淺談企業(yè)CAD信息集成和資源共享的實(shí)現(xiàn)

趙 英

（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

淺談企業(yè)CAD信息集成和資源共享的實(shí)現(xiàn)

趙 英

（廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

隨著計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，企業(yè)已經(jīng)廣泛使用CAD/CAPP/CAM等技術(shù)，但它們相互獨(dú)立，無法實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部產(chǎn)品CAD信息溝通和分享。然而，企業(yè)產(chǎn)品信息需要統(tǒng)一管理，尤其是CAD圖紙信息等技術(shù)文件的管理，或大到總部和各分支機(jī)構(gòu)，小到各技術(shù)員之間的信息溝通和資源共享。為滿足需求，針對性的推出了一套適合制造企業(yè)的CAD信息集成和資源共享的方案。

CAD；信息集成；資源共享

1 前言

隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，越來越多的制造性企業(yè)在設(shè)計(jì)、工藝、采購、生產(chǎn)、銷售等過程中推行無紙化辦公，就要求新技術(shù)、新軟件的應(yīng)用和支撐。雖新技術(shù)和新軟件的應(yīng)用促進(jìn)了企業(yè)的發(fā)展，但同時(shí)又給企業(yè)帶來了困難。對制造性企業(yè)，各部門、各機(jī)構(gòu)乃至各設(shè)計(jì)人員的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)已經(jīng)很成熟，尤其是產(chǎn)品開發(fā)部門、工藝部門基本都應(yīng)用了 CAD技術(shù)，生產(chǎn)部門應(yīng)用了SAP數(shù)據(jù)管理技術(shù)。但它們自成體系，都缺少有效的信息溝通和協(xié)調(diào)，出現(xiàn)“信息孤島”的現(xiàn)象，且問題日趨嚴(yán)重，已經(jīng)引起企業(yè)的關(guān)注，并已經(jīng)著手探索和尋求解決的有效方案和辦法。

2 各種計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)在企業(yè)的作用

CAD，全稱計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，指工程技術(shù)人員以計(jì)算機(jī)為工具，用各自的專業(yè)知識和工作經(jīng)驗(yàn)，對工程進(jìn)行總體設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、繪圖、分析計(jì)算等設(shè)計(jì)活動的總稱。制造性企業(yè)工程技術(shù)人員一般常用 Autocad、CAXA、PRO/E、UG、CATIA等繪圖軟件輔助設(shè)計(jì)，輸出大量的CAD二維和三維工程電子圖，實(shí)現(xiàn)模塊化，將大大縮短了手繪圖紙的設(shè)計(jì)時(shí)間，并提高了設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)包括內(nèi)容很多，如概念設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)輔助繪圖、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)過程管理等[1]。

CAPP(Computer Aided Process Planning)，全稱計(jì)算機(jī)輔助工藝過程設(shè)計(jì)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息輸入、工藝決策、產(chǎn)品工藝信息輸出。是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)輔助工藝設(shè)計(jì)人員，以系統(tǒng)、科學(xué)的方法確定零件從毛坯到成品的整個技術(shù)過程，即工藝規(guī)程。

CAM，全稱計(jì)算機(jī)輔助制造。

PDM，全稱產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理?；驹硎牵谶壿嬌蠈AD/CAPP/CAM等信息化孤島集成起來，利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)控制整個產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)過程，通過逐步建立虛擬的產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，PDM系統(tǒng)可以有效、實(shí)時(shí)、完整地控制從產(chǎn)品規(guī)劃到產(chǎn)品報(bào)廢處理的整個產(chǎn)品生命周期的各種復(fù)雜的數(shù)字化信息[2]。

CAD/CAPP/CAM與PDM的相關(guān)性主要體現(xiàn)在以下過程，過程如圖1所示。

圖1 CAD/CAPP/CAM與PDM的關(guān)系圖

3 CAD信息集成和資源共享

3.1 企業(yè)現(xiàn)狀

CIMS技術(shù)在企業(yè)得到廣泛的推廣，其中主要的軟件——CAD、PDM、ERP等，在企業(yè)信息化建設(shè)中發(fā)揮了巨大的作用。

但實(shí)際應(yīng)用中，各種軟件的接口問題，各部門的信息傳遞問題，容易被忽視。

實(shí)地調(diào)研了一家國內(nèi)著名的制造性工程機(jī)械廠商，該企業(yè)主要涉及產(chǎn)品的部門與機(jī)構(gòu)如圖2所示：

