航天制造業(yè)PDM分層集成規(guī)范研究及應(yīng)用

晁曉娜 樊 玲 王 沁

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航天制造業(yè)PDM分層集成規(guī)范研究及應(yīng)用

晁曉娜 樊 玲 王 沁

（上海航天設(shè)備制造總廠有限公司，上海 200245）

針對(duì)航天制造業(yè)PDM深化全型號(hào)應(yīng)用，構(gòu)建以PDM為核心的分層集成接口規(guī)范框架，實(shí)現(xiàn)科研生產(chǎn)多應(yīng)用系統(tǒng)間高效集成，減少信息重復(fù)交互。依據(jù)PDM數(shù)據(jù)管理基于版本控制的特點(diǎn)，將數(shù)據(jù)對(duì)象屬性及結(jié)構(gòu)關(guān)系分類抽取，提出基于C-O-V分層模式的PDM集成接口規(guī)范定義?；谠撘?guī)范定義模型，實(shí)現(xiàn)與ERP、MES等科研系統(tǒng)的高效集成實(shí)施，完成院級(jí)集成管理標(biāo)準(zhǔn)的制定發(fā)布，并在企業(yè)內(nèi)全型號(hào)設(shè)計(jì)制造一體化項(xiàng)目建設(shè)中實(shí)踐應(yīng)用。

視圖層；版本對(duì)象層；上下文層；PDM；集成接口規(guī)范

1 引言

PDM作為產(chǎn)品數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理平臺(tái)，對(duì)航天設(shè)計(jì)、制造過(guò)程的文件、模型等信息的集中技術(shù)管控[1，2]。隨著航天制造業(yè)PDM、ERP等系統(tǒng)應(yīng)用，數(shù)據(jù)重復(fù)輸入、“信息孤島”產(chǎn)生，為保證數(shù)據(jù)來(lái)源準(zhǔn)確性，提高獲取效率，PDM系統(tǒng)的集成工作尤為迫切。目前PDM的集成研究側(cè)重在集成數(shù)據(jù)的傳輸形式、集成技術(shù)的研究等方面[3～6]，對(duì)集成接口規(guī)范的研究卻很薄弱。

在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，與PDM集成交互的系統(tǒng)種類繁多，包括CAD、ERP、MES、仿真系統(tǒng)等，在集成傳輸數(shù)據(jù)的內(nèi)容上會(huì)有交叉，如BOM結(jié)構(gòu)傳遞、模型文件獲取等，在實(shí)際開發(fā)實(shí)施中，開發(fā)人員大多只針對(duì)不同集成系統(tǒng)的要求定制，造成開發(fā)工作重復(fù)性大，實(shí)施成本增加；缺乏頂層統(tǒng)一規(guī)劃，造成PDM端集成接口開發(fā)規(guī)范混亂；隨著集成工作的深入，數(shù)據(jù)交互類型及內(nèi)容的增加，后期維護(hù)工作變得非常困難。所以定義統(tǒng)一集成接口規(guī)范，提高集成傳輸數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)性，構(gòu)建以PDM為核心的集成框架工作尤為重要。

依據(jù)PDM數(shù)據(jù)管理基于版本控制的特點(diǎn)，提出基于C-O-V（Context-Object-View，上下文-對(duì)象-視圖）模式的PDM集成接口規(guī)范，并在型號(hào)生產(chǎn)中完成實(shí)踐應(yīng)用。此集成接口規(guī)范的驗(yàn)證應(yīng)用，不僅規(guī)范了以PDM為核心的統(tǒng)一集成框架，而且減少了企業(yè)集成工作的實(shí)施成本。

