毕业设计PDM与CAD的数据共享与应用.docx

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毕业设计PDM与CAD的数据共享与应用

题目：

PDM与CAD的数据共享与应用

摘要

作为提高产品开发效率的重要工具和系统，CAD和PDM（产品数据管理）在制造企业被广泛应用，CAD和PDM两者之间存在较多的业务逻辑联系，两者之间的数据共享与应用集成能很大程度上提高系统运行效率，缩短产品开发周期，提高生产效率。

以三维CAD系统Inventor为例，探讨了CAD和PDM系统之间的数据共享和应用集成技术，PDM通过CAD的API（Add—In）获取产品设计信息，CAD通过PDM的Web服务获取产品零部件的“外部”属性，从而实现CAD和PDM系统之间的数据共享和应用集成。

本文研究的主要内容包括：

PDM与CAD数据共享与应用集成的系统需求，所涉及到的技术、标准及其应用，PDM与CAD数据共享的主要途径以及PDM与CAD应用集成的路线、关键技术和系统架构等。

本文提出了PDM与CAD数据共享与应用集成的系统需求、技术路线和系统构架，给出了关键技术及其应用示范，证明了技术可行性，提出了系统集成应用的前景。

为进一步研究PDM和CAD的数据共享和应用集成，实现两者应用集成打下了技术铺热。

关键词：

CAD／PDM；数据共享；应用集成

Abstract：

CAD&PDM（ProductDataManagement）havebeenwildlyemployedinenterprisesof．Inviewoftheflowofinformationinindustry,CAD＆PDMarelocatedinupriver&downriverinproductdevelopmentprocessrespectively,&meyhavelotsofrelationsinbusinesslogically．Thedata—sharing&applicationintegrationbetweenthetwosystemscartresultingreatimprovementinsystemoperationefficiency,shortenthedevelopmentcycleofproductsandenhanceproductivity．

TheintegrationofPDMsystemandCADsys—temneedsnotonlytransferofprerequisiteandapprehensibledatabutalsointeroperationsbetweenthetwosystems．DatasharingandapplicationintegrationarestudiedbetweenPDMandCADinthispaper，onthebaseoftheinstanceofthree—dimensiona1CADInventor．Inwhich，PDMaccessestheproductdesigninformationthroughtheAPI（Add—In）ofCAD，andCADgetstheproductcomponents”external”at—tributethroughWebserviceofPDM，inthisway，datasha—ringandapplicationintegrationbetweenPDMandCADcome

true．Themaincontentsofthisarticleinclude--thesystemrequirementsfordata-sharing&integrationbetweenPDM&CAD，involvedtechniques，standards&theirapplication，themainapproachesto，keytechniques&systemstructureofdata-sharing&systemintegrationbetweenthem．Thearticleputsforwardthesystemrequirements，technicalcourses&systemarchitecturefordata·sharing&applicationintegrationbetweenPDM&CAD，presentsthekeytechniques&theirexamples．provesthetechnicalfeasibility＆bringsforwardafutureforintegratedapplicationofsystems．Anditbringsatechnicalbaseforfurtherresearchondata-sharing&applicationintegrationofPDM&CAD．&foreventuallyrealizingintegratedapplicationbetweenthetwosystems．

Keywords：

CAD／PDM；datasharing；applicationintegration

摘要--------------------------------------------------------------------------1

1、PDM与CAD的数据共享与应用集成简述-------------------------------3

二、PDM与CAD数据共享-------------------------------------------------------5

1PDM与CAD的数据交换与共享概述------------------------------------5

2PDM从CAD中获取数据---------------------------------------------------5

2.1PDM对CAD的系统需求------------------------------------------6

2.2PDM从CAD中获取数据的三种技术手段---------------------7

2.3lnventorAPI---------------------------------------------------10

2.4PDM通过CAD的API获取产品设计信息---------------------12

3CAD从PDM中获取数据---------------------------------------------------17

4CAD通过PDM的Web服务获取产品零部件的“外部”属性------19

三、PDM与CAD的应用-----------------------------------------------------20

1CADAdd-In----------------------------------------------------------------21

2PDMWebServices-------------------------------------------------------24

3PDM与CAD的应用集成----------------------------------------------------25

四、总结与展望-------------------------------------------------------------------27

五、致谢----------------------------------------------------------------------------28