圖2 企業(yè)產(chǎn)品的部門與機(jī)構(gòu)關(guān)系圖

可見，該企業(yè)擁有四大研發(fā)分支機(jī)構(gòu)、四大生產(chǎn)基地、營銷和融資公司，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)出、銷售、研發(fā)分離，各研發(fā)分支機(jī)構(gòu)根據(jù)產(chǎn)品模塊設(shè)立和定位，生產(chǎn)基地也根據(jù)產(chǎn)品模塊來定位。為實(shí)現(xiàn)集團(tuán)化管理，該企業(yè)將產(chǎn)品規(guī)劃、生產(chǎn)與采購計(jì)劃和分配、信息規(guī)劃及建設(shè)等統(tǒng)籌由總部管理和實(shí)施。具體業(yè)務(wù)如圖3所示：

圖3 企業(yè)業(yè)務(wù)示意圖

形成了市場部門將銷售信息統(tǒng)一傳遞到集團(tuán)總部，由集團(tuán)總部運(yùn)籌部門將信息進(jìn)行處理，對四大生產(chǎn)基地的實(shí)際情況進(jìn)行排產(chǎn)并下達(dá)生產(chǎn)任務(wù)和計(jì)劃，同時(shí)形成采購計(jì)劃，各相關(guān)機(jī)構(gòu)接到集團(tuán)總部的計(jì)劃和任務(wù)后實(shí)施的模式。

所有業(yè)務(wù)流程中，研發(fā)機(jī)構(gòu)是產(chǎn)品信息輸出的源頭；工藝部門是產(chǎn)品信息加工部門，起到承接研發(fā)和生產(chǎn)的作用，工藝部門接收到設(shè)計(jì)部門的CAD圖紙信息后，經(jīng)過CAPP設(shè)計(jì)，生成一套工藝文件，并維護(hù)SAP系統(tǒng)，將信息零部件外協(xié)、自制、外購信息傳遞到采購部門；采購部門根據(jù)工藝策劃生成采購訂單，下發(fā)訂單和圖紙到上游供應(yīng)商或企業(yè)生產(chǎn)部門；生產(chǎn)部門是產(chǎn)品最終實(shí)現(xiàn)的部門，銷售和售后部門是產(chǎn)品形成商品和實(shí)施服務(wù)的部門。但整個過程的核心是產(chǎn)品，CAD信息是產(chǎn)品媒介形式。除設(shè)計(jì)部門外，其他CAD信息使用部門只涉及到CAD圖紙信息的傳遞和使用，未涉及到輸出CAD圖紙的過程，需要的是CAD圖紙信息正確有效。

但由于集團(tuán)各機(jī)構(gòu)業(yè)務(wù)獨(dú)立、地域分散，就難免出現(xiàn)一些問題，主要有以下幾點(diǎn)：

表1 集團(tuán)機(jī)構(gòu)現(xiàn)狀與問題

由于CAD設(shè)計(jì)源頭控制對CAPP系統(tǒng)和CAM系統(tǒng)將產(chǎn)生重要影響，并且CAD產(chǎn)生的BOM表將成為PDM和SAP系統(tǒng)的重要輸入。因此CAD信息必須及時(shí)反饋到PDM系統(tǒng)中，CAD信息能很好的集成起來，才能使設(shè)計(jì)信息更快達(dá)到其他環(huán)節(jié)，形成并行設(shè)計(jì)的開發(fā)環(huán)境。

可見，產(chǎn)品源頭的管理關(guān)系到企業(yè)各個環(huán)節(jié)，如何有效管理好企業(yè)的產(chǎn)品信息源，影響企業(yè)產(chǎn)品過程控制的好壞，就要構(gòu)建好企業(yè)的產(chǎn)品信息管理框架，尤其是CAD圖紙等技術(shù)信息的管理。

3.2 產(chǎn)品信息管理框架設(shè)計(jì)

根據(jù)3C（CAD/CAPP/CAM）與PDM的相關(guān)性，企業(yè)現(xiàn)狀與問題，可以看出，CAD是企業(yè)產(chǎn)品信息管理源頭，規(guī)劃好產(chǎn)品信息結(jié)構(gòu)樹，也能提供PDM的管理有效性。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中所有節(jié)點(diǎn)如成品、系統(tǒng)或部件、小總成、零部件、原材料都統(tǒng)一定義為Item（結(jié)構(gòu)條目），產(chǎn)品結(jié)構(gòu)抽象為Item組成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，產(chǎn)品信息樹定義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中的任一個Item為產(chǎn)品信息樹的根節(jié)點(diǎn)，如圖4所示：

