PDM与ERP集成的数据模型 

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PDM与ERP集成的数据模型

    方案2是基于集成数据模型实现PDM与ERP的信息集成。此方法的核心是通过对企业信息的合理组织,建立一个集成数据模型,通过该模型,可访问到PDM和ERP系统中所有需要交换的数据。本章讨论建立集成数据模型的方法。
 
1. 1信息集成的逻辑数据结构
    PDM与ERP实现信息集成是通过接口交换方式来实现的。接口的主要任务是将用于进行产品数据管理的技术信息系统与用于进行企业资源计划管理的管理信息系统集成在一起,在IT的基础上将产品开发各产品制造的各个子过程集成为一个通贯全局的产品形成过程。
为了充分地利用这种集成并产生很好的实用价值,必须对整个实施方案进行精确的规划,例如,应该对产品形成过程进行结构化,明确哪一些任务应该由PDM系统完成,哪一些任务应该由ERP系统完成。在这里可用集成逻辑数据结构实现这种规划工作。集成逻辑数据结构是对系统集成信息的总描述,它是建立集成数据模型的基础。在建立集成逻辑数据结构之前先谈实现PDM与ERP信息集成的关键集成系统信息、信息分类和扩展BOM
 
1.1.1集成系统信息
    系统集成的目的是共享企业信息资源,使企业的所有人员都能从系统中非常方便地检索到自己所需的信息。这需要首先明确各系统管理的信息,以便合理地组织这些信息。PDM与ERP系统中的信息可以分为以下三大部分:
 
    (1)零件族信息主要在PDM系统中由零件族管理模块来管理。每一个零部件,在PDM系统中都是用零件基本记录(TSS)进行描述的。零件基本记录是一种描述产品开发过程中零部件基本管理特性的数据记录,它是ERP系统中物料基本记录的基础。采用面向对象的技术对企业所有产品工程数据进行合理组织,有关人员通过零件基本记录的导航作用,借助零件族管理模块的查询功能,方便地查询到所需信息。
 
    (2)产品结构信息产品结构表示了从最低层次一直到产品层的各个层次的零部件结构。PDM系统中的产品结构模块管理企业所有产品的结构组成关系。PDM系统中的EBOM是在设计阶段形成的,是一个面向功能的产品结构,该结构具有较浅的划分深度和较大的划分宽度。
对于产品的制造,特别是对于产品的装配,这种结构通常是不适用的。在ERP系统中管理的产品结构信息是MBOM,它是面向装配的产品结构信息,它具有较深的划分深度。产品结构信息是PDM和ERP系统的核心。在本章后面部分将用视图控制法来对产品结构的各种不同划分方法进行管理和描述。
 
    (3)物料基本记录信息物料基本记录用来描述物料的主要信息,它由ERP系统中物料清单加以管理。物料基本记录在零件基本记录的基础上扩充了一些有关管理方面的数据,如制定数量计划、采购计划或能力需求计划等。物料基本记录和零件基本记录是PDM和ERP系统之间联系的纽带。
 
1. 1. 2信息分类和扩展BOM
    有效的信息分类系统和信息完备的BOM系统是实现PDM与ERP信息集成的关键。在本文的研究中,我们借鉴德国DTN4000中关于零部件的分类体系对信息加以分类和建立扩展BOM以支持PDM与ERP的信息集成。
 
    1. DIN4000分类框架
    DIN4000要求构建的分类框架有四个层次。第一分类为标准层,它通常包括了DIN4000和各种不同的企业标准。第二分类层为对象组层,即系列分标准层,例如,螺钉和螺母、法兰盘等。第三层为零件族层,如当对象组为螺钉和螺母时,其包括的零件族有双头螺栓、圆螺母、铆接螺母等。第四层中包括了零件族的分图标识号,如当零件族为有头螺钉时,其包括六角螺钉、圆柱螺钉和半圆头螺钉等分图标识号(DIN4000的分类框架如图4-1所示)。
 
    DIN4000中,对各个零件族的事物特性进行了说明,并将整个零件族(分图标识号)的事物特性都汇总在事物特性表(SHL)中。事物特性表由表行和表列构成。其中每个表列反映了一个特性,每个表行代表了一个具体的形状元素或零部件。每一行数据必须与一个零件基本记录相关联。通过联系链特性一表列-表一表行,可以查询到需要的表、表行及表中参数中描述的CAD几何图形。由此可见,根据DIN4000标准,可以采用层次结构实现零部件的分类,这种基于层次结构的分类体系可以有效地缩短零部件的查找时间,增加重复件的使用,实现对零件的系统管理。