2 C-O-V模式定義原則

2.1 PDM集成數(shù)據(jù)分類

從航天制造業(yè)PDM系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)的不同維度區(qū)分，定義如下：

a. 按系統(tǒng)涉及的業(yè)務(wù)對(duì)象可分為：產(chǎn)品類數(shù)據(jù)，在PDM系統(tǒng)中，以零部件形式存在，通過(guò)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的形式組織各種產(chǎn)品數(shù)據(jù)；文檔類數(shù)據(jù)，在PDM系統(tǒng)中，將各類設(shè)計(jì)工藝技術(shù)文件、模型文件等統(tǒng)稱為文檔。

b. 按對(duì)象的存儲(chǔ)形式可分為：結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，可單獨(dú)解析提取的數(shù)據(jù)信息，包括PDM中管理的產(chǎn)品圖號(hào)信息、附加屬性信息等；非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，包括三維模型、二維工程圖以及多媒體類型的數(shù)據(jù)等，以電子倉(cāng)庫(kù)等形式存放。

c. 按對(duì)象的產(chǎn)生形式可分為：外部系統(tǒng)文件，外部系統(tǒng)產(chǎn)生的，需納入PDM統(tǒng)一管理的數(shù)據(jù)，如ERP端產(chǎn)生的現(xiàn)場(chǎng)問題處理單等。PDM接收外部系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，有兩種處理方式，一是存儲(chǔ)在PDM關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，二是僅作為PDM對(duì)象的外部參考信息處理；系統(tǒng)自定義文件，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求定義，不依賴第三方集成工具，在PDM內(nèi)部進(jìn)行對(duì)象的定義及管理。

綜合以上分析，歸納定義見表1。

表1 PDM數(shù)據(jù)分類定義

2.2 C-O-V模式定義原則

圖1 C-O-V模式結(jié)構(gòu)定義

以PDM為核心的集成交互數(shù)據(jù)在PDM中都需定位到特定系統(tǒng)版本對(duì)象，以獲取相關(guān)信息。所以在與外部系統(tǒng)集成時(shí)，接口數(shù)據(jù)的管理可歸納為：在指定的上下文環(huán)境下，以特定版本的對(duì)象所關(guān)聯(lián)信息（結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）的視圖重構(gòu)。故在考慮PDM集成管理時(shí)，分割為三層進(jìn)行考慮，即C-O-V模式，如圖1所示，從下到上依次為：上下文層（Context-layer）、系統(tǒng)版本對(duì)象層（Object-layer）、視圖層（View-layer），其中上層級(jí)數(shù)據(jù)受下層級(jí)輸入影響。

a. 上下文層。指PDM中版本對(duì)象所對(duì)應(yīng)的上下文，如產(chǎn)品相關(guān)的技術(shù)狀態(tài)定義。該上下文根據(jù)集成存取方式的不同，可以由外部系統(tǒng)或PDM自行指定，依據(jù)該上下文定義的顆粒度，最低可以對(duì)應(yīng)到PDM特定系統(tǒng)版本對(duì)象。如通過(guò)產(chǎn)品圖號(hào)+研制階段作為上下文定義，則默認(rèn)取到該研制階段下的最新系統(tǒng)版本對(duì)象。

b. 版本對(duì)象層。系統(tǒng)版本對(duì)象依據(jù)上下文層決定，根據(jù)業(yè)務(wù)需求指定的版本定義，在PDM系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)到特定的系統(tǒng)版本對(duì)象，該系統(tǒng)版本依據(jù)PDM系統(tǒng)相應(yīng)規(guī)則自行定義，主要用于表示系統(tǒng)內(nèi)部對(duì)象變更等變化，如：A、A.1、B，……等。特殊情況下，無(wú)版本定義的對(duì)象默認(rèn)只有一個(gè)版本；

c. 視圖層。指PDM中由不同系統(tǒng)版本對(duì)象關(guān)聯(lián)的信息（分為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）進(jìn)行的多視圖重構(gòu)。如根據(jù)特定版本的產(chǎn)品對(duì)象，可選擇產(chǎn)品基本信息、產(chǎn)品關(guān)聯(lián)的模型文件、產(chǎn)品關(guān)聯(lián)的描述文檔等信息進(jìn)行組合，構(gòu)成版本對(duì)象關(guān)聯(lián)的不同信息組織視圖，以完成PDM與外部系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)的傳遞。

