PDM环境下基于虚拟PDM的产品

PDM环境下基于虚拟PDM的产品 数据交换是协同设计的关键技术之一,而产品结构数据更是协同企业之间重要的交互数据。在分析了目前解决数据交换问题研究现状的基础上,本文中提出了

PDM环境下基于虚拟PDM的产品

    数据交换是协同设计的关键技术之一,而产品结构数据更是协同企业之间重要的交互数据。在分析了目前解决数据交换问题研究现状的基础上,本文中提出了通过构建在通用PDM基础上的广义PDM系统——虚拟PDM(Virtual PDM),来解决企业间异构PDM系统中产品结构数据的交换问题。
 
    首先描述了基于STEP PDM Scheme和XML表达的产品结构的数据模型,给出了虚拟PDM的定义,提出了基于虚拟PDM的产品结构数据交换总体框架,分析了虚拟PDM系统的各组成部分,然后建立了基于J2EE的产品结构数据交换技术框架,最后描述了实现框架的系统配置、数据交换的时序和数据映射,以例程描述了查询与返回生成文件。通过系统所述的方法,成功实现了异构PDM之间产品数据的交换。
 
    随着信息技术和通信技术,尤其是Internet的发展,企业之间出现了一种新的业务模式,即“虚拟企业”或“扩展企业”。所谓的“虚拟企业”,就是集合多个企业相关资源协同完成某项产品研发任务,就像一个整体一样。据统计,目前机电产品50%~80%的零部件都是由企业协作完成的。
 
    企业间合作的增加,也使得企业内部工作流程的工作范围从单个企业向多个企业扩展。工作流程成功扩展的关键因素之一便是如何简便快捷的获取合作者提供的各类产品数据,或者说成功地实现企业间数据交换。而产品结构数据作为整个产品数据中的“骨架”,反映了产品的基本结构信息和组成,是产品概念设计结构、功能模块组成结构、机械组成结构以及材料清单(BOM)的基础数据,是目前协作企业间传递的重要数据之一。
 
    目前,大多数的企业都引入产品数据管理(PDM)系统,将其作为产品数据收集、保存、管理的工具。在PDM系统中也往往以产品结构数据作为数据管理的核心内容,通过数据交换则可在合作企业各自的PDM系统中搭建起产品结构,建立起零部件之间及零部件与描述文档之间的关系,以缩短产品开发周期、降低开发费用。
 
    但分析实际情况,企业间产品结构数据交换目前尚存在以下困难:
    1)PDM系统的异构使得提供方的BOM文档在接受方无法直接使用,重复创建增加冗余工作量且存在失误风险;
    2)即便应用了相同的PDM系统,由于PDM系统本身的封闭性也使得产品数据交换存在上述同样的问题;
    3)考虑到安全缘故,协作单位之间设立隔断防火墙,数据交换不能直接进行;
    4)由原有系统生成BOM文档,在对于产品结构数据需求的不一致性,使得数据提供方“答非所问”。
 
    因此如何有效、迅捷的实现产品结构数据在异构PDM系统间畅通地进行数据交换,已经成为一个重要研究点。
 
    本文中通过构建于通用PDM基础上的广义PDM系统———虚拟PDM作为产品数据交换方法,建立了统一的产品结构数据模型,搭建了异构PDM系统集成框架,实现了多个PDM系统之间的产品结构数据交换,解决了上述问题。
 
1相关研究工作
    异构PDM系统之间数据交换中,主要存在数据一致性、数据的异构、数据遗失等问题。产生这些问题的主要原因是数据的创建者习惯应用自己已有的系统,而并不关心数据交换的问题。因此,尽管目前针对数据集成有了一定研究,但是针对商用PDM系统,普遍适用的方法仍然有较多困难。STEP PDM Schema和PDM Enabler是常见的两类异构PDM数据交换解决方案,它们采用了统一的全局数据模型。全局数据模型是各个PDM数据模型的交集,但这将使得数据交换的类型与内容范围缩小。
 
2基于虚拟PDM产品数据交换框架
2.1产品结构数据
    产品结构数据是协同企业间重要的交互数据,其通过零部件建立产品对象之间的联系,如建立产品结构树、标准件库,进行零部件使用情况分析等,同时也将产品与文档建立了联系。
   
    企业的许多信息资源(如设计过程图中的装配图、装配明细表;工艺文件中的装配工艺规程等)均显式或隐式地包含在产品结构信息中。产品结构模型描述如图1所示,可用一个四元组描述。

1.jpg

 
2.2基于虚拟PDM产品结构数据交换总体框架
    定义:虚拟PDM是一种构架于通用PDM之上的广义PDM系统,可实现企业内部和企业间各种资源、信息、过程等的管理,它为各种应用提供良好的信息支撑环境和集成手段。

