虚拟产品生命周期管理：3D知识利用与工程设计

可在ScienceDirect上获得目录列表计算设计与工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/jcde计算设计与工程学报5（2018）54基于工业标准在产品生命周期中利用3D几何知识Alain Pfougaa，Josip Stjepandic 'b，aPLM战略和流程，PROSTEP AG，德国b3D产品创建，PROSTEP AG，德国阿提奇莱因福奥文章历史记录：2017年3月16日收到2017年10月4日收到修订版，2017年2017年11月20日在线发布保留字：3D形状表示PDF3D文件格式可视化工程协作数据交换A B S T R A C T随着它们在20世纪70年代的实际引入，虚拟产品数据已经成为制造业智能的主要技术来源。从那时起，现代组织已经部署并不断改进战略、方法和工具，以满足其业务领域、多学科团队和供应链的个性化需求，掌握虚拟产品开发日益复杂的情况。就产品数据而言，数据交换、3D可视化和通信是跨生命周期阶段重用制造智能的关键过程。研究和工业界已经开发了几种CAD互操作性和可视化格式，以支持这些产品开发策略。然而，他们中的大多数还没有提供当前数字化转型需求所需的足够的集成能力，主要是由于他们在产品生命周期的多个领域缺乏通用性，并且主要关注单个产品描述。本文分析了在虚拟产品开发中使用的方法和工具，以利用三维CAD数据在整个生命周期的基础上，工业标准。它提出了一套通用的概念，用于从单个技术包中进行大量交换、有意识和无意识的可视化和协作，这些技术包专门适合于各种领域和学科。它引入了一个利用PDF技术的3D主文档，该文档满足了电子发现的要求，并为数字企业实现了多域协作和长期数据保留。©2017计算设计与工程学会Elsevier的出版服务这是一个开放在CC BY-NC-ND许可证（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）下访问文章1. 介绍物理产品的逐步网络化和计算机辅助系统（CAx）的引入引发了制造业的数字化转型运动（Andersson& Tuddenham，2014; Bloching等人，2015年）。因此，应用3D CAD和产品生命周期管理（PLM）策略从根本上提高了生产率，提高了质量，同时减少了整体开发时间和成本（Eigner，Roubanov，Zafirov，2014; Li，2015; Stark，2015）。与此同时，并行设计、同步工程和系统工程等产品开发方法已被广泛采用（Riascos，Stjepandic′ ，Levy，&Fröhlich，2015;Stjepandic′，Wognum，&Verdom，201 5）。他们倾向于管理由计算设计与工程学会负责进行同行评审。qProceedings of TMCE 2016，May 9-Horváth，J.-P. Pernot，Z.鲁萨克TMCE2016组委会，ISBN。*通讯作者。电 子 邮 件 地 址 ： alain. prostep.com （ A.Pfouga ） ， josip.prostep.com （ J.Stjepandic'）。复杂的开发任务，可以同时处理独立的单元，以构建针对复杂问题设计的最佳技术解决方案（Fukuda，Lulic′，Stjepandic′，2013）。它们确保每 个 单 元 的 固 有 行 为 以 及 根 据 加 权 目 标 的 系 统 范 围 内 的 交 互（Kolonay，2014; Ríos，Morate，Oliva，Hernández，2016）。上述方法和工具提供的主要优势同样也导致了需要管理的日益复杂的情况（Kluger，2008）。结合各种领域和组织特定的软件应用程序与新的产品开发趋势，变化的速度，数据量和嵌入虚拟产品数据中的知识量正在全球领先的制造业（如汽车，航空航天和造船业）中达 到 指 数 增 长 （ Curran ， Xiao ， Vernovel ， 2015;Hiekata&Grau，2015; Katzenbach，2015）。获得更好的性能和所需的准确性，同时在当前应用的背景下向正确的一方提供产品数据，这对于更长的上市时间至关重要（Figay，FerreiradaSilva，Ghodous，Jardim-Goncalves，2015）。作为物理产品的实际参考，下游数据来自物理产品。