產品三維數模文件管理探析

張 波 尹雪梅

（1.中國航發商用航空發動機有限責任公司，上海 200241；2.上海空間電源研究所，上海 200241）

三維數模是物體的立體表示，是繼音頻、圖像與視頻之后的第四類數字媒體，它用更加豐富的信息、更直觀的形式多維度再現了物體的全面信息，它能夠提供更加形象、豐富的視覺感知細節，目前在生產制造型企業已得到廣泛應用。三維數模必須依托信息系統平臺進行展示和管理，這對以傳統二維文件為管理對象的檔案管理模式帶來新的挑戰。為了更好地解決三維數模的收集、保管、歸檔、利用等系列問題，我們可以從前端控制、全程管控和后期利用三個重要階段探索三維數模電子文件的管理思路。

1 三維數模管理存在的問題

目前已經有不少企業在產品型號研制過程中，已經全面應用三維數字化設計的先進信息技術。產品研發的業務系統必然會形成了大量有重要保存價值的電子文件及其附屬信息，如何將這些數量繁多，數據類型各異的產品電子文件完整、有效、系統、規范、安全地進行管理并提供利用，這是擺在檔案人員面前亟需解決的問題。目前三維數模管理存在的問題主要包括：

1.1 接口受限

不同的信息系統之間一般會通過API接口、webservice、直接讀取數據庫等方式實現集成。業務系統在開發與部署的時候，未能充分預見到產品數據系統與檔案管理系統集成需求，因此并沒有預留充足的系統接口去接收和傳輸數據。目前行業使用較多的檔案管理系統就是由于本身系統接口的限制，與現行的PLM或PDM系統均無法實現高效靈活的數據交換，從而導致三維數模檔案管理工作開展的不便與功能的割裂。

1.2 管理模式簡單

目前大部分檔案系統的主要架構和開發思路都是僅僅將檔案作為一個個條目來進行管理，更側重于文檔信息的平面化管理，無法適應三維數據產品檔案的特點。但是，三維數模產品檔案涉及的信息量龐大且邏輯關系復雜，需要一個多維的檔案管理模式來實現對三維數模的產品檔案的靈活有效管理。三維數模的檔案管理系統既要體現出三維數據的先進性，又要做到文件的全生命周期管理。因此，檔案管理系統需要引入三維數模的管理思想，重新進行平臺架構的設計，更需要引入完善的檔案管理制度和管理模式對三位數模的檔案化管理進行支撐。

1.3 利用不便

三維數模徹底改變了傳統檔案信息提供利用的方式及途徑，它能夠實現在線瀏覽三維圖等三維格式文件，能夠展示產品的全部信息，包含產品的結構信息。目前的檔案管理系統雖然有一套完善的檔案利用模式（借閱、外發、電子下載等），但由于現有檔案管理系統的接口限制太多，并且系統架構太老，數據交換不靈活，無法管理三維數模的產品結構樹(BOM)信息。目前能夠實現的在線瀏覽，只適用于常見的文檔文件，對于三維圖等格式文件無法實現。三維數據在檔案系統中是割裂的，是獨立的個體，無法做到像PLM系統那樣完善的文檔管理邏輯。

2 三維數模管理的方式研究

2.1 前端控制，探索三維數模完整歸檔模式

三維數模作為一種新興的電子文件，需要按照電子全生命周期思路進行全程管控，在三維數模生成、流轉階段就對其進行前端控制，即在產品數據階段對三維數模進行統籌規劃，有效管控，確保在歸檔環節能夠順利開展。

2.1.1 歸檔準備

在產品數據管理系統設計階段要統籌考慮檔案管理要素，使得產品數據管理系統中的三維數模通過接口能夠順利歸檔。一是建立順暢的系統接口，通過標準化、規范化的系統接口能夠實現三維數模信息傳遞功能；二是要清晰歸檔內容，通過系統間接口采集三維數模、BOM信息、零組件裝配關系、存放位置等相關內容，保證三維數模完整歸檔；三是要優化檔案管理系統，檔案管理系統要能夠適應三維數模管理要求，轉變以文件條目為主體的管理模式，優化文檔與文檔間、文檔與對應產品間的關聯功能；識別和讀取產品的BOM數據，提取構成產品的零部件信息，并自動關聯起來；可以自動識別不同產品對同一零部件的借用關系；能夠有效的管理同一零部件圖紙的不同版本，根據需要查詢、追溯圖紙的各個歷史版本。

2.1.2 歸檔模式

常見的三維數模歸檔模式有三種：

一是產品數據邏輯歸檔至檔案系統集中管理。三維數模文件保存在前端產品數據管理(PDM/PLM)系統，僅將三維數模輕量化圖形和前端系統中邏輯地址推送到檔案系統進行管理，在檢索和利用時，通過地址訪問前端系統進行借閱查看。

二是產品數據通過前端業務系統集中管理。鑒于前端產品數據管理系統有較為完善的文檔管理功能，有部分用戶直接將前端產品數據管理系統作為“檔案管理系統”使用，不進行歸檔推送，直接完成歸檔、管理、借閱、外發等功能。

上述兩種歸檔模式，都依賴于前端系統，當前端系統發生改變時，就會影響產品檔案，無論是邏輯歸檔還是直接依賴前端系統，都會有非常大的管理風險。因此，理想的管理模式還是需要將前端業務系統的產品檔案歸檔到檔案系統進行管理。