圖4 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)圖

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息樹是可定制的、動態(tài)變化的。企業(yè)的不同、企業(yè)信息化的推進(jìn)程度、使用部門人員的不同等等，都可能使產(chǎn)品信息樹發(fā)生變化。

3.3 CAD和PDM集成與信息共享

3.3.1 CAD系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)與研究

企業(yè)各研發(fā)分支機(jī)構(gòu)CAD設(shè)計(jì)流程基本一致，具體如圖5所示。

圖5 企業(yè)各研發(fā)分支機(jī)構(gòu)CAD設(shè)計(jì)流程圖

為解決企業(yè)現(xiàn)狀存在的問題，必須經(jīng)過二次開發(fā)使機(jī)械CAD設(shè)計(jì)軟件有良好的統(tǒng)一的應(yīng)用框架結(jié)構(gòu)、基于參數(shù)化的完備的標(biāo)準(zhǔn)件圖庫、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，營造開放環(huán)境實(shí)現(xiàn)信息共享，使設(shè)計(jì)員可以根據(jù)需要借用原有零部件資源，有效杜絕重復(fù)設(shè)計(jì)與資源浪費(fèi)。要求機(jī)械CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)應(yīng)具有以下功能：

（1）建立統(tǒng)一的設(shè)計(jì)圖面、圖幅、標(biāo)注、標(biāo)題欄格式；

（2）建立共享數(shù)據(jù)庫、圖形庫，包括國家標(biāo)準(zhǔn)與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合的標(biāo)準(zhǔn)件圖形符號庫；

（3）提供用戶審請建立、補(bǔ)充圖形符號庫的功能；

（4）提供對系統(tǒng)內(nèi)圖形符號庫的快速、簡便、靈活檢索功能，包括查詢、調(diào)用、插入。刪除等；

（5）系統(tǒng)能讀取標(biāo)準(zhǔn)件、外購件庫，對安裝圖進(jìn)行標(biāo)注，并生成標(biāo)準(zhǔn)件、外購件明細(xì)表或標(biāo)準(zhǔn)件、外購件清單。3.3.2 PDM系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與研究

為有效集成CAD信息，也要求PDM具有以下功能：電子資料庫和文檔管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和配置管理、生命周期（工作流）管理、集成開發(fā)接口。具體表現(xiàn)的基本功能如下：

（1）基本信息維護(hù)：包括工藝類型、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類型、材料類型、標(biāo)準(zhǔn)件等信息庫的維護(hù)；

（2）項(xiàng)目管理：項(xiàng)目的建立、人員的組織、人員的角色指派等；

宿州學(xué)院自2004年“升本”以來，根據(jù)皖北經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求，確定了立足地方、發(fā)展應(yīng)用型本科的辦學(xué)方向。其省級特色專業(yè)——地質(zhì)工程專業(yè)于2007年開始招生，至2012年已有兩屆畢業(yè)生。由于辦學(xué)定位準(zhǔn)確，人才培養(yǎng)目標(biāo)明確，畢業(yè)生就業(yè)狀況呈良好趨勢。但由于這個專業(yè)辦學(xué)時(shí)間較短，不可避免地存在專業(yè)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)不足的問題。通過對畢業(yè)生就業(yè)狀況進(jìn)行調(diào)查與分析，可以進(jìn)一步找出不足，提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)質(zhì)量。

（3）產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理：建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，實(shí)現(xiàn)零部件裝配功能；