https://doi.org/10.1016/j.jcde.2017.11.0022288-4300/©2017计算设计与工程学会Elsevier的出版服务这是一个在CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。A. Pfouga，J. Stjepandi'c/JournalofComputationalDesignandEngineering5（2018）5455因此，3D产品表示值得特别关注（Fischer，Rosche，Trainer，2015）。因此，现代组织投资于实现跨应用程序、学科和供应链的3D数据无缝体验所需的活动和运营（Alguezaui Filieri，2014; Elgh，2014; Germani，Mengoni，Peruzzini，2012）。这些主要活动和操作是：如前所述，跨层交换产品相关数据;通过故意披露原始意图和通信来可视化网络化产品（Chu，Cheng，Wu，2006; Huang，Xu，Huang，Zhang，2015; Shen，Ong，Nee，2008）。高透明度和快速获取必要信息已成为此类运营的重要指标（Chu，Wu，Hsu，2006;Li， Xu ， Cha ， 2015 ） 。移 动 应 用程 序 承 诺了 广 泛的 业 务 领域（Zhang&Jasimuddin，2015）。掌握产品规格、质量、产品设计和配置、物料清单、变更和发布，使它们在可读、明确的过程链中相互链接，需要整体产品和过程集成以及数字信息的多功能协作和通信载体（Huang et al.，2015年）。因此，它必须照顾到参与产品生命周期的各方在模型表示、协调工作流程、工程领域、方法和工具方面的差异，同时保护所有当前投资（Cochran，Jafri，Chu，Bi，2016）。本文在第二节中介绍了基于工业标准的三维几何形状信息互操作所面临的挑战和当前的方法。在第3节中，讨论了在多学科协作链中集中使用3D标准格式的概念。第4节介绍了一种基于文档格式的方法和用例，以实现3D与产品定义数据的各种链接包的更好集成，从而有效支持协作体验。2. 互操作性格式的挑战随着3D可视化不可阻挡的趋势，过去出现了几种互操作性数据格式 ， 并 成 为 工 业 标 准 （ Fröhlich ， 2013; Pfalzlich ， Pfouga ，&Trautmann ， 2013; Tian ， Zhang ， Chen ， Zhou ， Chen ，2014）。有两种主要的格式：专有格式和开放格式。专有格式是特定于供应商的。它们用于描述市场上大多数创作工具中的产品数据这些格式的描述被软件供应商视为知识产权，并受到适当的保护然而，很少有第三方软件供应商已经解密了这些格式，并提供相应的库作为工具包（Katzenbach，Handschuh，Vettermann，2013）。由于缺乏开放性，它们基本上不适合扩展企业中的协作（Emmer，Fröhlich，Stjepandic，2013）。本文件将不再审议这些问题。另一方面，开放格式通常是为了实现应用程序之间的互操作性而开发的。它们提供的定义是公开指定的，可供第三方（例如应用程序供应商和客户）访问，这些第三方希望从其应用程序中获取数据。开放格式，特别是由公认的国际组织批准的标准，本质上是稳定的，可能会慢慢演变（ISO 14306，2012）。然而，开放标准能够降低总体拥有成本，并通过确保它们封装的数据始终能够在下游使用并从归档存储库中恢复来确保独立于特定供应商（Opsahl，2012）。现在不用说，诸如IGES（第2.1节）、STEP（第2.2节）、3D XML或JT（第2.3节）等格式（图1）正在被广泛采用，并为产品开发带来了更大的动力（Katzenbach、Handschuh、Dotzauer、&Fröhlich，2015）。本文重点介绍了制造业广泛采用的格式。在下游可视化过程中使用的已建立的3D文件格式，如Autodesk FBX、Wavefront Technologies的OBJ或VRML -它们通常与游戏引擎一起使用，或在更现代的混合现实硬件中使用，如平板电脑和头戴式显示器，本文将不再考虑。2.1. IGESIGES是一种文件格式，它定义了一种供应商中立的数据格式，为产品定义数据的数字表示和交换建立了信息结构。它最初于1980年由美国国家标准局（NBS）出版，编号为NBSIR 80-1978。