4-1.jpg

    2.扩展MBOM
    扩展MBOM是指在ERP系统中MBOM的基础上增加所有与产品相关的信息,以完整表现产品的结构构成和设计内容(扩展B0M的结构如图4-2所示)。物料清单是产品信息的基础和制造企业中最重要的信息之一。但在PDM的理论中,物料清单不是业务对象,所以也没有相对应的对象类。
对于PDM系统而言,只有产品结构才是最重要的。ERP系统中的MBOM也是对产品结构的一种描述,但常用来反映与产品结构相关的制造信息。为了更有效地实现PDM与ERP的信息集成,需要在原有MBOM结构的基础之上,建立EBOM和MBOM之间的逻辑联结关系。这样ERP用户就可以方便地查询到产品设计方面的信息。

4-2.jpg

    例如,版本信息、工程图纸、零部件模型、制造及检验信息、零部件的使用情况等。这一工作可以由集成系统中的信息处理模块来完成。
 
1.1.3 PDM和ERP集成的逻辑数据结构
    在集成系统中可以通过PDM中的分类系统和ERP中的MBOM实现PEM与ERP信息集成,集成系统中的数据结构如图4-3所示。从该图可以看出,PDM系统中的各个视图、配置母图、事物特性表及物料基本记录等信息通过集成系统进行管理。通过标识代码在事物特性表、物料基本记录和部件结构记录间的有机联系来实现PDM与ERP的信息集成。

4-3.jpg

    在PDM系统中。左侧描述了关于产品的分类及视图信息。一个企业中的所有零部件资源可以归结为由A、B、K、G4类构件组成。图4-3描述了关于一个G类构件的分类码、视图码及各种视图信息,以T开头的代码表示该零部件的事物特性表。以A开头的代码表示该零部件的7个视图或视图的变型,以Z开头的代码表示该零部件的配置母图(指不包括具体尺寸,只表示图素拓扑关系的图形,该图中还包含了零部件技术要求等公用信息)。
 
    必要时还可以加入以P开头的代码表示该零部件的工艺信息,以N开头的代码表示该零部件的数控加工程序等。右侧是用于描述左侧代码所示零部件的事物特性表及其物料基本记录,其中的零件基本记录是实现PDM与ERP信息集成的核心,其它内容均可通过对这一记录信息的派生、索引而得到。
 
    左右相结合则集中体现了DIN 4000分类体系中图表码三位一体的思想。例如,物料基本记录1中标识代码(ID.No)为1234的部件系连杆组件,由表中可以知道其为G类构件,事物特性码为10091. 35-1-1,由此可以方便地进行检索。在事物特性表中,记录了识别码为1234的部件的基本几何信息。
 
    在ERP系统中,标识代码为1234的构件由代码(ID.No.2)为1288、5432、1238、4354等零件组成。在其右侧的物料基本记录中描述了包括部件(1234)和相关零件(1288、1238、5432等)在内的所有零部件的名称、类别、事物特性码等信息。ERP系统中的物制造料清单记录和物料基本记录通过相同的标识代码与PDM系统中的事物特性表、零件基本记录实现了有机的联系。
 
    实际上图中零件族、事物特性表和零件基本记录表完成零件族管理功能,其它两个表分别对应产品结构信息和物料主记录信息管理。由此可知,集成逻辑数据结构是对整个集成系统信息的总描述,在集成系统的支持下,利用该数据结构可以保证PDM与ERP信息集成的顺利实现。
 
1.2 PDM与ERP系统集成信息组织和描述
    制造信息基础模型从结构上应当体现网络计算的要求,从语义上应当能保证制造系统间的互操作,支持基于Internet的信息集成和共享。为了建立完整的制造信息模型,必须使用STEP标准的建模方法进行应用系统的信息分析,并用EXPRESS语言来描述最终的信息模型。所以,本文中的集成数据模型建模使用STEP,由STEP提供数据交换的语义,以利于CIMS中其它分系统中与本集成系统的互操作。
 
1.2.1视图控制法简介
    可以采用视图控制法对要集成的产品数据信息进行管理和描述,其原理如图4-4所示。基于视图控制法的数据模型具有以下特点:
      (1)每个视图是一个管理对象,视图中包括原材料、半成品、零件、部件及其之间的联系。每个构件可以同时与多个视图相关联。每一个零部件和每一个联系至少应该属于一个视图。
      (2)一个产品结构的视图对象借助于联系相关联的。
      (3)可以建立视图与对象类用户、用户组和角色的实例间的联系,这样就可以确保视图只能被授权的用户修改。

