基于ＰＤＭ的ＥＤＡ集成關鍵技術研究與實現

摘要:提出了產品數據管理(PDM)與電子設計輔助(EDA)集成的主要框架;闡述了PDM與EDA集成的主要內容，并對數據存儲#65380;BOM文件處理以及安全管理等關鍵技術進行了深入研究;總結了PDM與EDA集成的主要實現步驟;通過實例描述了PDM與EDA集成的整個過程#65377;

關鍵詞:產品數據管理; 物料清單; 信息集成; 電子設計輔助

中圖分類號:TP391文獻標志碼:A

文章編號:1001-3695(2007)10-0257-03

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0引言

電子行業中電子設計輔助(EDA)技術的應用徹底改變了電子設備的傳統設計方法#65377;設計者應用EDA進行產品的分析和設計，不僅提高了電子產品的設計質量與開發效率，而且提升了企業對產品開發的能力和綜合管理水平#65377;然而，目前電子電路模塊設計制造一體化(EDMI)系統一般采用人工管理或僅基于數據庫的數據和信息管理#65377;在這種情況下，產品的開發和生產階段將產生大量的產品數據和文檔#65377;這些數據分散在各個系統中，不能形成以產品為對象的數據組織結構，信息的共享度差，各應用分系統內部以及分系統之間數據查詢困難，查詢效率低#65377;產品數據管理[1~3](PDM)的應用可以很好地解決以上問題#65377;但是，現階段PDM系統主要應用在機械行業，電子行業的應用并不普及，即使有也主要是針對EDA工具，對制造考慮得很少#65377;

針對EDA的產品數據管理，UGS公司將teamcenter engineering[4](又名iMAN)與Mentor進行集成，并針對集成作了大量研究#65377;本文在此基礎上，深入闡述PDM與EDA集成的內容和框架，并以Protel和iMAN為例說明集成的過程與功能#65377; 

1PDM/EDA集成的主要內容

EDA系統用于實現電子電路產品設計和工藝設計，是產生設計圖檔#65380;BOM的源頭#65377;除了要向PDM系統提供產品結構與配置以及BOM屬性外，還需要接收PDM系統發送的設計任務及技術更改信息等#65377;

1.1EDA文件集成

EDA文件集成的基本功能如下:

a)iMAN平臺上激活產品數據所對應的應用軟件系統;

b)對應的數據可以自動從iMAN服務器傳遞至應用軟件系統中;

c)用戶可以在應用軟件系統中進行常規操作;

d)用戶進行存儲操作后，對應的數據可以自動返回iMAN中;

e)基于iMAN的用戶界面;

f)Protel所有數據均由iMAN直接管理和存儲#65377;

1.2電子產品的BOM集成

EDA系統產生的BOM是整個系統的主要共享數據源，是PDM系統建立產品結構樹的惟一依據#65377;為了實現BOM信息從EDA系統到PDM系統的一致性和貫通性，需要通過EDA和PDM系統的集成接口來完成BOM信息的自動轉換和傳遞#65377;

1.3流程集成

流程管理包括審批流程管理和更改流程管理#65377;根據企業的不同情況，在用戶分組#65380;角色#65380;人員和項目的基礎之上，流程管理通過在iMAN系統中定制審批流程來實現[5]#65377;

流程集成通過對整個過程進行有效的監控，使產品數據的形成過程得到有效保存，以免出現產品開發過程中責任不明確的現象;同時在流程管理中引入了并行產品設計思想，從而縮短了文檔的傳遞速度以及處理時間，提高了企業的設計和制造效率#65377;

2PDM/EDA集成框架

如圖1所示，集成分為兩種形式，即文檔級信息集成和產品結構級信息集成#65377;前者主要依據“分散設計，集中制造”的特點，在EDA與PDM系統之間，數據采用單向交換，即由EDA系統將電子電路原理圖#65380;PCB板圖等傳送到PDM系統#65377;PDM系統不對設計圖文檔進行任何修改，只向EDA系統返回設計更改通知單和配料加工等信息#65377;后者是指以EDA系統中的產品為對象組織數據，對象及其結構信息通過集成接口納入到PDM系統中進行管理，達到EDA系統與PDM系統中產品對象及其結構信息的一致性#65377;因此，對于BOM信息，需要編制EDA和PDM系統之間的接口程序，即將EDA系統的BOM信息傳遞給PDM系統;由PDM系統根據文件中的信息，在系統內部建立相應的產品對象及其結構樹[6]#65377;