它支持在计算机辅助设计和计算机辅助制造（CAD/CAM）系统之间交换几何、拓扑和非几何产品定义，例如管理标识、设计或分析理想化模型、形状（包括其物理特性）、处理和表示信息（Eigner等人，2014年）。因此，IGES支持的应用程序包括传统的工程制图和设计、模拟分析模型和其他制造功能。Fig. 1. 协作标准的持续发展（Katzenbach等人， 2015年）。56A. Pfouga，J. Stjepandi'c/JournalofComputationalDesignandEngineering5（2018）542.2. STEP ISO 10303STEP的发展始于1984年，是一项国际倡议和任务。其目标是定义一种能够在产品的整个生命周期中描述产品数据的机制，独立于任何特定的系统。工业和研究首次进行了这种尝试，ISO 10303。其描述的性质使STEP不仅适合于中立文件交换，而且适合于作为实现和共享产品数据库和存档的基础（Figay等人， 2015年）。STEP通常可用于在CAD、计算机辅助制造、计算机辅助工程、产品数据管理/EDM和其他CAx系统之间交换数据。STEP处理来自机械和电气设计、几何尺寸和公差、分析和制造的产品数据，以及汽车、航空航天、建筑施工、造船（Katzenbach，2015）、石油和天然气、加工厂等各个行业的特定附加信息。与JT等现代格式不同，STEP不考虑产品或对象的“轻量级”3D形状表示，也不关注压缩本身。这使得STEP不是下游过程可视化的首选（Opsahl，2012）。STEP是在工程领域建立的最重要和最大的努力，并取代了在其广泛的它由ISO技术委员会TC 184开发和维护。2.3. JT ISO 14306ISO 14306：2012中描述的JT（Jupiter Tesskind）格式主要用于工业用例， 作为捕获和重新利用 轻量级3D产品定义数 据的手段（Emmer例如，2013年）。它正在不断升级，并涵盖了STEP格式的某些子集（如应用协议203、214或更现代的242）提供的功能。它是一种二进制文件格式，其开发始于1990年。JT既用作设计合作伙伴和制造商之间的数据交换格式，也用于可视化应用，例如数字预装配（也称为数字模型或DMU）和广义可视化，更常见的是称为视图/测量/标记（ VMM ） 。 2015; Sun ， 2007. 它 也 适 用用 于 相 似 性 搜 索（Foroughi，Yan，Shi，Chong，2015）。根据Opsahl（Opsahl，2012）的说法，将JT与其他格式区分开来的关键特征之一是能够用于从一个应用程序到第二个应用程序的数据交换以及需要可视化的情况下的JT在行业中的应用呈快速增长趋势（JT工作流论坛，2015）。到今天为止，几百万JT文件仅在汽车PDM系统中进行管理，涵盖多种工程用例（Simpson，Williams，Hripko，2017）。它已成为汽车协作中的主要3D格式，需要特别关注互操作性，以保持其不同应用的严格流程 和 质 量 要 求 （ Salustri 、 Eng 、 Weerasinghe ， 2008 年 ; Sun 、Hiekata、Yamato、Nakagaki、Sugawara，2014年）。然而，JT缺乏用于描述诸如结构分析、数字控制或系统工程之类的主题的若干能力 ， 例 如 被 STEP 很 好 地 集 成 在 AP 209 、 AP 238 或 AP 233 内（Katzenbach等人， 2015年）。2.4. 临时意见和行动PLM的基本使命是在所有生命周期阶段实现信息的持续流动（Biahmou，Emmer，Pfouga，&Stjepandic' ，2016;Katzenbac h，2015;Stark，2015）。 这种集成愿景会影响以下几个层面的业务流程：应用领域、供应链和产品生命周期的各个阶段（Beckett，2015;McLay，2014）（图2）。它使用特定领域的应用模型（例如，机械或仿真模型）全面描述虚拟产品（Bondar，Hsu，&Stjepan dic' ，2015;Sadlauer&Hehenberge r，201 7）。 它需要基于CAx数据流的供应链中的内聚通信，例如系统供应商、外部和合资企业零件（Borsato Peruzzini，2015）。PLM最终实现了产品生命周期中所有上游和下游阶段的集成（Katzenbach，2015）。