進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)企業(yè)廣泛采用CAD、CAM、CAE、CAPP等各種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造技術(shù)來(lái)提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造水平，以鞏固自身在市場(chǎng)中的地位。隨著這些先進(jìn)制造技術(shù)應(yīng)用的深入以及計(jì)算機(jī)信息化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，越來(lái)越多的電子數(shù)據(jù)和信息隨之產(chǎn)生。許多企業(yè)發(fā)現(xiàn)他們正被大量的數(shù)據(jù)包圍，各個(gè)部門(mén)和各個(gè)系統(tǒng)之間的信息不能充分共享，經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)文件傳遞的滯后、信息一致性無(wú)法保證、文件檢索和管理困難等問(wèn)題。如何解決“信息孤島”和“自動(dòng)化孤島”就成為企業(yè)管理人員日益關(guān)心的問(wèn)題。另外，隨著計(jì)算機(jī)集成制造以及并行工程等技術(shù)的全面實(shí)施，實(shí)現(xiàn)資源共享和信息快速、準(zhǔn)確、及時(shí)的傳輸，也是保證計(jì)算機(jī)集成制造和并行工程成功運(yùn)行的關(guān)鍵問(wèn)題。因此，企業(yè)強(qiáng)烈需要一種管理系統(tǒng)來(lái)對(duì)整個(gè)企業(yè)范圍內(nèi)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的管理。在這種形勢(shì)下，一種新技術(shù)——產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理PDM(Product Data Management)技術(shù)就迅速發(fā)展起來(lái)。如何有效地將產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)，使雙方的功能得到更好的發(fā)揮，也就成為企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)中的關(guān)鍵。將設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)作為CAD和PDM系統(tǒng)集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)的CAD和PDM之間的信息集成和數(shù)據(jù)交換，從整體上提高了企業(yè)的設(shè)計(jì)能力和知識(shí)管理水平。

1 知識(shí)庫(kù)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

    基于知識(shí)的智能化設(shè)計(jì)是一項(xiàng)綜合性技術(shù)，它是將計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)理論與知識(shí)工程原理相結(jié)合。與傳統(tǒng)產(chǎn)品建模技術(shù)相比，基于知識(shí)的智能化設(shè)計(jì)更能體現(xiàn)產(chǎn)品特征。其產(chǎn)品模型能由實(shí)物的幾何特征參數(shù)來(lái)控制，并且在智能設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員所采用的準(zhǔn)則、設(shè)計(jì)思想、原理等都能以顯性的知識(shí)表達(dá)出來(lái)。知識(shí)庫(kù)的架構(gòu)模式是知識(shí)庫(kù)+推理機(jī)。其中，知識(shí)庫(kù)里存放的是一些設(shè)計(jì)知識(shí)，這些設(shè)計(jì)知識(shí)包含產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)知識(shí)和產(chǎn)品說(shuō)明知識(shí)兩部分；推理機(jī)是借助于對(duì)這些知識(shí)的充分利用來(lái)實(shí)行推理的機(jī)構(gòu)。啟動(dòng)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)時(shí)，立即編譯執(zhí)行知識(shí)庫(kù)文件，借助于系統(tǒng)引擎，知識(shí)庫(kù)中的知識(shí)被讀入到內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中。在推理時(shí)，系統(tǒng)引擎首先應(yīng)用內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)中的知識(shí)，在知識(shí)庫(kù)中找到對(duì)應(yīng)的規(guī)則性知識(shí)并送入推理機(jī)中，然后推理機(jī)運(yùn)用這些對(duì)應(yīng)的規(guī)則性知識(shí)進(jìn)行推理。

