（机械制造及其自动化专业论文）产品数据管理中的关键技术研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 竺苎竺阜l u l l 鼍! ! 詈竺! ! = ! 竺苎! ! ! 巴! ! ! = 竺皇皇= = ! ! ! ! ! 寰 摘要 fz 夕3 、二 产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，p d m ) 是企业信息化的一个重要组 成部分。随着信息技术的飞速发展和企业管理水平的提高，p d m 即将得到广泛嘘用。 然而目前中国p d m 技术只是刚刚起步，满足不了中国制造业企业信息化建设的需 要，为此，本文对产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，p d m ) 进行了深入的 研究。 作者的主要研究成果如下：从制造业企业信息化平台建设的整体构想出发，分 析研究了p d m 的概念、特点、应用状况、以及在企业信息化中的作用；建立了p d m 主要功能模块的信息模型，包括用户与权限模型、电子仓库与文档管理模型、产品 结构与配置管理模型、对象分类与检索模型、工作流管理模型、工程更改管理模型 和项目管理模型；设计了p d m 应用系统的框架结构，并且提出其切实可行的实现策 略；最后，实现了p d m 的原型系统。 本文的主要特色表现在：信息模型密切结合中国制造业的现状，反映企业的真 实需求；设计的应用系统采用三层的b s 结构，使用多项先进的计算机技术实现， 如分布式的组件技术、w e b 技术、s t e p 标准以及完全面向对象的建模语言 肛一t 因此该应用系统具有瘦客户端、扩展性、平台异构性、实时性等特点。 关链：司：产品数据管理 c o r b a客户机服务器 面向对象因特网 华中科技大学硕士学位论文 a b s 仃a c t p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ( p d m ) i so n eo ft h em o s ti m p o r t a n tp a r t so fe n t e r p r i s e i n f o r m a t i z a t i o n w i t l lt h er a p i dd e v e l o p m e n to fi ta n dt h ei m p r o v e m e n to fe n t e r p r i s e m a n a g e m e n ts t a n d a r d ，p d mi sg o i n gt o b ea p p l i e dw i d e l y h o w e v e r , n o w a d a y sp d m t e c h n o l o g y i nc h i n ai so n l yo nt h ee l e m e n t a r y s t a g ew h i c h c a l ln o tm e e tt h er e q u i r e m e n to f e n t e r p r i s e i n f o r r n a t i z a t i o no fm a n u f a c t u r i n g i n d u s t r y i n t h i s t h e s i s ，p r o d u c t d a t a m a n a g e m e n t i ss t u d i e d d e e p l y t h e p r i n c i p a lr e s e a r c ha c h i e v e m e n t o ft h ea u t h o ri sa sf o l l o w s ：f i r s t l y , b a s e do nt h e c o n c e p t o fm a n u f a c t u r i n g e n t e r p r i s e i n f o r m a t i z a t i o np l a t f o r m ，t h ec o n c e p t ，c h a r a c t e r , a p p l i c a t i o ns t a t u sa n df u n c t i o ni nt h ee n t e r p r i s ei n f o r m a t i z a t i o no fp d m a r ea n a l y z e d s e c o n d l y , t h ei n f o r m a t i o nm o d e l so fm a i nf u n c t i o nm o d u l e s a r es e tu p ，i n c l u d i n gu s e r s a n da c c e s sc o n t r o lm o d u l e ，v a u l ta n dd o c u m e n tm a n a g e m e n tm o d u l e ，p r o d u c ts t r u c t u r e a n dc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n tm o d u l e ，o b j e c tc a t a l o ga n dr e t r i e v a lm o d u l e ，w o r kf l o w m a n a g e m e n tm o d u l e ，e n g i n e e r i n gc h a n g em a n a