基于統(tǒng)一代理和面向服務的PDM與三維CAD雙向集成技術

1、基于統(tǒng)一代理和面向服務的PDM與三維CAD雙向集成技術1 引言 PDM已經成為企業(yè)產品開發(fā)的基礎信息平臺。CAD作為產品設計階段的主要工具，其生成的數(shù)據(jù)將通過PDM應用到CAPP、CAM等后續(xù)信息化軟件中，因此如何有效地進行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進行跨網絡的集成，然而網絡異構性、軟件產品多樣性、CS與Bs架構的混合給集成造成了困難。另外，傳統(tǒng)的企業(yè)應用集成技術，如OMG的CORBA、微軟的DCOM、SUN公司的

2、J2EE，都不能較好地解決跨網絡環(huán)境下的防火墻對應用程序阻隔的問題。 Web服務(Web Services)作為一項新興的網絡技術，具有平臺無關性、松散耦合性、完好封裝性、協(xié)議標準性等優(yōu)點，能夠很好地支持異構系統(tǒng)集成，允許應用程序透明地穿越防火墻。為能利用Web服務的優(yōu)勢，針對大型企業(yè)應用集成現(xiàn)狀，本文提出了一種面向服務能跨產品平臺的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)一服務代理封裝成Web服務，采用各自的統(tǒng)一集成代理請求對方服務，以達到雙向數(shù)據(jù)、業(yè)務和界面的集成。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。應用該模型不僅可以用來實

3、現(xiàn)CAD統(tǒng)一服務代理，還可以應用在需要獲取CAD產品模型信息的其它應用程序以及腳本程序中。為了彌補常規(guī)Web服務難于直接提供CAD軟件的交互式圖形服務，本文提出了一種統(tǒng)一用戶界面動態(tài)構建模型，采用可視化實時構建界面的方法，快速實現(xiàn)了統(tǒng)一集成代理中實時圖形界面互動功能。實際應用表明：將統(tǒng)一代理技術與Web服務技術結合起來，可以以較小代價、一致的方法較好地解決跨網絡、跨產品平臺時PDM與三維CAD的集成問題。2基于統(tǒng)一代理面向服務的雙向集成框架和原理21采用統(tǒng)一代理及Web服務的雙向集成框架 采用Web服務構建應用集成要求應用程序之間按照Web服務標準進行通信，然而大型企業(yè)現(xiàn)有的PDM與三維CAD

4、軟件大多不支持Web服務：既不提供Web服務接口也不提供調用Web服務接口的功能。為了盡可能減少集成成本，采用代理對這些軟件進行封裝來提供Web服務支持可以較好地解決現(xiàn)有軟件的服務化改造問題。 大型企業(yè)應用集成的另一個問題是軟件產品平臺的多樣性，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，采用一致的調用接口封裝各種CAD。這樣，我們只須實現(xiàn)一個CAD統(tǒng)一服務代理，而不必為每種CAD都實現(xiàn)單獨的CAD服務代理。 基于以上的統(tǒng)一代理及面向服務集成策略，我們設計了一個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

5、 web服務器、CAD服務器組成。 (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客戶端軟件內部包含一個PDM統(tǒng)一集成代理，用于請求PDM服務及提供統(tǒng)一界面互動支持。每一種CAD軟件內部包含一個CAD統(tǒng)一集成代理，用于獲取產品信息、請求PDM服務及提供統(tǒng)一界面互動支持。 (2)PDM Web服務器。用于提供PDM服務。包括PDM統(tǒng)一服務代理、PDM服務端軟件以及數(shù)據(jù)庫。其中，PDM統(tǒng)一服務代理處理PDM胖瘦客戶端和CAD統(tǒng)一集成代理發(fā)來的PDM服務請求，另外也請求CAD服務。 (3

6、)CAD服務器。包括CAD統(tǒng)一服務代理、各種三維CAD和相應的CAD文件。其中，CAD統(tǒng)一服務代理封裝了各種三維CAD獲取產品信息的功能。 圖1中，表示PDM客戶端軟件請求PDM服務的過程，、分別表示PDM向CAD、CAD向PDM集成的過程。圖1基于統(tǒng)一代理面向服務的PDM與三維CAD雙向集成框架22 PDM向CAD面向服務的分布式集成過程 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，從中獲取產品設計信息、產品結構樹信息等，然后修改這些信息，最終將CAD文件入庫。其實質是PDM客戶端軟件如何通過CAD完成產品信息的讀寫。傳統(tǒng)的方法是在每個客戶機安裝所有的CAD軟件，