2 CAD與知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的集成

    快速設(shè)計(jì)出滿足用戶需求的個(gè)性化產(chǎn)品，能夠在提高設(shè)計(jì)效率的同時(shí)有效地縮短交貨期。而產(chǎn)品快速設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，是要快速定位用戶的個(gè)性化需求及確定個(gè)性化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，并且對(duì)組成該產(chǎn)品的零部件進(jìn)行快速變型設(shè)計(jì)。由于傳統(tǒng)CAD設(shè)計(jì)系統(tǒng)缺乏設(shè)計(jì)工程師的決策和推理能力，不能滿足設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)化的需求。基于知識(shí)庫(kù)的設(shè)計(jì)系統(tǒng)在集成傳統(tǒng)CAD系統(tǒng)的圖形處理能力和數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)上，增加了知識(shí)處理能力，為設(shè)計(jì)全過(guò)程提供智能化的計(jì)算機(jī)支持。基于知識(shí)的智能參數(shù)化系統(tǒng)把產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)和機(jī)械設(shè)計(jì)知識(shí)引入知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)，并應(yīng)用這些知識(shí)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)智能化。為了提高智能CAD系統(tǒng)的性能，縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，減少設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度，保證設(shè)計(jì)意圖融匯于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全生命周期中，應(yīng)該建立一個(gè)高效的知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)。為了方便知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的維護(hù)，縮短系統(tǒng)開(kāi)發(fā)周期，知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡量布置合理。如何快速地獲取有效知識(shí)是開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵，所以，知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)起著非常重要的作用。將CAD系統(tǒng)和知識(shí)庫(kù)進(jìn)行集成，可以在CAD系統(tǒng)中對(duì)產(chǎn)品的需求進(jìn)行快速定位。根據(jù)客戶對(duì)產(chǎn)品提出的要求，與知識(shí)庫(kù)交互決策。在需求模型中大量的需求特征和需求案例中快速定位與客戶所需的相同或者相近的產(chǎn)品型號(hào)，并將它呈現(xiàn)在CAD的設(shè)計(jì)環(huán)境中。集成于知識(shí)庫(kù)的CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程如圖1所示。

圖1 集成于知識(shí)庫(kù)CAD系統(tǒng)快速設(shè)計(jì)

3 基于知識(shí)庫(kù)的CAD/PDM集成技術(shù)

    不同于傳統(tǒng)的CAD/PDM集成中CAD從PDM中“拉”數(shù)據(jù)的過(guò)程。所實(shí)現(xiàn)的集成是通過(guò)設(shè)計(jì)知識(shí)庫(kù)的中間橋梁將CAD與PDM系統(tǒng)集成起來(lái)。知識(shí)庫(kù)是CAD和PDM之間的集成平臺(tái)和系統(tǒng)的智能決策組件。根據(jù)CAD前端的設(shè)計(jì)要求，一方面將PDM系統(tǒng)中的相關(guān)圖文遞交給CAD設(shè)計(jì)環(huán)境，同時(shí)還將產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程的需求知識(shí)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)知識(shí)、產(chǎn)品的特征知識(shí)傳遞給CAD系統(tǒng)，供設(shè)計(jì)人員參考和進(jìn)一步設(shè)計(jì)使用。這是一個(gè)知識(shí)庫(kù)向CAD系統(tǒng)“推”設(shè)計(jì)知識(shí)和設(shè)計(jì)信息的過(guò)程。

    3.1 產(chǎn)品零/部件編碼的設(shè)計(jì)

