CC BY
247
ПРОБЛЕМЫ ИНТЕГРАЦИИ PDM-И CAD-ИСТЕМ. УНИФИЦИРОВАННЫЙ ПОДХОД Т.Д. Голицына
Научный руководитель - к. т.н., профессор Т.А. Павловская
Статья посвящена вопросам интеграции систем управления данными об изделии (PDM) и систем автоматизированного проектирования (CAD) в машиностроении. Рассматривается существующий подход к решению этой задачи. Предлагается архитектура программного комплекса, приводятся результаты реализации его прототипа.
Введение
По данным экспертов [1], четверть совокупного бюджета сферы информационных технологий современной России приходится на долю машиностроения, при этом качество автоматизации данной отрасли остается одним из самых низких. К настоящему времени разработано достаточно большое число систем, позволяющих автоматизировать работу предприятия на различных участках производства: системы автоматизации проектирования, системы хранения и версионного контроля данных, автоматизированной технологической подготовки производства, системы управления производством и др. При этом основной проблемой является так называемая «лоскутная автоматизация» предприятий, т.е. разрозненность систем автоматизации и их несовместимость.
Связывание систем автоматизации в единое целое, создание единого информационного пространства предприятия или группы предприятий представляется наиболее актуальной задачей, поскольку это позволит избежать избыточности данных, хранимых в каждой из систем, уменьшить временной цикл их передачи между подразделениями, а также обеспечить непротиворечивость и своевременное обновление данных.
Для машиностроения интеграция PDM-систем и CAD-систем представляет наибольший интерес, поскольку обеспечивает автоматизацию конструкторской деятельности, хранения и управления информацией об изделии и связанных с ним процессами, т.е. основных направлений деятельности при подготовке производства. К этому «ядру» впоследствии возможно подключение других информационных систем предприятия.
PDM-система [2] (англ. Product Data Management - система управления данными об изделии) - организационно-техническая система, обеспечивающая управление всей информацией об изделии и связанных с ним процессах на протяжении всего его жизненного цикла, начиная с проектирования и производства до снятия с эксплуатации. PDM-системы (TeamCenter, ЛОЦМАН PDM, Lotsia PLM, PDM Step Suite и др.) включают в себя управление хранением данных (в том числе и графическими изображениями изделия) и документами, управление конфигурацией изделия, автоматизацией создания выборок и отчетов, а также механизмы авторизации. Основным принципом хранения данных в PDM-системе является то, что любые данные хранятся только один раз (без избыточности) в защищенной системе, называемой хранилищем данных.
CAD-система [3] (англ. Computer-Aided Design - система автоматизированного проектирования) - организационно-техническая система, предназначенная для выполнения проектной деятельности и позволяющая создавать конструкторскую и технологическую документацию. CAD-системы (CATIA, SolidWorks, Pro/ENGINEER, PCAD, КОМПАС 3D и др.) охватывают создание геометрических моделей изделия (трехмерных, составных), а также генерацию чертежей изделия и их сопровождение.
Традиционный подход
До настоящего времени интегрирование PDM- и CAD-систем осуществлялось для каждого конкретного случая по принципу «один на один»: конкретная PDM-система и
конкретная CAD-система взаимодействовали в рамках решения конкретной задачи через API (англ. Application Programming Interface - прикладные программные интерфейсы) обеих систем. Принципиальная схема такого взаимодействия представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема взаимодействия PDM и CAD систем через API
Данный способ взаимодействия обладает следующими недостатками.
(1) Ограничено применение разработанного программного обеспечения для интеграции CAD-системы и PDM-системы, поскольку это решение, как правило, специфично для решаемой задачи.
(2) Для того чтобы заменить по каким-либо причинам одну из систем, потребуется полная переработка программного обеспечения.
(3) В случае необходимости использования нескольких систем одновременно необходима существенная модификация программного обеспечения.
(4) Изменение API какой-либо из систем влечет за собой необходимость внесения изменений в прикладное программное обеспечение.
Основные преимущества этой схемы:
(5) относительная простота реализации;
(6) относительно низкая стоимость реализации.