4-4.jpg

    按照这种视图控制方法,就可以从同一个产品结构产生不同视图。在产品设计时产生的面向功能的视图对象,在工艺过程规划时可以产生一个面向装配的视图对象。在这个过程中,面向功能的视图对象中的各个零部件与面向装配的视图对象中的各个零部件相关联。

    此外,还可以在装配结构上增加新的部件和联系。这样,就形成了一张完整的联系图,其中包括了所有的己定义视图中的构件及其联系。因为产品的所有视图都被存放在集成系统的信息库中,所以,利用该系统可以对面向设计的物料清单和面向制造的物料清单的任何一个更改状态进行查询。
 
1.2.2集成信息的多视图描述
    1.视图类的概念
    评价系统集成的好坏程度以是否方便使用者为标准。在这里,采用面向对象的方法,建立视图类,以对不同使用者所需要的视图信息进行描述。下面先给出视图类的有关定义。
    定义1视图类:不同用户对产品某一侧面信息的抽象,如产品文档视图类、材料视图类和生产视图类等。这里,视图是指从一个特定角度反映出的产品信息。

    定义2通用视图类:对视图类进行定义、描述和标识等,它描述了同一视图类都具有的属性。如图纸视图类中的图纸通用视图类定义了图纸的类型、规格、作者和状态等。

    定义3功能视图类:视图类能显示出的具体功能,如图纸视图类中的图纸功能视图类包含了图纸的实际内容(CAD图形)。
    各视图对象之间的关系可分为两大类:逻辑联结关系和层次联结关系(对象之间的组成关系)。这里采用联结类描述各视图对象之间的各种关系,在此先引入逻辑联结类的概念。

    定义4逻辑联结类:反映任意两个视图类对象之间的联结关系。这种联结关系是在同一层次上的双向关系,如一个零件对象联结到一个材料视图对象,也可以说,一个材料对象联结到一个零件对象。通过这一逻辑联结类,能方便地访问到同一零件的材料视图。
    产品结构视图类描述产品中各零部件的组成关系,通过一个层次联结类来表示产品结构。
    定义5层次联结类:反映同一视图类父视图对象和子视图对象之间的层次联结关系。

4-5.jpg

    图4-5表示产品(这里,产品是一个广义概念,它还包括部件和零件等)的几个主要视图类。图中从不同人员的角度出发,把产品信息用不同的视图类来表示,这些视图类分别对应于图4-3中零件族,产品结构和物料主记录的具体内容。通过这种产品信息的多视图描述,不同人员在集成环境下能够方便地访问到自己所需要的信息。
    2.视图类的具体描述
    下面用EXPRESS语言分别表示以上视图类所包含的一般说明信息。
    (1)图纸视图类的图纸通用视图类
ENTITY drawing_general_view
Id:                    integer;//图纸标识号
Revision:              string;//图纸版本
State:                 string;//图纸的生命周期状态
Description:           string;//图纸描述
Part Number:           string;//图纸所属零件号
Page Size:             string;//图纸幅面
Creation Date:         date;//图纸绘制日期
Created By:            User Class;//图纸绘制人
Modification Date:     date;//图纸修改日期
Modification By:       User;//图纸修改人
Effective from:        date;//图纸的生效期
Effective utttil:      date;//图纸的失效期
UNIQUE
URI:drawing-gengeral-view:Id;
END-ENTITY;
(2)图纸视图类的图纸功能视图类
ENTITY drawing_function view
File type:           string;//图纸类型
Drawing No:         string;//图号
Drawing Size:        string;//图幅
File name:            string;//图纸文件名
Directory:             suing;//图纸存储路径
END-ENTITY;.
 
    下面以图形的形式反映通用视图类和功能视图类的关系。图4-6是一个工程图视图类的表示。其通用视图类描述了工程图类的一般信工程视图类的功能视图类的功能视图有几个,如一般CAD图纸文件IGES文件和手工图纸等。功能视图类信息通过引用指针来索引。

4-6.jpg

    由此可见,把视图类分为通用视图和功能视图进行描述,与实际工程信息过程相符。如此分类,还具有以下优点:
    ①方便信息存储企业的产品数据类型复杂,需要对这些信息进行分类,以存储在数据库中或文件系统中。把视图类信息分为通用视图类和功能视图类后,图纸视图类的图纸通用视图类存储关系数据库中,面图纸功能视图充分利用操作系统的文档管理功能,存储在文件系统中。

    ②方便信息处理视图类的通用和功能视图信息,能够在不同的系统中进行处理。如可由PDM或者ERP系统管理文档视图类的通用视图信息,功能视图信息则由各种文档处理器(如Word、CAD、PowerPoint)管理。