很明显，只有产品的数字化方面才能在这个宇宙中维持下去这些方面必须是人类可访问的，并为机器提供语义丰富的数据（ Gürdür，El-Khoury ，Seceleanu，Lednicki，2016年12月Zhang，Simpson，Frecker，Lesieutre，2012年）。此外，实现这一愿景还需要成熟的开放标准和高工业渗透率（Casera Kropf，2010; Chen，2016; Qiu，Kok，Wong，&Fuh，2007）。今 天 ， 在 行 业 中 ， 数 据 消 费 者 至 少 是 数 据 生 成 者 的 十 倍（Katzenbach等人， 2015年）。这意味图二、天生的数字化和一体化愿景。A. Pfouga，J. Stjepandi'c/JournalofComputationalDesignandEngineering5（2018）5457在产品生命周期中，大多数人并不需要强大的CAx系统，而CAx系统对于工程设计来说确实是必不可少的。在实践中，IT工具和流程是复杂的，而不是&强大的计算能力以及创作和管理系统的发展需要一个能够包含多学科产品描述的主食，例如，不仅是2D或3D几何形状，而且能够被各种创作和消费者角色所消费（Cölln等人，2012年）的报告。不兼容的数据模型和格式需要一个共同的标准，所有的数据模型和格式都可以通过这个标准来解决，即使是跨组织的数据模型和格式。物联网或工业4.0等新的数字化转型趋势需要数据连续性。在整个产品生命周期中，必须避免数据的低效使用、可能的重复工作、介质中断（Tian等人， 2014年）。在前面提到的专有和开放格式中，没有一种格式能够单独提供整体的多功能性和功能，以同样满足扩展企业（Fröhlich，2013）以及产品生命周期的产品开发阶段之外的各种协作需求（Chen Chiu，2015）。要么它们不容易访问，要么它们没有足够的容量来包含产品配置的不同描述（例如，2D/3D CAD、CAM、BoM等）。跨不同的应用程序、域和团队。关于这一点，他们实际上主要限于进行单一类型的产品描述，例如仅2D或3D几何形状或结构和Meta数据（Lu，2016）。或者他们没有提供足够的工具和SDK来支持协作体验（Hatem，Kwan，Miles，2012）。或者它们的工业用途非常低，或者它们只是没有得到公认的标准组织的批准，这使得它们在战略上不可持续，组织（Liese，鲁霍夫&Stjepandic'，2010;Suomalainen，Kuusela，&Tihinen，2015）。此外，这些3D格式的工业应用一直围绕着特定数据集的传输，主要用于下游过程中的可视化、数据交换或批量迁移（图3），其基本目标是从创作过程呈现和转换原生3D CAD几何形状。图3.第三章。广泛使用的CAD数据互操作性标准格式的功能应用程序转换为替代格式（Fröhlich，2013）。最终将结果数据转换为第三方应用程序的专有格式，用于设计、验证和查看或长期存档。在典型情况下，就工程协作而言，描述受影响请求及其虚拟产品数据的不同部分通过各种渠道提交，并提交给相当多的编写系统;无论是指定要求列表、信息请求、工作、变更或批准。电子邮件、CAD和各种数据交换和创作应用程序以及一系列数据通信通道也同样使用（Nyamsuren，Lee，Hwang，&Kima，2015; Shen等人， 2010年）。从根本上说，这种方法限制了跨生命周期阶段、领域和供应链利用产品数据，因为所需的信息是在断开连接的部件中交付的。它们必须被系统地收集，并在接收时相互重新调整，以有效地消费它们。在许多情况下，它们必须被转换到收件人&然而，这些包裹之间缺少的链接是一个导致许多组织不必要的管理开销的问题。就制造业而言，这意味着必须支持不同系统和配置的开发合作伙伴正忙于调整和集成数据，而不是立即使用它们（SalvadorAlves，Segatto，De-Carli，2016）。3. 利用3D标准的当前协作方法协作应该比提供数据块更灵活。它不仅仅是断开的产品结构，可视化或3D设计！它是所有相关数据流的逻辑组合，将其置于上下文中，接收者使用这些数据以更好地执行一组产品开发任务。考虑到这一点，研究和工业界正在研究结合不同类型信息的方法（Fischer等人， 2015年）。3.1. 跨标准集成推动JT在下游工程中的实际渗透对制造业具有巨大的潜力。关于这一点，有一个努力-第制造界已经认识到，JT本身只能通过将其与STEP标准的应用协议（AP）242的智能XML功能相结合来发挥其全部潜力（Katzenbach，2015）。