羅年猛， 肖祖安， 朱 林

（華中科技大學(xué)國家企業(yè)信息化應(yīng)用支撐軟件工程技術(shù)研究中心，湖北 武漢 430074）

在工業(yè)生產(chǎn)實踐中，如何有效的管理大量的工程圖紙，并提高其重復(fù)利用的效率成了非常棘手的問題[1]。PDM（Product Data Management，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理），作為對企業(yè)設(shè)計過程管理，已經(jīng)在國外一些著名企業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，但是在國內(nèi)，部分企業(yè)的PDM在應(yīng)用中困難重重，周期長，數(shù)據(jù)采集和處理難，缺乏準確性，PDM實施成功率低成了普遍現(xiàn)象，這樣的企業(yè)在我國為數(shù)不少，大多是一些中小型企業(yè)，它們把CAD僅僅作為繪圖工具來使用，經(jīng)過多年的積累，存在大量無序的電子文檔，企業(yè)一方面需要把這些寶貴的信息整理成可查閱的電子資料庫，而另一方面實施PDM等管理軟件又存在高成本、高風(fēng)險等問題。而且企業(yè)往往需要進行大量的改造，投入很多的人力，這不是所有中小企業(yè)都可以承受的，但是他們又迫切的想擺脫手工編制 BOM（Bill Of Material，物料清單）的繁瑣。因此，這些企業(yè)急需一種簡單易用的“圖紙BOM管理系統(tǒng)”。它不需要PDM、PLM中過于約束的功能、繁瑣的流程管理，只需要實現(xiàn)零件圖紙的查看、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的管理、BOM 數(shù)據(jù)的提取和輸出等基本功能[2]。因此，本文提出了一種簡潔、高效的圖紙BOM管理的方法，從邏輯上對圖紙進行劃分，以某一產(chǎn)品（或產(chǎn)品的某一部件）的所有圖紙（一套圖紙）為對象，幫助設(shè)計者管理和維護該套圖紙，并且方便輸出各種形式的BOM數(shù)據(jù)報表。

1 圖紙BOM管理系統(tǒng)的設(shè)計

1.1 系統(tǒng)的總體架構(gòu)

1.1.1 系統(tǒng)需要具備的功能

利用計算機來輔助企業(yè)生產(chǎn)管理，首先要使計算機能夠獲取產(chǎn)品的構(gòu)成及相關(guān)的物料，為了便于計算機識別，必須把用圖示表達的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化成某種數(shù)據(jù)格式，這種以數(shù)據(jù)格式來描述產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的文件就是物料清單，即是BOM[3]。在設(shè)計過程中，BOM 的數(shù)據(jù)來源主要是整套產(chǎn)品設(shè)計圖紙中的標題欄和明細表中的信息。標題欄主要記錄了該零件或是部件的名稱、圖號等信息；明細表則記錄了部件或子部件所引用的零件的名稱和數(shù)量等信息。故圖紙中的標題欄和明細表不僅反映了該零件（或部件）的物料信息，還反映了零件之間的結(jié)構(gòu)層次關(guān)系。在國內(nèi)一些中小型制造企業(yè)中，設(shè)計圖紙的無序化、BOM 報表的手工編制和人工管理嚴重的阻礙了知識的共享和重用，工作人員大量的時間和精力都花在了重復(fù)的勞動上，制約了企業(yè)的發(fā)展，降低了企業(yè)的市場競爭力，故對于這些企業(yè)來說，如何有效的管理設(shè)計圖紙和BOM數(shù)據(jù)是其企業(yè)信息化的關(guān)鍵一步。

對于上面所描述情況，這些企業(yè)需要一種圖紙BOM管理系統(tǒng)，來規(guī)范的管理他們的圖紙和BOM數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)必須具備如下4個功能：

1）實現(xiàn)圖紙的批量管理、快速查看和查找；

2）能夠從圖紙中提取所需的BOM信息；

3）直觀的生成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，并且實現(xiàn)對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的管理；

4）生成多種形式的BOM報表。

最后，考慮到設(shè)計人員習(xí)慣于CAD繪圖環(huán)境并且要對圖紙進行快速查看，故該系統(tǒng)集成于CAD環(huán)境中。

1.1.2 系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計

為了實現(xiàn)對圖紙數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和存取，系統(tǒng)的底層采用數(shù)據(jù)庫支持，數(shù)據(jù)庫是現(xiàn)在應(yīng)用非常廣的數(shù)據(jù)管理技術(shù)，常用的數(shù)據(jù)模型有如下3種：