    ③方便信息集成在ERP和PDM之间的集成中需要考虑数据的安全性和性能等问题,把视图类分为通用视图和功能图,可提供给用户所需的准确信息,以避免提供的信息不足或太多。
    (3)逻辑联结类
    ENTITY logical_link
ID:                                   integer;//逻辑联结标识号
Objectidl:                          integer;//联结对象1
Objectid2:                         integer;//联结对象2
Link state:                         string;//联结状态
Link date:                          date;//联结日期
  Link description:      string;%/联结描述
  Effective date start:   date;//联结生效期
  Effective date finished:date;//联结终止期
  UNIQUE
  UR1:logical_link:ID
  END_ENTITY;
    (4)层次联结类
      ENTITY hierarchical link
    Id:                    interger;//层次联结标识号
    Parented:              interger;//层次联结父对象
    Childid:               interger;//层次联结子对象
    Link state:            string;//联结状态
    Link date:             date;//联结日期
    Created by:            string;//设计人员
    Modification by:       User;//修改人
    Last modification date:date;//最后修改日期
    Quantity:              interger;//组成数量几
      UNIQUE
    URI:hierarchical_ link:Id;
    END_ENT I TY;
    从上面的产品结构视图类描述中可以看出,每个产品结构视图类对象都记录一对零部件组成关系,只要检索到产品视图类的所有对象,并通过一定的算法,就能很快获得整个产品的结构。
 
1.3集成数据模型在RDBMS上的实现
    方案2是基于STEP标准,采用.EXPRESS模式语言描述集成逻辑数据结构,建立具有0-0特征的集成数据模型以支持系统集成。下面讨论将该数据模型转换成结构化的产品数据的方法。

    STEP标准的最高实现形式为数据库实现方式。数据库实现形式可以完全克服中性文件实现形式的不足,在统一的产品数据库上集成产品数据各应用系统,实现产品数据的共享和并行操作。EXPRESS语言具有面向对象(0-0)的性能,但它的0——0性能并不完备,在结构上可以表达实体间的继承关系,但不具备封装数据和行为、重载方法的功能。

    采用面向对象的数据库可以更直接、更自然地实现EXPRESS的语义,但是,与关系数据库相比,面向对象的数据库技术还不成熟,而关系数据库管理系统不仅己有成熟的商品软件和配套的工具软件,而且与其他计算机编程语言的接口也相当丰富。

    另外,目前的CAD、CAM等应用系统多数可与关系数据库直接连接。因而,方案2中的集成数据模型采用关系数据库管理和存储产品数据有利于实现集成环境下PDM系统与ERP系统的产品数据的共享。.基于以上分析,本章后部分讨论EXPRESS数据模式在Oracle关系数据库(RDBMS)上的实现。
 
1. 3. 1数据字典组织与建立
    集成数据模型是用EXPRESS语言描述的,它定义了产品数据的表达和存储的基本结构。文本形式的集成数据模型不能直接由数据库管理和存储的产品数据.须将其转换为数据字典的格式。可以说,数据字典是集成数据模型的另一种版本,它同样表达了源模式中的所有信息。产品数据模型中定义的所有实体、属性、类型、关系等信息都可以直接从数据字典中查询。当对产品数据进行操作时,都首先从数据字典中查出与所操作的产品数据相关的实体、类型等模式的定义,然后生成相应的DML语句进行产品数据的操作。

4-7.jpg

    EXPRESS语言的基本结构和主要描述要素如图4-7所示。用EXPRESS表达的每种模型由若干模式组成;这些模式包含了模型的定义,并且提供了将信息模型进行细分的机制。模式内又分为类型说明(type )、实体(entity)、算法(algorithm)、规则(rule)、函数(function)与过程(procedure)。模式中的重点是实体,实体代表了真实世界中的物体,并可以组织成非常复杂的继承关系。实体由数据(data)与行为(behavior)定义。数据用来说明要处理的实体的性质。行为表示限制与操作。
 
    基于以上EXPRESS的结构,建立如下的数据字典。建立数据字典时,要首先建立数据字典模式。数据字典模式是一种特殊的数据模式,EXPRESS语言定义的数据模式(schema)作为数据字典模式的实例保存在数据字典中。在Part22中,数据字典模式作为一个EXPRESS数据模式定义如下:
SCHEMA SDAI_dictionary-schema;
其中实体定义作为一个实体在数据字典模式中定义:
ENTITY entity_defination
SUBTYPE OF (defined_type);
    subtypes:LIST [0:?]OF UNIQUE entity_definition;
    complex:BOOLEAN;
  instantiable:BOOLEAN;
      independent:BOOLEAN;
      INVERSE
      attributes:SET [0:?]OF attribute FOR parent_entity;
      uniqueness-rules: SET[D:?] OF uniqueness rule FOR parent entity;
      global rules:SET [0:?]OF global-rule FOR entities;
    END_ENTITY;‘
    数据字典需要保存在关系数据库中,根据PART22中数据字典模式的定义,结合EXPRESS到关系数据库之间的模式映射规则,可以得到以下数据字典表:

