TDP技術實現制造業(yè)信息共享設計

王　楨,鄒紅霞

(中國人民解放軍裝備學院　a.研究生管理大隊； b.信息裝備系，北京　101416)

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TDP技術實現制造業(yè)信息共享設計

王楨a,鄒紅霞b

(中國人民解放軍裝備學院a.研究生管理大隊； b.信息裝備系，北京101416)

TDP (Technical Data Package,技術數據包)是信息共享中的一種數據封裝技術，是信息化制造業(yè)的關鍵技術之一，用于實現產品全生命周期數據的傳遞與管理，在2009年解密并于2013年由美國軍方發(fā)布MIL-STD-31000A標準文件；在標準文件的概念基礎之上，分析了TDP技術的特點，梳理并總結出了TDP數據包結構；結合TDP技術特點與國內制造業(yè)信息化現狀，提出適合于國內用于企業(yè)內信息共享與企業(yè)間跨供應鏈協作的TDP設計目標，結合設計目標對TDP數據包的生成流程、TDP在網絡間通信與TDP與現有系統間連接等幾個關鍵點進行了設計。

TDP；技術數據包；信息共享；信息化制造業(yè)

本文引用格式：王楨,鄒紅霞.TDP技術實現制造業(yè)信息共享設計[J].兵器裝備工程學報，2016(8):137-141.

企業(yè)在前期的信息化進程中，引入了ERP、MES等業(yè)務系統，由于這些系統是面向不同業(yè)務開發(fā)，各系統之間缺乏統一標準的信息共享接口，難以實現企業(yè)內生產經營信息進一步流動，對企業(yè)信息統一管理以及跨部門跨職能獲取信息造成了很大的障礙[1]。TDP[2]是伴隨美國的MBE(Model Based Enterprise，基于模型的企業(yè))概念而提出，用于實現企業(yè)內部不同業(yè)務系統之間的信息共享以及企業(yè)間用于產品生命周期過程中協作信息共享的一種配套技術，其目的是打破企業(yè)內部和企業(yè)之間的信息壁壘，實現企業(yè)內部門間信息快速流通和企業(yè)間基于價值鏈的協作[3]。

本文在美國國防部2013年2月26日正式公開發(fā)布的TDP技術標準文檔MLA-STD-31000A的基礎之上，分析了TDP技術的優(yōu)點以及可以采用的數據包結構，提出了TDP設計目標并對TDP的生成工具、通信功能和與現有系統連接進行了初步的設計。

1　TDP技術

1.1TDP介紹

TDP是技術數據包的縮寫。在基于模型的企業(yè)中對TDP定義為：“TDP是一個可以支持采購、生產、工程的技術說明和后勤支持(如工程數據的配置、培訓和技術手冊)，用來定義生產步驟中用于確保產品性能所需設計配置和性能要求的一項技術”[4]。一個典型的應用，如圖1所示，波音將MBD數據集定義為全業(yè)務系統的數據中心[5]，MBD數據集從所有的業(yè)務系統中獲取數據，進行統一的格式處理后依需求將獲取的數據封裝成為相應的TDP數據包，將TDP數據包通過在線或離線的方式發(fā)送給具體的使用者及生產設備終端和檢測設備終端。

圖1　波音TDP實踐

使用TDP，可以將有關產品的技術數據進行統一的定義、封裝與交換，通過建立與三維產品設計系統、三維工藝設計系統、制造執(zhí)行系統和企業(yè)資源計劃系統等系統[6]之間的接口，實現全生命周期信息的傳遞。一個典型的例子：工程職能部門給出了關于產品及其制造過程的定義(包括描述產品形狀、尺寸公差以及功能要求的設計模型、加工模型，以及各種技術要求、條件、規(guī)范和資源等等)，然后生產以及采購等部門從分發(fā)平臺中下載TDP數據包，拆封并獲取本部門所需信息，根據這個產品定義的相關信息制訂計劃、組織采購以及車間生產等業(yè)務活動，努力使得最終交付給用戶的產品或服務符合在工程環(huán)節(jié)給出的包括功能、品質以及成本等各方面的要求[7]。

在企業(yè)業(yè)務應用中，使用TDP具有下列優(yōu)勢：

TDP是基于MBD的模型數據傳遞技術，采用TDP可以對模型的使用起到標準化的作用，通過TDP的約束可以改變當前進行模型設計時設計標準、保存格式、標注信息等不規(guī)范的問題，為企業(yè)間合作打下良好的基礎。