    實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品及零/部件信息準(zhǔn)確、方便識(shí)別的編碼處理，是實(shí)現(xiàn)CAD與PDM信息集成的基礎(chǔ)。PDM生成產(chǎn)品的各種BOM與產(chǎn)品零件編碼設(shè)計(jì)原則有很大聯(lián)系，合理地掌握產(chǎn)品編碼設(shè)計(jì)原則，便于CAPP等系統(tǒng)繼承設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，引導(dǎo)生產(chǎn)計(jì)劃和生產(chǎn)制造。所以，在進(jìn)行零/部件編碼時(shí)，不但要符合設(shè)計(jì)規(guī)范，能夠充分、準(zhǔn)確地描述PDM所要求的信息，而且要考慮到便于工程人員理解和使用。對(duì)產(chǎn)品及零/部件信息編碼處理時(shí)，要選擇合理的編程方式。樹(shù)式結(jié)構(gòu)編程方式反映產(chǎn)品的邏輯隸屬關(guān)系，方便反映產(chǎn)品結(jié)構(gòu)邏輯關(guān)系，可以自動(dòng)集成CAD與PDM產(chǎn)品信息的零/部件編碼。而對(duì)于生成各種物料清單(BOM)的零/部件編碼，則應(yīng)結(jié)合成組技術(shù)，采用分類編碼方式。代碼的結(jié)構(gòu)一般采用鏈?zhǔn)脚c樹(shù)式的混合結(jié)構(gòu)。

    對(duì)零/部件的編碼可分成兩項(xiàng)，即代號(hào)編碼和特征編碼。前者是用來(lái)對(duì)零/部件邏輯關(guān)系進(jìn)行編碼，采用樹(shù)式結(jié)構(gòu)（分級(jí)結(jié)構(gòu)）；后一種則是對(duì)幾何物理特性編碼。采用鏈?zhǔn)脚c樹(shù)式的混合結(jié)構(gòu)，無(wú)論是代號(hào)編碼還是特征編碼，產(chǎn)品編碼位數(shù)較多，而不同的用途僅需要編碼的部分位數(shù)信息。為方便使用都應(yīng)采用分段編碼的方式。同一零，部件兩種編碼是一對(duì)一的關(guān)聯(lián)。不同的企業(yè)應(yīng)該根據(jù)自身的實(shí)際需要來(lái)制定產(chǎn)品編碼規(guī)則，也可以借鑒國(guó)內(nèi)外通用的編碼標(biāo)準(zhǔn)資料，結(jié)合成組技術(shù)(GT)來(lái)完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)編碼。

    3.2 PDM通過(guò)知識(shí)庫(kù)與CAD集成

    產(chǎn)品設(shè)計(jì)包括很多的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及一些基礎(chǔ)技術(shù)資料，這些標(biāo)準(zhǔn)與資料有的是文字文本，有的是表格，有的是圖形，有的是數(shù)學(xué)公式，這些都是機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是CAD系統(tǒng)應(yīng)用必需的數(shù)據(jù)。在沒(méi)有PDM系統(tǒng)前，CAD系統(tǒng)必須自己建立數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形庫(kù)、知識(shí)庫(kù)及方法庫(kù)。應(yīng)用PDM之后，就可以把這些數(shù)據(jù)庫(kù)、圖形庫(kù)、知識(shí)庫(kù)及方法庫(kù)都等存入知識(shí)庫(kù)中作為PDM數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容，由CAD系統(tǒng)調(diào)用，如圖2所示。

圖2 PDM支持知識(shí)庫(kù)建立及零部件、標(biāo)準(zhǔn)件、外購(gòu)件的庫(kù)調(diào)用

    3.2.1 CAD系統(tǒng)調(diào)用PDM系統(tǒng)信息

    在AutoCAD環(huán)境下的全網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)可直接打開(kāi)或修改、保存、鍵入文檔，自動(dòng)提取標(biāo)題欄數(shù)據(jù)存入知識(shí)庫(kù)中。PDM對(duì)象通過(guò)對(duì)知識(shí)庫(kù)中自動(dòng)提取的標(biāo)題欄和明細(xì)欄的數(shù)據(jù)調(diào)用并形成統(tǒng)計(jì)BOM，實(shí)現(xiàn)對(duì)其管理。同樣，CAD可以通過(guò)讀取知識(shí)庫(kù)數(shù)據(jù)將PDM中的項(xiàng)目屬性（項(xiàng)目名稱、型號(hào)等）自動(dòng)寫(xiě)入到標(biāo)題欄。

圖3 CAD讀入PDM圖檔

圖4 CAD從PDM中調(diào)用明細(xì)數(shù)據(jù)