（4）多維的權(quán)限管理：不同的用戶在不同的工作組中有不同的權(quán)限；

（5）圖紙與文檔的管理、瀏覽批注：對各種圖紙和文檔按零部件族分類管理，提供多種查詢手段和紅線批注；

（6）可定制的報(bào)表生成：將結(jié)果輸出奧Excel環(huán)境中，由用戶定性格式定義；

（7）可定制的工作流程：產(chǎn)品在設(shè)計(jì)過程中的流程由用戶定義。

3.3.3 CAD軟件的二次開發(fā)

為實(shí)現(xiàn)CAD系統(tǒng)要求配置的功能，結(jié)合目前使用的最新軟件，確定以Autocad軟件為平臺進(jìn)行。其二次開發(fā)途徑有兩個，即文件開發(fā)和程序開發(fā)。文件開發(fā)是指根據(jù)用戶的具體開發(fā)需求，按照AutoCAD提供的方法和文件格式，通過編輯AutoCAD系統(tǒng)所支持的ASCII碼標(biāo)準(zhǔn)功能文件或建立同種類型新的ASCII碼功能文件來開發(fā)AutoCAD，使其滿足用戶特定需求的方法。程序開發(fā)是指利用AutoCAD提供的編程環(huán)境和開發(fā)工具，通過編寫程序來實(shí)現(xiàn)對AutoCAD開發(fā)的方法。借助于程序開發(fā)，可為AutoCAD擴(kuò)充新的命令和定義，以滿足用戶具體的需要[3]。

CAD軟件二次開發(fā)的方式主要有DLL、API函數(shù)庫形式和ActiveX Automation 兩種?；诓煌腃AD軟件各有特點(diǎn)，對外提供的二次開發(fā)手段和方法也有所差異，經(jīng)分析可抽取出較為通用的CAD二次開發(fā)模型，如圖6所示：

圖6 CAD二次開發(fā)模型圖

集成環(huán)境

要實(shí)現(xiàn)集成，首先要有一個對信息進(jìn)行集成的支撐環(huán)境，包括計(jì)算機(jī)及輸入與輸出設(shè)備等硬件和操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫及各種應(yīng)用軟件，基本配置要求：

（1）硬件環(huán)境

分布式工程工作站和微機(jī)工作站等；

數(shù)字化儀器化圖形輸入板、獨(dú)行掃描儀等圖形輸入設(shè)備等；

圖形顯示器、繪圖儀、激光打印機(jī)等圖形輸出設(shè)備。

（2）軟件環(huán)境

包括2D、3D造型、工程繪圖、工程分析、數(shù)據(jù)編程和仿真等功能模塊的CAD/CAPP/CAM、PDM應(yīng)用軟件；分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)；網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換規(guī)范。

集成模式

從軟件開發(fā)的角度講，用PDM作為集成平臺，由PDM集成企業(yè)所有應(yīng)用系統(tǒng)的功能，并在PDM上實(shí)現(xiàn)不同的應(yīng)用系統(tǒng)之間的相互操作。根據(jù)本人教學(xué)工作經(jīng)驗(yàn)，為實(shí)現(xiàn) 3C與PDM系統(tǒng)之間的集成，從模式上看可采用三種模式：封裝模式、接口交換模式、緊密集成模式[3]。這里重點(diǎn)介紹緊密集成模式。在這種集成模式下，不同CAD系統(tǒng)成了PDM系統(tǒng)的有機(jī)組成部分，相互之間不僅可以共享數(shù)據(jù)，還可以共享操作服務(wù)，PDM具有對各種類型的信息提供全自動的雙向相關(guān)信息的交換。應(yīng)用緊密集成時(shí)，需要詳細(xì)分析CAD的圖形信息和PDM的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息，制定統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，這樣當(dāng)其中一個結(jié)構(gòu)關(guān)系發(fā)生變化，則另一個自動隨之進(jìn)行調(diào)整，從而始終保持CAD的裝配關(guān)系與PDM的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的一致性。

信息集成與共享方案

結(jié)合考察企業(yè)的實(shí)際情況，根據(jù)企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)流程要求，具體流程如圖7所示：

圖7 企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)流程圖

根據(jù)以上流程，具體信息集成與共享方法有：

（1）為盡可能減少CAD系統(tǒng)原材料、標(biāo)準(zhǔn)件、通用件的規(guī)格和數(shù)量，要求應(yīng)用CAD繪圖軟件時(shí)只能統(tǒng)一從數(shù)據(jù)庫中選取。

CAD系統(tǒng)的原材料、標(biāo)準(zhǔn)件、通用件信息統(tǒng)一由標(biāo)準(zhǔn)化員規(guī)范，系統(tǒng)管理員從PDM系統(tǒng)錄入與維護(hù)。數(shù)據(jù)庫信息在設(shè)計(jì)員運(yùn)行CAD軟件時(shí)自動匹配到CAD標(biāo)題欄以供選取。