从这个角度来看，STEP AP 242应该成为例如组装、元数据和动力学的过程主干，而JT是3D数据的轻量级可视化的实现者。有关 详细 信息 ，请 参阅 2015 年JT 工作 流论 坛（ JT Work-flowForum，JT-WF）JT工作流论坛，该论坛是由ProSTEP iViP协会和VDA（德国汽车工业协会）成立的联合项目组。该论坛的目标是推动与JT应用相关的要求和随附的STEP AP242 XML格式，验证它们，记录用例中的过程，并协调所用JT的必要特征以及STEP AP242 XML数据内容。然而，JT提供的优势还没有涵盖生命周期。时至今日，大多数组织58A. Pfouga，J. Stjepandi'c/JournalofComputationalDesignandEngineering5（2018）54寻求概念和最佳实践，不仅在产品工程中，而且在设施，产品规划和制造执行中重用他们的产品数据，其中STEP和其他格式已经适用。这种情况是强制执行的，缺乏数据交换标准和跨域系统之间的接口，这是与外 部 合 作 伙 伴 在 生 产 （ 数 字 制 造 ） 中 合 作 的 基 础 （ Emmer ，Hofmann，&Stjepandic'，201 8）。缺乏对JT的直接支持导致例如要求翻译以执行加工操作。本章中描述的跨标准集成并不是唯一一种基于IT标准的基于模型的系统工程（MBSE）概念INCOSE将MBSE定义为建模的形式化应用，以支持系统需求，设计，分析，验证和确认活动，从概念设计阶段开始，并持续到整个开发和后期生命周期阶段。各种系统工程相互关联的领域被认为是需求管理，行为分析，体系结构综合和验证-所有这些都有自己的模型表示。工业和研究已经在为这些领域中的大多数指定标准方面投入了巨大的努力：例如，用于规范的ReqIF，用于几何形状表示的各种3D标准，如STEP或JT，用于质量过程中的计量的QIF或I++，仅举几例（图1）。 4）.技术需要改进，其中一些技术到目前为止是可用的，以链接这些不同格式之间相互关联的数据流，并在完整的可查询环境中实现各种域之间的引用完整性。3.2. VDA建议4953-2VDA建议4953-2是德国汽车协会（德语缩写VDA）的一项提案，该提案描述了通过特殊数据容器中的文档取代传统2D图纸（作为产品信息的主要载体）的概念和方法（JT工作流论坛，2015;VDA，2015）。本建议的范围是基于文档的容器，其中包括具有3D数据流的强制性和可选内容以及到组织和技术元数据的链接它的目的是消除现有的需要，在许多领域的衍生和管理基于2D的协作和技术文档（图。 5）。VDA 4953建议描述了嵌入技术容器及其体系结构中的产品数据的结构和处理。带有注释几何体表示的3D内容是一个主要的强制性内容，具有附加的JT（ISO 14306）文件作为推荐的3D载体（ISO 14306，2012）。 结构化元数据内容构建第二强制部分，该结构化元数据内容未嵌入到3D内容中而是与3D内容链接这一提议。此外，VDA 4953-2建议STEP AP 242 BO XML格式（ISO 10303-242）用于存储元数据，并建议PDF/A（ISO 19005）用于在容器内显示。可选内容可以嵌入，并且应该是任何文件格式，非常适合长期存档。德国汽车制造商Volkswagen已经发布并引入了这样的容器，使用PDF作为容器，JT用于存储3D产品数据。交互地启动外部查看器以呈现和查询3D JT 对象，诸如来自PDF/A呈现层的PMI和技术描述（Katzenbach等人， 2015年）。图四、工程IT标准，用于汽车行业（Handschuh，2017）。图五. VDA 4953-2中处理的过程。A. Pfouga，J. Stjepandi'c/JournalofComputationalDesignandEngineering5（2018）5459PMI是非几何属性，在CAD模型中可用，并且是制造组件所必需的。这些包括几何尺寸和公差、3D注释、表面光洁度和材料规格。3.3. 基于模型的定义一种与PLM并行的开发方法，将3D CAD模型声明为权威记录和所有其他文档流的来源，是基于模型的设计（MBD）Eigner等人，2014年。 通过强调在开发之初将数字CAD文件用于协作，它是基于模型的企业（MBE）的基础：一个完全集成和协作的环境，建立在基于3D模型的定义之上，详细记录并在整个企业中共享，以实现从概念到处置的快速、无缝和经济实惠的产品部署。