7、PDM客戶端以后臺方式啟動CAD并利用CAD二次開發(fā)接口讀寫產品信息。這種方法有兩個缺點：(1)每個客戶機都必須安裝所有的CAD軟件，增加了企業(yè)軟件投人成本；(2)占用了客戶機大量的硬件資源，這些因素給企業(yè)信息化實施帶來了困難。采用服務的方式，將所有CAD軟件一次集中部署在服務端，由CAD統(tǒng)一服務代理提供產品信息讀寫服務，既解決了以上兩個問題，也使得跨網絡集成更加容易。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)一服務代理請求獲取產品信息服務，PDM統(tǒng)一服務代理隨之請求CAD統(tǒng)一服務代理以完成產品信息的實際讀取，并將結果返回給PDM用

8、戶，最后PDM統(tǒng)一集成代理將結果顯示在統(tǒng)一界面中。采用這種間接請求CAD服務的好處是，PDM客戶不必知道CAD服務的存在，減少了整個系統(tǒng)的耦合性。23 CAD向PDM基于代理請求服務的互動集成過程 三維CAD向PDM集成的過程是用戶在三維CAD設計環(huán)境下，可以直接將CAD當作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，還可以將設計信息導入到PDM中，以達到CAD和PDM透明互動集成的效果。本文對文獻2中的基于代理的CAx與PDM透明式互動集成框架進行了改造，以便適應跨網絡環(huán)境集成采用的Web服務技術。具體的集成過程是：假設用戶啟動了UG軟件，UG自動加載集成代理，并在

9、UG的菜單欄中插入了一個菜單條，名為PDM；用戶點擊“登錄”選項，集成代理通過統(tǒng)一界面機制顯示登錄對話框，用戶輸入登錄信息后請求PDM統(tǒng)一服務代理的“登錄”服務；登錄成功后。集成代理動態(tài)添加新的菜單項，并根據(jù)當前的狀態(tài)禁止或使能某些菜單項；集成代理也提取當前模型的結構信息和屬性信息，并將這些信息通過調用相關的PDM服務上傳到PDM服務器。3基于統(tǒng)一代理面向服務的PDM與三維CAD雙向集成實現(xiàn)31統(tǒng)一代理中Web服務的實現(xiàn) Web服務實現(xiàn)包括web服務提供者和請求者的實現(xiàn)。其中Web服務提供者包括PDM和CAD各自的統(tǒng)一服務代理，這兩種代理只是封裝的應用邏輯不同，而實現(xiàn)方法類似。由于NET技術可

10、以大大簡化Web服務的開發(fā)，采用C#開發(fā)ASP NET Web Service是個不錯的選擇。不過大多數(shù)PDM和CAD軟件并不直接支持NET的調用方式，本文采用一種中間轉換層技術，將PDM和CAD的應用邏輯封裝在動態(tài)鏈接庫中(DLL)，這樣C#就可以直接調用DLL中的函數(shù)。 web服務請求者包括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來實現(xiàn)web服務客戶端。gSOAP是一個開源項目，用它可以方便地使用CC+進行SOAP服務器端和客戶端編程，而不必了解XML和SOAP協(xié)議的細節(jié)。PDM

11、統(tǒng)一服務代理充當服務請求者請求CAD服務的功能可并入服務提供者中。32 CAD統(tǒng)一接口模型的實現(xiàn)321 CAD統(tǒng)一接口模型結構 CAD統(tǒng)一服務代理封裝了CAD的應用邏輯，為了達到統(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：應用層、適配器層和CAD層。 (1)應用層。即需要獲取CAD模型信息的應用程序，如CAD統(tǒng)一服務代理。除此之外，還包括腳本程序和其它應用程序。 (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)必要的信息加載正確的CAD適配器，通過CAD適配器來