使用TDP，可以覆蓋企業(yè)全業(yè)務系統，即使這些系統不被PLM(Product Lifetime Management，產品生命周期管理)系統所支持，依然可以通過TDP及時獲取數據并開展業(yè)務活動，填補PLM管理的空白。

完善了對設計信息的管理，由于產品設計信息由多個業(yè)務系統的數據組合而成，這些不同格式的文件如何進行組織，由誰來負責組織與維護成了一個阻礙數據管理的問題。使用TDP可以以模型為中心，將按照部件模型所生成的所有數據進行統一歸類與管理，形成一個樹形結構目錄，方便管理與后期查找。

在安全層面，使用TDP可以實現安全可控的數據分發(fā)過程，通過對TDP數據包的操作，實現對與部分或全部數據的管理與控制，以及加密等安全操作。

對于離線系統的支持，由于安全或管理上的需要，有些企業(yè)或企業(yè)內部分系統并沒有接入網絡，進行數據交換需要由人工操作完成，這樣不但費時費力，而且容易造成操作上的失誤，使用TDP工具，可以實現在接收端和聯網操作一樣的方便，大大減少了人工操作帶來的問題。

1.2TDP數據元素

TDP是圍繞模型實現相關數據的組織。由于各企業(yè)信息化程度的差異，MBD技術實踐程度不同，對于模型和相關數據的需求也各不相同。對此，TDP制定了一系列的TDP元素，定義了圍繞模型所需要交換數據的類型，TDP所包含的元素如下：

幾何模型：幾何模型是TDP的核心，所有數據都圍繞幾何模型進行組織。為支持多業(yè)務系統對模型的使用，TDP應包含以下3種格式的模型：原生格式，原生格式是直接從模型設計軟件中導出的格式，支持該格式的其他業(yè)務系統可以直接讀取，確保交換過程信息絕對完整。交換格式，企業(yè)各業(yè)務系統并不一定都支持設計軟件原生格式，為實現模型文件的獲取，需要使用公認的第三方格式，通過第三方格式進行模型交換，但是在轉換成為第三方格式時可能產生模型數據的差錯。簡易格式，并不是所有的業(yè)務系統都需要完整了解模型的具體構成，此外，向管理層或向合作企業(yè)提供的模型也不需要包含對模型的完整描述，簡易格式采用日常辦公常用的格式(如pdf)，實現對模型直觀的呈現任務[8]。

圖紙、技術文檔：單純依靠模型是無法描述生產加工過程以及用料信息的，而且并不是所有的業(yè)務系統都支持使用模型定義的方法，在某些具體的操作環(huán)節(jié)還是需要使用2D圖紙作為加工標準。

制造加工信息(PMI)：用于定義非幾何信息，如文本、尺寸或者標記等。

相關的清單報表：如多視圖BOM等。

其他的產品定義數據：企業(yè)自己對產品定義的數據。

品質保證條款、可靠性數據：用來對產品品質的控制。

性能要求：對產品需要達到特性的指標。

相關的認證、標準、規(guī)范、資源：生產過程中需要參考的資料。

除此之外，為實現松耦合環(huán)境下的協同開發(fā)，還需要在安全方面附加一系列的數據。這些不是TDP必須的元素，但對于實現企業(yè)間的協作具有實際意義。這些元素包括：

內容驗證簽名信息：用來杜絕非法修改。

數據訪問授權簽名信息：通過授權允許相應用戶進行修訂。

流程簽審信息：體現工程迭代痕跡、發(fā)布有效性，實現數據的可審計[9]。

1.3TDP數據包結構

TDP是一種承載模型與相關文件的文件集合。除此之外，作為執(zhí)行信息共享的交換實體，TDP還需要攜帶在網絡中流轉的路由信息、用于標明TDP包模式的類型信息、用于安全的權限和加密等信息，除此之外，還需要一個標記TDP內所含資源的目錄信息。這些信息共同構成了TDP數據包，具體內容如圖2所示。TDP數據包的內容分為配置信息與載荷信息兩大類。

配置信息是用來描述TDP數據包的信息，除了發(fā)布者、接收者、類型等信息外，還有用于對模型進行確定的部件號與合同號，通過這兩個信息可以唯一確定模型的從屬；生產商標識碼則是用于企業(yè)間合作時對合作企業(yè)的管理；通過設計者與修改者，可以知道TDP包當前的修改狀態(tài)；分發(fā)狀態(tài)用于標明該TDP是用于群發(fā)、多發(fā)還是單發(fā)；密級用于標注TDP數據包的安全程度。

