PDM的分散式虛擬設計平臺架構

3．1基於PDM的分散式虛擬設計平臺體系結構

基於 PDM的分散式虛擬設計平臺可以分為四個層面，從高到低依次為介面層、應用工具層、物件管理層和支撐環境層，如圖3．1所示。

 

圖 3．1基於PDM的分散式虛擬設計平臺體系結構

 

(1)介面層：所有使用者都在統一的使用者介面上進行操作，使用者可根據自己的應用需求對介面進行定製。

 

(2)應用工具層：為實現視覺化虛擬設計平臺的多種功能提供多種應用工具，包括設計建模工具、模擬分析工具、協作設計支援工具、綜合功能建模模擬工具和設計、分析及決策系統等；利用PDM的整合工具進行整合，並透過介面層向使用者提供各種服務。

 

(3)物件管理層：利用PDM軟體對產品開發過程的工作流和產品設計進行管理，透過建立專案管理、過程管理和任務排程機制對產品開發過程進行全面的控制。各種應用透過PDM的標準資料訪問介面實現資料的訪問，PDM的管理功能保證了資料的一致性、完整性和連續性。

 

(4)支撐環境層：資料庫是PDM的支援平臺，透過資料庫提供的運算元據功能支援PDM系統物件對底層資料的管理，資料庫包括全域性共享資料庫、區域性共享資料庫及私有資料庫。網路和計算機系統提供系統執行必要的軟、硬體環境。

 

CAD、CBD、CAE各種CAx系統相互之間的資訊傳遞變成了它們與PDM的資訊傳遞，即各種CAx系統都從PDM系統中提取各自需要的資訊，各自產生的結果也放到PDM中去，由此可見PDM是各種CAx系統的整合平臺，它將產品設計、分析、製造、工藝規劃、和質量管理等方面的資訊整合在一起，進而實現對整個產品生命週期內的資料的統一管理。

 

CAD系統是產生資訊的源頭，包括圖形檔案和屬性資訊。圖形檔案包括裝配體三維模型、零部件三維模型、二維工程檢視；屬性資訊包括圖形的屬性資訊和零部件的屬性資訊(如：材料、成本等)。CAD系統將它產生的資訊交給PDM系統來管理，CBD系統、CAE系統等其他系統都從PDM系統中提取需要的產品特徵屬性引數、圖形檔案，並將它們產生的各種圖形檔案、文件資料交給PDM來管理，這樣做到對產品資料的統一管理和共享。

 

3．2基於PDM的分散式虛擬設計平臺的特點

基於 PDM的分散式虛擬設計平臺具有以下特點：

(1)分佈性分佈性是基於PDM的分散式虛擬設計平臺的一個主要特點，表現為多節點的分散式。各子系統處於整個系統中諸節點單元系統，以元素的身份加入到系統中，在PDM模組的統一系統下成為系統工作的一員。整個系統是在一個以計算機網路與資料庫管理系統(中央資料庫和本地資料庫)支援下的分散式環境中執行。中央資料庫在系統中起資料倉儲的作用，系統中各模組產生的最終資料資訊透過PDM分系統儲存於中央資料庫系統：反之，各模組實現資料共享以中央資料庫為基礎。

 

(2)整合性整合性是基於PDM的分散式虛擬設計平臺的另一個主要特點。分散式虛擬設計平臺採用PDM技術實現了虛擬設計過程中的產品資料的整合、過程的整合、應用的整合，它在資訊整合的基礎上，著重強調了過程整合，過程整合需要最佳化和重組產品的開發過程，組織多部門的人員，在協調工作環境下共同完成設計任務。

 

(3)並行性基於PDM的分散式虛擬設計平臺把整個設計過程看成是一個整合的並行過程，從全域性最佳化的角度出發，實現並行設計。具體體現在：一方面，實現設計過程的重組，消除產品設計的錯誤和不足，提高產品開發的一次成功率。另一方面，PDM為並行設計提供了基礎環境。它集資料庫的資料管理能力、網路的通訊能力以及過程的控制能力於一體，能夠實現在分散式環境中設計活動的資訊共享和交換並對設計和製造過程進行動態的調整

和監控，還能夠很好地支援各子系統的協調工作，支援資源的最佳化配置。從而實現對並行工程的支援。

 

(4)快速性和智慧性基於PDM的分散式虛擬設計平臺採用基於例項的快速智慧設計方法來進行產品開發，以PDM系統作為分散式虛擬設計平臺的支撐環境。使用基於例項的設計可以大大提高產品開發的效率，提高產品開發的速度，提高了開卷機設計的智慧性和實用性，並可以大量地重用企業已有的成熟產品資源。

