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(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)還是主要應用在機械行業(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)集成層面進行研究，通過對EDA數(shù)據(jù)特點進行分析研究，實現(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。因為元器件數(shù)據(jù)信息對于EDA設(shè)計至關(guān)重要（一方面設(shè)計師希望在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。又因為企業(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、可擴展性、安全性、易用性和實現(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。當然，因為接口模式可以實現(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)計數(shù)據(jù)文件的標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)計文件，以單獨文件的形式存在。該設(shè)計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打開。根據(jù)EDA文件特點，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接口進行二次開發(fā)，通過相關(guān)函數(shù)，提取圖樣圖號、名稱和項目代號等標題欄信息。利用XML技術(shù)作為橋梁，將標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)計師在進行電路原理圖設(shè)計時，調(diào)用共享元器件庫中元器件，就可以根據(jù)成本、庫存和供應商等各種因素對元器件進行優(yōu)選。在完成原理圖設(shè)計后，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)模塊實現(xiàn)對設(shè)計圖樣中的元器件的匯總，計算出同一元器件數(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，選出對應元器件，從而保證元器件信息的準確性。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)對應的圖檔對象。
3.集成技術(shù)
如圖5所示，實現(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)，進行信息傳輸。
(2)EDA二次開發(fā)技術(shù)。在EDA設(shè)計環(huán)境下與PLM數(shù)據(jù)進行交互，需要利用COM組件技術(shù)對EDA軟件進行二次開發(fā)，一方面實現(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)計對話框，提供給設(shè)計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，才能實現(xiàn)對PLM系統(tǒng)用戶的控制。用戶登錄連接PLM應用服務(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)器才會正確響應客戶端應用程序的請求。在不需要通過接口進行其他操作時，為保證安全性，可及時登出接口，斷開Socket連接。
(2)檢入模塊�！皺z入”表示保存并且生效，流程如圖6所示，在EDA設(shè)計環(huán)境下，當完成圖樣設(shè)計后，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)計圖樣需要進行修改時，在EDA系統(tǒng)中通過“檢出”功能，可實現(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，與新版本對象進行關(guān)聯(lián)。
四、集成應用實例
下面筆者結(jié)合實例介紹如何實現(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，對應電路產(chǎn)品對象，零部件對象sample對應元器件清單，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的數(shù)據(jù)集。同樣，機械結(jié)構(gòu)設(shè)計也有對應的圖檔對象與數(shù)據(jù)集，數(shù)據(jù)集關(guān)聯(lián)了零部件版本A對應的數(shù)握信息。各種設(shè)計與測試報告文檔也關(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)的自動導入，實現(xiàn)了企業(yè)EDA系統(tǒng)與PLM系統(tǒng)的信息集成，系統(tǒng)實際集成效果良好，運行穩(wěn)定。
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本文標題：EDA與PLM的系統(tǒng)集成技術(shù)研究
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