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(tái)。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(guò)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(guó)內(nèi)大型企業(yè)已逐步從二維CAD過(guò)渡到三維CAD，PDM與三維CAD的集成越來(lái)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、C/S與B/s架構(gòu)的混合給集成造成了困難。另外，傳統(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(duì)應(yīng)用程序阻隔的問(wèn)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(tái)無(wú)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(shì)，針對(duì)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(tái)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(qǐng)求對(duì)方服務(wù)，以達(dá)到雙向數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)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(yīng)用該模型不僅可以用來(lái)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(dòng)態(tài)構(gòu)建模型，采用可視化實(shí)時(shí)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(shí)圖形界面互動(dòng)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(lái)，可以以較小代價(jià)、一致的方法較好地解決跨網(wǎng)絡(luò)、跨產(chǎn)品平臺(tái)時(shí)PDM與三維CAD的集成問(wèn)題。

　　2基于統(tǒng)一代理面向服務(wù)的雙向集成框架和原理

　　2.1采用統(tǒng)一代理及Web服務(wù)的雙向集成框架

　　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(duì)這些軟件進(jìn)行封裝來(lái)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(wèn)題。

　　大型企業(yè)應(yīng)用集成的另一個(gè)問(wèn)題是軟件產(chǎn)品平臺(tái)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(gè)CAD統(tǒng)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?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)PDM與三維CAD雙向集成框架，如圖1所示。整個(gè)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(duì)PDM軟件的要求。PDM客戶端軟件內(nèi)部包含一個(gè)PDM統(tǒng)一集成代理，用于請(qǐng)求PDM服務(wù)及提供統(tǒng)一界面互動(dòng)支持。每一種CAD軟件內(nèi)部包含一個(gè)CAD統(tǒng)一集成代理，用于獲取產(chǎn)品信息、請(qǐng)求PDM服務(wù)及提供統(tǒng)一界面互動(dòng)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(kù)。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(lái)的PDM服務(wù)請(qǐng)求，另外也請(qǐng)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，①表示PDM客戶端軟件請(qǐng)求PDM服務(wù)的過(guò)程，②、③分別表示PDM向CAD、CAD向PDM集成的過(guò)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

　　2.2 PDM向CAD面向服務(wù)的分布式集成過(guò)程

　　PDM向三維CAD的集成過(guò)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(kù)。其實(shí)質(zhì)是PDM客戶端軟件如何通過(guò)CAD完成產(chǎn)品信息的讀寫。傳統(tǒng)的方法是在每個(gè)客戶機(jī)安裝所有的CAD軟件，PDM客戶端以后臺(tái)方式啟動(dòng)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(gè)缺點(diǎn)：(1)每個(gè)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)大量的硬件資源，這些因素給企業(yè)信息化實(shí)施帶來(lái)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(gè)問(wèn)題，也使得跨網(wǎng)絡(luò)集成更加容易。具體的集成過(guò)程是：用戶登錄到PDM并請(qǐng)求查看產(chǎn)品信息時(shí)，PDM客戶端軟件通過(guò)PDM統(tǒng)一集成代理向PDM統(tǒng)一服務(wù)代理請(qǐng)求獲取產(chǎn)品信息服務(wù)，PDM統(tǒng)一服務(wù)代理隨之請(qǐng)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(qǐng)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(gè)系統(tǒng)的耦合性。

　　2.3 CAD向PDM基于代理請(qǐng)求服務(wù)的互動(dòng)集成過(guò)程

　　三維CAD向PDM集成的過(guò)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(dòng)集成的效果。本文對(duì)文獻(xiàn)[2]中的基于代理的CAx與PDM透明式互動(dòng)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(guò)程是：假設(shè)用戶啟動(dòng)了UG軟件，UG自動(dòng)加載集成代理，并在UG的菜單欄中插入了一個(gè)菜單條，名為PDM;用戶點(diǎn)擊“登錄”選項(xiàng)，集成代理通過(guò)統(tǒng)一界面機(jī)制顯示登錄對(duì)話框，用戶輸入登錄信息后請(qǐng)求PDM統(tǒng)一服務(wù)代理的“登錄”服務(wù);登錄成功后。集成代理動(dòng)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(guò)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)

　　3.1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(qǐng)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(jiǎn)化Web服務(wù)的開發(fā)，采用C#開發(fā)ASP NET Web Service是個(gè)不錯(cuò)的選擇。不過(guò)大多數(shù)PDM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(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中(DLL)，這樣C#就可以直接調(diào)用DLL中的函數(shù)。

　　web服務(wù)請(qǐng)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(duì)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(yǔ)言，本文采用gSOAP來(lái)實(shí)現(xiàn)web服務(wù)客戶端。gSOAP是一個(gè)開源項(xiàng)目，用它可以方便地使用C/C++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(qǐng)求者請(qǐng)求CAD服務(wù)的功能可并入服務(wù)提供者中。