1）層次模型(Hierarchical Model)，使用樹形結(jié)構(gòu)來表示數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系；

2）網(wǎng)狀模型(Network Model)，使用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)表示數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系；

3）關(guān)系模型(Relational Model)，是一種理論最成熟,應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)模型。在關(guān)系模型中，數(shù)據(jù)存放在一種稱為二維表的邏輯單元中，整個數(shù)據(jù)庫又是由若干個相互關(guān)聯(lián)的二維表組成的。

與層次模型和網(wǎng)狀模型相比，關(guān)系模型結(jié)構(gòu)簡單，采用了人們習(xí)慣的表達形式，易于掌握。它以關(guān)系理論作為指導(dǎo)，可以通過集合運算、謂詞演算來表示查詢。因此，本文的數(shù)據(jù)庫設(shè)計采用了關(guān)系模型[4]。

整個系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1所示。

系統(tǒng)分為3個層次：底層數(shù)據(jù)、中間處理和CAD平臺。底層數(shù)據(jù)中，“工程圖紙”是原始數(shù)據(jù)，圖紙中標題欄和明細表信息被提取到“圖紙數(shù)據(jù)庫”中，這些數(shù)據(jù)是生成BOM報表的基礎(chǔ)。然而，對于用戶來說，數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)是與他們的操作直接相關(guān)的“原始數(shù)據(jù)”，數(shù)據(jù)庫中的圖紙數(shù)據(jù)和“工程圖紙”中的圖紙文件有一一對應(yīng)的關(guān)系，這個是為了方便用戶對圖紙進行查找和查看；“中間處理”主要是對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)再次抽取的過程，提取用戶需要的數(shù)據(jù)并且進行相關(guān)的解析，為最終的輸出做準備；“CAD平臺”則是用戶直接操作的環(huán)境，主要是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的圖形化或是視圖化的過程。這樣的層次結(jié)構(gòu)使得圖紙數(shù)據(jù)和管理程序相對獨立，降低了整個系統(tǒng)的維護成本，同時，在保證數(shù)據(jù)完整性的前提下，管理程序以后的擴展也非常方便。

圖1 圖紙BOM管理系統(tǒng)的架構(gòu)

1.2 關(guān)鍵技術(shù)和算法實現(xiàn)

由1.1節(jié)可以得知，系統(tǒng)的主要功能是圖紙數(shù)據(jù)的提取和數(shù)據(jù)的導(dǎo)出，圖紙數(shù)據(jù)庫是整個數(shù)據(jù)流的樞紐，所以圖紙數(shù)據(jù)庫的設(shè)計、圖紙數(shù)據(jù)的提取和數(shù)據(jù)的導(dǎo)出是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，其中，數(shù)據(jù)的導(dǎo)出主要包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的生成和BOM報表的輸出。

1.2.1 圖紙數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

圖紙數(shù)據(jù)庫是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的樞紐，是用戶操作的直接數(shù)據(jù)來源，故數(shù)據(jù)庫的設(shè)計對整個系統(tǒng)非常的關(guān)鍵。

由圖1可以看出，圖紙數(shù)據(jù)庫中首先必須包含如下數(shù)據(jù)：

1）數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和圖紙的映射關(guān)系；

2）圖紙之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系；

3）圖紙的BOM數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)是整個系統(tǒng)的基礎(chǔ)，但是如何有效的組織數(shù)據(jù)則直接影響到系統(tǒng)的檢索性能，故需要對原始圖紙數(shù)據(jù)進行合理的分類。在數(shù)據(jù)庫中主要采用如圖2所示的幾個表來存儲圖紙的主要信息。

圖2中，“圖紙定義文件表”、“定義文件和字段值映射關(guān)系表”和“字段屬性表”包括了整個圖紙的標題欄和明細表的定義屬性，包括各個屬性代表的名稱和在圖紙上的偏移坐標，這些定義信息是識別圖紙的基礎(chǔ)。工程上圖紙的管理通常是通過產(chǎn)品來劃分的，在這里系統(tǒng)以“項目”的概念來分別管理不同的產(chǎn)品的圖紙?！皥D紙信息表”中主要是標題欄的信息，它和“明細表信息”表中的明細表信息是“圖紙關(guān)系表”的數(shù)據(jù)來源，這3個表最終匯總成了“產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息”表。對于一個項目來說，主要的信息有：項目ID、圖紙ID、明細表信息ID、定義文件ID和字段屬性ID，在數(shù)據(jù)庫中對這些信息進行合理劃分，分別存放在不同的表中，用各自的ID 做索引值，來進行數(shù)據(jù)檢索。這樣的信息組織減少了數(shù)據(jù)冗余，提高了應(yīng)用程序的查詢效率，同時，數(shù)據(jù)的層次結(jié)構(gòu)簡潔清晰，方便用戶的管理和維護。