（2）通過PDM權(quán)限分配，設(shè)置不同層級的技術(shù)人員可瀏覽、下載不同模塊的產(chǎn)品信息。

（3）產(chǎn)品經(jīng)理或項(xiàng)目經(jīng)理通過PDM系統(tǒng)，建立項(xiàng)目，指派人員，明確任務(wù)和完成時(shí)間。

（4）首先由總體設(shè)計(jì)人員錄入產(chǎn)品總裝配圖或整機(jī)外形圖信息后，并建立產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹后，各系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員登陸 PDM系統(tǒng)后，會自動接收到任務(wù)信息，錄入存在電腦本機(jī)的產(chǎn)品CAD電子圖紙，各相關(guān)系統(tǒng)會自動匹配到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中，可通過產(chǎn)品完整性、準(zhǔn)確性、關(guān)聯(lián)性檢測錄入圖紙的情況。例如整機(jī)中的一個子系統(tǒng)或部件裝配圖，由若干子總成或零部件組成，子總成又有下一級分總成或零部件組成，各級圖紙是否完全關(guān)聯(lián)，可檢查出圖樣編號和明細(xì)問題；準(zhǔn)確性查詢可以檢查出明細(xì)與零部件圖的原材料類型、規(guī)格，以及明細(xì)與零部件數(shù)量是否正確；完整性查詢可以檢查出整機(jī)各層級圖紙是否完全錄入等。

（5）設(shè)計(jì)員錄入CAD圖紙信息后，經(jīng)自檢后，生成明細(xì)和技術(shù)業(yè)務(wù)單等文件，設(shè)定評審流程并制定評審人員后，提交相關(guān)圖紙與相關(guān)文件，完成評審后，進(jìn)行標(biāo)識與歸檔，CAD圖紙信息會自動維護(hù)到PDM產(chǎn)品大類數(shù)據(jù)中。

（6）各設(shè)計(jì)員可通過按PDM產(chǎn)品大類按鈕或產(chǎn)品查詢按鈕，檢索或查詢PDM系統(tǒng)中所有產(chǎn)品的CAD圖紙信息，雙擊后，自動打開CAD軟件，可查看圖形信息。

（7）各模塊產(chǎn)品設(shè)計(jì)員可以通過PDM集成，調(diào)用數(shù)據(jù)庫中原歸檔圖紙，實(shí)現(xiàn)共享。

4 結(jié)束語

文章討論的是如何實(shí)現(xiàn)CAD信息集成和資源共享，主要是針對存在產(chǎn)品多元化、地域差異化、產(chǎn)品資源統(tǒng)一管控的制造企業(yè)在推廣CAD、PDM、CIMS等信息化技術(shù)時(shí)遇見“信息孤島”等實(shí)際問題而提出的一個具體解決方案，目的是在整個企業(yè)中形成一個有效的集管理、集成、共享的信息網(wǎng)絡(luò)，企業(yè)所有涉及產(chǎn)品的過程都能體現(xiàn)在信息網(wǎng)絡(luò)，真正形成CAD網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同設(shè)計(jì)。

[1] 董秉樞,李學(xué)志,等.機(jī)械 CAD 技術(shù)基礎(chǔ)[J].北京:清華大學(xué)出版社,1996.

[2] 董秉樞,李建民.產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)技術(shù)[J].北京:清華大學(xué)出版社,2000,11(1):1-3.

[3] 王賢坤.機(jī)械 ACD/CAM 技術(shù)、應(yīng)用與開發(fā)[J].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

Talking about CAD information integration and the achievement of sharing resources

ZHAO YING
（Guangxi Technological College Of Machinery And Electricity，Nanning,Guangxi,530007,China）

Along with the computer and network technology development and application, the enterprise has widely used CAD/CAPP/CAM technology, but they are independent, unable to realize the enterprise internal product CAD information communication and share.With the enterprise development and expansion, they have set up independent or the independence of product design, process development institutions and production base of production and marketing, or separation,regional diversity at home and abroad,However the enterprise product information need unified management,especially CAD drawings information technology and file management, or to headquarters and the branches to the technician training of small between information communication and resource sharing. To meet the demand, specific to a set of suitable for manufacturing enterprise CAD information integration and resource sharing scheme.

CAD；Information integration；Resources sharing

G203

A

1008-1151(2011)08-0029-04

2011-06-22

趙英，廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院教師。