隨著電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，大量企業(yè)引入了電子自動化設(shè)計(jì)(Electronic Design Automation，EDA)工具，從而也引發(fā)了企業(yè)對于日益增加的EDA數(shù)據(jù)的管理需求。一些EDA廠商給出了文件管理系統(tǒng)，但其功能只能算是數(shù)據(jù)存儲管理，依舊沒有解決EDA系統(tǒng)“信息化孤島”的問題，EDA數(shù)據(jù)也并不能在企業(yè)中實(shí)現(xiàn)共享。同時，雖然產(chǎn)品生命周期管理(Product Lifecycle Management，PLM)提供了一個數(shù)據(jù)管理集成框架，其管理范圍已經(jīng)擴(kuò)展到了產(chǎn)品全生命周期的信息管理。但是，目前的PLM系統(tǒng)還是主要應(yīng)用在機(jī)械行業(yè)中，與CAX(CAD/CAM/CAE/CAPP)軟件的集成比較成熟，而對EDA工具的集成還不夠完善，在電子行業(yè)的應(yīng)用也并不普及，而且對制造考慮得很少。
筆者在本文中，將主要從數(shù)據(jù)集成層面進(jìn)行研究，通過對EDA數(shù)據(jù)特點(diǎn)進(jìn)行分析研究，實(shí)現(xiàn)EDA系統(tǒng)與PLM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享。以期提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，提高生產(chǎn)效率。
一、系統(tǒng)集成需求
EDA系統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、文件、文件數(shù)據(jù)，以及它們之間的關(guān)系和屬性，都需要PLM系統(tǒng)進(jìn)行集成管理。
其中，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)集成包括組成產(chǎn)品的零件，如電路板、元器件及機(jī)械裝配件和輔助材料；文件集成的三個對象為：電子產(chǎn)品對象、圖檔對象和數(shù)據(jù)對象。在這里，不僅要在PLM系統(tǒng)中創(chuàng)建這三個對象的屬性信息，而且要建立該三個對象的組織關(guān)系。因?yàn)樵骷䲠?shù)據(jù)信息對于EDA設(shè)計(jì)至關(guān)重要（一方面設(shè)計(jì)師希望在PLM系統(tǒng)中看到元器件信息，另一方面采購部門需要準(zhǔn)確的元器件清單），所以需要從元器件層面將元器件信息集成保存到PLM系統(tǒng)中。又因?yàn)槠髽I(yè)有著唯一的元器件庫，所以在元器件集成時必須保證元器件的準(zhǔn)確。
綜上需求，以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹為中心可建立關(guān)系類模型，如圖1所示。其中產(chǎn)品、部件、零件、材料和輔料組成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，圖樣和其他相關(guān)文件與產(chǎn)品零部件之間相關(guān)聯(lián)，數(shù)據(jù)文件則與文檔對象相關(guān)聯(lián)。
圖1 關(guān)系類模型
二、系統(tǒng)集成模式框架
1.集成模式分析
集成模式需要考慮健壯性、靈活性、可擴(kuò)展性、安全性、易用性和實(shí)現(xiàn)的難易度等問題。系統(tǒng)集成根據(jù)集成程度分為三種：應(yīng)用封裝模式、接口模式和緊密集成模式。其中，接口模式是高層次的集成模式，能夠通過接口程序破譯產(chǎn)品內(nèi)部的相互關(guān)系，自動生成PLM的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹。也可以從PLM的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中提取最新的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)系。當(dāng)然，因?yàn)榻涌谀Ｊ娇梢詫?shí)現(xiàn)信息交互，就使得整個結(jié)構(gòu)比較靈活。通過多種開發(fā)語言均可與PLM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集成，對于不同的EDA軟件，只需要對EDA二次開發(fā)的程序稍作改動就可以。該方法較緊密模式開發(fā)難度低許多，而自動化程度又比應(yīng)用封裝模式好，故本文采用接口模式開發(fā)PLM與EDA的接口。
2.集成框架
基于接口模式，EDA與PLM集成框架如圖2所示，主要分為三個模塊：EDA系統(tǒng)、接口模塊和PLM系統(tǒng)。接口模塊在兩個系統(tǒng)中起著傳遞信息的橋梁作用。一方面對于EDA系統(tǒng)所產(chǎn)生設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)文件的標(biāo)題欄信息及圖紙路徑，通過接口模塊將其檢入到PLM系統(tǒng)中，另一方面也可以通過接口模塊，將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)從PLM系統(tǒng)中檢出，并在EDA系統(tǒng)中打開。