六、参考文献----------------------------------------------------------------------29

七、PDM与CAD应用原理图--------------------------------------------------30

一、PDM与CAD的数据共享与应用集成简述

CAD是产品设计与开发的辅助设计工具．CAD面向的是单个设计人员或设计小组的产品开发概念、模型和设计实现的表达，对于产品设计任务的分配、进度的安排和控制、任务的配合和工作流以及产生的设计文档的分发、备份、访问权限和安全的控制，CAD是不涉足和很少涉足的（现在出现的带有文档管理和产品生命周期管理模块的“CAD”系统可以看作是CAD和PDM结合应用的特例）．而PDM正是基于CAD成功而广泛的应用而产生的，PDM立足于CAD之上，管理和协调着产品的开发这一由开发人员群体参与的活动，控制着产品开发项目的各个要素及流程；从BOM、装配树、版本和设计成果的成熟和可利用程度等角度随时掌握和控制产品开发的阶段和成果；管理着产品开发过程中的文档，提供文档的安全访问、编辑、备份、生命周期等管理rl；PDM还用比较严格的人员和权限的管理，控制设计资源、过程和结果的安全，并对合法用户提供对可用资源的及时访问．在这一过程中，PDM和CAD的信息交换和数据的共享是不可避免和非常必要的，并且信息交换的效率和数据共享的程度直接影响着PDM以及CAD的运行效率，同时在很大程度上影响着开发人员开发的配合和工作的效率．传统的用人工录人数据的方式实现PDM和CAD的数据共享是低效的，越来越不适应PDM技术的发展和深入应用．因此，研究PDM和CAD集成的技术，并且将这种技术使用到PDM开发和

应用的实践中是非常有意义的．并且随着软件技术的发展以及数据交换、资源共享等技术的实践和深入应用，PDM和CAD的集成无论是在理论上还是在实践中都是可行的．

CAD是产品设计与开发的辅助工具。

CAD面向的是单个设计人员或设计小组的产品开发概念、模型和设计实现的表达，对于产品设计任务的分配、进度的安排和控制、任务的配合和工作流以及产生的设计文档的分发、备份、访问权限和安全的控制，CAD是不涉足和很少涉足的（现在出现的带有文档管理和产品生命周期管理模块的“CAD”系统可以看作是CAD和PDM结合应用的特例）。

而PDM正是基于CAD成功而广泛的应用丽产生的，PDM立足于CAD之上，管理和协调着产品的开发这一由开发人员群体参与的活动，控制着产品开发项目的各个要素及流程；从BOM、装配树、版本和设计成果的成熟和可利用程度等角度随时掌握和控制产品开发的阶段和成果；管理着产晶开发过程中的文档，提供文档的安全访问、编辑、备份、生命周期等管理；PDM还用严格的人员和权限管理，控制设计资源、过程和结果的安全，并对合法用户提供对可用资源的及时访问。

在这一过程中，PDM和CAD的信息交换和数据的共享是不可避免和非常必要的，并且信息交换的效率和数据共享的程度直接影响着PDM以及CAD的运行效率，同时在很大程度上影响着开发人员开发的配合和工作的效率。

传统的用人工录入数据的方式实现PDM和CAD的数据共享是低效的，越来越不适应PDM技术的发展和深入的应用。

因此，研究PDM和CAD集成的技术，并且将这种技术使用到PDM开发和应用的实践中是非常有意义的。

并且随着软件技术的发展以及数据交换、资源共享等技术的实践和深入应用，PDM和CAD的集成无论是在理论上还是在实践中都是可行的。

PDM与CAD要实现数据共享一个先决条件，简单的说就是，它们中的任一方都能从对方的那里得到它所需要的数据，要实现PDM和CAD的集成，它们中至少有一方能对另～方实现“程序对程序”的操作；而要同时实现这两点，PDM或CAD一方必须提供数据交换和功能调用的接口，使用API或WebServices可以同时实现这两点要求。

