Принципы организации и интерфейс унифицированного модуля интеграции PDM и CAD систем

ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ И ИНТЕРФЕЙС УНИФИЦИРОВАННОГО МОДУЛЯ ИНТЕГРАЦИИ PDM- И CAD-СИСТЕМ Т.Д. Голицына Научный руководитель - к.т.н., доцент Т.А. Павловская

Статья посвящена вопросам интеграции систем управления PDM- и CAD-систем в машиностроении. Рассматривается существующий подход к решению этой задачи. Описывается унифицированный подход. В работе приведены принципы организации интегрирующего модуля и API системы.

Введение

Традиционный подход к построению систем, автоматизирующих взаимодействие систем управления данными об изделии (PDM) и систем автоматизированного проектирования (CAD) в машиностроении, представляет собой разработку частного решения для конкретного предприятия, т.е. интеграцию конкретной PDM-системы с конкретной CAD-системой. При этом проблемы, возникающие при интеграции, решаются в каждом случае различными, зачастую новыми, способами. Поскольку такие системы в подавляющем большинстве являются коммерческими, конкретная программная реализация обычно скрыта, поэтому провести анализ существующих решений с целью выбора лучшего или более универсального не представляется возможным. Кроме того, данный способ взаимодействия обладает перечисленными ниже недостатками.

1. Ограниченность применения разработанного программного обеспечения, 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. Для 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.

В то же время в направлении решения описанной проблемы сделаны серьезные шаги. Так, международный стандарт ISO 10303 (и его русскоязычная версия ГОСТ Р ИСО 10303 [1]) призван определить единый способ обмена информацией между всеми системами, содержащими данные об изделии [2]. Это позволит автоматизировать взаимодействие любых PDM- и CAD-систем, поддерживающих стандарт, в общем случае, без дополнительных интегрирующих программ. Стандарт определяет форму представления данных в виде текстового обменного файла, имеющего строго регламентированную структуру. Обменный файл используется для передачи данных между различными автоматизированными системами проектирования.

Однако в настоящее время существуют сложности в применении стандарта. Во-первых, несмотря на то, что прошло уже более 10 лет со дня выхода стандарта, еще не все CAD- и PDM-системы его поддерживают. Во-вторых, реализации стандарта для разных систем различаются (особенно это актуально для разных типов систем), и, как следствие, корректно из системы в систему переносится только информация о составе изделия. Так, например, при экспериментах с системами PDM Step Suite и CAD SolidWorks и PRO/E данные о размерах и параметрах детали не передавались, а попытка перенести данные из SolidWorks в PSS, а затем обратно приводила к полной потере информации о детали. Таким образом, реализация взаимодействия PDM- и CAD-систем существенно неполна и не позволяет оперировать всеми атрибутами изделия.

В рамках разработки унифицированного подхода к интеграции PDM- и CAD-систем [3] в настоящей статье предлагается решение этой проблемы.

Унифицированный подход

Альтернативой подходу к разработке программного решения для интеграции конкретной CAD-системы и конкретной PDM-системы является унифицированный подход, позволяющий сделать взаимодействие PDM-систем и CAD-систем единообразным и легко расширяемым. Общая схема предлагаемой архитектуры программного комплекса представлена на рис. 1._

г PDM-

система API

A л

к J

с PDM- л.

система г API

B

к J

Г CAD- N

API система

A

)

Г CAD- N

г API система

B

)

Рис. 1. Схема архитектуры программного комплекса

Как видно из рисунка, программный комплекс представляет собой взаимодействие нескольких CAD- и PDM-систем через интерфейсные компоненты и центральный модуль.

Центральный модуль. Центральный модуль является ответственным за взаимодействие систем. Например, модель изделия из CAD-системы должна преобразоваться в иерархическую структуру изделия, его составляющих и их параметров в PDM-системе. Модуль расширения должен иметь возможность доступа к параметрам и их преобразованию (например, перерасчет размеров). После этого структура изделия в PDM-системе, содержащая обновленную информацию о размерах каждой компоненты изделия, должна передаваться в CAD-систему с проведением соответствующих изменений. Для этих целей центральный модуль предоставляет единый программный интерфейс (API) для CAD-систем, PDM-систем, систем для расчета параметров изделий, а также различных модулей расширения.

Поскольку стандарт STEP создавался именно для унификации взаимодействия между системами автоматизации и поддержки производства, было принято решение положить его в основу унифицированного подхода. Стандарт содержит спецификацию стандартизованного интерфейса доступа к данным (Standard Data Access Interface -SDAI). Эта спецификация представляет собой набор функций для языков С и С++, обеспечивающих доступ к объектам в базе данных или текстовом файле. Этот интерфейс и определяет интерфейс центрального модуля.

Интерфейсные компоненты. Для работы с API центрального модуля CAD- и PDM-системам достаточно поддерживать стандарт STEP. В случаях, когда система полностью или частично не поддерживает стандарт, но имеет свой родной API, ее можно подключить через интерфейсный компонент.