圖2　TDP數據包內容

載荷信息是對模型及模型相關文件的封裝，目錄記錄了TDP數據包包含的所有文件內容和層級結構信息，通過查詢目錄可以直觀了解TDP數據包具體包含了哪些文件、每一個文件的文件類型、文件名、文件格式、文件的從屬關系等信息，從而指導用戶從TDP數據包中獲取所需的文件信息。實體即交換信息的實體，為實現各部門協作，應對修改實體數據文件的情況，將實體數據與記錄修改的修改日志一同作為交換實體。

2　TDP應用設計

2.1制造業(yè)信息共享設計目標

1) 多樣性：支持面向不同應用的不同數據需求，靈活組織數據，通過“模板—實例化”的方式實現對接收方不同數據需求的支持。

2) 服務式交互：采用SOA的方式實現TDP數據包的發(fā)送與接收，SOA(Service Oriented Architecture,面向服務的架構)作為一種全新的系統設計理念和技術方法，其粗粒度、松耦合、平臺無關性的特點[10]一方面可以大大減輕安裝在各個業(yè)務系統上所產生的影響，另一方面也可以實現新業(yè)務系統的即插即用。

3) 自我管理：TDP不僅僅是對數據的傳送，還需要完成對包內各種數據之間關系的表達，體現出數據包的模式。這種模式在TDP流轉的過程中必須保持并能夠被用戶讀取。對于雙向交互的TDP而言，在用戶對TDP增加、刪除或修改內容之后，這種關系也必須能夠保持且隨著TDP回饋給TDP發(fā)送方。

4) 安全性：TDP的流轉環(huán)境包括企業(yè)內部網與互聯網，在互聯網中流轉TDP會給非法的數據訪問者以可乘之機，這可能會造成TDP數據包丟失、被篡改或被竊取。TDP需要通過一系列的手段確保在互聯網中流轉的數據包不被修改，在某些重要的內容則需要通過加密、簽名和授權等方式確保數據包的內容不能被非法人員知曉。

2.2TDP生成流程及工具設計

為實現TDP的跨應用系統、跨平臺的特性，在借鑒傳統信息共享方式的基礎之上，對TDP的生成方式進行了設計，并根據生成方式進一步設計了TDP的生成工具。

TDP的生成過程主要分為如圖3所示的4個步驟：

圖3　TDP生成流程

明確需求：根據產品生產過程特性，明確該過程所需數據類型、數據格式與數據接收方。根據需求，從已知TDP模板中尋找并確定采用模板；若未發(fā)現所需模板，則需要自行根據需求設計封裝結構，并將設計結構生成可讀可理解的文件格式。

數據導入：針對不同的應用系統平臺，設計不同的方式進行應用系統數據的導入工作。對于文本文件等，直接導入文件的內容，拋棄文件原有格式，對內容進行規(guī)范與整理；對于專有格式文件，則直接讀入系統之中，同時進行格式檢查。

數據封裝：將共享內容封裝成為TDP交換包。按照模板的格式，將各類內容逐一導入并生成載荷信息目錄。待導入完畢后，對照模板，將與模板中規(guī)定不符的部分進行標記，并將標記信息添加到載荷信息的目錄之中。最后，將所有文件及文本內容和目錄作為載荷信息進行封裝，之后根據用戶輸入的需求，生成配置信息，與載荷信息一起封裝成為TDP信息交換包。

驗證與發(fā)布：驗證是指對組成信息的模板與數據進行合法性與完整性檢查[11]，驗證支持在線驗證與離線驗證兩種方式，在線驗證需要用戶將生成的TDP信息交換包與所選用模板上傳到TDP驗證中心，由TDP驗證中心對模板進行驗證，并依據模板所引用的參考標準逐一對TDP信息交換包載荷信息中的交換實體進行逐一的標準與格式驗證。離線方式則是由TDP生成方根據現有模板和離線存儲的標準文件對TDP信息交換包的載荷信息進行逐一的標準與格式驗證。驗證結果分為通過與不通過，通過的TDP信息交換包可以正式發(fā)布并能夠被所有遵循TDP標準的用戶讀取與理解，不通過的TDP信息交換包不建議進行發(fā)布操作，不能夠保證生成的TDP信息交換包可以被所有遵循TDP標準的用戶讀取與理解，但是否最終發(fā)布由具體的應用廠商和TDP設計者決定，在此并不進行強行規(guī)定。發(fā)布則是將TDP信息交換包發(fā)送到TDP交換中心，進行TDP信息交換包的注冊，由信息交換中心負責TDP信息交換包的路由與交付以及推送功能。