3集成實現的關鍵技術

3.1iMAN的面向對象產品模型簡介

iMAN系統常用的對象如下[4]: 

a)Item/item revision#65377;在iMAN中，item/item revision是用于信息管理的基本對象#65377;Item代表一個物理或概念實體#65377;這一實體把所有與之有關的信息統一組織起來，并可以對這些信息進行維護#65380;審核#65380;提交#65377;在實際應用中，一個產品#65380;部件或零件都可以表示為一個item#65377;Item revision即item的版本#65377;MasterForm是item的子類，用來描述產品總體信息#65377;

b)Dataset#65377;用于封裝應用對象或應用系統#65377;通過dataset，可以將其他應用程序產生的數據與PDM系統聯系起來#65377;

c)Form#65377;一個具有顯示或修改界面的對象#65377;該對象可以是對應于某一class的一個instance，也可以對應于文件#65377;

d)Folder#65377;它相當于文件夾的概念，提供了在iMAN中組織管理數據的一種方法#65377;

e)BOMView#65377;描述零件裝配結構關系的對象，有版本，即BOMView revisions，并且有視圖類型，稱做ViewType，如design view#65380;manufacturing view等#65377;

3.2數據及文件綜合存儲

iMAN系統管理的是一系列的對象，對象又包含諸多的關系模型#65377;iMAN通過管理對象的關系模型來實現企業資源的管理#65377;數據集成的主要任務是把iMAN系統看成是Protel99SE的管理環境，通過建立它們之間的聯系使產品數據(圖形﹑文件﹑屬性﹑關聯及相關文檔)在Protel99SE與iMAN系統之間實現雙向的無縫傳輸，即Protel99SE文件數據能隨時簽入(checkin)iMAN系統，同時進入iMAN系統的數據能夠及時有效地簽出(checkout)#65377;在數據簽入/簽出的同時自動完成數據模型之間的映射(mapping)，從而實現數據的統一[7]，如圖2所示#65377;

1)Protel簽入管理當Protel執行save或save as等保存命令時，通過中間文件把各種數據輸入到iMAN中，并在iMAN中視具體需要建立或修改相應的item#65380;item revision#65380;dataset#65380;form#65380;BOMView#65380;BOMView revision等一系列iMAN中的管理對象，用這些對象來管理Protel中的各種數據文件#65377;

2)Protel簽出管理當Protel執行任何提取文檔的操作時，iMAN就把有關的各種數據文件輸出至中間文件;Protel通過讀取中間文件并對這些數據文件進行編輯修改#65377;同時在iMAN中對輸出的文檔加以鎖定，以防其他用戶對其進行修改，在文檔歸檔后再對其解鎖#65377;

3)查詢Protel把要查詢的信息傳遞給iMAN，由iMAN執行相應的查詢操作，并把查詢的結果及時反饋給Protel#65377;這主要是利用iMAN的產品結構編輯管理(PSE)功能#65377;

3.3BOM綜合技術

在Protel中已經有開發好的生成電子BOM的插件，在設計PCB版圖或SCH圖時，通過在Protel中將插件加載進去，就可以很容易地得到后綴為.BOM的BOM文件;再進行BOM表的后處理，包括BOM文件的保存#65380;BOM表導出excel，還可以將Protel中的BOM表文件導出為一種CAD格式文件#65377;

通過在iMAN中創建dataset及type達到讀取電子BOM表文件，excel已經很好地與iMAN進行集成#65377;

如圖3所示，通過開發從電子BOM表到PDM中的接口程序，使得能在iMAN中逐行讀取電子BOM表中的數據，并在iMAN中創建其產品結構樹，從而達到數據同步#65377;

通過iMAN中PSE的其他功能，不同部門用戶可以得到符合各自要求的BOM表#65377;

3.4安全管理技術

在iMAN系統中內置的系統管理員#65380;數據管理員和部門管理員三種角色以及用戶可自定義角色等功能將這一復雜的賦權過程大大簡化，降低了系統管理員的日常工作量;確定不同的部門#65380;項目組#65380;數據對象在不同階段有不同的權限等級;確保同一項目組中的全部數據進行協調一致的并行工作，提高數據共享和重復使用#65377;

Protel中可以通過設置設計小組對設計文件進行協同設計及訪問控制權限管理#65377;