3 基于C-O-V的PDM集成接口規(guī)范

3.1 C-O-V模式數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

圖2 視圖層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義

視圖層作為版本對(duì)象關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)的頂層組織，是外部系統(tǒng)集成組合數(shù)據(jù)的結(jié)果層，受上下文層和版本對(duì)象層影響。視圖層結(jié)構(gòu)模型如圖2所示，視圖層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義用五元組表示：

VS={Version,Object,Link,,} （1）

a. Version表示集成版本集:

Version{1,2,3……v}（2）

v描述上下文層，版本數(shù)據(jù)信息，主要包括版本類型、版本值等，可依據(jù)PDM中產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)管理進(jìn)行定義，如研制階段、批次信息、基線信息等。

b.Object表示產(chǎn)品關(guān)聯(lián)對(duì)象集，由上下文層決定：

Object={1,2,3……ob}（3）

ob描述產(chǎn)品對(duì)象層，主要包括工藝設(shè)計(jì)及制造關(guān)聯(lián)對(duì)象，如工藝文件、產(chǎn)品對(duì)象、工藝路線等。

c.Link表示產(chǎn)品關(guān)聯(lián)關(guān)系集，與兩個(gè)及以上產(chǎn)品對(duì)象綁定：

Link={1,2,3……lk} （4）

lk描述產(chǎn)品對(duì)象層關(guān)聯(lián)的對(duì)象關(guān)系，主要包括產(chǎn)品與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)關(guān)系、產(chǎn)品與關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)及工藝文件信息、文件與文件關(guān)系等。

d.描述對(duì)象本身的屬性信息集，與產(chǎn)品關(guān)聯(lián)對(duì)象綁定：

={1,2,3……o}（5）

O描述產(chǎn)品對(duì)象的基本信息，主要包括對(duì)象ID、名稱、類型、來(lái)源等屬性信息，對(duì)象主要涉及PDM中管理的各類技術(shù)文件等。

e.描述對(duì)象關(guān)系的信息集，與產(chǎn)品關(guān)聯(lián)關(guān)系綁定：

={12}（6）

r描述關(guān)系數(shù)據(jù)信息，主要包括父對(duì)象ID、子對(duì)象ID、使用數(shù)量、定額信息等，不僅包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類關(guān)系，結(jié)構(gòu)化工藝規(guī)程信息也包含在內(nèi)。

3.2 集成接口規(guī)范實(shí)例定義

注：A-B(B')表示當(dāng)B代號(hào)相同時(shí)，A代號(hào)順序表示操作流程。當(dāng)A代號(hào)相同時(shí)，表示A-B(B')操作任選其一執(zhí)行。PDM集成模塊返回結(jié)果關(guān)聯(lián)接口調(diào)用為：(4-0)getAllVersionList；(4-1)getAllBatches；(4-2)getAllPhases；(4-3)getAllBaseLines；(7-1)getPhaseFromBatch；(7-1’)getBLFromBatch； (7-2)getBLFromPhase；(10-1)getBLFromBatchAndPhase

基于C-O-V模式的PDM集成定義原則，PDM端集成接口規(guī)范的定義劃分為上下文層、版本對(duì)象層、視圖層。以獲取特定版本圖號(hào)相關(guān)的版本為例，接口應(yīng)用時(shí)序圖如圖3所示，以獲取視圖層BOM結(jié)構(gòu)定義為例，如下所示。此時(shí)上下文層表示技術(shù)狀態(tài)信息調(diào)用。以工藝文件屬性信息查看為例，PDM集成信息傳遞為版本對(duì)象層，過(guò)程為上下文層→版本對(duì)象層。工藝路線信息的集成操作為PDM中多種對(duì)象信息的組合，此時(shí)操作在視圖層，過(guò)程為上下文層→版本對(duì)象層→視圖層。同樣在與其他外部應(yīng)用系統(tǒng)（如ERP等）集成時(shí)，首先明確各層的集成需求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)各接口的定義。