g e m e n t m o d u l ea n dp r o j e c tm a n a g e m e n t m o d u l e t h i r d l y , t h ef r a m e w o r ka n df e a s i b l ei m p l e m e n t a t i o np o l i c yo fp d ma p p l i c a t i o n s y s t e ma r er e a l i z e d f i n a l l y ，t h ep d m a n t i r y p ci sr e a l i z e d ， t h ei n n o v a t i o i l so ft h er e s e a r c ha r ea sf o l l o w s ：t h ei n f o r m a t i o nm o d e io r i e n t st ot h e c u r r e n ts t a t u so fc h i n e s em a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y , e x p r e s s i n gt h er e a lr e q u i r e m e n t so f e n t e r p r i s e s t h ea p p l i c a t i o ns y s t e ma d o p t s b s f r a m e w o r k ，e m p l o y i n gm a n yn e w c o m p u t e rt e c h n o l o g i e s ，s u c h a sd c o m ，w e bt e c h n o l o g y , s t e ps t a n d a r da n du m l l a n g u a g e ，s ot h a tt h ea p p l i c a t i o n i se x p a n d a b l e ，i s o m e r i cp l a t f o r m , r e a lt i m ea n ds oo n k e y w o r d s ：p r o d u c td a t a m a n a g e m e n t c o r b a c l i e n t s e r v e r o b j e c t o r i e n t e d i m e m e t 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 i 本课题的来源、目的和意义 制造业是国民经济的原动力，我国经济增长的一半以上靠工业增长拉动，外贸 出口的九成来自机械工业。对于没有完全实现工业化的我国而言，调整和升级产业 结构，实现经济增长方式由速度型向质量型、由粗放型向集约型转变是重要任务。 但是，由于缺乏具有自主知识产权的产品和关键技术，在按国际标准划分的4 0 个制 造行业中，我国制造业普遍缺乏国际竞争力。 大力推进企业信息化，是贯彻“以信息化带动工业化”战略的核心。信息化是 对企业管理理念的创新，管理流程的再造，管理团队的重组，管理手段的革新。纵 观企业技术创新、管理创新和制度创新的各个方面，无处不伴随着计算机网络技术 的应用，信息和知识已成为企业重要战略资源，信息化成为企业增强竞争力的重要 途径。 产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，p d m ) 是企业信息化建设的重要内 容，也是我国企业管理发展的一个重要方向( 统计表明：目前国内企业中8 3 5 9 1 的亟 待实施管理信息系统，其中实施产品数据管理系统的需求量占据2 1 以上) i 1 。 国外p d m 技术发展较快，功能齐全，如s d r c 公司的m e m p h 够e 和u g s 的i m a n 等。但是由于价格高，国内的很多企业只能望洋兴叹，并且它们不能较好的符合我 国企业的实际管理模式和生产水平，不能结合企业的实际提供全面、深入的技术支 持和服务。因此发展我国的p d m 技术是非常必要和具有市场前景的。 目前我国p d m 技术只是刚刚起步，在功能、性能及稳定性方面与国外软件还有 差距【2 i 。目前已有几家单位在做这项工作，如华中科技大学的天喻公司、开目公司、 清华大学的高华公司、中科院的凯思公司、浙江大学和南京同创公司等等，但大部 分产品的功能较为简单，只是在自己的c a d 软件下集成了一些图档管理功能，部分 产品也正向数据结构管理、过程管理等方向发展。因此我们必须看到，目前国内p d m 的研究开发水平并不很理想。前不久国家科委8 6 3 计划c i m s 主题专家组还曾对国 内p d m 软件进行公开招标，希望能在这一领域形成一个产业。 。 开目公司一直以来致力于中国制造业企业的信息化建设，倾心打造中国数字化 企业旗舰，自主开发了c a d c a p p b o m p d m 等信息化产品，具有丰富的p d m 和 电子商务技术积累。为了加速中国p d m 技术的发展，决定在已有的p d m 产品的基 础上进行更深入的研究。 华中科技大学硕士学位论文 本课题是开目p d m 技术研究的部分。 1 2 p d m 的概念 在2 0 世纪的6 0 、7 0 年代，企业在其设计和生产过程中开始使用c a d 、c a m 等 技术，新技术的应用在促进生产力发展的同时也带来了新的挑战。对于制造企业而 言，虽然各单元的计算机辅助技术已经日益成熟，但各自动化单元自成体系，彼此 之间缺少有效的信息沟通与协调，这就是所谓的“信息孤岛”问题。