三是檔案系統集中管理產品檔案數據。這種歸檔管理模式是比較穩定的方式，可以發揮檔案管理系統作為知識中心、數據中心的作用，并且由檔案系統將前端各業務系統的數據進行有機、高效的關聯管理，讓各業務系統不再是信息孤島。

2.1.3 歸檔要求

一是統一三維數模歸檔格式。目前三維圖形格式基本是 PRT格式的文件，文件類型單一，較容易實現三維數據的在線瀏覽功能。但是，隨著業務的發展，三維圖形格式也可能出現多樣化的形式，因此統一三維數模的格式也是需要值得考慮的事情。根據國際上三維數模標準格式的發展，STEP格式相對其他的格式擁有更多的優點，具有更強的適應性和數據包容性，可以較好地支持實體數據交換。

二是明確三維數模歸檔內容。三維數模是一種復雜的電子產品，我們不僅需要歸檔其三維圖形本身，還需要對其說明文件、模型的關系圖（模型名稱與編號對應表）以及產生該模型所運行的軟件環境進行歸檔，以保證其歸檔的完整性和未來正常的打開利用。

三是保證三維數模真實可控。數字水印技術是目前實現電子文件可控性、真實性的一個常用的文件控制方法。三維數模在通過前端系統推送到檔案系統時，添加水印以保證其真實性。在檔案系統的整體優化升級功能中，將三維數字水印技術作為四性檢測功能的一部分，統籌策劃，推進實施[1]。

2.2 全程管控，確保三維數模存儲保管可靠

為保證三維數模真實性、可靠性，在電子文件形成、歸檔、保管全過程管理中采用數字簽名、電子簽章、元數據采集、日志管理、四性檢測、防改寫等技術對電子文件管理全過程進行監控，保證三維數模電子文件真實有效。

電子文件管理中一個亟需解決的問題是如何實現電子檔案長期安全保存，三維數模作為一類電子文件，需要重點關注安全保管和長期可用的保管環境和手段。

一是進行格式處理和封裝，對于長期保存的格式應滿足格式開放、不綁定硬件、文件顯示一致性、持續可解釋、穩健、可轉換、利于存儲、支持技術認證機制和易于利用等要求，封裝是采用開放性的描述語言讓電子檔案的內容和元數據信息長期保持穩定、可解析狀態；二是要構建電子檔案信息安全保障體系，通過安全性檢測、病毒檢測、安全審計、信息備份與恢復等多方面建設保證產品電子文件安全性；三是實行雙軌制，對三維數模實行雙軌制保管，即實行數據庫和光盤統一、連續、并行的管理機制。根據《CAD電子文件光盤存儲、歸檔與檔案管理要求》（GB/T 17678.1-1999）中“電子文件歸檔與檔案管理”要求，三維模型應通過光盤形式進行保存，同時為保證三維數模保管安全可靠，依托其保存的檔案管理系統，按照統一備份策略，實施數據庫備份，從而充分發揮光盤存儲和數據庫存儲的優勢。

2.3 后期利用，實現三維數模的交互式利用

對于三維數模的利用方式，目前行業內主要做法是以前端業務系統為依托，在前端業務系統運用UG環境打開三維數模文件實現交互利用，這使得產品研制數字化環境不確定性大大增加，給產品數據安全性和資源整合開發帶來風險。應從數字化產品定義的源頭出發，研究數據的組織、存儲和重用等關鍵技術和標準規范，支持在不依賴于具體系統平臺的條件下，實現產品模型數據及三維中性化數據長期可存儲、可識別、可復用和可視化，從而降低產品現有研制數字化環境對國外軟件的依賴程度，提升產品研制模型數據的安全性[2]。

實現三維數模在線實時交互查閱，是檔案管理系統優化升級過程中亟待解決的重要問題。目前檔案管理系統無法有效讀取PRT和STEP格式的三維數模，因此檔案管理系統在新建或優化升級的過程中，需增加其在網頁端對PRT和 STEP的三維數模的解析功能。

目前國際上采用統一的STEP格式作為三維數模的標準格式，檔案管理系統使用針對AP203協議的解析器來對 STEP格式的三維圖形進行解析，用OpenGL技術（開放的圖形程序接口）結合HTML5將三維實體模型不失真地展現在網頁平臺上[3]。基于web的AutoView以及winchill自帶的productview等，可以借助瀏覽器實現對三維圖形的實時交互查閱。檔案管理系統集成了AutoView原文瀏覽器，該瀏覽器不僅可以實現產品文檔及二維圖形的識別與在線瀏覽，也可以實現二維矢量圖與三維矢量圖等格式文件的在線瀏覽，因此，優化和升級AutoView原文瀏覽器，加入更新的特性，也可以更好地實現三維數模的交互式查閱。

3 小結

三維數模作為一種先進的生產工具，目前已經被廣泛應用于生產制造型企業，它在產品生產制造的全生命周期中發揮了重要的作用，它是反映產品生產制造全過程的重要數據。因此，將三維數模納入檔案管理工作是一個必然趨勢，也是電子文件管理領域研究的新方向。三維數模是一種特殊的電子文件，它的特殊性表現在：一、它是一種新型的電子文件。二、對其進行檔案屬性化的難度大。三、它拓展了傳統電子文件的研究領域。對三維數模的檔案管理模式的研究是一個剛開題的項目，它還有很多有待深入探討的方向。