    3.2.2 CAD信息存入PDM系統(tǒng)

    以生成標(biāo)題欄信息為例，在CAD中，系統(tǒng)自動(dòng)讀取標(biāo)題欄圖樣DWG文件來(lái)解讀標(biāo)題欄模板的屬性，根據(jù)實(shí)體的類型或名稱來(lái)讀取相應(yīng)的函數(shù)，判斷文本起始點(diǎn)是否在標(biāo)題欄信息區(qū)域內(nèi)，并判斷讀取出來(lái)的屬性值是否為圖紙名稱、圖號(hào)、材料、數(shù)量等信息，把得到的各工程信息按規(guī)定的順序儲(chǔ)存到知識(shí)庫(kù)中。

    圖紙標(biāo)題欄信息提取程序的流程如圖5所示。提取出來(lái)的標(biāo)題欄信息存入知識(shí)庫(kù)，PDM通過(guò)調(diào)用知識(shí)庫(kù)知識(shí)來(lái)對(duì)CAD系統(tǒng)進(jìn)行管理。

圖5 圖紙標(biāo)題欄信息提取流程

    3.3 PDM系統(tǒng)通過(guò)知識(shí)庫(kù)對(duì)CAD系統(tǒng)的管理

    建立CAD系統(tǒng)的目標(biāo)是為了按市場(chǎng)需求輸出產(chǎn)品制造必需的圖紙、技術(shù)文件與資料，滿足產(chǎn)品制造的需求。在企業(yè)管理數(shù)字化的情況下，還必須提供數(shù)字化的產(chǎn)品信息，為企業(yè)其他部門(mén)數(shù)字化管理創(chuàng)造條件。PDM系統(tǒng)的功能就是通過(guò)知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)對(duì)CAD系統(tǒng)輸出的產(chǎn)品制造所需的圖紙、技術(shù)文件與資料以及對(duì)數(shù)字化的產(chǎn)品信息進(jìn)行有效地管理，使企業(yè)整個(gè)系統(tǒng)不但能獲取傳統(tǒng)的圖紙、技術(shù)文件與資料，還能獲取數(shù)字化的產(chǎn)品信息，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。在CAD系統(tǒng)完成產(chǎn)品設(shè)計(jì)后，PDM系統(tǒng)應(yīng)對(duì)這些圖紙與技術(shù)資料進(jìn)行管理，這是PDM系統(tǒng)的功能之一，一般稱為圖紙檔案管理。

    CAD系統(tǒng)應(yīng)用PDM系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)管理模塊實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)，應(yīng)用系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)是提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力與水平的有效方法。PDM系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)管理模塊就可以應(yīng)用成組技術(shù)實(shí)現(xiàn)系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)建立通用知識(shí)庫(kù)。應(yīng)用特殊編碼實(shí)現(xiàn)快速檢索，充分發(fā)揮系列化、模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)及成組技術(shù)建立通用知識(shí)庫(kù)的作用，大大減少產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重復(fù)勞動(dòng)、縮短設(shè)計(jì)周期，為改善與優(yōu)化生產(chǎn)管理打好基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

    產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于為客戶快速提供所需要的產(chǎn)品。要從知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)出發(fā)，以知識(shí)庫(kù)系統(tǒng)為集成平臺(tái)，對(duì)CAD系統(tǒng)和PDM系統(tǒng)進(jìn)行了集成，將參數(shù)模型從PDM系統(tǒng)中調(diào)用信息進(jìn)行快速設(shè)計(jì)、知識(shí)庫(kù)對(duì)設(shè)計(jì)知識(shí)的維護(hù)以及設(shè)計(jì)過(guò)程的決策和PDM對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)知識(shí)的管理有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，從而提高了設(shè)計(jì)效率以及管理的優(yōu)化。

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本文標(biāo)題：基于知識(shí)庫(kù)的CAD/PDM的集成研究

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