Таким образом, вариант интегрирования PDM-системы и CAD-системы через API напрямую, хотя и позволяет создать ядро единого информационного пространства предприятия, но делает его легко уязвимым для любых изменений: от изменений в функциях API до замены систем.
Унифицированный подход
Альтернативным для подхода к интеграции «один на один» является унифицированный подход, позволяющий сделать взаимодействие PDM-систем и CAD-систем единообразным и легко расширяемым. Общая схема предлагаемой архитектуры программного комплекса представлена на рис. 2.
Приведенная архитектура изначально нацелена на расширяемость программного комплекса. Это предоставляет сразу несколько возможностей:
- использование нескольких PDM-систем и/или CAD-систем одновременно;
- замена одной системы на другую;
- применение одного программного комплекса для нескольких предприятий.
Структура программного комплекса. Как видно из рисунка, программное обеспечение, обеспечивающее интеграцию, распадается на три части:
(1) интерфейсный компонент для подключения PDM-систем;
(2) интерфейсный компонент для подключения CAD-систем;
(3) центральный модуль, отвечающий за передачу данных между системами.
Такое разделение позволяет отделять особенности реализации конкретных систем от алгоритмов интеграции этих систем.
Интерфейсные компоненты должны реализовывать следующие функции:
(1) организация взаимодействия с широким набором РВМ-систем/САО-систем;
(2) локализация информации об особенностях конкретной системы;
(3) поддержка единого набора функций API для доступа к PDM-системам и CAD-системам.
Рис. 2. Архитектура программного комплекса
Центральный модуль решает следующие задачи.
(1) Организация сеанса взаимодействия между конкретными PDM-системой и CAD-системой. Это подразумевает авторизацию и подключение к обеим системам с соответствующими правами.
(2) Обмен данными между PDM-системой и CAD-системой. Так, модель изделия из CAD-системы должна преобразоваться в иерархическую структуру изделия, его составляющих и их параметров в PDM-системе. И, наоборот, структура изделия в PDM-системе, имеющая описание геометрии каждой компоненты изделия и их взаимного расположения, должна передаваться в CAD-систему.
(3) Синхронизация данных между моделью изделия в CAD-системе и его параметрами в PDM-системе. При синхронизации необходимо указать направление синхронизации, т.е. систему, которая содержит наиболее актуальную информацию об изделии. Результаты сравнения данных, находящихся в каждой из систем, должны визуализироваться, чтобы пользователь мог понять, что изменилось в параметрах изделия в результате обновления.
(4) Обеспечение обработки запросов на модификацию с резервацией (check-in/checkout) для поддержки одновременной работы нескольких пользователей. Так, параметры изделия в PDM-системе не должны быть доступны для изменения, если модель этого изделия в этот момент модифицируется в CAD-системе. И наоборот, модификация модели должна быть запрещена на то время, пока идет модификация соответствующего изделия в PDM-системе.
Преимущества подхода. Предлагаемая архитектура программного комплекса, отвечающего за интеграцию PDM-систем и CAD-систем, лишена недостатков подхода «один на один». В качестве преимуществ предлагаемой архитектуры можно отметить следующие:
(1) высокая степень универсальности предлагаемого решения, его применимость для многих задач;
(2) простота расширения программного комплекса другими PDM-системами и/или CAD-системами. При этом изменения, вносимые в центральный модуль для поддержки новой функциональности, минимальны;
(3) унификация взаимодействия с PDM-системами и CAD-системами;
(4) относительная независимость центрального модуля от изменений, вносимых в API PDM-систем или CAD-систем;
(5) как результат, представленная архитектура является экономически выгодной: добавление новых систем производится по уже имеющемуся «образцу», а внедрение и поддержка программного комплекса - по аналогичным сценариям.
Результаты прототипирования. Для апробации предложенной архитектуры по заказу Tree Tronix Technology [4] был разработан прототип программного комплекса. Следуя предложенной архитектуре (рис. 2), он реализует взаимодействие PDM Step Suite [2] со следующими CAD-системами: PRO/ENGINEER, CATIA, Inventor, Solid Works, Solid Edge, Компас, PCad.