因此，基于模型的定义（MBD）是使用3D模型作为与设计、工艺规划、制造、测试、服务和整个产品生命周期相关的所有其他产品数据的主要来源和权威记录来管理工程和制造信息的概念（ISO 14306，2012; Tian等人，2014年）。MBE的核心并不是推动一种格式或一种工具。而是定义一个“3DMaster”及其相关的因此，它可以实现各种标准格式，如STEP，JT或PDF。这些特定的互操作性格式由不同的制造组织选择，以在各个级别实现基于模型的企业的愿景，这减少了供应链中从产品设计到产品生命周期下游（如制造或质量检查）的重要人工干预（Fischer等人， 2015年）。尽管MBE行业的愿景是以模型为中心，但2D图纸仍然在OEM及其供应商之间的技术文档中发挥着重要作用他们中的许多人仍然以完整注释的2D图纸结合3D形状几何模型的形式交换设计数据。 只有一小部分制造参与者仅使用具有嵌入式3D-PMI的3D模型，部分原因是以下障碍（Fischer等人， 2015年）：2D绘图仍然被许多业内人士认为是与3D模型相比的大师。要将PMI有效地嵌入到3D CAD中，需要一个显著的学习曲线。在开发过程中采用3D PMI之前，需要考虑整体供应链工作由于缺乏PMI，许多应用程序接口（APIVDA第4953-2章建议（Katzenbach等人，2015）是基于模型的设计原则的实例化。4. 使用3D PDF改进生命周期协作3D PDF描述了包含PRC（参见第4.1节）或通用3D（ECMA-363）格式的3D数据的PDF/E（ISO 32000，ISO 24517）文档。与前面提到的传统互操作性格式不同，PDF支持创建创作的适合目的的文档，用于分发、显示和收集与履行工作角色相关的数据。这些信息以3D信息的方式表示，以2D绘图、音频、视频、动画和图像（图6）作为一种它还提供了通过使用插件将数据包直接消费到其传统工具中的能力，例如，使用其标准查看器打开嵌入式3D CAD模型。就制造而言，3D PDF文档提供了基本描述，以实现基于航空航天、汽车或造船中虚拟产品的同步工程和并行设计（Klier、Pfouga 、Rulhoff、Stjepandic'，见图6。 3D PDF文档的内容。●●●●60A. Pfouga，J. Stjepandi'c/JournalofComputationalDesignandEngineering5（2018）542017年）。它用于通过增强信息的收集和交付来提高建筑，工程和施工（ AEC ） 的 可 视 化 和 生 产 力 （ Kahl ， Rulhoff ， Stjepandic' ，&Thatenhors t，201 7）。它同样适用于基于3D图7示出了由3D PDF支持的基本功能、一般和详细用例。广泛采用的3D可视化格式提供的主要功能是可用的。它们的范围从高端3D数据表示和产品结构描述到查询技术数据（数据安全和专有技术保护，2014年）。由于与便携式文档格式（PDF）的紧密集成，安全和数字版权管理 （ DRM ） 机 制 也 适 用 Stjepan dic′ ， Liese ， &Trappey ，2015;Biahmou &Stjepandic′，201 6。传统的3D互操作性格式和PDF以不同的方式为行业数据需求提供支持，但存在重叠在基于文件的协作领域，利用可视化数据，发挥各自的优势。3D标准主要在PLM相关工作流中为可视化和协作工作流提供了高度的成熟度。另一方面，PDF是一种广泛分布的文档容器，即使非工程师也容易访问，并且提供了能够进行电子发现的独特文档服务。与传统的互操作性格式相比，3D PDF在不同的生命周期阶段为大多数应用程序提供了广泛的通用性（图7）。PDF基本上直接集成了3D标准的各个功能（参见第4.1节），或者能够把他们的档案附在网上通过使用附加的3D文件，消费者可以在其流程中真正使用3D互操作性标准PDF同样用于查看、审查和批准、技术文档、数据交换和技术交流。它提供了2D/3D可视化、交换和通信的能力，不仅在早期设计中，而且在工程的下游4.1. PRC ISO 14739PRC是一种紧凑的3D文件格式，可独立用于表示基于3D CAD的模型。它被设计为包含在PDF（ISO 32000）和其他类似的文档格式中，用于3D可视化和交换（Opsahl，2012）。