表4-1.jpg

    oid是整个系统最重要的数据,任何对象(包括字典对象)的生成和查找都要通过oid,字典表1保存系统所有的oid,通过该表可以查询到该对象所属的数据模式、所属对象数据类型的定义。

表4-2.jpg

    字典表2保存当前系统的数据模式说明,包括模式标识号、模式名称、创建时间、描述。

表4-3.jpg

    字典表3保存对象数据类型的描述,包括标识号、名称、属于实体(ENTITY),选择(SELECT),聚合(AGGREGATE)中的哪一种、描述、所属数据模式的标识号、是否为复杂实体类型、是否可实例化,其中最后两列只对实体类型有效。
 
    字典表4记录了对象数据类型每个属性的信息,是保存信息最多的表。子类对超类属性的继承,对复杂属性的解释等都在该表中体现,其中:
    attribute-id为属性的标识号;attribute-name为属性名称;parent_id为该属性所属对象数据类型的标识号;is-oid用来表示该属性是否为对象标识列;data-type为该属性的数据类型,这里所记录的数据类型为EXPRESS的数据类型,而不是关系数据库系统的数据类型;inherit-form在当该属性为继承属性时,记录超类实体的标识号;reference-attr-id在当该属性为复杂属性时,记录被引用的对象数据类型表中对象标识列的属性标识号。

表4-4.jpg

    其它字段当该属性为聚合类型时有用,其中:aggr-type为聚合类型名:aggr_value_attr_id为对应聚合表中记录聚合值的属性的标识号:low-bound,  high_bound,optional_flag,unique-flag分别为聚合类型的下界、上界、OPTIONAL,UTIIQUE标记。

表4-5.jpg

    字典表5保存实体刁司的继承关系,supertype_id,subtype_id分别表示超类实体定义和子类实体定义的对象标识号。
 
1.3.2 EXPRESS到关系数据库系统的模式映射
    EXPRESS数据模式的基本组成单元是ENTITY,ENTITY的定义包括属性的定义(显示属性、导出属性、逆向属性)、继承关系定义及规则定义(唯一性约束、值域约束)等,EXPRESS数据模式到关系数据模式之间的转换就是要在关系模式中充分体现ENTITY定义中的语义,这里把模式转换分为三个部分:
    (1)基本数据类型的转换
    (2)对象数据类型的转换
    (3)规则的转换
    EXPRESS的七种简单数据类型和枚举类型对应了关系数据库系统的基本数据类型,这里把它们归为基本数据类型。对于实体数据类型(ENTITY),聚合类型(AGGREGATE)和选择数据类型(SELECT),在关系数据库中没有对应的基本数据类型,只能用关系(表)来表示,所以把它们归为对象数据类型。下面只说明与本文内容密切相关的基本数据类型和对象数据类型的转换。
    (1)基本数据类型的转换
    基本数据类型是EXPRESS语言中最基本的数据类型,它又分为数值数据类型(NUMBER)、整数据类型(INTERGER)、实数数据类型(REAL)。逻辑数据类型(LOGICAL)、布尔数据类型(BOOLEAN),二进制数据类型(BINARY)、字符串数据类型(STRING )。这些数据类型向Oracle的数据类型的转换规则见表4-1。

表4-1E.jpg

      (2)对象数据类型的转换
    一个对象数据类型在关系数据库中按以下规则转换:
    ①一个对象数据类型(E)对应关系数据库中一个关系R (E),两者相同。在关系R (E)中增加一列对象标识号Oid,对AGGREGATE类型,加一索引列,对SELECT类型,加一列当前数据类型列,ENTITY和SELECT类型的主键为Oid列,AGGREAGATE类型的主键为Oid加索引列。
    ②对象数据类型E的属性对应关系R (E)中的属性。
    ③简单属性的类型与基本数据类型的转换对应。
    ④复杂属性的类型将对应对象标识号的类型,保存相应对象数据类型实例的对象标识号。
    ⑤如果实体E2是实体E1的子类,则关系R(E2)继承关系R(E1)的所有属性。即R (E2)不仅包括E2的属性,还包括E1的属性。
    下面给出一个按照以上规则实现的层次联结类表类的数据存储结构的实例。
 
 

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