圖2 圖紙數(shù)據(jù)庫設(shè)計圖

1.2.2 圖紙的批量錄入

圖紙管理以“項目”為劃分，每個“項目”的圖紙都可以批量錄入，指定文件夾或是多個dwg文件都可以。對于單張圖紙的錄入過程如圖3所示，圖紙的批量錄入是循環(huán)執(zhí)行單張錄入的過程。

圖3 單張圖紙的錄入過程

圖3 “遍歷圖紙”是對圖紙中所有實體的迭代過程，從中找出標題欄和明細表，然后對整個標題欄和明細表的數(shù)據(jù)進行讀取，這是圖紙數(shù)據(jù)讀取的關(guān)鍵部分。對圖紙數(shù)據(jù)的讀取主要有3種方法：“模板匹配法”、“塊屬性定義”和“圖紙屬性定義文件”。其中，“模板匹配法”要求現(xiàn)有的圖形和預(yù)先定義的模板的形式完全一致，這樣就可以根據(jù)模板中的位置來提取圖紙中的數(shù)據(jù)，該方法主要用于一些格式比較固定的純表格類數(shù)據(jù)的提取，對圖紙的要求非常嚴格[5]；“塊屬性定義”是現(xiàn)在用的非常廣的一種圖紙數(shù)據(jù)提取方法，在AutoCAD中提供一種塊編輯器功能，可以對圖塊進行屬性定義或是在圖塊中填寫擴展數(shù)據(jù)來標識圖形，在獲取數(shù)據(jù)時對圖紙進行遍歷，找到之前定義的屬性塊，這樣就可以通過定義的屬性提取出填寫在圖紙中的數(shù)據(jù)[6]；“圖紙屬性定義文件”則主要適合一些自由表格圖形的數(shù)據(jù)提取，通過在屬性表中定義的圖紙屬性和相應(yīng)的相對坐標及坐標偏移量就可以找到一個包容盒，這樣包容盒中的文字數(shù)據(jù)就可以很方便的提取了[7]。這里，系統(tǒng)提供了“塊屬性定義”和“圖紙屬性定義文件”這兩種方法來提取圖紙數(shù)據(jù)。下面主要是以“塊屬性定義”為例，圖紙中標題欄和明細表都被定義成帶屬性的塊，完整定義信息是由定義文件和保存在圖塊中的擴展數(shù)據(jù)組成的。圖紙的遍歷僅執(zhí)行一次，遍歷的算法過程如圖4所示。

圖4 圖紙的遍歷過程

“讀取標題欄信息是否成功”，是檢查遍歷的圖紙的結(jié)果中是否存在標題欄的ID，如果存在則讀取標題欄中保存的擴展數(shù)據(jù)，找到相應(yīng)的定義文件，定義文件中保存了標題欄的字段的定義信息，然后根據(jù)定義信息可以得到標題欄中各個字段的填寫區(qū)域，從而可以獲取到標題欄中填寫的所有信息，例如：圖號、名稱、圖幅等。“讀取明細表信息是否成功”的過程也是類似的。程序的基本流程圖如圖5所示。

圖5 讀取標題欄定義的過程

“檢查是否存在遞歸包含”的作用是檢查一張圖紙是否在明細表中又包含了自己，如果存在遞歸包含則不會被添加到圖庫中，因為這在輸出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹時會引起一個類似死循環(huán)的結(jié)構(gòu)。如果要添加的文件已經(jīng)存在圖紙數(shù)據(jù)庫中，則刪除原來已經(jīng)保存在數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)圖紙信息，重新添加一次。