以PDM為核心的C-O-V模式集成接口規(guī)范的制定，將PDM數(shù)據(jù)管理接口規(guī)范化封裝，確保接口的重復(fù)利用，無(wú)需針對(duì)不同的第三方應(yīng)用系統(tǒng)單獨(dú)進(jìn)行接口定制，將PDM對(duì)外接口統(tǒng)一封裝。分層集成接口的制定，同時(shí)確保后續(xù)接口的可擴(kuò)展性，在不同類型層面（版本層、對(duì)象層、視圖層）進(jìn)行獨(dú)立擴(kuò)充，確保了PDM接口的規(guī)范一致性及標(biāo)準(zhǔn)化管理。

獲取視圖層BOM結(jié)構(gòu)標(biāo)簽定義：

父件編碼（如：ZEB1010）

父件名稱

父件系統(tǒng)版本（如：A.5）

父件類型（如：自制件）

父件研制階段（如：C）

.

工藝文件編號(hào)

工藝文件名稱

工藝文件版本

……

4 基于C-O-V的PDM集成接口規(guī)范應(yīng)用

4.1 應(yīng)用總體框架

以C-O-V模式的集成接口規(guī)范為依據(jù)，劃分以PDM為核心的集成應(yīng)用實(shí)現(xiàn)框架，如圖4所示。

圖4 C-O-V模式下PDM系統(tǒng)集成框架

該框架以PDM為規(guī)劃設(shè)計(jì)核心，基于C-O-V模式的集成接口規(guī)范的應(yīng)用構(gòu)架，描述與科研生產(chǎn)其他應(yīng)用系統(tǒng)（ERP、MES、檔案管理系統(tǒng)等）的集成應(yīng)用。采用通用xml形式（或視圖等）傳輸[7，8]：

a. 支撐層主要為底層數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、軟硬件的支撐環(huán)境等，提供數(shù)據(jù)管理的最基本功能；

b. 對(duì)象層主要對(duì)產(chǎn)品不同對(duì)象本身信息及關(guān)系進(jìn)行結(jié)構(gòu)化管理，為功能層提供對(duì)象基礎(chǔ)；

c. 功能層基于對(duì)象層，根據(jù)航天制造業(yè)數(shù)字化工藝業(yè)務(wù)管理的建設(shè)要求，提供相應(yīng)的功能模塊；

d. 集成層為PDM系統(tǒng)與外部系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的集成操作，在集成過(guò)程中，企業(yè)根據(jù)自身的業(yè)務(wù)需求及第三方應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)，確定信息交換的方式。集成方案集成數(shù)據(jù)傳輸可采用API接口、交換文件及共享數(shù)據(jù)庫(kù)方式[9，10]。PDM集成框架與底層實(shí)現(xiàn)無(wú)關(guān)，在異構(gòu)PDM系統(tǒng)集成開發(fā)時(shí)，只需實(shí)現(xiàn)有關(guān)的數(shù)據(jù)交互封裝接口。

4.2 應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)實(shí)踐

基于以PDM為核心的分層集成接口規(guī)范定義，第三方應(yīng)用（ERP、MES、檔案管理系統(tǒng)等）信息集成時(shí)根據(jù)業(yè)務(wù)需求，依據(jù)2.2《集成接口規(guī)范實(shí)例定義》的原則，在企業(yè)科研生產(chǎn)實(shí)際業(yè)務(wù)中實(shí)踐應(yīng)用，且推廣至全型號(hào)。以下以主要核心業(yè)務(wù)為例進(jìn)行說(shuō)明：

a. PBOM結(jié)構(gòu)及其屬性向ERP傳遞

型號(hào)調(diào)度通過(guò)該入口根據(jù)PDM系統(tǒng)基線、圖號(hào)條件查詢獲取ERP所需特定版本PBOM，PDM系統(tǒng)通過(guò)封裝的形式自動(dòng)將PBOM結(jié)構(gòu)及其屬性信息后臺(tái)傳遞至ERP系統(tǒng)，生成ERP系統(tǒng)所管理的工程BOM結(jié)構(gòu)。