　　3.2 CAD統(tǒng)一接口模型的實(shí)現(xiàn)

　　3.2.1 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(gè)適配器管理器、若干個(gè)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(guò)CAD適配器來(lái)完成實(shí)際的接口功能。CAD適配器對(duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一接口。

　　(3)CAD層。包括各種CAD軟件和對(duì)應(yīng)的CAD文件。CAD軟件以后臺(tái)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(duì)其他CAD支持時(shí)，只需按照統(tǒng)一模型規(guī)范開發(fā)對(duì)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(lái)操作CAD文件，如圖2中顯示了Pro/E適配器可以直接讀寫文件(通過(guò)對(duì)Pr0/E文件進(jìn)行逆向分析或第三方程序庫(kù))或通過(guò)調(diào)用Pro/E提供API來(lái)讀寫文件。

　　圖2CAD統(tǒng)一接口模型結(jié)構(gòu)

　　3.2.2 CAD統(tǒng)一接口模型實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一接口的原理和過(guò)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(duì)應(yīng)用程序是透明的。整個(gè)過(guò)程如下：

　　(1)應(yīng)用程序動(dòng)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(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(gè)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(dòng)CAD軟件，或直接讀寫CAD文件來(lái)獲取產(chǎn)品信息;

　　(6)應(yīng)用程序卸載適配器管理器。

　　3.2.3 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、個(gè)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(cuò)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(shí)別該CAD適配器特征的信息，這個(gè)特征就是CAD程序標(biāo)識(shí)，可以采用多種方式標(biāo)識(shí)CAD程序，如名字、程序ID、GUlD等，如采用“SolidWorks.2006”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(shí)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(lái)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(cuò)誤。為了解決查找、匹配CAD適配器的問(wèn)題。CAD適配器應(yīng)支持自注冊(cè)和反注冊(cè)。注冊(cè)時(shí)將其支持的CAD標(biāo)識(shí)、適配器實(shí)現(xiàn)文件路徑等寫入注冊(cè)表中，反注冊(cè)時(shí)清除這些信息。適配器管理器可以查詢這些信息進(jìn)而能夠正確加載適配器。

　　3.3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(dòng)集成，具體地說(shuō)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(yè)元素的統(tǒng)一用戶界面模型，方便了CAD圖形化和PDM網(wǎng)頁(yè)化的互動(dòng)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(kù)等。創(chuàng)建統(tǒng)一界面的過(guò)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(yǔ)言，如C、C++、C#，調(diào)用統(tǒng)一界面支持運(yùn)行庫(kù)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(yè)程序中，方便CAD圖形化交互操作和PDM網(wǎng)頁(yè)化操作的互動(dòng)集成。用戶也可以使用腳本語(yǔ)言經(jīng)過(guò)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，PDM統(tǒng)一集成代理(應(yīng)用于瀏覽器的ActiveX控件和應(yīng)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(yīng)的支持運(yùn)行庫(kù)。在開目PDM集成平臺(tái)中，初步實(shí)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(wù)方式請(qǐng)求對(duì)象信息的界面。圖5為UG通過(guò)UG統(tǒng)一集成代理生成的菜單項(xiàng)請(qǐng)求PDM檢人服務(wù)的界面。

　　圖4 PDM客戶登錄PDM服務(wù)器請(qǐng)求對(duì)象信息

　　圖5 UG通過(guò)CAD集成代理請(qǐng)求PDM服務(wù)

　　5結(jié)束語(yǔ)

　　傳統(tǒng)的集成方式缺乏穿透防火墻的能力，對(duì)跨網(wǎng)絡(luò)應(yīng)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(yīng)用集成帶來(lái)了困難。本文提出的面向服務(wù)和跨產(chǎn)品平臺(tái)的PDM與三維CAD雙向集成策略，由于采用統(tǒng)一代理機(jī)制將PDM與三維CAD封裝成web服務(wù)，PDM和CAD通過(guò)各自的統(tǒng)一集成代理請(qǐng)求對(duì)方服務(wù)的方法，較好地解決了跨網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)集成問(wèn)題。本文提出的統(tǒng)一CAD接口模型提供了一致的調(diào)用接口，解決了跨產(chǎn)品平臺(tái)集成問(wèn)題。提出的統(tǒng)一用戶界面模型通過(guò)可視化構(gòu)建GUI和網(wǎng)頁(yè)元素的方式，提供了CAD圖形化和PDM網(wǎng)頁(yè)化操作的界面互動(dòng)集成。通過(guò)將統(tǒng)一代理技術(shù)和Web服務(wù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了PDM和三維cAD雙向分布式透明集成。后續(xù)工作可考慮將其他CAx軟件進(jìn)行集成，建立統(tǒng)一產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型，提高集成時(shí)系統(tǒng)響應(yīng)速度以及系統(tǒng)的安全性等。