 

(5)開放性開放性是基於PDM的分散式虛擬設計平臺的重要特點，體現在四個方面：對基礎環境的適應性，與底層環境的連線是透過不同的介面來實現的；PDM核心的開放性，採用物件導向的建模方法和技術，建立系統的管理模型和資訊模型，並提供物件管理機制，實現產品資訊的管理；實現外掛功能，工具封裝和整合。

 

 

(6)高度的柔性基於PDM的分散式虛擬設計平臺以柔性為其基礎，面向市場，面向使用者，注意組織和實現上的柔性。

 

3．3基於PDM的快速變型設計系統

市場競爭的全球化，使得使用者有了更多的選擇物件。使用者需求的多樣化、個性化，導致多品種、小批次 (乃至單件)的訂單方式在許多機械製造企業的普遍實行。與傳統的少品種、大批次生產方式相比較，在訂單式生產中，由於品種的增多和批次的減少，使得產品資訊型別更加多樣，數量更加龐大，因而造成空前複雜的局面。但另一方面，企業要在競爭中取勝，又必須以比同行更快的交貨期、更低的成本、更好的質量和更完善的服務去響應使用者的需求。要達到此目的，企業唯有科學有序地利用現有的產品資訊資源，以變型設計快速、合理地響應使用者訂單。

 

產品的設計，通常分為新穎性／創新設計和適應性／變型設計。創新設計可重用資訊資源較少，產品質量和交貨期難以保證，成本難以控制，從而使得企業缺乏競爭力；變型設計是在原有產品的基礎上，按市場需求進行資訊重組、結構重組，最大限度地重用企業已有的成熟產品資源，靈活性和適應性強，並可提高設計的速度和質量，使企業在激烈的市場競爭中，高效、高質量、低成本生產出新產品，以滿足使用者的要求。產品的快速響應變型設計是企業實現快速響應市場的重要手段。

 

在機械製造行業中，創新設計畢竟稀少，大量的總是變型設計。事實上，許多設計人員的確也是經常使用變型設計去響應使用者訂單，但是傳統的變型設計並不能自動保證訂單產品的快交貨、低成本和高質量。其根本原因在於變型設計的過程中涉及大量繁雜的產品資訊和設計知識，而目前這些資訊和知識的檢索和管理主要仍靠設計人員的手工實現和自發進行，因此嚴重影響設計的速度和合理性。為了克服這個障礙，就需要運用先進的資訊理論和計算機技術，著手對企業的產品資訊資源進行重組。

 

企業在長期的生產活動中積累了大量的極其寶貴的產品資訊 (圖 紙、檔案、資料、經驗、標準、規範等)，對這些資訊進行充分挖掘和科學重組，使之成為有用和便於重複利用的產品資訊資源，並將其儲存在資料庫中，加上在先期開發中所積累的資訊資源，就足以有效支援對市場的快速響應。面對瞬息萬變的市場環境，要求企業快速響應市場需求，迅速開發新產品，變被動適應使用者為主動引導市場。因此，實施“快速響應工程”，以適應市場環境的變化和使用者需求的轉移是時代的需要。

 

變型設計策略以關係型產品模型和與之相適應的產品資訊管理系統以及基於例項推理的智慧技術為主要手段，特別強調對企業產品資訊的標準化、規範化重組，透過對企業現有成熟產品的變型再設計，使企業的寶貴資訊資源得到儘可能多的重用，從而達到以快交貨、高質量、低成本和重環保的快速響應競爭策略去贏得市場的目的。變型設計策略的要點為：

 

(1)重組企業工作流程，用變型設計快速響應市場需求；

 

(2)重組企業產品資訊，使企業在設計開發領域中積累的豐富技術資料轉變為有用和好用的寶貴資訊資源，以期用盡量少的新設計零部件，組成儘可能多的變型系列新產品；

 

(3)建立整合的關係型產品模型和跨功能的並行工作環境，並採用基於例項推理的智慧技術，以期透過產品結構的重組，來支援快速變型設計。簡而言之，就是業務過程重組、資訊資源重組和產品結構重組。

 

3．3．1以關係型產品模型進行資訊重組和變型設計

重用企業產品資訊資源，進行快速變型設計，應基於產品資源的合理定義與表達，按關係型產品模型進行資訊重組。產品模型是一種數字化的資訊模型，它以一定的資料抽象、定義和表達在產品生命週期中有關產品的資訊，包括資料、結構和關係等。