API，即即应用程序接口是实现程序对程序的功能和函数调用的开放的接口，它是同UI（UserInterface，用户接口和用户界面）相对应的。

在Windows平台下，API从最处的由动态链接库（DLL）提供开始，到后来的以ActiveX、Automation、COM、COM+等多种形式提供绘开发开发人员进行应用程序调用，它们依靠面向对象技术将数据、属性、函数和方法等封装在对象和接口中，以一种比较自然和符合人类思维的方式将系统的功能函数暴露出来。

由于这些技术的复杂性，本文仅提供对使用

图1以WebService作为服务端的PDM系统架构

Automation、COM等这些技术的API的外在特性和使用的描述，要比较深入的了解它们，请参阅相关专业书籍，对于某一应用程序提供的API的完整的描述和使用，请参阅相关的帮助文档和SDK。

除API外，另外一种可被大量应用程序（从桌面应用程序到Web应用程序）使用的可编程组是WebServices，WebServices可以被认为是分布在局域网或广域网上的分布式的API。

WebServices使用HTTP协议作为其传输和通信协议，这样WebServices在网络上传输数据时，不需要在防火墙开辟新的端口；WebServices使用SOAP（简单对象访问协议，SimpleObjectAccessProtoc01）协议包装了WebServices在网络中传递的对象和数据，Web服务提供商和消费者之间的通信是XML格式的SOAP消息。

WebServices是作为微软．NET战略的一个部分同．NET平台一起提供的，虽然WebServices面世才五年，但是它已经得到迅速的发展和应用。

在CS（Client-Server）或BS（Browser-Server）架构的应用系统开发中被广泛的应用并取得了良好的效果。

使用WebServices作为服务器端的系统架构一般如图12所示。

使用w曲Services构架的服务器能对从Web应用程序或Windows应用程序发出的服务请求进行处理，从而忽略了CS或BS架构的差异，服务器不知道它处理的请求是来自Windows应用程序还是浏览器中的页面。

现在市面上流行的CAD系统提供的API，大多以面向对象技术封装了函数库，而成熟的PDM或PLM（产品生命周期管理）产品，如Smarteam、Windchill等也以类似的方式或以WebServiCes的形式提供了供二次开发以及应用集成的接口。

了解这些接口的设计和访问的方法，无论是对PDM或pLM等应用系统的开发还是系统的集成都是重要和关键的。

下面将在上一章对数据交换的三种方式，特别是API方式的探讨的基础之上，研究PDM和CAD数据共享和应用集成的问题。

二、PDM与CAD数据共享

1PDM与CAD的数据交换与共享概述

中国CAD的应用始于上个世纪70年代后期，90年代中期CAD技术得到了普及，80％的企业实现了“甩图板”，试点的138家企业中76％的设计周期缩短，96％的提高设计质量，72％的降低成本，为进一步开展CAD的应用打下了基础。

90年代后期，中国CAD技术的应用向纵深发展，一是由使用二维绘图CAD软件向使用三维设计软件发展，二是由零部件设计向整机设计发展，三是由单独运行向集成运行发展。

但是大多数企业停留在“甩图板”阶段，即使有企业使用三维设计软件，但还是没有形成面向整个产品设计过程、具有优化分析与计算、具有系列、通用零部件（模块）库、数据库和快速检索系统的CAD系统内部集成的工作平台，也没有形成与企业其它计算机应用系统数据共享、集成运行的环境。

据中国机械工业联合会2003年11月14日发布的调查，对166家机械制造企业调查统计结果：

CAD应用已基本普及，重点骨干企业的70％已应用CAD技术；“九五”期间50家示范企业的CAD虚用普及率已达93％，主导产品CAD的出图率达98％。

但CAD应用的深度仍有很大局限，相当一部分企业停留在出图上，三维CAD、CAD／CAM、仿真设计等应用很少；被调查的166个企业中进行结构优化计算的只占16％，进行仿真设计的只占6％。

怎样深化CAD的应用?