圖2 集成框架圖
三、系統(tǒng)集成方案與技術(shù)
1.EDA文件集成方案
EDA系統(tǒng)有兩種文件存儲方式。一種是電路原理圖或印刷電路板圖等電路設(shè)計(jì)文件，以單獨(dú)文件的形式存在。該設(shè)計(jì)文件包含圖形文字信息和文件名稱、代號、圖樣大小和文件描述等信息。另一種是以一個工程文件來鏈接整個項(xiàng)目的各種文件。工程文件又有兩類，一類只能以工程方式在EDA系統(tǒng)中打開，另一類工程文件中的電路原理圖和印刷電路版圖等文件可以單獨(dú)打開。根據(jù)EDA文件特點(diǎn)，文件集成方案如圖3所示。
圖3 文件集成原理圖
(1)文件檢入。首先，操作者進(jìn)行接口模塊登錄，建立起PLM與EDA之間的通信。然后利用EDA軟件的API接口進(jìn)行二次開發(fā)，通過相關(guān)函數(shù)，提取圖樣圖號、名稱和項(xiàng)目代號等標(biāo)題欄信息。利用XML技術(shù)作為橋梁，將標(biāo)題欄信息與圖樣名稱、保存路徑等圖樣信息一起發(fā)送給PLM的對應(yīng)模塊。通過編碼系統(tǒng)獲取圖樣編碼后，利用PLM系統(tǒng)的二次開發(fā)函數(shù)創(chuàng)建或更新文檔對象。最后將設(shè)計(jì)圖樣存儲在PLM系統(tǒng)的文件倉庫里，如果文件類型為工程文件夾的類型，則需要將整個工程進(jìn)行打包檢入。
(2)文件檢出。通過EDA軟件向接口模塊發(fā)出打開圖樣請求，接口彈出PLM系統(tǒng)文檔管理視圖，可選定需要的圖樣對象，此時PLM鎖定系統(tǒng)中對應(yīng)的圖樣對象為只讀，以保證編輯該圖樣人員的唯一性。同時，系統(tǒng)將圖樣對象下載到本地，接口將文件路徑發(fā)送給EDA軟件，并在EDA軟件中打開。
2.元器件集成方案
元器件集成方案如圖4所示，其中共享元器件庫由EDA系統(tǒng)提供商提供或者由企業(yè)自行建立，通過局域網(wǎng)進(jìn)行共享，并且在企業(yè)中是確定唯一的，庫中元器件具有幾何信息。而PLM系統(tǒng)元器件信息庫只存儲元器件信息，其中元器件對象只包含屬性信息，如封裝形式和規(guī)格型號等。
圖4 元器件集成原理圖
元器件信息在共享元器件庫與元器件信息庫中必須保持一致。這樣，設(shè)計(jì)師在進(jìn)行電路原理圖設(shè)計(jì)時，調(diào)用共享元器件庫中元器件，就可以根據(jù)成本、庫存和供應(yīng)商等各種因素對元器件進(jìn)行優(yōu)選。在完成原理圖設(shè)計(jì)后，系統(tǒng)也可以向PLM接口模塊提交檢入圖樣請求，然后通過EDA軟件二次開發(fā)模塊實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)圖樣中的元器件的匯總，計(jì)算出同一元器件數(shù)量，并匯總出元器件位號，這些元器件信息通過XML格式發(fā)送給接口模塊。
此時，接口模塊將圖樣元器件信息與PLM系統(tǒng)元器件信息庫中元器件信息進(jìn)行匹配，如果相同的，則通過匹配，如果存在不一致的，必須手動通過元器件信息庫，選出對應(yīng)元器件，從而保證元器件信息的準(zhǔn)確性。最后，將元器件信息在PLM系統(tǒng)中以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的形式創(chuàng)建或者更新，并關(guān)聯(lián)對應(yīng)的圖檔對象。
3.集成技術(shù)
如圖5所示，實(shí)現(xiàn)EDA系統(tǒng)與PLM系統(tǒng)的集成，需完成EDA和PLM泵統(tǒng)的二次開發(fā)。
圖5 集成技術(shù)
(1)數(shù)據(jù)交互技術(shù)。集成接口的數(shù)據(jù)交互可通過兩方面技術(shù)來解決，一是采用Socket通信技術(shù)，另一方面采用XML文件作為通信介質(zhì)，進(jìn)行信息傳輸。
(2)EDA二次開發(fā)技術(shù)。在EDA設(shè)計(jì)環(huán)境下與PLM數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，需要利用COM組件技術(shù)對EDA軟件進(jìn)行二次開發(fā)，一方面實(shí)現(xiàn)EDA界面的客戶化，另一方面需要通過程序?qū)D樣信息和元器件信息進(jìn)行提取。
(3)PLM二次開發(fā)技術(shù)。PLM端要解析EDA端傳遞來的XML信息，則需要利用COM組件技術(shù)對PLM二次開發(fā)。因此要設(shè)計(jì)對話框，提供給設(shè)計(jì)師填寫或選擇其他程序不能獲取的屬性，以及反饋元器件匹配和圖樣檢入等結(jié)果。最后根據(jù)所得信息，在PLM系統(tǒng)中創(chuàng)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，將圖樣數(shù)據(jù)檢入PLM系統(tǒng)中。