 

在產品開發過程中，即從抽象的概念到具體的結構物化過程中，存在大量蘊含在物化過程中的資訊，對這些隱式資訊進行抽象和歸納，可以得到多種關係，而這些關係的存在和發現，保證了變型設計的正確、快速。關係型產品模型就是以變型產品開發過程中的種種關係為核心，透過對產品結構的重組來支援快速變型設計，能夠最大限度地利用企業已有的產品資源，是進行快速產品設計的有力工具。

 

3．3．2以產品資料管理系統作為-陝速變型設計的資料平臺

產品資料管理將所有與產品相關的資訊和產品開發過程整合起來，創造出一種透明度很高的虛擬環境，能適應複雜多變的變型設計的需求，保證在整個產品生命週期中使產品資料具有一致性定義的條件下，進行產品設計的資料管理和過程控制，是整合計算機輔助工具的重要武器，成為能支援基於關係型產品模型的快速變型設計的資料平臺。

 

在全球性的、競爭日益激烈的市場環境下，企業必須對其經營過程從根本上重新結構化才能在產品上市時間、質量、成本、服務 (即TQCS)上保持競爭優勢，這就是企業重組(Enterprise Reengineering)。企業重組系統由業務過程重組、生產過程重組、資訊科技重組構成。資訊科技重組，是指採用先進的產品資料管理PDM系統，建立智慧化的產品模型，使設計開發人員在進行新產品設計和變型設計時都能對整個企業的生產過程有一個清晰、全面地瞭解。產品資料管理系統便是實現這些哲理的使能器，是計算機工具整合的核心，己逐漸成為企業有效管理、利用產品資源，贏得市場競爭的戰略性武器。

 

支援快速變型設計的 PDM系統主要由事物特性表管理、分類編碼系統管理等模組組成。事物特性是描述物件不受周圍環境影響的特性。事物特性表是一種組合排列物件組的事物和關係特性表格，可用於概括地描述、限制和選擇標準的、非標準的，物質和非物質的以及相互近似的事物物件。將其用於CAD中，可規範化的支援CAD資料的歸檔、儲存和交換，表的每一列表示相關的零部件的特性，表的每一行代表相關零部件類中的一個例項。

 

事物特性技術與關係型 CAD系統組合，可以建立起智慧關係型產品模型，透過關係定義來保證零部件的合理變型。關係在形狀模型和事物特性表之間建立，可以實現由事物特性表驅動的快速變型設計。為了進行產品資訊交流，實現高層次上的技術管理的合理化，需要選擇合適的分類標準。分類編碼體系能夠對產品資源的零件層、部件層、產品層進行統一的分類管理，形成企業的產品資源庫，建立產品、部件、零件之間以及它們與描述它們的文件、圖 紙之間以及供應商之間的關係，建立產品結構資訊。

 

3．3．3以CBR作為快速變型設計的智慧推理工具

CBR(Case based Reasoning)技術即：基於例項的推理技術，是人工智慧中新崛起的一項重要推理技術，其核心思想是對問題求解時充分利用人類的成功經驗，將人類以往處理某類問題的經驗作為現在處理這類相似問題的參考。將它應用於設計領域，就是直接參考以往的類似產品例項，透過必要的修改生成新的產品。這種推理技術符合設計人員的傳統習慣和思維方式，特別適合於進行比較大型的結構變型設計的智慧推理，是進行快速變型設計的智慧推理工具。

 

在基於例項推理操作中，最關鍵的操作是相關例項的檢索、最佳例項的選擇與例項修改。 CBR推理技術引入設計領域是為了克服傳統的基於規則的專家系統和基於模型的推理系統的缺陷，不僅可以緩和專家系統知識獲取的困難，而且可大大地提高系統的推理效率，同時，增強人工智慧處理異構知識的能力，既能夠處理過程性知識又能處理經驗性知識。還能處理例項知識，其具有如下優點：

 

(1)CBR推理不需要精確的領域模型，因而知識的提取變成了一個收集實側的過程；

 

(2)CBR推理的執行過程簡化為確定描述例項的典型特徵，這比產生一個精確的模型或眾多的規則要容易的多；

 

(3)應用資料庫技術，可以解決大量資訊的管理問題；

 

(4)CBR系統能透過把新的知識轉換為例項而實現自學習，這樣使系統的維護容易。

 

