基于統(tǒng)一代理和面向服務(wù)的PDM與三維CAD雙向集成技術(shù)

1、基于統(tǒng)一代理和面向服務(wù)的PDM與三維CAD雙向集成技術(shù)1 引言    PDM已經(jīng)成為企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的基礎(chǔ)信息平臺。CAD作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的主要工具，其生成的數(shù)據(jù)將通過PDM應(yīng)用到CAPP、CAM等后續(xù)信息化軟件中，因此如何有效地進(jìn)行PDM和CAD的集成將直接影響企業(yè)的信息化水平。目前，國內(nèi)大型企業(yè)已逐步從二維CAD過渡到三維CAD，PDM與三維CAD的集成越來越受到人們的重視。    大型企業(yè)各部門可能采用了不同種類的CAD軟件，需要與PDM進(jìn)行跨網(wǎng)絡(luò)的集成，然而網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性、軟件產(chǎn)品多樣性、CS與Bs架構(gòu)的混合給集成造成了困難。另外，傳

2、統(tǒng)的企業(yè)應(yīng)用集成技術(shù)，如OMG的CORBA、微軟的DCOM、SUN公司的J2EE，都不能較好地解決跨網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的防火墻對應(yīng)用程序阻隔的問題。    Web服務(wù)(Web Services)作為一項(xiàng)新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，具有平臺無關(guān)性、松散耦合性、完好封裝性、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)性等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地支持異構(gòu)系統(tǒng)集成，允許應(yīng)用程序透明地穿越防火墻。為能利用Web服務(wù)的優(yōu)勢，針對大型企業(yè)應(yīng)用集成現(xiàn)狀，本文提出了一種面向服務(wù)能跨產(chǎn)品平臺的PDM與三維CAD雙向集成策略，將PDM與主流三維CAD采用各自的統(tǒng)一服務(wù)代理封裝成Web服務(wù)，采用各自的統(tǒng)一集成代理請求對方服務(wù)，以達(dá)到雙向數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)和界

3、面的集成。為了屏蔽不同CAD二次開發(fā)接口的差異性，本文提出了一種CAD統(tǒng)一接口模型。應(yīng)用該模型不僅可以用來實(shí)現(xiàn)CAD統(tǒng)一服務(wù)代理，還可以應(yīng)用在需要獲取CAD產(chǎn)品模型信息的其它應(yīng)用程序以及腳本程序中。為了彌補(bǔ)常規(guī)Web服務(wù)難于直接提供CAD軟件的交互式圖形服務(wù)，本文提出了一種統(tǒng)一用戶界面動態(tài)構(gòu)建模型，采用可視化實(shí)時構(gòu)建界面的方法，快速實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一集成代理中實(shí)時圖形界面互動功能。實(shí)際應(yīng)用表明：將統(tǒng)一代理技術(shù)與Web服務(wù)技術(shù)結(jié)合起來，可以以較小代價、一致的方法較好地解決跨網(wǎng)絡(luò)、跨產(chǎn)品平臺時PDM與三維CAD的集成問題。2基于統(tǒng)一代理面向服務(wù)的雙向集成框架和原理21采用統(tǒng)一代理及Web服務(wù)的雙向集成框架

4、    采用Web服務(wù)構(gòu)建應(yīng)用集成要求應(yīng)用程序之間按照Web服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行通信，然而大型企業(yè)現(xiàn)有的PDM與三維CAD軟件大多不支持Web服務(wù)：既不提供Web服務(wù)接口也不提供調(diào)用Web服務(wù)接口的功能。為了盡可能減少集成成本，采用代理對這些軟件進(jìn)行封裝來提供Web服務(wù)支持可以較好地解決現(xiàn)有軟件的服務(wù)化改造問題。    大型企業(yè)應(yīng)用集成的另一個問題是軟件產(chǎn)品平臺的多樣性，不同部門采用的三維CAD軟件很可能各不相同。為了提供統(tǒng)一的產(chǎn)品信息獲取方法，本文提出了一種CAD統(tǒng)一接口模型，采用一致的調(diào)用接口封裝各種CAD。這樣，我們只須實(shí)現(xiàn)一個CAD統(tǒng)

5、一服務(wù)代理，而不必為每種CAD都實(shí)現(xiàn)單獨(dú)的CAD服務(wù)代理。    基于以上的統(tǒng)一代理及面向服務(wù)集成策略，我們設(shè)計(jì)了一個PDM與三維CAD雙向集成框架，如圖1所示。整個框架由客戶端、PDM web服務(wù)器、CAD服務(wù)器組成。      (1)客戶端。由PDM客戶端軟件以及各種三維CAD組成。PDM客戶端軟件包括胖客戶端形式的PDM以及瘦客戶端形式的瀏覽器，以滿足各部門對PDM軟件的要求。PDM客戶端軟件內(nèi)部包含一個PDM統(tǒng)一集成代理，用于請求PDM服務(wù)及提供統(tǒng)一界面互動支持。每一種CAD軟件內(nèi)部包含一個CAD統(tǒng)一集成代