开展应用系统结合，特别是PDM与CAD的应用结合是发展方向。

PDM与CAD的应用结合中一个重要的方面和基础是PDM和CAD的数据交换，两者之间的数据交换为应用集成提供数据共事的途径，也为两者集成奠定了数据操作

基础。

2PDM从CAD中获取数据CAD系统特别是三维CAD系统现在已经被企业广泛应用，CAD作为产品设计和制造过程中重要的工具，其运算能力和处理能力越来越强大，已远远超过了作为辅助设计工具的地位。

CAD运行产生的数据和文档包含了重要的产品设计信息，这些数据是产品工艺、制造、试验和原型的基础。

PDM要从CAD系统中获取产品数量、结构、材料、关联等信息并管理起来，而数据获取的效率将直接影响系统的运行效率和产品的协作开发效率，如果PDM能在人的手动操作尽量少的情况下获得被管理对象的信息，那么PDM可以把更多的运行能力放在信息的处理和共享以及产品开发的协同控制方面，产品开发的协作将会提高，开发周期将会大大的缩短。

图2表示PDM和CAD有很多相关数据，两者之间的数据交换和共享的必要性有事实依据。

图2CAD和PDM信息的关联

现代CAD系统中保存了丰富的产品信息。

从单个零件的结构、材料、公差、热处理、属性数据等信息，到装配件的装配、配合的信息，到零件库的零部件分类、编码和选配的信息，以及到产品的组装、价格、销量等⋯8943.这些信息同PDM系统管理和设计的信息存在大量的交叉、重复，甚至现在都出现了基于某一CAD系统或从CAD系统派生出来的PDM系统。

这种PDM系统专门针对某一CAD系统，处理该CAD系统产生的文档，协调基于该CAD系统的产品开发

过程。

2.1PDM对CAD的系统需求

PDM的应用不但大大减少应用CAD二次开发工作量，而且解决了目前中国CAD技术应用停留在初级阶段，不能进一步发挥CAD技术作用的问题，所以应用PDM是深化CAD应用的重要途径。

另一方面还解决目前中国企业信息化中严重的“信息孤岛”现象，并为懈决CAD，CAPP，ERP的集成提供了可行方案PDM系统要实现以上功能，必须建立产品属性数据库，通过产品属性数据库对图纸、技术文件、档案资料进行管理，才能达到以上功能，但是产品属性数据都隐含在图纸、技术文件中，这些图纸、技术文件都是CAD系统的输出。

要将这些属性数据保存到建立的产品属性数据库，有两种方法，其一是按CAD系统输出的图纸、技术文件由人工从图纸及技术文件中把产品属性数据找出来，再输入到产品属性数据库中。

其二是用程序读取存储在计算机图形库中的CAD文件，将其属性数据提取，自动输入到产品属性数据库中。

前者方法不可取，因为这既麻烦又易出差错，后者方法可取，但是CAD系统输出的图纸、技术文件中的属性数据必须能被读取。

PDM要从CAD系统中获取必要数据，它对CAD系统提出以下要求：

（1）CAD系统输出的图纸、技术文件中的属性数据必须进行处理。

在图形文件中的属性数据是管理产品数据及实现CAD／CAPP／ERP数据共享的重要信息，因此必须对所要提取的属性数据进行处理，才能通过程序读取属性数据到文本文件或数掘库文件中。

过去中国不少有开发自主版权的CAD软件，由于当时只考虑“甩图板”需求，没有对CAD系统作详细的系统调查和系统分析，没有对CAD软件发展进行分析，因此对CAD系统需求只定义在绘图、出图上，没