TDP生成工具在以上生成過程的基礎之上進行進一步的細化與功能設計。為支持多類型的導入導出功能，輸入部分應設計與數據庫進行交互的接口，與ETL工具進行交互的接口以及直接與系統資源管理器進行文件交互的接口；輸出部分則按照需求支持在線上傳功能與離線導出到系統資源管理器的功能。

驗證過程是TDP實現通用性的關鍵過程，在驗證過程部分，設計在線與離線兩種方式，其中，離線驗證需要通過TDP生成工具實現。為實現TDP信息交換包的驗證，TDP生成工具需要擁有模板庫與標準庫，模板庫保存著本應用系統可能涉及的TDP模板或包含所有的TDP模板，標準庫則包含本應用系統產生數據需要遵循的標準以及TDP交換中心所制定的本行業(yè)本信息共享環(huán)境內所需要遵循的標準。當生成TDP信息交換包時，將載荷信息傳送到驗證模塊，由驗證模塊根據載荷信息目錄查找并加載所需要的模板與標準，并根據模板與標準對載荷信息包括目錄在內的所有的內容進行標準檢查。

2.3TDP通信設計

為實現TDP信息交換包在企業(yè)內各業(yè)務系統之間的流轉，支持企業(yè)間產品數據的共享，對TDP信息交換包在網絡中的通信傳輸進行了設計。

為實現TDP系統的靈活性，在傳統的數據交換的基礎之上，結合了SOA Web Service的優(yōu)勢與制造業(yè)實際的信息需求，設計了TDP系統的通信方式，主要分為發(fā)送、接收、訂閱、檢索、請求5種方式。

發(fā)送與接收是傳統的信息交換的方式，當在某一業(yè)務系統生成TDP信息交換包之后，TDP生成工具將采取在線上傳或離線導出兩種方式進行TDP信息交換包的傳遞。使用在線上傳的方式，TDP信息交換包將被上傳至TDP交換中心，由TDP交換中心對TDP信息交換包進行注冊與記錄，并根據需求將TDP信息交換包發(fā)送至響應接收方，完成TDP信息交換包的路由，發(fā)送流程如圖4所示。

圖4　發(fā)送流程

訂閱功能是TDP接收方首先向TDP交換中心請求訂閱TDP信息交換包，TDP交換中心通過請求尋找TDP發(fā)送方并通知TDP發(fā)送方相應請求。TDP發(fā)送方根據己方情況與收到的請求生成TDP信息交換包并發(fā)送給TDP交換中心。訂閱分為短期訂閱與長期訂閱，當因某一項目或某一問題TDP接收方需要短期訂閱TDP信息交換包時，向TDP交換中心發(fā)送請求，由TDP交換中心記錄時限并完成TDP信息交換包發(fā)送與接收功能并到期停止訂閱，如圖5所示；在整個產品生命周期或業(yè)務系統的需要TDP接收方需要長期訂閱某一TDP發(fā)送方的內容時，向TDP交換中心發(fā)出長期訂閱請求，TDP交換中心將該請求進行記錄，隨后根據TDP請求方的要求，由TDP交換中心定期向TDP發(fā)送方發(fā)出TDP信息交換包的請求，并接收TDP信息交換包以及路由至TDP接收方，如圖6所示。

檢索功能要求TDP交換中心具有全局的統一視圖，對所有TDP系統所連接的應用系統，所提供的數據資源以及已生成的TDP信息交換包有明確的記錄。當TDP接收方需要檢索某一發(fā)送過的TDP信息交換包，由TDP交換中心接收檢索請求并在內部的記錄中進行檢索，將檢索結果反饋給TDP發(fā)送方，完成檢索功能，由發(fā)送方向接收方發(fā)送TDP信息交換包，如圖7所示。

圖5　TDP短期訂閱

圖6　TDP長期訂閱

圖7　TDP檢索

請求功能則分為對TDP交換中心的請求以及對TDP發(fā)送方的請求。二者均被發(fā)送至TDP交換中心并在交換中心進行記錄，對于TDP發(fā)送方的請求，由TDP交換中心向TDP發(fā)送方進行轉發(fā)，如圖8所示。