它可用于在文档交换工作流中创建、查看和分发3D数据使用PRC，可以创建与计算机辅助应用程序（如CAD或CAM）互操作的文档。在这方面，PRC在许多程度上等同于传统的CAD格式，如STEP或JT（图1）。 8）。它被优化为存储，加载和显示各种3D数据，特别是来自CAD系统的数据。它可以为大型CAD文件提供更高的压缩率，而不会失去准确性，质量或效率。PRC统一了处理CAD产品结构、虚拟产品的3D可视化和精确图形描述以及产品和制造信息（PMI）的功能。见图7。 概述产品生命周期中选定的3D PDF用例。A. Pfouga，J. Stjepandi'c/JournalofComputationalDesignandEngineering5（2018）5461设计PLM：创作应用程序•原生CAD模型，其生命周期在PLM应用程序•3D CAD系统·信息管理系统，如PDM，ERP等转换：3DPDF发生器·在智能3DPDF中提供供应商中立的PRC数据模型文件，其中包含来自源CAD的系统•可选DRM保护或激活读卡器扩展•使用机构数据交换平台进行公布联系人：AdobeReader•便携式PLM文档，一个由交互式3D PDF表示的•可视化•首件检验•审 查 文件•无 纸 化协作•交互式工作流程•等见图8。不同CAD互操作性格式的比较（Fröhlich，2013）。PRC格式提供了机器可读数据结构中的语义PMI4.2. 在协作中充分利用3D：场景和用例以下场景概述了3D PDF在扩展企业中的独特价值，以利用3D几何知识以及其他产品描述。它描述了一个完整的产品，披露特定于角色的数据，以各种消费者在工程下游。该解决方案为几何特征、视图、注释和产品配置提供了忠实的3D再现，这对于支持可视化、无纸化检查和报告、更快的批准和审查至关重要。3D PDF技术的基础应用利用现有CAD和PLM基础系统，同时遵守与数据质量、交换和知识产权保护相关的公司政策。图9：基于3D PDF的协作的参考流程中描述了可以映射到真实世界研究和业务案例的场景其基础过程涵盖VDA 4953-2建议中规定的几个方面，除了它依赖于PRC而不是JT进行几何表示和几何形状。3D PDF是MBD的关键推动因素，它提供了在下游处理中重复使用和利用3D数据所需的在这种情况下，一个设计师，谁管理的工程数据，从公司的PDM系统，创建几何形状的产品使用功能的三维CAD系统。他设计了视图和注释，这是派生一个抽象的技术文档所需要的。使用传统的互操作性格式（如STEP或JT）将导致创建和交换2D、3D和产品结构文件，以满足下游需求。然而，使用3D PDF，信息系统中发布的文档可以使用预定义的模板以及组织和技术元数据的商定XML模式自动转换为容器。可以创建或检索支持基于文档的无缝协作的其他报告和表单;然后嵌入到3D PDF文档中该解决方案使用工具生成3D PDF文档，批量运行以收集和合并信息。3D PDF生成器应用程序的转换过程提供了加密和扩展机制，这对于授权或减少见图9。基于3D PDF的协作参考流程。62A. Pfouga，J. Stjepandi'c/JournalofComputationalDesignandEngineering5（2018）54访问3D PDF容器的选定数据（D PDF Technology，2012）。生成的3D PDF文档可以在内部工作流程中使用，也可以通过公司数据交换机制发送给第三方。见图10。 3D PDF技术数据包（TDP）的结构。接收者可以很容易地可视化嵌入式内容和交互式询问产品数据从一个免费的Acro- bat阅读器应用程序，而不需要昂贵的创作基础设施。这些功能的实现与源、业务域或所使用的数据类型接收者还可以提取语义描述作为XML数据流。这样的机器可读内容容易与第三方应用程序（Adobe Inc.， 2012年）的报告。此外，3D PDF文档可以通过插入所需的交互式动画来丰富，例如，以支持装配或拆卸工作指令用例。为了实现这一点，PDF提供了独特的功能（见图1）。 10）用于跨嵌入式文档的交互。这些数据用于从发电机应用程序创建的所谓3D技术数据包（TDP）中。本文中描述的3D PDF文档是具有附加3D数据流的PDF文件。生成器应用程序需要一个PDF模板，该模板定义了布局和行为最终的TDP。编辑工具，如Adobe LiveCycle见图11。 3D PDF技术数据包（TDP）的入口页面。