6、理，用于獲取產(chǎn)品信息、請求PDM服務(wù)及提供統(tǒng)一界面互動支持。    (2)PDM Web服務(wù)器。用于提供PDM服務(wù)。包括PDM統(tǒng)一服務(wù)代理、PDM服務(wù)端軟件以及數(shù)據(jù)庫。其中，PDM統(tǒng)一服務(wù)代理處理PDM胖瘦客戶端和CAD統(tǒng)一集成代理發(fā)來的PDM服務(wù)請求，另外也請求CAD服務(wù)。    (3)CAD服務(wù)器。包括CAD統(tǒng)一服務(wù)代理、各種三維CAD和相應(yīng)的CAD文件。其中，CAD統(tǒng)一服務(wù)代理封裝了各種三維CAD獲取產(chǎn)品信息的功能。    圖1中，表示PDM客戶端軟件請求PDM服務(wù)的過程，、分別表示PDM向CAD、

7、CAD向PDM集成的過程。圖1基于統(tǒng)一代理面向服務(wù)的PDM與三維CAD雙向集成框架22 PDM向CAD面向服務(wù)的分布式集成過程    PDM向三維CAD的集成過程一般是用戶登錄PDM系統(tǒng)后，檢出CAD文件，從中獲取產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹信息等，然后修改這些信息，最終將CAD文件入庫。其實(shí)質(zhì)是PDM客戶端軟件如何通過CAD完成產(chǎn)品信息的讀寫。傳統(tǒng)的方法是在每個客戶機(jī)安裝所有的CAD軟件，PDM客戶端以后臺方式啟動CAD并利用CAD二次開發(fā)接口讀寫產(chǎn)品信息。這種方法有兩個缺點(diǎn)：(1)每個客戶機(jī)都必須安裝所有的CAD軟件，增加了企業(yè)軟件投人成本；(2)占用了客戶機(jī)大量

8、的硬件資源，這些因素給企業(yè)信息化實(shí)施帶來了困難。采用服務(wù)的方式，將所有CAD軟件一次集中部署在服務(wù)端，由CAD統(tǒng)一服務(wù)代理提供產(chǎn)品信息讀寫服務(wù)，既解決了以上兩個問題，也使得跨網(wǎng)絡(luò)集成更加容易。具體的集成過程是：用戶登錄到PDM并請求查看產(chǎn)品信息時，PDM客戶端軟件通過PDM統(tǒng)一集成代理向PDM統(tǒng)一服務(wù)代理請求獲取產(chǎn)品信息服務(wù)，PDM統(tǒng)一服務(wù)代理隨之請求CAD統(tǒng)一服務(wù)代理以完成產(chǎn)品信息的實(shí)際讀取，并將結(jié)果返回給PDM用戶，最后PDM統(tǒng)一集成代理將結(jié)果顯示在統(tǒng)一界面中。采用這種間接請求CAD服務(wù)的好處是，PDM客戶不必知道CAD服務(wù)的存在，減少了整個系統(tǒng)的耦合性。23 CAD向PDM基于代理請求服

9、務(wù)的互動集成過程    三維CAD向PDM集成的過程是用戶在三維CAD設(shè)計(jì)環(huán)境下，可以直接將CAD當(dāng)作PDM客戶端使用，登錄PDM系統(tǒng)，檢出文件，修改文件，檢入文件。另外，還可以將設(shè)計(jì)信息導(dǎo)入到PDM中，以達(dá)到CAD和PDM透明互動集成的效果。本文對文獻(xiàn)2中的基于代理的CAx與PDM透明式互動集成框架進(jìn)行了改造，以便適應(yīng)跨網(wǎng)絡(luò)環(huán)境集成采用的Web服務(wù)技術(shù)。具體的集成過程是：假設(shè)用戶啟動了UG軟件，UG自動加載集成代理，并在UG的菜單欄中插入了一個菜單條，名為PDM；用戶點(diǎn)擊“登錄”選項(xiàng)，集成代理通過統(tǒng)一界面機(jī)制顯示登錄對話框，用戶輸入登錄信息后請求PDM統(tǒng)一服務(wù)代