由定义可看出,虚拟PDM具有以下特点:
    1)虚拟PDM拥有自己的元数据,可解释一切来自底层通用PDM系统的数据;
    2)除少量必要的数据外,虚拟PDM系统数据来自各通用PDM系统,其自身不存储这些数据;
    3)虚拟PDM系统可提供一种统一的形式来显示、管理各类通用PDM系统的数据;
    4)虚拟PDM具有广义上的流程管理功能,其活动、应用者、对象范围较广。
 
    在虚拟PDM中,保存了企业、产品的基本信息,能根据用户需求,按照规定的搜索条件,寻找相关的数据。虚拟PDM为工程数据提供多种视图,并验证数据的有效性。同时,虚拟PDM中还可以创建全局的工作流程,以集成合作伙伴的工作流程。
 
    本文中提出的虚拟PDM产品数据交换框架,如图5所示,分别由客户层、虚拟PDM层和数据层3层组成,虚拟PDM通过基于PDM模式的XML文件实现各个PDM系统间对于产品结构数据的实现。
 
    客户端主要完成对连接的各个PDM系统中产品结构数据在线浏览、导入与导出功能。客户层与中间虚拟PDM层通过外部的服务总线实现,该总线则是基于HTTP和SOAP的。客户端主要有专门开发的虚拟PDM客户端和Web浏览器两种。

    Web浏览器属于一种类似Applet的轻量级客户端,使用时通过浏览器自动从Web服务器上下载。虚拟PDM客户端是一种重量级客户端,其用户接口、模型和视图可定制,它通过SOAP接口直接访问PDM数据引擎。

5.jpg

 
    虚拟PDM层是一个支持J2EE的应用,主要由以下几个组件构成:第1个组件是PDM Connector,其作用是连接不同的PDM系统,其屏蔽了异构PDM系统之间的差异,并从中取出将产品结构的相关数据;第2个组件是XML服务,将取得的数据转换为基于STEPPDM模式的XML文件;第3个组件是映射服务,将客户的产品数据请求映射到具体的PDM服务器,并将其提交给PDM数据引擎;第4个组件是PDM数据引擎,负责相应请求、发送数据,执行数据的交换。
 
    其它的组件还包括有安全与登录、数据有效性验证、可视化服务、工作流建模等。虚拟PDM层的核心部分是信息代理,它为分布式的数据访问提供数据引擎。数据层为各个企业的PDM系统,为访问提供数据源。
 
    在产品的设计过程中,如果总体设计所和零部件设计所建立了协作关系,总体设计所可以在虚拟PDM中建立产品结构,同时创建相应用户并对用户授权。对于总体设计所来说,可以获得产品数据的全局视图;而对于零部件设计所,也可以根据自己的权限获取产品数据的局部视图。
 
2.3基于J2EE的产品结构数据交换技术框架

基于J2EE的产品结构数据交换技术框架如图6所示。

6.jpg

 
    用户层采用Web浏览器与Java客户端相结合的方式实现。系统原型开发过程管理环境采用Web浏览器界面,可视化环境兼容了两种客户端实现方式。J2EE的设计采用MVC(模型-视图-控制)的设计模式,把数据的表示和数据的处理分开,满足不同应用需要。
 
    EJB包括会话Bean(业务流程组件)和实体Bean(数据组件)。会话Bean实现业务流程及操作,通过设计业务操作模块,如用户登录、文档和模型搜索及会话日志等。会话Bean通过JNDI命名服务定位实体Bean,并通过实体Bean实现数据库操作,实体Bean采用JDBC操作数据库。
 
    数据层为整个系统提供数据源,其由数据库、各PDM系统,以及开发的PDM接口组成。数据库存放产品、人员、流程数据等等一系列数据。数据库则通过JDBC与虚拟PDM层交互。由于各个PDM支持不同的开发语言,故开发的接口需要通过JNI、IDLWebService技术来解决此,通过上述方法将非Java代码与会话Bean进行集成。
 
3基于虚拟PDM的产品结构数据交换实现
3.1系统配置结构

7.jpg

 
3.2产品结构数据系统流程
    首先,向虚拟PDM服务器发送登录请求;然后,向虚拟PDM服务器发送连接PDM的请求并检索;当连接完成后,虚拟PDM将检索出的产品结构数据的XML文件送到客户端;客户将这些数据浏览、修改之后,可分别更新入相关的PDM服务器中。

8.jpg

 

表1.jpg

 
4结束语
    当今的航空航天工业中,产品开发过程广泛存在着分布、协同的特点。每个企业以自己的方式管理产品数据已经变成了产品数据共享的最大障碍,阻碍了企业间相互协同。这个问题不仅出现在不同的企业之间,而且出现在同一个企业的不同部门。本文中通过提出通过虚拟PDM方法,解决了异构PDM之间产品结构数据的系统问题,建立的原型系统通过在航天企业中初步应用,顺利实现了产品结构数据在企业间的交换。

 

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