Интерфейсные компоненты должны реализовывать следующие функции:

(1) организация взаимодействия с одной или несколькими PDM- или CAD-системами;

(2) локализация информации об особенностях конкретной системы;

(3) поддержка API центрального модуля.

Интерфейсные компоненты могут разрабатываться или расширяться по необходимости подключения новых систем к программному комплексу на основании API CAD- или PDM-системы и API центрального модуля.

Модули расширения. Модулем расширения может быть любая вспомогательная программа, которой необходимо иметь доступ к данным, хранящимся в PDM- или CAD-системе. Для работы с этими данными такая программа должна поддерживать единый интерфейс центрального модуля, который позволит забрать для обработки необходимые данные и загрузить обратно результаты работы программы. Модули расширения могут добавляться в комплекс по мере необходимости.

Результаты реализации

Схема центральной части программного комплекса 81ерСАО приведена на рис. 2.

Рис. 2. Реализация программного комплекса

Программный комплекс StepCAD разрабатывается на основании приведенных выше принципов. Разработка ведется в среде Microsoft Visual C++ 6.0.

К настоящему моменту разработан интерфейсный компонент для PDM Step Suite [4]. В качестве основы интерфейсного компонента для CAD-систем в состав комплекса включена библиотека GSCADLink [5], поддерживающая работу с SolidWorks, Pro/E, SolidEdge, Unigraphics, Inventor, Компас 3D, AutoCAD, PCAD и CATIA. Ведется работа по преобразованию интерфейса GSCADLink в интерфейс центрального модуля.

Тестирование и отладка программного комплекса проводилось на примере взаимодействия PDM Step Suite, CAD SolidWorks и PRO/E.

Преимущества унифицированного подхода

Итоги опытной эксплуатации прототипа программного комплекса с предложенной архитектурой позволяет говорить о следующих достоинствах предлагаемого метода:

1. высокая степень универсальности предлагаемого решения, его применимость для решения многих задач;

2. простота расширения программного комплекса другими PDM- и CAD-системами, а также модулями расширения. 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. Как результат, представленная архитектура является экономически выгодной: добавление новых систем производится по уже имеющемуся «образцу», а внедрение и поддержка программного комплекса - по аналогичным сценариям.

Кроме того, предложенное решение позволяет существенно расширить возможности стандарта по взаимодействию PDM- и CAD-систем. Например, оно позволяет определять ключевые характеристики изделий (масса, размеры, авторство) независимо от исходной системы и корректно их обрабатывать. Так, проводился тест для изделия, импортированного в PDM-систему, размеры которого затем изменялись, и проводился экспорт в CAD-систему. Размеры модели в CAD-системе соответственно изменялись. Имя автора изделия также корректно интерпретировалось при всех преобразованиях.

Поскольку предложенная архитектура позволяет не только экспортировать информацию об изделии, но и сопровождать ее всем необходимым, был предложен, реализован и опробован подход, при котором исходный файл модели в формате CAD-системы хранится в качестве документа в PDM-системе. При таком подходе изменения файла контролируются PDM-системой, а сам файл неразрывно связан с описанием изделия в PDM-системе. Такая функциональность оказалась очень удобной при работе и частом обращении к обеим системам.

Кроме того, такая архитектура комплекса позволяет оптимизировать работу PDM-системы. Так, например, файл в формате CAD-системы было решено привязать не к каждому изделию из числа одинаковых, а только к одному из них, в то время как остальные только ссылаются на него. Все это стало возможным благодаря тому, что центральный модуль обладает гораздо большей информацией о логике организации изделия, чем обменный файл.

Наряду с преимуществами, были выявлены проблемы унифицированного подхода.

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 интерпретации 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. Это достигается сложной системой конфигурации.

Заключение

В настоящей работе рассмотрены два подхода к интеграции PDM-систем и CAD-систем. Приведена архитектура программного комплекса, реализующего унифицированный подход, принципы организации API центрального модуля и результаты реализации подхода.

Литература

1. ГОСТ Р ИСО 10303 «Системы автоматизации производства и их интеграция. Представление данных об изделии и обмен этими данными». - М.: Госстандарт России, 2000.

2. Mason H. ISO 10303 - STEP. A key standard for the global market. // ISO Bulletin. Апрель 2002. - С. 9-13.

3. Голицына Т.Д. Проблемы интеграции PDM и CAD систем. Унифицированный подход. // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. - 2007. - Выпуск 39. Исследования в области информационных технологий. Труды молодых ученых. - С. 164-168.

4. PDM Step Suite. Техническое описание. http://pss.cals.ru/DOC/PSS_TD_2_1.pdf

5. GSCADLink. Описание. // Официальный сайт ООО «Глосис-Сервис». http://glosys.ru/products/cad/GSCADLink.htm