10、理的“登錄”服務(wù)；登錄成功后。集成代理動態(tài)添加新的菜單項(xiàng)，并根據(jù)當(dāng)前的狀態(tài)禁止或使能某些菜單項(xiàng)；集成代理也提取當(dāng)前模型的結(jié)構(gòu)信息和屬性信息，并將這些信息通過調(diào)用相關(guān)的PDM服務(wù)上傳到PDM服務(wù)器。3基于統(tǒng)一代理面向服務(wù)的PDM與三維CAD雙向集成實(shí)現(xiàn)31統(tǒng)一代理中Web服務(wù)的實(shí)現(xiàn)    Web服務(wù)實(shí)現(xiàn)包括web服務(wù)提供者和請求者的實(shí)現(xiàn)。其中Web服務(wù)提供者包括PDM和CAD各自的統(tǒng)一服務(wù)代理，這兩種代理只是封裝的應(yīng)用邏輯不同，而實(shí)現(xiàn)方法類似。由于NET技術(shù)可以大大簡化Web服務(wù)的開發(fā)，采用C#開發(fā)ASP NET Web Service是個不錯的選擇。不過大多數(shù)PD

11、M和CAD軟件并不直接支持NET的調(diào)用方式，本文采用一種中間轉(zhuǎn)換層技術(shù)，將PDM和CAD的應(yīng)用邏輯封裝在動態(tài)鏈接庫中(DLL)，這樣C#就可以直接調(diào)用DLL中的函數(shù)。    web服務(wù)請求者包括PI)M和CAD各自的統(tǒng)一集成代理以及PDM統(tǒng)一服務(wù)代理。對于統(tǒng)一集成代理而言，考慮到現(xiàn)有的PDM客戶端軟件和CAD二次開發(fā)編程語言，本文采用gSOAP來實(shí)現(xiàn)web服務(wù)客戶端。gSOAP是一個開源項(xiàng)目，用它可以方便地使用CC+進(jìn)行SOAP服務(wù)器端和客戶端編程，而不必了解XML和SOAP協(xié)議的細(xì)節(jié)。PDM統(tǒng)一服務(wù)代理充當(dāng)服務(wù)請求者請求CAD服務(wù)的功能可并入服務(wù)提供者中。32

12、CAD統(tǒng)一接口模型的實(shí)現(xiàn)321 CAD統(tǒng)一接口模型結(jié)構(gòu)    CAD統(tǒng)一服務(wù)代理封裝了CAD的應(yīng)用邏輯，為了達(dá)到統(tǒng)一封裝的目的，本文提出一種CAD統(tǒng)一接口模型，該模型如圖2所示，分成三層：應(yīng)用層、適配器層和CAD層。    (1)應(yīng)用層。即需要獲取CAD模型信息的應(yīng)用程序，如CAD統(tǒng)一服務(wù)代理。除此之外，還包括腳本程序和其它應(yīng)用程序。    (2)適配器層。屏蔽不同CAD二次開發(fā)接口的差異性以及提供接口調(diào)用的腳本支持。由一個適配器管理器、若干個CAD適配器和腳本解釋器組成。適配器管理器根據(jù)必要的信息加載正

13、確的CAD適配器，通過CAD適配器來完成實(shí)際的接口功能。CAD適配器對應(yīng)每一種CAD，調(diào)用CAD提供的二次開發(fā)接口或直接讀取CAD文件來實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一接口。    (3)CAD層。包括各種CAD軟件和對應(yīng)的CAD文件。CAD軟件以后臺方式運(yùn)行并操作CAD文件。采取適配器管理器提供統(tǒng)一接口支持適配器層和CAD層的形式具有以下優(yōu)點(diǎn)：    (1)易擴(kuò)展。添加對其他CAD支持時，只需按照統(tǒng)一模型規(guī)范開發(fā)對應(yīng)的CAD適配器即可。    (2)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一接口靈活方便。適配器可以直接讀寫或調(diào)用CAD的二次開發(fā)接口來操作CAD

14、文件，如圖2中顯示了ProE適配器可以直接讀寫文件(通過對Pr0E文件進(jìn)行逆向分析或第三方程序庫）或通過調(diào)用ProE提供API來讀寫文件。 圖2CAD統(tǒng)一接口模型結(jié)構(gòu)322 CAD統(tǒng)一接口模型實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一接口的原理和過程    CAD統(tǒng)一接口模型中適配器層是提供統(tǒng)一接口支持的關(guān)鍵。應(yīng)用程序只須加載適配器管理器并調(diào)用統(tǒng)一接口函數(shù)即可，而具體的CAD適配器和CAD軟件對應(yīng)用程序是透明的。整個過程如下：    (1)應(yīng)用程序動態(tài)加載適配器管理器，并向其提供CAD軟件和CAD文件路徑信息；    (2)適配器管理器根