В качестве интерфейсного компонента для CAD-систем использовалась библиотека GSCADLink [5] компании «Глосис-Сервис», которая обеспечивает единый интерфейс доступа ко всем перечисленным CAD-системам. Интерфейсный компонент для PDM-систем был разработан с использованием API PDM Step Suite. Разработка интерфейсного компонента для PDM-систем и центрального модуля велась на Visual C++ 6.0.
Реализация прототипа программного комплекса выявила следующие проблемы.
(1) Сложность сбора требований. Поскольку внедрение программного комплекса предполагается на нескольких предприятиях, то сбор и обработка требований представляет собой достаточно сложную задачу по сведению требований нескольких заказчиков в единую систему.
(2) Сложность разработки методологии при создании модели изделия в CAD-системе, которая решала бы две задачи: учет уже существующих в PDM-системе данных о разрабатываемом изделии и обеспечение корректной передачи данных о созданном/измененном изделии в PDM-систему.
(3) Разработка такой внутренней структуры данных, которая могла бы адекватно представлять информацию о продукте и при этом позволять импортировать в неё данные из различных PDM-систем и CAD-систем.
(4) Интерпретация данных, полученных в результате выгрузки или синхронизации информации: поскольку предлагаемая схема интеграции предполагает использование различных PDM-систем и различных CAD-систем, то необходимо обеспечить корректную передачу данных из одной системы в другую.
Последние две проблемы проиллюстрированы на рис. 3.
Вследствие принципиального различия между PDM-системой и CAD-системой, а также между двумя PDM-системами или двумя CAD-системами, наименование одного и того же по смыслу параметра в различных системах может отличаться. Более того, PDM-системы и CAD-системы отличаются различной структурой хранения информации об изделии и его составе.
В качестве основного стандарта для реализации внутренних структур данных предполагается использовать ISO 10303 (ГОСТ Р ИСО 10303 [6]), поскольку он был разработан специально для интеграции систем автоматизированного проектирования, и к настоящему времени большинство PDM-систем его поддерживают.
PDM-система
- Обозначение изделия (Id)
- Наименование изделия (Name)
- Описание изделия (Description)
- Характеристики (Characteristics)
| BINDING:BINDING V BINDING-О BINDING G Hodelsd_by = T. GiBsyna q Description = i.1 о-дегь leoi
( C)B[NDING-BASE-0 ¡BINDING-BASE Д ( 1)BINDING-BRAKET-0 :BINDING-BRAffl" Д ( 2) BINDING-BRAKET - 0 : BINDING-BRÀ^T
| BINDING-BASE:BINDING-BASE
: I BINDING-BRAKET : BINDING-BRAKfT
A A
P P
-I \ \ 1 Ь / 1 !
\ Разрабатываемый /
программный
комплекс
/
CAD-система
- Имя изделия (Name)
- Путь к изделию (Path)
- Свойства продукта (Properties)
Рис. 3. Схема преобразования информации об изделии при синхронизации
РйМ-системы и СДР-системы
Минимально необходимо корректно интерпретировать обозначение и авторство изделия (для предотвращения ошибок идентификации), его размеры и массу (для предотвращения ошибок в расчетах) и иерархическую структуру изделия, причем для каждого составляющего изделия интерпретация его параметров также должна быть корректной.
Для решения этой задачи предполагается использовать настраиваемый конфигурационный файл, позволяющий определить, как интерпретировать тот или иной параметр в каждой из систем.
Заключение
В настоящей работе были рассмотрены два подхода к интеграции PDM-систем и CAD-систем в машиностроении, оценены преимущества и недостатки каждого из подходов. Разработана архитектура программного комплекса, реализующего унифицированный подход, приводятся результаты реализации его прототипа.
Литература
1. Чурсина М. Лоскутное одеяло машиностроителей не согреет. // Уральский рынок металлов. 2004. №9. С. 24.
2. PDM Step Suite. Техническое описание // http://pss.cals.ru/DOC/PSS_TD_2_1.pdf
3. Ли К. Основы САПР (CAD/CAM/CAE) - СПб.: Питер, 2004. 560 с.
4. http://www.tronix.ru/
5. http://www.glosys.ru/products/cad/GSCADLink.htm
6. ГОСТ Р ИСО 10303 «Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными». М.: Госстандарт России, 2000.
