间文件。XML工艺全域信息模型如图2-2所示：

3本章小结
    本章首先分析了云计算和云服务等技术应用于制造业信息化软件系统的必要性和优越性。私有云服务能够提高企业内部对信息化系统的信息协同管理能力，深入企业间合作。云架构与传统的cis架构和Bis架构在数据安全性、数据一致性、数据实时性、数据溯源性和服务响应及时性都有着明显的优势，是信息化行业的必然趋势。
 
    其次分析了三维CAD与PDM集成方面的需求，分别从各自的集成需求角度出发，分析了PDM集成需要提取零部件信息、装配结构信息、工程图标题栏信息、工程图明细栏信息和属性编辑五大需求，CAD集成需要进行图纸文档的检入检出、文卷搜索和BOM表信息管理，再深层次的分析出对于工程图纸的转PDF化需求，并通过私有云服务平台将需求集中服务化。
 
    最后分析了三维CAD与三维装配CAPP集成的需求，三维装配技术的集成点主要在于装配信息的提取，包括装配结构信息、零件几何信息、零件属性信息和装配关系信息等，还有集成过程中采用了XML文件来作为三维CAD与信息化系统集成中数据交换的中间文件。
 
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