1 CAD/PDM一体化系统业务模型
1.1传统产品设计业务流程
在传统的齿轮减速器产品设计流程中，主要包括以下几个阶段，如图2.1所示。本文主要是用户对产品的详细设计阶段进行研究。在详细设计阶段，通常按照设计时间的先后顺序，各设计阶段相互独立，由于设计任务不同，各设计人员所参与的工作不同。

传统的产品设计过程中，产品配置方案是由设计人员依靠工作经验进行人工配置，方案审核通过后，确定产品总装方案。传统产品设计的详细设计阶段流程，如图2.2所示。

   
虽然许多用户己经使用了计算机辅助设计CAD和产品数据管理PDM工具，但只用于CAD的三维建模、装配、导出工程图和PDM的工程文档、数据的管理等功能。对于基于CAD功能的产品参数化快速建模和基于PDM功能的产品数据的过程管理应用较少。这样的设计方式让产品的设计周期过于冗长，没有充分利用CAD的参数化设计特点；并且不利于产品的数据管理，尤其是PDM中的产品数据配置管理。因此，传统的齿轮减速器产品设计流程设计效率较低，不能满足用户需求和快速响应市场的条件。

1.2 CAD/PDM系统一体化产品系统业务流程
该流程是在传统产品设计流程基础上进行了优化，根据上述传统产品设计流程中存在的不足，本文针对传统产品设计流程进行改进和优化，将基于齿轮减速器的快速参数化设计系统的CAD工具和基于齿轮减速器的产品族数据配置管理系统的PDM工具融入到产品设计中，缩短了产品的设计周期，增强了产品设计的应用。基于齿轮减速器的CAD/PDM系统一体化产品系统业务流程如图2.3所示：

CAD/PDM一体化系统业务流程的特点：
    (1)建立基于齿轮减速器产品族模型库及产品族实例库的标准件库、定制件库，提高了产品的设计的效率；

    (2)根据用户需求建立了基于模型的配置设计和基于实例的配置设计等，智能优化，从中检出最优匹配的产品模型或产品实例，以此为基础设计出满足用户需求的产品；

    (3)建立了基于齿轮减速器的快速参数化CAD设计系统，实现了产品零部件快速参数化设计和自动装配，方便了用户设计；

    (4)系统按照产品设计流程使设计数据和文档在CAD与PDM系统间进行流转和交换。


基于齿轮减速器的CAD/PDM一体化系统业务流程功能简图如图2.4所示：

    (1)建立基于齿轮减速器产品族模型库及产品族实例库的标准件库、定制件库，提高了产品的设计的效率；

    (2)根据用户需求建立了基于模型的配置设计和基于实例的配置设计等，智能优化，从中检出最优匹配的产品模型或产品实例，以此为基础设计出满足用户需求的产品；

    (3)建立了基于齿轮减速器的快速参数化CAD设计系统，实现了产品零部件快速参数化设计和自动装配，方便了用户设计；

    (4)系统按照产品设计流程使设计数据和文档在CAD与PDM系统间进行流转和交换。基于齿轮减速器的CAD/PDM一体化系统业务流程功能简图如图2.4所示：

通过对传统产品设计流程的描述和分析，根据其存在的不足，进行改进、优化传统产品设计流程，提高了设计效率和质量，建立了CAD/PDM一体化系统业务流程模型。
 

2 CAD/PDM一体化系统功能模型
2.1 CAD/PDM一体化系统总体功能框架
根据用户的业务要求建立基于齿轮减速器的CAD/PDM一体化系统功能模型，主要描述该系统的相关功能。CAD/PDM一体化系统总体功能框架如图2.5所示：

图2.5表示了CAD/PDM一体化系统功能主要分为四个：产品族BOM管理、产品族BOM配置管理、参数化快速设计装配和系统管理。可以在用户界面选择这四个功能，通过操作系统和数据库对系统进行信息管理。
 

2.2 CAD/PDM一体化系统功能结构树
根据CAD/PDM一体化系统结构及配置管理的要求，将其分为以下三个功能应用，由图2.6建立CAD/PDM一体化系统功能结构树。CAD/PDM一体化系统功能结构树是建立基于齿轮减速器的CAD/PDM一体化系统功能模型的根本，而功能模型直接决定了PDM系统的质量，是CAD/PDM一体化系统的骨架。在建立CAD/PDM一体化系统功能结构树时，主要遵循严密、简洁、清晰的原则，由上到下、自内向外、由表及里地进行功能结构树的建立，尽可能的提高系统在后续开发、测试、维护阶段的效率。