因此，應用 CBR技術解決變型設計問題是可行的，對於一個不存在明確模型或尚不被完全理解的問題域，CBR是一個有效的智慧系統開發工具。

 

3．4基於虛擬產品模型的系統整合

建立基於 PDM的分散式虛擬設計平臺，需要對所有產品資料進行結構化的表達．但這些資料分別儲存在不同的應用系統中，為了使虛擬產品模型對所有的使用者來說都是透明的，必須把這些分散的系統整合為一個整體，這些系統主要包括CAx、PDM、以及使用者自己開發的一些應用系統。

 

在 CAx／PDM等系統整合的過程中，下面幾個問題是需要重點考慮的：

(1)對同一資訊在不同系統中的描述方式不～樣，如何進行資料的統一描述；

 

(2)資料的控制問題，即由誰來產生資料以及控制共同擁有的資訊是這個問題的核心：

 

(3)資料的傳遞方向和內容；

 

(4)組織障礙，整合系統的各部門之間較難接受對方的思想，這也是系統整合的一個不容忽視的問題。

 

根據解決上述問題所採用的不同方式， CAx／PDM系統之間的整合可以採用不同的整合策略。企業對系統進行整合時，不僅僅只是考慮技術的因素，更為重要的是要考慮企業組織結構、人員以及企業能承擔的整合費用等。

 

根據系統整合的緊密程度可分為封裝、介面和完全整合三種整合模式：封裝這是一種最簡單的整合方式，實施起來費用較少，而且由於對原系統的改變較少，因而較易為不同部門的人員接受。 OLE技術就是在這一層次上的整合。這時整合的兩個系統不能互相操縱彼此的內部資料，例如在Word文件中嵌入AutoCAD文件，這時是不能在Word文件直接對AuotCAD文件中的資料進行改變。這種整合功能是有限的。

 

介面根據兩個整合系統提供的 API函式進行程式設計，透過API函式來抽取各自所需的資訊，然後轉換成相互都能接受的格式實現資訊互動。在這種整合模式下，系統透過API函式訪問系統內部資料，而API函式一般是有限的，它成為整合的一個瓶頸。同時在整合時必須充分了解各API函式中引數的資料結構。這種整合模式需要更大的投入(同封裝整合模式相比)，它是目前較常見的整合方式。

 

完全整合在完全整合方式中，兩個系統在原資料和麵向特定功能資料定義方面都有統一的描述格式，這些資料的傳遞不必經過 API函式的轉換，整合效率高。這種整合方式需要軟體供應商的大力參與，同時要花費大量的人力、物力和時間。

 

3．4．1PDM系統與CAD系統的整合

(1)PDM／CAD系統整合基本功能描述PDM／CAD系統整合的核心任務是，將CAD使用者的工作結果連同有關的業務物件和資料物件一起構建在PDM資料模型中，使得虛擬產品模型中的描述零部件檢視、模型、工程圖等的所有業務物件、資料物件和資料成為一個整體。在PDM／CAD系統整合介面中主要完成以下四個方面的整合功能，如圖3．2所示。

 

圖 3．2PDM與CAD系統整合之間的資料交換

 

a．對零件的檢視和模型進行操作零件的檢視和模型首先在CAD系統中產生，為了對檢視和模型進行管理，相應地在PDM系統中產生模型基本記錄。如果此時沒有相應的零件基本記錄，必須先產生零件基本記錄，這樣就形成了零件基本記錄一模型基本記錄一模型，檢視的連線鏈。這個過程完成後就能實現零件的檢視和模型的資訊在PDM與CAD系統之間傳遞。

 

從 CAD系統傳遞到PDM系統中的檢視和模型資訊主要包括：零件的重量、體積等，這些資訊構成零件模型基本記錄的組成部分：從PDM系統中傳遞到CAD系統的資訊主要是零件模型和檢視的說明資訊，如物品編號、標記、顯示等級和分類索引鍵，以及CAD檢視和模型的儲存路徑和檔名等。對部件來說，這個過程是相同的。

 

b．對零件主圖進行操作主圖是由2D檢視或從主3D模型生成的區域性檢視再加上相應的工作資訊(如公差等)組成的，透過主圖能夠派生出零件和部件的所有變型工程圖。對零件主圖的操作同對零件檢視／模型的操作是相似的。