12、完成實際的接口功能。CAD適配器對應每一種CAD，調用CAD提供的二次開發(fā)接口或直接讀取CAD文件來實現(xiàn)統(tǒng)一接口。 (3)CAD層。包括各種CAD軟件和對應的CAD文件。CAD軟件以后臺方式運行并操作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： (1)易擴展。添加對其他CAD支持時，只需按照統(tǒng)一模型規(guī)范開發(fā)對應的CAD適配器即可。 (2)實現(xiàn)統(tǒng)一接口靈活方便。適配器可以直接讀寫或調用CAD的二次開發(fā)接口來操作CAD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文件進行逆向分析或第三方程序庫）或通過調用ProE提供API來讀寫文件。 圖2

13、CAD統(tǒng)一接口模型結構322 CAD統(tǒng)一接口模型實現(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)一接口支持的關鍵。應用程序只須加載適配器管理器并調用統(tǒng)一接口函數(shù)即可，而具體的CAD適配器和CAD軟件對應用程序是透明的。整個過程如下： (1)應用程序動態(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)適配器管理器根據(jù)這些信息負責加載正確的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)應用程序調用統(tǒng)一接口函數(shù)，適配器管理器將調用轉發(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

14、件來獲取產品信息； (6)應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集成一般是獲取產品結構信息、產品屬性信息。產品結構信息包括零件類型、個數(shù)、文件名等。產品屬性信息包括產品的物理屬性，如材料、重量等；基本屬性。如設計者、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品信息獲取函數(shù)。這些函數(shù)的實現(xiàn)與具體的CAD類型有關，由CAD適配器實現(xiàn)，適配器管理器只是轉發(fā)調用并作必要的錯誤檢查處理。 另外，由CAD統(tǒng)一接口模型的實現(xiàn)原理可知，適配器管理器應實現(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，應提供識別該CA

15、D適配器特征的信息，這個特征就是CAD程序標識，可以采用多種方式標識CAD程序，如名字、程序ID、GUlD等，如采用“SolidWorks2006”表示SolidWorks。要獲取產品信息，必須知道CAD文件名。因此，應用程序必須提供CAD標識和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適配器應支持自注冊和反注冊。注冊時將其支持

16、的CAD標識、適配器實現(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息進而能夠正確加載適配器。33統(tǒng)一用戶界面模型的實現(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信息結果、操作界面等，在PDM中顯示產品結構信息界面等。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)應用，本文提出了一種GUI和網頁元素的統(tǒng)一用戶界面模型，方便了CAD圖形化和PDM網頁化的互動集成。 該模型的核心是可視化界面建模技術，包括可視化界面構建工具、腳本解釋器、統(tǒng)一界面支持運行庫等。創(chuàng)建統(tǒng)一界

17、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，如網格、樹、表單等，并設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#，調用統(tǒng)一界面支持運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，并可應用在普通程序和網頁程序中，方便CAD圖形化交互操作和PDM網頁化操作的互動集成。用戶也可以使用腳本語言經過腳本解釋器處理而獲取統(tǒng)一界面支持。圖3統(tǒng)一用戶界面機制4應用 基于如上所述的實現(xiàn)原理，初步開發(fā)出PDM統(tǒng)一服務代理封裝了開目PDM的部分功能，PDM統(tǒng)一集成代理(應用于瀏覽器的Acti

18、veX控件和應用于開目PDM客戶端軟件的集成插件)和CAD統(tǒng)一接口模型支持主流三維CAD軟件。另外開發(fā)了界面可視化定義工具和相應的支持運行庫。在開目PDM集成平臺中，初步實現(xiàn)了KMPDM、UG和SolidWorks等主流三維CAD的集成。圖4為PDM客戶登錄KMPDM系統(tǒng)以Web服務方式請求對象信息的界面。圖5為UG通過UG統(tǒng)一集成代理生成的菜單項請求PDM檢人服務的界面。圖4 PDM客戶登錄PDM服務器請求對象信息圖5 UG通過CAD集成代理請求PDM服務5結束語 傳統(tǒng)的集成方式缺乏穿透防火墻的能力，對跨網絡應用集成的支持不足，另外大型企業(yè)各部門可能采用了不同種類的軟件也給應用集成帶來了困難。本文提出的面向服