15、據(jù)這些信息負(fù)責(zé)加載正確的CAD適配器；    (3)若加載指定的CAD適配器成功，則緩存CAD適配器中各個統(tǒng)一接口函數(shù)地址；    (4)應(yīng)用程序調(diào)用統(tǒng)一接口函數(shù)，適配器管理器將調(diào)用轉(zhuǎn)發(fā)給(3)中緩存的函數(shù)；    (5)CAD適配器或啟動CAD軟件，或直接讀寫CAD文件來獲取產(chǎn)品信息；    (6)應(yīng)用程序卸載適配器管理器。323 CAD統(tǒng)一接口的定義    PDM向三維CAD集成一般是獲取產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息、產(chǎn)品屬性信息。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息包括零件類型、

16、個數(shù)、文件名等。產(chǎn)品屬性信息包括產(chǎn)品的物理屬性，如材料、重量等；基本屬性。如設(shè)計(jì)者、主題、備注、日期等；自定義屬性。因此，CAD統(tǒng)一接口必然包含這些產(chǎn)品信息獲取函數(shù)。這些函數(shù)的實(shí)現(xiàn)與具體的CAD類型有關(guān)，由CAD適配器實(shí)現(xiàn)，適配器管理器只是轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)用并作必要的錯誤檢查處理。    另外，由CAD統(tǒng)一接口模型的實(shí)現(xiàn)原理可知，適配器管理器應(yīng)實(shí)現(xiàn)CAD適配器的加載和卸載等接口函數(shù)。要使適配器管理器能正確加載指定的CAD適配器，應(yīng)提供識別該CAD適配器特征的信息，這個特征就是CAD程序標(biāo)識，可以采用多種方式標(biāo)識CAD程序，如名字、程序ID、GUlD等，如采用“SolidWo

17、rks2006”表示SolidWorks。要獲取產(chǎn)品信息，必須知道CAD文件名。因此，應(yīng)用程序必須提供CAD標(biāo)識和CAD文件名給適配器管理器。本文使用連接字符串的概念來表示CAD適配器信息。其格式為：    CAD=CAD類型:FILENAME=CAD文件名適配器管理器解析得到CAD類型以及CAD文件名之后，還需知道當(dāng)前系統(tǒng)中可用的CAD適配器，若有匹配的適配器，則加載，否則返同錯誤。為了解決查找、匹配CAD適配器的問題。CAD適配器應(yīng)支持自注冊和反注冊。注冊時將其支持的CAD標(biāo)識、適配器實(shí)現(xiàn)文件路徑等寫入注冊表中，反注冊時清除這些信息。適配器管理器可以查詢這些信

18、息進(jìn)而能夠正確加載適配器。33統(tǒng)一用戶界面模型的實(shí)現(xiàn)    PDM與三維CAD的集成必然涉及到界面的互動集成，具體地說就是在CAD中顯示PDM信息結(jié)果、操作界面等，在PDM中顯示產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息界面等。PDM統(tǒng)一集成代理、CAD統(tǒng)一集成代理分別為PDM和CAD提供交互界面支持。為了提供一致的交互界面并快速開發(fā)應(yīng)用，本文提出了一種GUI和網(wǎng)頁元素的統(tǒng)一用戶界面模型，方便了CAD圖形化和PDM網(wǎng)頁化的互動集成。    該模型的核心是可視化界面建模技術(shù)，包括可視化界面構(gòu)建工具、腳本解釋器、統(tǒng)一界面支持運(yùn)行庫等。創(chuàng)建統(tǒng)一界面的過程如圖3所示。用戶首先在可視化界面定義器中，利用界面工具箱拖放界面元素，如網(wǎng)格、樹、表單等，并設(shè)置它們的屬性以及事件處理函數(shù)名稱等，然后保存得到統(tǒng)一界面定義文件。之后用戶可以使用編譯型語言，如C、C+、C#，調(diào)用統(tǒng)一界面支持運(yùn)行庫中的加載界面定義文件函數(shù)、界面解釋及創(chuàng)建函數(shù)即可獲得先前定義的界面，并可應(yīng)用在普通程序和網(wǎng)頁程序中，方便CAD圖形化交互操作和PDM網(wǎng)頁化操作的互動集成。用戶也可以使用腳本語言經(jīng)過腳本解釋器處理而獲取統(tǒng)一界面支持。圖3統(tǒng)一用戶界面機(jī)制4應(yīng)用    基于如上所述的實(shí)現(xiàn)原理，初步開發(fā)出PDM統(tǒng)一服務(wù)代理封裝了開目PDM的部分功能，P