CAD/PDM一体化系统功能结构树包括系统管理、产品族BOM管理、产品族BOM配置管理和参数化快速设计装配模块四个部分。其中系统管理主要是用户权限管理；产品族BOM管理包括产品族BOM设计管理、产品族模型库和产品族实例库；产品族BOM配置管理包括BOM配置设计和BOM配置推理；参数化快速设计装配模块包括参数化快速设计和零部件自动装配。
 

2.3 CAD/PDM一体化系统功能建模
完成功能结构树的建立后，构造IDEFO图表建立基于齿轮减速器的CAD/PDM一体化系统功能模型。IDEFO的设计思想是结构化分析方法，具有严谨的图形化语言、语义描述和语法规则，从计划阶段到设计阶段的各种工作均适用。IDEFO主要由用盒子表示的系统活动和用箭头表示的数据流以及它们之间的联系组成，这样避免了单一的数据流程图不能反映系统全面的现象，通过建立IDEFO模型更直观、全面地的理解一个系统。CAD/PDM一体化系统IDEFO总图如图2.7所示。

以上建立的CAD/PDM一体化系统IDEFO总图，当用户使用CAD/PDM一体化系统时，首先，验证用户使用权限，验证通过后，针对齿轮减速器的产品需求和相关参数信息，得出BOM信息和图文档信息，该系统IDEFO功能模型如下图2.8所示。

CAD/PDM一体化系统IDEFO功能模型，自顶向下进行分解，明确区分功能与实现之间的差别，通过建立模型能全面地描述系统。针对用户需求不同，通过BOM设计管理、模型库和实例库的管理、BOM配置设计、BOM配置推理、参数化快速设计和零部件自动装配等对客户需求进行产品配置、设计和文档管理。
 

 
3 CAD/PDM一体化系统信息模型
基于齿轮减速器的CAD/PDM一体化系统建模，包括系统的业务模型、功能模型和信息模型的建立。2.2节己完成了IDEFO功能模型建立，以此为基础建立CAD/PDM一体化系统IDEF1、信息模型，IDEF1、是一种语义数据模型化技术，IDEF1、的语义结构支持概念模式的开发。IDEF1、信息建模包含两个内容：IDEF1、实体数据表和IDEF 1、信息模型图，表2.1是实体数据表。

    基于上面的定义，建立CAD/PDM一体化系统IDEF 1、信息模型如图2.9所示。

4系统体系架构
基于齿轮减速器的CAD/PDM一体化架构分为界面层、功能层、数据接口层和应用接口层五个部分。界面层：实现了数据输入、输出的功能，方便、快捷、友好、易懂。

   功能层：包括四个部分，

   (1)产品设计：参数化快速设计和零件自动装配；

   (2)知识库管理：实例库和模型库的管理，实现零部件的添加、删除等功能；

   (3)配置设计管理：基于规则和实例的配置管理，是实现系统智能化的关键；

   (4)系统管理：实现了用户权限的管理。
 
   
应用接口层：通过VC++动态连接技术、ADO技术和OLE-DB技术相结合，采用Creo Toolkit的API工具，共同开发了与Creo Parametric软件无缝集成的CAD/PDM一体化应用系统。利用Creo Parametric的二次开发提供三个服务：一是向下连接并操纵数据库，二是向上操作并应用系统新开发的功能，三是实现Creo Parametric软件与开发程序的功能联系。
 
   
数据层：包括实例库、模型库和配置知识库。该层的信息储存于Access中，与Creo Parametric软件利用FTP技术实现数据信息文件的传输。该CAD/PDM一体化系统体系架构如下图2.10所示。

5 小结
本章以CAD/PDM一体化系统建模为核心，建立了CAD/PDM一体化系统业务模型、CAD/PDM一体化系统功能模型和CAD/PDM一体化系统信息模型，并搭建了系统体系框架，为实现基于齿轮减速器的CAD/PDM一体化CAD系统模块和PDM系统模块奠定了基础。


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