 

c．對零件工程圖進行操作對零件的工程圖在PDM／CAD系統之間的操作主要包括工程圖的註冊、瀏覽、載入和編輯等。如在CAD端存放一張帶有邊框和工程標註中記錄了比例尺、頁號和頁數等資訊，這些資訊可以在註冊過程中傳送到PDM系統中相應工程圖基本記錄中。在PDM系統中瀏覽、載入和修改過程中，圖號、名稱、材料和重量等屬性可以從零件基本記錄和工程圖基本記錄中動態地傳送到CAD系統中工程圖示準欄中。

 

d．對部件結構進行操作第一項任務是，在PDM系統中利用從部件圖或部件模型中得到的資訊自動地重新構建一個完整的產品結構，或者在已有基本結構的基礎上進行擴充，形成一個完整的產品結構；第二項任務是，利用PDM系統中的產品資料結構在CAD系統中裝配成一個相應的部件。

 

(2)PDM，CAD系統整合資料結構描述上面描述了PDM／CAD系統之間整合時所需要完成的主要功能，完成這些功能需要相應的資料結構的支援。下面描述PDM／CAD系統整合時產品資料結構的表達。

 

在 PDM系統中，透過零件簇來實現對零部件的分類和組織。主圖和主模型都透過聯絡物件與相應的分類元素聯絡，主圖與主模型中的引數透過與分類元素相聯絡的事物特性表來表達。事物特性表中的每一行與一個相應的零件基本記錄，這樣透過零件基本記錄所對應的事物特性表中的引數和主圖以及主模型就能派生出零件的模型和工程圖等。

 

在從主圖和主模型派生零件模型和零件工程圖的過程中，需要利用事物特性表和參數列之間的對應關係。事物特性表一般作為 PDM系統中的物件進行管理，而在CAD系統對主圖和主模型進行描述是採用主模型和主圖的參數列來進行的，所以要建立事物特性表和參數列之間的對應關係。在CAD系統中，透過參數列中的每一行與相應的主模型和主圖能夠在CAD系統中產生相應的模型和工程圖。

 

在 PDM／CAD之間從主圖和主模型派生工程圖和模型的過程中，主要傳遞的資料是透過主圖和模型的參數列來傳遞的。從PDM系統中產生一個工程圖或者模型時，首先從事物特性表中對映出相應的參數列資料，然後在CAD系統中透過參數列資料產生相應的工程圖和模型；在CAD系統中產生一個模型後，可以提出相應的參數列資料，傳送到PDM系統中相應的事物特性表，在PDM系統中產生一個新的零件基本記錄。

 

3．4．2PDM系統與CAx系統的整合

(1)PDM／CAx系統整合基本功能描述PDM／CAx系統整合主要是指與產生一般產品文件的CAx系統之間的整合。這裡所說的CAx系統主要指與CAD系統相比較而言的，因為PDM／CAD系統之間的整合時需要對有關CAD的文件內部資訊進行處理，而與一般的CAx系統整合時，只需要把這些系統中的相關文件作為一個資訊單元進行處理，這種整合方法相對簡單得

多。

 

在 PDM／CAx系統整合中把文件作為一個資訊單元進行處理時，它們有一些共同的特性，在此基礎上可以構建一個通用的整合介面，這個通用介面主要完成下面幾個方面的功能，如圖3．3所示。

 

a．在PDM系統中註冊CAx文件；

b．透過PDM系統載入／閱覽CAx文件：

c．透過PDM系統載入／編輯CAx文件：

 

圖 3．3PDM／CAx系統整合之間的資料交換

 

(2)PDM／CAx系統整合通用介面描述從上面的描述中可以看出，PDM與一些CAx系統整合時需要完成相似的功能，這樣就可以採用一個相同的結構來構建PDM／CAx系統之間的介面，降低整合的難度和成本。這個通用介面完成的主要功能是文件在PDM系統中的註冊、瀏覽和編輯等。這個通用介面可用圖3．4來描述。

 

PDM／CAx系統整合的過程中，在PDM系統端只要開發一個通用的訊息呼叫模組和前後置處理模組就可以與多種CAx系統整合，前後置處理模組主要是實現文件基本記錄的中性格式的轉換。在CAx系統端除了需要前後置處理模組以外，還需要一個CAx專用介面，這個專用的介面主要用來實現CAx系統與其他系統的整合。

 

圖 3.4PDM／CAx系統整合處理一般文件的通用介面

 

本章分析了基於 PDM的分散式虛擬設計平臺的體系結構和該平臺具有的特點，並探討了構建基於PDM的快速變型設計系統的關鍵性技術，最後分析了基於虛擬產品模型的系統整合。本文章來自清軟英泰御雲軟體，更多詳細資訊請點選：，或在百度搜尋清軟英泰。