1.2.3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹輸出

在圖紙的標題欄和明細表信息的錄入時，系統(tǒng)會在圖庫數(shù)據(jù)庫中新建1個“圖紙關(guān)系表”（如果已經(jīng)存在，則或刪除重建），用來管理錄入圖庫中的圖紙之間的關(guān)系。“圖紙關(guān)系表”中主要記錄了3個字段：項目ID（根據(jù)項目新建的順序，從1開始順序取值）、圖紙ID（按照圖紙?zhí)砑拥捻樞?，?開始順序取值）、父圖紙ID。圖紙的父子關(guān)系主要是根據(jù)圖紙中的明細表的引用關(guān)系來確定的：如果a圖紙的明細表中引用了b圖紙，則認為b圖是a圖的零件，a圖是b圖的父親。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的輸出過程如圖6所示。

圖6 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹輸出過程

“建立文檔父子關(guān)系”是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的關(guān)鍵步驟，其過程主要分為3步：

1）從“圖紙信息表”中獲取圖紙ID；

2）根據(jù)圖紙ID在相應(yīng)的“明細表信息表”中查詢該圖紙明細表中所引用的圖紙的ID，保存到一個數(shù)組中；

3）根據(jù)獲得的圖紙 ID數(shù)組逐個的查詢，這樣就得到了文檔的父子關(guān)系，然后添加到“圖紙關(guān)系表”中；

“檢查是否存在遞歸包含”的依據(jù)是“圖紙關(guān)系表”中圖紙ID和其父圖ID是否相等，如果相等，則認為是存在遞歸包含，不相等接著進行下一步，插入到結(jié)構(gòu)樹的相應(yīng)位置進行顯示。

1.2.4 BOM報表輸出

BOM報表可以輸出多種格式：txt、xls、dbf和dwg。圖紙的數(shù)據(jù)包含標題欄和明細表信息，數(shù)據(jù)按照產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的層次來輸出。BOM 報表輸出的數(shù)據(jù)來自“產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息”表，這個表中的數(shù)據(jù)是“圖紙信息表”和“明細表信息表”的綜合，包含的數(shù)據(jù)量非常大，考慮到整個系統(tǒng)的性能，“產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息”表不會自動刷新，用戶在需要時手動刷新。txt、xls和dbf格式都是按照順序直接寫出數(shù)據(jù)，是比較通用的格式，而dwg格式報表則是把數(shù)據(jù)填寫在dwg格式的表格中，這是很多管理軟件沒有的報表格式，dwg格式的報表在工業(yè)實際中應(yīng)用非常廣泛，符合設(shè)計人員的使用習(xí)慣，方便修改和維護。dwg格式報表需要預(yù)先定義一個報表格式和相應(yīng)的表格定義文件，系統(tǒng)會根據(jù)dwg表格模板和定義文件中定義的字段選擇性的提取“產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息”表中的數(shù)據(jù)填寫到表格中，從而輸出dwg報表。

2 圖紙BOM管理系統(tǒng)實例

圖紙BOM管理首先是要建立圖庫數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中主要包含圖紙的定義信息，和各個用于存儲圖紙信息的數(shù)據(jù)表，這些信息都是以后圖紙的信息提取和保存的基礎(chǔ)。然后可以新建項目、添加圖紙，新建的項目和添加的圖紙信息都會被保存到先前建立的數(shù)據(jù)庫中，系統(tǒng)最終會根據(jù)圖紙的信息生成一個產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，可以對樹中的任意一張圖紙進行查看，填寫等操作，對于每個項目都可以輸出報表，選擇輸出報表，可以得到如表1所示的報表數(shù)據(jù)。

針對這個網(wǎng)格中數(shù)據(jù)，可以輸出成多種格式：txt、dbf和dwg。對于dwg格式的報表需要預(yù)先定制好輸出的表格形式，表2是輸出的dwg報表。

3 結(jié) 束 語

圖紙BOM管理系統(tǒng)已經(jīng)在多個企業(yè)使用，如：成都成工工程機械有限公司等，系統(tǒng)直接集成在CAD環(huán)境中，操作簡單直觀，符合設(shè)計人員的使用習(xí)慣，提高了圖紙數(shù)據(jù)的重復(fù)利用率，減少了設(shè)計者的重復(fù)勞動，得到了用戶的一致好評。未來該圖紙BOM管理可以朝著網(wǎng)絡(luò)協(xié)同方面發(fā)展，實現(xiàn)多用戶并行工作和圖紙數(shù)據(jù)的完全共享，這將又會是一次大的飛躍。

表1 報表數(shù)據(jù)

表2 輸出dwg報表

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