b. 工序路線向ERP/MES系統(tǒng)傳遞

車間調(diào)度通過(guò)該入口以PDM系統(tǒng)基線、圖號(hào)為條件獲取特定版本PBOM節(jié)點(diǎn)下最新狀態(tài)的工藝文件中，ERP/MES所需的“工序路線”，PDM系統(tǒng)通過(guò)封裝的形式自動(dòng)將所選工藝文件下的工序路線信息后臺(tái)傳遞至ERP系統(tǒng)，生成ERP系統(tǒng)所管理的工序路線。

c. 工藝文件和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)向MES系統(tǒng)傳遞

車間操作人員可以通過(guò)條碼掃描或點(diǎn)擊MES系統(tǒng)中的作業(yè)任務(wù)，通過(guò)任務(wù)關(guān)聯(lián)特定版本的零部件狀態(tài)信息，在PDM系統(tǒng)中搜索到相應(yīng)版本的零部件，并獲取該零部件在EBOM和PBOM視圖下所有關(guān)聯(lián)的已歸檔的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)。

4.3 管理標(biāo)準(zhǔn)的制定

基于C-O-V模式的分層集成接口規(guī)范定義原則，制定完成并發(fā)布上海航天技術(shù)研究院院標(biāo)《Q/RJ/Z 126-2018 PDM與CAMP集成接口規(guī)范》（CAMP：上海航天技術(shù)研究院ERP系統(tǒng)統(tǒng)稱），規(guī)定了PDM平臺(tái)與ERP平臺(tái)間集成接口規(guī)范定義，為PDM平臺(tái)與ERP平臺(tái)集成提供服務(wù)定義，是各單位設(shè)計(jì)開發(fā)PDM平臺(tái)與ERP平臺(tái)集成的依據(jù)。本標(biāo)準(zhǔn)適用于PDM平臺(tái)與ERP平臺(tái)間集成開發(fā)與實(shí)施，PDM平臺(tái)與其它系統(tǒng)集成接口可參照?qǐng)?zhí)行。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文基于C-O-V上下文層、版本對(duì)象層、視圖層進(jìn)行PDM集成數(shù)據(jù)訪問方式定義，根據(jù)航天制造業(yè)PDM建設(shè)業(yè)務(wù)對(duì)象的特點(diǎn)分離定義，對(duì)于集成的數(shù)據(jù)時(shí)機(jī)、集成對(duì)象的類型、集成關(guān)聯(lián)具體數(shù)據(jù)的問題，從業(yè)務(wù)需求角度，明確技術(shù)實(shí)現(xiàn)的定義，層次間相對(duì)獨(dú)立，易于擴(kuò)充。

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Research and Application of PDM Layered Integrated Interface Specification in Aerospace Manufacturing Industry

Chao Xiaona Fan LingWang Qin

(Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer Co., Ltd., Shanghai 200245)

For deepening the full-model application with PDM in the aerospace manufacturing, a layered integrated interface specification framework with PDM as the core is to be built, to reduce information islands and repeated information interaction. According to the characteristics of version control based on PDM data management, the properties and structural relationship of the data objects were classified, and extracted and the definition of PDM integrated interface specification based on C-O-V (Context-Object-View) layered mode was proposed. Based on the model in specification definition, the efficient integrated facilities with scientific research systems such as ERP, MES and so on were realized, to complete the formulation and release of the institutional integrated management standards, and practice the application in the construction of all-model design and production integration projects in the enterprise.

object-layer；version-layer；context-layer；PDM；integrated interface specification

國(guó)家自然科學(xué)基金-航天先進(jìn)制造技術(shù)研究聯(lián)合基金項(xiàng)目（U1537110）。

晁曉娜（1986），碩士，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)專業(yè)；研究方向：航天科研生產(chǎn)管理信息化、數(shù)字化。

2018-09-06