产品三维数模文件管理探析

张 波 尹雪梅

（1.中国航发商用航空发动机有限责任公司，上海 200241；
2.上海空间电源研究所，上海 200241）

三维数模是物体的立体表示，是继音频、图像与视频之后的第四类数字媒体，它用更加丰富的信息、更直观的形式多维度再现了物体的全面信息，它能够提供更加形象、丰富的视觉感知细节，目前在生产制造型企业已得到广泛应用。三维数模必须依托信息系统平台进行展示和管理，这对以传统二维文件为管理对象的档案管理模式带来新的挑战。为了更好地解决三维数模的收集、保管、归档、利用等系列问题，我们可以从前端控制、全程管控和后期利用三个重要阶段探索三维数模电子文件的管理思路。

目前已经有不少企业在产品型号研制过程中，已经全面应用三维数字化设计的先进信息技术。产品研发的业务系统必然会形成了大量有重要保存价值的电子文件及其附属信息，如何将这些数量繁多，数据类型各异的产品电子文件完整、有效、系统、规范、安全地进行管理并提供利用，这是摆在档案人员面前亟需解决的问题。目前三维数模管理存在的问题主要包括：

1.1 接口受限

不同的信息系统之间一般会通过API接口、webservice、直接读取数据库等方式实现集成。业务系统在开发与部署的时候，未能充分预见到产品数据系统与档案管理系统集成需求，因此并没有预留充足的系统接口去接收和传输数据。目前行业使用较多的档案管理系统就是由于本身系统接口的限制，与现行的PLM或PDM系统均无法实现高效灵活的数据交换，从而导致三维数模档案管理工作开展的不便与功能的割裂。

1.2 管理模式简单

目前大部分档案系统的主要架构和开发思路都是仅仅将档案作为一个个条目来进行管理，更侧重于文档信息的平面化管理，无法适应三维数据产品档案的特点。但是，三维数模产品档案涉及的信息量庞大且逻辑关系复杂，需要一个多维的档案管理模式来实现对三维数模的产品档案的灵活有效管理。三维数模的档案管理系统既要体现出三维数据的先进性，又要做到文件的全生命周期管理。因此，档案管理系统需要引入三维数模的管理思想，重新进行平台架构的设计，更需要引入完善的档案管理制度和管理模式对三位数模的档案化管理进行支撑。

1.3 利用不便

三维数模彻底改变了传统档案信息提供利用的方式及途径，它能够实现在线浏览三维图等三维格式文件，能够展示产品的全部信息，包含产品的结构信息。目前的档案管理系统虽然有一套完善的档案利用模式（借阅、外发、电子下载等），但由于现有档案管理系统的接口限制太多，并且系统架构太老，数据交换不灵活，无法管理三维数模的产品结构树(BOM)信息。目前能够实现的在线浏览，只适用于常见的文档文件，对于三维图等格式文件无法实现。三维数据在档案系统中是割裂的，是独立的个体，无法做到像PLM系统那样完善的文档管理逻辑。

2.1 前端控制，探索三维数模完整归档模式

三维数模作为一种新兴的电子文件，需要按照电子全生命周期思路进行全程管控，在三维数模生成、流转阶段就对其进行前端控制，即在产品数据阶段对三维数模进行统筹规划，有效管控，确保在归档环节能够顺利开展。

2.1.1 归档准备

在产品数据管理系统设计阶段要统筹考虑档案管理要素，使得产品数据管理系统中的三维数模通过接口能够顺利归档。一是建立顺畅的系统接口，通过标准化、规范化的系统接口能够实现三维数模信息传递功能；
二是要清晰归档内容，通过系统间接口采集三维数模、BOM信息、零组件装配关系、存放位置等相关内容，保证三维数模完整归档；
三是要优化档案管理系统，档案管理系统要能够适应三维数模管理要求，转变以文件条目为主体的管理模式，优化文档与文档间、文档与对应产品间的关联功能；
识别和读取产品的BOM数据，提取构成产品的零部件信息，并自动关联起来；
可以自动识别不同产品对同一零部件的借用关系；
能够有效的管理同一零部件图纸的不同版本，根据需要查询、追溯图纸的各个历史版本。

2.1.2 归档模式

常见的三维数模归档模式有三种：

一是产品数据逻辑归档至档案系统集中管理。三维数模文件保存在前端产品数据管理(PDM/PLM)系统，仅将三维数模轻量化图形和前端系统中逻辑地址推送到档案系统进行管理，在检索和利用时，通过地址访问前端系统进行借阅查看。

二是产品数据通过前端业务系统集中管理。鉴于前端产品数据管理系统有较为完善的文档管理功能，有部分用户直接将前端产品数据管理系统作为“档案管理系统”使用，不进行归档推送，直接完成归档、管理、借阅、外发等功能。

上述两种归档模式，都依赖于前端系统，当前端系统发生改变时，就会影响产品档案，无论是逻辑归档还是直接依赖前端系统，都会有非常大的管理风险。因此，理想的管理模式还是需要将前端业务系统的产品档案归档到档案系统进行管理。