4.集成功能模塊
(1)登錄登出模塊。實(shí)現(xiàn)EDA軟件與PLM系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互的前提，是客戶端與服器間建立并保持安全有效的Socket連接，這樣通過“登錄登出”功能，才能實(shí)現(xiàn)對PLM系統(tǒng)用戶的控制。用戶登錄連接PLM應(yīng)用服務(wù)器后，系統(tǒng)將返回有關(guān)登錄人員的相關(guān)權(quán)限信息，在保持此連接的同時，PLM服務(wù)器才會正確響應(yīng)客戶端應(yīng)用程序的請求。在不需要通過接口進(jìn)行其他操作時，為保證安全性，可及時登出接口，斷開Socket連接。
(2)檢入模塊。“檢入”表示保存并且生效，流程如圖6所示，在EDA設(shè)計(jì)環(huán)境下，當(dāng)完成圖樣設(shè)計(jì)后，需要通過“檢入”功能在PLM系統(tǒng)中創(chuàng)建零部件對象，并將圖樣屬性信息填到對應(yīng)零部件的對象屬性信息欄，最后將該圖樣上傳至PLM系統(tǒng)，后者根據(jù)關(guān)系模型關(guān)聯(lián)到對應(yīng)零部件對象。
圖6 檢入模塊流程
(3)檢出模塊。“檢出”表示數(shù)據(jù)處在編輯的狀態(tài)中，在對PLM系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)圖樣需要進(jìn)行修改時，在EDA系統(tǒng)中通過“檢出”功能，可實(shí)現(xiàn)將PLM系統(tǒng)的圖樣下載到本地，并且在EDA系統(tǒng)中打開編輯。編輯過后，可在PLM系統(tǒng)零部件對象下創(chuàng)建新的版本對象，并將文件重新檢入，與新版本對象進(jìn)行關(guān)聯(lián)。
四、集成應(yīng)用實(shí)例
下面筆者結(jié)合實(shí)例介紹如何實(shí)現(xiàn)企業(yè)EDA接口的開發(fā)和系統(tǒng)集成。其中，PLM系統(tǒng)為Teamcenter 8，EDA軟件為Mentor Expedition 2005。圖7所示為Mentor數(shù)據(jù)管理模型在Teamcenter軟件中的數(shù)據(jù)管理結(jié)構(gòu)樹。樹形結(jié)構(gòu)的最頂層為電路零部件，對應(yīng)電路產(chǎn)品對象，零部件對象sample對應(yīng)元器件清單，零部件對象下面是產(chǎn)品版本對象。
圖7 Mentor數(shù)據(jù)管理圖
電路零部件版本A結(jié)構(gòu)樹中，包含相關(guān)屬性表與原理圖對象，原理圖對象下面是原理圖數(shù)據(jù)集，原理圖數(shù)據(jù)就是通過此數(shù)據(jù)集與PLM系統(tǒng)相集成關(guān)聯(lián)，也就是說，通過PLM系統(tǒng)命名引用功能，即可查看到該數(shù)據(jù)集關(guān)聯(lián)的圖樣信息。
與原理圖對象相同，PCB圖對象也是電路零部件的一個子對象，也關(guān)聯(lián)在電路零部件版本A下，在PCB圖對象下是板圖對應(yīng)的數(shù)據(jù)集。同樣，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也有對應(yīng)的圖檔對象與數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)集關(guān)聯(lián)了零部件版本A對應(yīng)的數(shù)握信息。各種設(shè)計(jì)與測試報(bào)告文檔也關(guān)聯(lián)在產(chǎn)品對象下。
圖8為Mentor客戶化集成Teamcenter的功能菜單，依次是登錄操作、檢入操作、檢出操作和登出操作。
圖8 Mentor原理圖工具及Teamcenter菜單展示
在完成圖9所示的元器件匹配后，接口程序?qū)⒃赑LM系統(tǒng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對象下創(chuàng)建對應(yīng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，即元器件清單。此時，原理圖檢入結(jié)束。
圖9 元器件匹配
五、結(jié)束語
本文通過開發(fā)EDA與PLM系統(tǒng)集成接口，實(shí)現(xiàn)了EDA文件集成與元器件集成，完成了EDA數(shù)據(jù)向PLM系統(tǒng)的自動導(dǎo)入，實(shí)現(xiàn)了企業(yè)EDA系統(tǒng)與PLM系統(tǒng)的信息集成，系統(tǒng)實(shí)際集成效果良好，運(yùn)行穩(wěn)定。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標(biāo)題：EDA與PLM的系統(tǒng)集成技術(shù)研究
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