圖8　TDP請求

2.4TDP與現有系統連接

將TDP系統與業(yè)務系統互相連接，實現TDP在企業(yè)內的數據采集與數據交付功能。在這里，除了需要實現TDP的數據共享功能之外，還要能夠在不影響現有業(yè)務系統正常工作的前提之下分門別類的將這些業(yè)務系統連接起來，其中，圖1所展示的波音的策略具有較強的參考價值，但是，波音僅僅是將TDP作為數據統一管理與下發(fā)的工具來進行使用，并沒有挖掘出TDP的所有功能。

TDP作為信息共享的工具其傳遞方向可以是雙向的，除了執(zhí)行分發(fā)功能之外，TDP也可以執(zhí)行數據的采集功能。相對于下發(fā)數據而言，數據的采集功能更能體現TDP在信息共享中的作用。對此，在基于波音的TDP技術實踐上，提出了可以作為企業(yè)間信息共享的TDP解決方案，如圖9所示。一方面，TDP通過與PLM系統直接進行數據交換，這樣，TDP作為異構、異地應用系統(例如異構PLM系統)之間實現相互協作的橋梁，可以從一個應用系統(如TeamCenter)中導出，然后再導入另一個應用系統(如WindChill)，對于常用的PLM系統，(如TeamCenter和WindChill)，可以開發(fā)對應的插件，通過這些插件，應用系統可以直接將零部件的技術數據打包，并且將TDP實用工具附加其中。另一方面，由于中小型企業(yè)無力承擔PLM的改造，TDP可以采用直接連接的方式，與各個業(yè)務系統相連，同樣，對于常用的業(yè)務系統軟件，可以開發(fā)對應接口實現數據的交換，對于使用量較少的或者定制的業(yè)務系統，TDP可以通過文件交換的方式，從TDP包中將對應文件導出再導入到對應業(yè)務系統之中，實現數據的交換。

為實現對跨企業(yè)間業(yè)務協同的支持和與企業(yè)內部其他業(yè)務系統之間的信息共享，TDP還可以為相應需求留有接口，從而實現如面向管理層的輕量級模型展示，仿真結果的傳遞，產品信息封裝及企業(yè)之間的交換等。

圖9　TDP與現有系統連接

3　結論

本文對TDP技術做了介紹并針對TDP在國內行業(yè)的應用進行了初步的設計。TDP作為企業(yè)信息化過程中實現信息共享的重要一環(huán)，具有格式統一、信息規(guī)范、跨域共享、搭建簡單、擴展性強等優(yōu)勢。由于TDP的研究剛剛起步，如何利用好TDP作為信息化企業(yè)中信息共享的技術，將各企業(yè)各業(yè)務平臺由于系統原因形成的數據孤島打破，實現全供應鏈技術信息的共享，具有很強的現實意義。TDP是企業(yè)信息化過程中實現邏輯上連接的鏈路，TDP性能的好壞也將直接影響到企業(yè)內部信息共享的效率，只有從實際出發(fā)，沿著理論結合實際的路線，針對中國企業(yè)的特點進行設計，才能推動企業(yè)信息化的進程。

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(責任編輯楊繼森)

Design of Using Technical Data Package Technology to Achieve Manufacturing Information Sharing

WANG Zhena，ZOU Hong-xiab

(a.Department of Graduate Management; b.Department of Information Equipment,Equipment Academy of PLA, Beijing 101416, China)

TDP is a data packaging technology for information sharing, and it’s one of the key technologies for Manufacturing Information and a good method for product lifetime data transmission and management. It’s unclassified in 2009 and published in 2013 by the American military with standard file MIL-STD-31000A. This paper made analysis of TDP with its advantages and data package structure based on the concept of standard file. On the background of Chinese’s current manufacturing situation, this paper presenteed some goals for enterprise information sharing and cross-chain cooperies, and made design of TDP data package producing technological process, TDP communication through network and the connection between TDP software and host system software.

TDP; technical data package; information sharing; manufacturing information

2016-02-05；

2016-03-11

王楨(1992—)，男，碩士研究生，主要從事信息科學與控制工程研究。

10.11809/scbgxb2016.08.031

format:WANG Zhen，ZOU Hong-xia.Design of Using Technical Data Package Technology to Achieve Manufacturing Information Sharing[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(8):137-141.

TP391

A

2096-2304(2016)08-0137-06

【信息科學與控制工程】