三是档案系统集中管理产品档案数据。这种归档管理模式是比较稳定的方式，可以发挥档案管理系统作为知识中心、数据中心的作用，并且由档案系统将前端各业务系统的数据进行有机、高效的关联管理，让各业务系统不再是信息孤岛。

2.1.3 归档要求

一是统一三维数模归档格式。目前三维图形格式基本是 PRT格式的文件，文件类型单一，较容易实现三维数据的在线浏览功能。但是，随着业务的发展，三维图形格式也可能出现多样化的形式，因此统一三维数模的格式也是需要值得考虑的事情。根据国际上三维数模标准格式的发展，STEP格式相对其他的格式拥有更多的优点，具有更强的适应性和数据包容性，可以较好地支持实体数据交换。

二是明确三维数模归档内容。三维数模是一种复杂的电子产品，我们不仅需要归档其三维图形本身，还需要对其说明文件、模型的关系图（模型名称与编号对应表）以及产生该模型所运行的软件环境进行归档，以保证其归档的完整性和未来正常的打开利用。

三是保证三维数模真实可控。数字水印技术是目前实现电子文件可控性、真实性的一个常用的文件控制方法。三维数模在通过前端系统推送到档案系统时，添加水印以保证其真实性。在档案系统的整体优化升级功能中，将三维数字水印技术作为四性检测功能的一部分，统筹策划，推进实施[1]。

2.2 全程管控，确保三维数模存储保管可靠

为保证三维数模真实性、可靠性，在电子文件形成、归档、保管全过程管理中采用数字签名、电子签章、元数据采集、日志管理、四性检测、防改写等技术对电子文件管理全过程进行监控，保证三维数模电子文件真实有效。

电子文件管理中一个亟需解决的问题是如何实现电子档案长期安全保存，三维数模作为一类电子文件，需要重点关注安全保管和长期可用的保管环境和手段。

一是进行格式处理和封装，对于长期保存的格式应满足格式开放、不绑定硬件、文件显示一致性、持续可解释、稳健、可转换、利于存储、支持技术认证机制和易于利用等要求，封装是采用开放性的描述语言让电子档案的内容和元数据信息长期保持稳定、可解析状态；
二是要构建电子档案信息安全保障体系，通过安全性检测、病毒检测、安全审计、信息备份与恢复等多方面建设保证产品电子文件安全性；
三是实行双轨制，对三维数模实行双轨制保管，即实行数据库和光盘统一、连续、并行的管理机制。根据《CAD电子文件光盘存储、归档与档案管理要求》（GB/T 17678.1-1999）中“电子文件归档与档案管理”要求，三维模型应通过光盘形式进行保存，同时为保证三维数模保管安全可靠，依托其保存的档案管理系统，按照统一备份策略，实施数据库备份，从而充分发挥光盘存储和数据库存储的优势。

2.3 后期利用，实现三维数模的交互式利用

对于三维数模的利用方式，目前行业内主要做法是以前端业务系统为依托，在前端业务系统运用UG环境打开三维数模文件实现交互利用，这使得产品研制数字化环境不确定性大大增加，给产品数据安全性和资源整合开发带来风险。应从数字化产品定义的源头出发，研究数据的组织、存储和重用等关键技术和标准规范，支持在不依赖于具体系统平台的条件下，实现产品模型数据及三维中性化数据长期可存储、可识别、可复用和可视化，从而降低产品现有研制数字化环境对国外软件的依赖程度，提升产品研制模型数据的安全性[2]。

实现三维数模在线实时交互查阅，是档案管理系统优化升级过程中亟待解决的重要问题。目前档案管理系统无法有效读取PRT和STEP格式的三维数模，因此档案管理系统在新建或优化升级的过程中，需增加其在网页端对PRT和 STEP的三维数模的解析功能。

目前国际上采用统一的STEP格式作为三维数模的标准格式，档案管理系统使用针对AP203协议的解析器来对 STEP格式的三维图形进行解析，用OpenGL技术（开放的图形程序接口）结合HTML5将三维实体模型不失真地展现在网页平台上[3]。基于web的AutoView以及winchill自带的productview等，可以借助浏览器实现对三维图形的实时交互查阅。档案管理系统集成了AutoView原文浏览器，该浏览器不仅可以实现产品文档及二维图形的识别与在线浏览，也可以实现二维矢量图与三维矢量图等格式文件的在线浏览，因此，优化和升级AutoView原文浏览器，加入更新的特性，也可以更好地实现三维数模的交互式查阅。

三维数模作为一种先进的生产工具，目前已经被广泛应用于生产制造型企业，它在产品生产制造的全生命周期中发挥了重要的作用，它是反映产品生产制造全过程的重要数据。因此，将三维数模纳入档案管理工作是一个必然趋势，也是电子文件管理领域研究的新方向。三维数模是一种特殊的电子文件，它的特殊性表现在：一、它是一种新型的电子文件。二、对其进行档案属性化的难度大。三、它拓展了传统电子文件的研究领域。对三维数模的档案管理模式的研究是一个刚开题的项目，它还有很多有待深入探讨的方向。