有分析图纸文件中包含的数据不但要表达在图纸文件上，而且要提取进入数据库，因此没有为实现属性数据自动提取提供条件，影响了CAD系统内部及企业信息系统实现数据共享的要求。

（2）CAD系统必须能够输出文本文件或数据库文件，以便与各种DBMS联接。

（3）CAD系统必须对产品数据进行统一编码。

为了实现对数字化的产品数据进行管理，必须对产品数据进行统一编码，包括；产品编码及组成产品的各级部件（总成、模块）、各级组件、零件（通用件）、外购件、标准件、原材料以及产品技术文件、资料等的编码。

这些零部件、技术文件、资料在没有使用CAD或使用CAD初级阶段也有编号，但是没有应用数据库对其管理，所以其编号只供人们识别，应用PDM对产品数据进行管理，产品数据必须进入数据库。

为此要对产品数据进行统一编码，并符合以下要求:

——编码的唯一性。

每一代码或每一组编码仅限一个编码对象，每一个编

码对象只能有一个代码或一组编码标识；

——编码的合理性。

选择代码符号、编码的种类、编码系统结构必须与编

码对象、编码目的相适应；

——编码的简明性。

尽可能用最简单的结构、最少的码位，标识编码对象；

——编码的规范性。

一个编码系统中代码符号、系统结构、码位长度必须规范、统一；

——编码的可扩充性。

编码系统中要留有余地，以便进行必要的扩充；

——编码的适用性。

编码必须达到编码目的，而且方便编码，方便记忆，

方便计算机处理。

2.2PDM从CAD中获取数据的三种技术手段

CAD从上个世纪的七、八十年代发展至今已非常成熟，标准也越来越规范，开放的接口也越来越丰富。

各PDM系统从CAD中获取数据的方式也就大同小异，总体来说有以下几种方式：

（1）通过共同支持的标准从CAD系统中获取信息

CAD通过开放的国际、国家或行业等的标准来表达产品的设计、工艺和制造等信息，形成中性文件或信息流，PDM从中性文件或信息流中解读信息，获耿需要的数据，通过处理，存入PDM的数据库中管理。

因为标准是PDM和CAD都能理解的，所以以上的过程也可以反向进行，如图3所示。

图3通过标准实现PDM从CAD中获取数据

能够支持PDM和CAD进行信息交换的标准很多，不一而足，包括Step和XML等，这方面的研究和实践也是很丰富的。

下面以XML作为这一数据交换方式的典型代表进行分析。

图4一个XML表示的CAD三维模型的例子

XML是一套定义语义标记的规则，这些标记将文档分成许多部件并对这些部件加以标识。

它也是元标记语言，即定义了用于定义其他与特定领域有关的、语义的、结构化的标记语言的句法语言。

XML使用的是非专有的格式，不受版权、专利、商业秘密或是其他种类的知识产权的限制。

XML的功能是非常强大的，同时对于人类或是计算机程序来说，都容易阅读和编写。

因而成为交换语言的首选。

使用XML而不是专有格式，人们就可以利用任何理解XML的工具来处理数据，还可以为不同的目的使用不同的工具，比如一个程序用来查看，而另一程序用来编辑。

XML使用户不必因为数据已经用专有格式编写好了或是接受数据的人只接受专有格式而限制在一个特定的程序上。

图3-3显示的是用三维设计软件Inventor做的轮椅的总装配的装配树以及用XML表达的总装配的一韶分。

可以看到在该XML文档中定义了“assembly”和“entry”等对象类型。

assembly”类型的对象有“documentrtti”和“pathname”属性，另外“assembly”类型的对象可以包含很多“entry”类型的对象。

“entry”类型的对象表示系统内部实体，它们具有“entryrtti”属性，该属性表示在Inventor内部定义的各种对

象。

如“entryrtti=AMxConstraintsEntry”表示约束集合对象，该对象可以包含装配体和零件中存在的装配和结构的约束。

例如，该对象可包含"entryrtti”属性为“AMxMateEntry”和“AMxAn