通過權限#65380;角色和人員的定義，建立了電子文檔的安全機制，保證了系統數據的安全，提高了系統的可靠性和實用性#65377;

4應用實例

筆者在實施某院PDM/EDA集成中，根據上述的集成框架和關鍵技術，采用以下步驟實施集成#65377;

4.1iMAN對象類型的定制

由于EDA和PDM系統都保存產品對象及其結構信息，為保證兩者的一致性，需要將BOM文件的物料信息導入PDM系統#65377;在開發接口之前，首先要在PDM系統中創建產品#65380;PCB板#65380;元器件，以及原材輔料的class(類)#65380;item類型(產品對象條目或類的對象)及item主屬性表MasterForm#65377;

iMAN只提供了一些超類，應根據企業的實際情況進行具體的定制和二次開發#65377;上述四種item類型的定義使用了同一種class，該class從類POM_APPLICATION_OBJECT繼承[5]#65377;創建每個item都是創建對應item類的對象#65377;Item類型根據不同的MasterForm來區別，通過UI交互文件指定MasterForm中的每一項數據存儲到class對應的屬性中#65377;四種item類型既有共有的屬性，又分別有各自特有的屬性#65377;

4.2EDA系統與PDM系統集成接口的實現

EDA系統產生的設計BOM和工藝BOM是PDM系統創建子件對象(元器件#65380;原材輔料)和圖形化產品結構樹的信息來源，通過EDA與PDM系統的集成接口，完成由EDA設計結構樹到PDM產品結構樹的自動轉換#65377;

iMAN系統的ITK(intergeration toolkit)以動態鏈接庫的形式存在，提供了一整套函數直接或間接操作PDM系統數據庫#65377;通過在接口程序中嵌入所需的ITK函數，即可以實現產品數據自動輸入到PDM系統#65377;該集成接口的實現主要分為以下三個步驟:

a)BOM文件讀取#65377;依次按行讀取BOM文件各子件的ID#65380;名稱#65380;版本號#65380;數量#65380;所在層次#65380;結構信息等#65377;

b)數據導入到PDM#65380;創建子件對象#65377;在PDM中創建各相應的子件對象，并將其屬性數據寫入MasterForm中，存入PDM底層數據庫#65377;

c)在PDM中創建產品結構視圖BOMView，根據各子件的結構層次關系，將其分別依次掛在其父件對象下，形成圖形化的產品結構視圖#65377;

該程序的流程圖如圖4所示#65377;

4.3部分界面

圖5是在Protel登錄iMAN中的定制界面#65377;在Protel中包括登錄iMAN#65380;簽入/簽出等#65377;在iMAN中的功能也包括簽入/簽出#65377;iMAN中啟動Protel通過封裝實現#65377;

圖6是在iMAN中操作BOM表的部分界面，用來實現BOM表的處理和配置#65377;

5結束語

本系統采用基于PDM系統的信息集成策略，通過開發系統的信息集成接口，實現了在PDM系統中自動創建電子電路產品#65380;子件對象(PCB板#65380;元器件#65380;原材輔料)及圖形化的產品結構樹，完成了產品數據由設計#65380;工藝系統向PDM系統的自動導入，保證了整個系統具有完整#65380;一致#65380;可靠的產品模型和數據，實現了企業的信息集成#65377;

參考文獻:

[1]BOURKE R W. Product data management: more than just an ERP module[K].[S.l.]: CPIM， 1996:1-5.

[2]童秉樞，李建明.產品數據管理(PDM)技術[M].北京:清華大學出版社，2000:15-60.

[3]約瑟夫·蕭塔納.制造企業的產品數據管理:原理·概念·策略[M].祁國寧，譯.北京:機械工業出版社，2000:215-300.

[4]UGS. Teamcenter engineering online help[EB/OL].(2004).http://www.ugs.com.cn.

[5]MUNCH B P， CONRADI R， LARSEN J O， et al. Integrated product and process management in EPOS[J]. Integrated ComputerAided Engineering， 1996，3(1):519.

[6]于曉強，陳懇，紀豐偉.基于PDM的電子電路設計制造一體化[J].現代制造工程， 2004(10):26-27.

[7]俞濤，呂震，方明倫，等.應用軟件系統在PDM平臺上的集成機制及其實現[J].中國機械工程，2000，11(12):13791382.

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