A. Pfouga，J. Stjepandi'c/JournalofComputationalDesignandEngineering5（2018）5463设计师或专业设计师通常用于设计这些PDF模板。他们使用XFA（Adobe Inc.，2012）或AcroForms技术。PDF模板定义了内容对象在页面上的位置，来自外部源的数据如何链接和呈现，以及最终用户如何与文档进行逻辑交互有三种内容：可见（渲染）的内容，通常以XML格式提供的（产品）数据流将转换为PDF格式，业务逻辑通过PDF支持的语言以编程方式实现。使用XML模式实现数据绑定。它通常包含从PLM后端检索的元数据的结构化定义，这些元数据与受影响的产品相关。JavaScript或FormCalc脚本语言用于对业务逻辑进行编码，并实现控制用户交互的操作和侦听器。将其放置到位后，单击文本标签可以调用适当的3D视口或突出显示3D几何内容的特征。在这些层的顶部是实际的数据，如XML形式的元数据流，PRC表示的3D几何数据或附加文件。因此，最终的3D文档表示从各种应用程序和通过文档表单字段收集的多个数据的再现，现在可以从单个技术数据包。它的入口页面（见图11）提供了对技术和组织数据的访问。它与描述每一个相关方面的其他页面相链接虚拟产品的3D表示、设计物料清单或首件检验报告（FAIR），用于提供制造过程的测量报告（见图12）。3D表示是STEP、JT或PRC文件格式之一。然而，为了实现更好的交互，3D PDF在这种情况下与PRC一起检查报告是从3D CAD源中提取的产品制造信息（PMI）的交互式列表。这些PMI按CAD模型视图分组，以便于导航。在PMI上单击鼠标将打开3D文档，切换到关联的模型视图，并向用户突出显示PMI对象的关联3D表示。有了这样的机制，消费者可以更容易地对物理原型进行分析，并使用3D PDF文档记录结果。3D表示（见图13）链接到技术数据包的所有页面，便于从这些位置的任何超链接快速切换到相关的3D特征3D页面包含原始CAD模型的精确PRC表示，包括视图、PMI和截面。为了更容易导航，模型视图、使用位置列表和一组产品Meta数据在页面的一个区域（右侧）上呈现给用户。Adobe Reader提供了测量、管理视图、创建横截面和导航CAD结构等基本功能，以便更轻松地操作3D内容。见图12。 检验报告嵌入技术数据包中，用于车间首件检验。●●●64A. Pfouga，J. Stjepandi'c/JournalofComputationalDesignandEngineering5（2018）54图13岁嵌入技术数据包中的交互式三维表示，包括来自CAD和PLM系统的上层BOM和三维视图技术数据包在一个页面上提供了一个额外的结构化物料清单，它作为查询产品数据的第二个入口点（见图14）。此物料清单响应鼠标单击并在3D视口中亮显选定物料清单项目的所有几何实例。基于CAD不可知的3D PDF技术数据包（TDP）的实施和采用正在日益增长。3D PDF使用案例，例如：3D数字主文档或无图纸的轻量级文档，取代传统的2D图纸。用于传达检查要求和填充测量的交互式PDF。提供采购需求的信封3D PDF模型。交互式电子手册，结合可视操作员/维护说明和基于3D模型的动画。● 用于装配操作的交互式3D作业指导书。只是汽车、航空航天、造船或国防领域的一些验证（另见D PDFTechnology，2012; Fischer等人，2015; Hiekata&Grau，2015; Klier等人，2017年）。5. 总结和结束语3D互操作性对工程协作做出了重要贡献（Figay等人，2015），并促进创新能力（Achi，Salinesi，&Viscusi，2016）。为此制定的几种格式相继应对了当时的挑战。其中一些格式（如STEP）是非常冗长的格式，逐步封装定义产品、其制造和生命周期支持所需的所有信息。其他人最关注轻量级可视化用例，并随着数据的大小和复杂性的增加而更好地承受（ISO 14306，2012）。然而，像STEP和JT这样的传统格式无法以更广泛的方式支持发布活动。因此，新的趋势是通过与补充标准相结合或使用以文件为基础的办法来加强这些单独的格式。与STEP或JT不同，3D PDF可以用于多种目的，并在整个产品生命周期中利用下游的3D数据来创建，分发和管理无处不在的，高度可消费的，特定于角色的丰富呈现（D PDF Technology，2012; Opsahl，2012）。基于其容器结构，3D PDF是一种与产品开发中建立的传统经验完全不同的方法-它是多领