在这种情况下， 许多企业已经意识到：实现信息的有序管理将成为它们在未来的竞争中保持领先地 位的关键因素。产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，p d m ) 正是在这一背景 下产生的一项新的管理思想和技术。 产品数据管理可以定义为以软件为基础，管理与产品相关的信息( 包括电子文 档、数字化文件、数据库记录等) 和所有与产品相关的过程( 包括审批发放过程、 工程更改过程、一般工作流程等) 的技术。它提供产品全生命周期( 包括市场需求 调研、产品开发、产品设计、制造、销售、售后服务) 的信息管理，并可在企业范 围内为产品设计和制造建立个并行化的协作环境。 作为p d m 的同义词，不同的系统供应商还有以下定义p i ： e d m ： e n g i n e e r i n g d a t a m a n a g e m e n t ，工程数据管理； ， e p d m ：e n t e r p r i s e p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，企业产品数据管理； p d mi i ：p r o d u c td e v e l o p m e n tm a n a g e m e n t ，产品开发管理； v p d m ：v i r t u a lp r o d u c td e v e l o p m e n tm a n a g e m e n t ，虚拟产品开发管理； d m ：d o c u m e n t m a n a g e m e n t ，文件管理； p i m ：p r o d u c ti n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，产品信息管理； t i m ：t e c h n i c a li n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t ，技术信息管理； e d b ： e n g i n e e r i n gd a t a b a s e ，工程数据库： p d m 明确定位为面向制造企业，以产品为管理核心，以数据、过程和资源为管理信 息的三大要素。p d m 进行信息管理的两条主线是静态的产品结构和动态的产品设计 流程，所有的信息组织和资源管理都是围绕产品设计展开的。p d m 继承并发展了c i m 等技术的核心思想，在系统工程思想的指导下，用整体优化的观念对产品设计数据 和过程进行描述，规范产品生命周期管理，保持产品数据的一致性和可跟踪性。2 d m 的核心思想是设计数据的有序、设计过程的优化和资源的共享。 2 华中科技大学硕士学位论文 1 3p d m 的发展 p d m 的发展可以分为以下三个阶段。 ( 1 ) 第一代p d m ( 配合c a d 工具的p d m ) 1 4 i 早期的p d m 产品的目标是解决大量电子数据存储和管理问题。功能主要包括电 子绘图仓库、数据版本控制和初步的产品结构管理。随着p d m 的发展，后来又在此 基础上增加了产品配置管理等功能。此时的p d m 已经不再是为技术人员提供单纯的 工具，还提供了简单的管理功能，但这种管理尚未到达企业一级，而是在部门层次 上进行一定的管理。管理方式体现在产品开发的过程模型上，进行产品开发的技术 人员必须遵循一定的步骤进行产品开发。所以第一代的p d m 属于平台软件时代的产 品。 第一代p d m 产品仅在一定程度上缓解了“信息孤岛”问题，仍然普遍存在系统 功能较弱、集成能力和开放程度较低等问题。目前国内的p d m 产品大部分属于这个 阶段的产品。 ( 2 ) 第二代p d m ( p d m i i ) 随着企业竞争的加剧，缩短产品开发时间、降低生产成本已经成为企业所面临 的挑战。面对这样的挑战，第一代的p d m 已经不能满足企业的需求，于是出现了第 二代产品数据管理系统。 p d m i i 最初由g a r t n e rg r o u p 提出，其后i b m 、e n o v i a 等公司为了在产品开 发过程中得到更好的t q c ( 时间、质量和成本) 效益，又对其做了进一步的发展。 p d m i i 隐含着这样的基本管理思想：通过流程自动化手段将技术人员放到产品 开发的流水线中去，并通过自动化的流程追求产品开发的低成本和高效率。它具有 三个核心的要素：虚拟产品开发管理( v p d m ) 、传统的p d m 和e r p 系统。由于p d m i i 依然是在大规模制造的范式下追求着大规模制造类似的目标，因此我们可以认为 v p d m 系统属于管理软件时代的产品。 与第一代p d m 产品相比，第二代p d m 产品中出现了许多新功能，如对产品生 命周期内各种形式的产品数据的管理能力、对产品结构与配置的管理、对电子数据 的发布和更改的控制以及基于成组技术的零件分类管理与查询等，同时软件的集成 能力和开放程度也有较大的提高，少数优秀的p d m 产品可阻真正实现企业级的信息 集成和过程集成。第二代p d m 产品在技术上取得巨大进步的同时，在商业上也获得 了很大的成功。 目前，p d m i i 理念和实践本身也处在不断地深化之中，国际上大多数p d m 厂商 所提供的产品属于这一系列，如s d r c 公司的m e t a p h a s e 和u g s 的i m a n 等。 华中科技大学硕士学位论文 ( 3 ) 第三代p d m ( c p c ) 伴随着2 l 世纪的到来，全球范围内的企业迎来了一个新的全球化市场。所有的 企业都面临着市场竞争带来的诸多挑战，涉及：客户化需求、产品的交货期、产品 的质量、成本和服务、人才流动。如何解决好这些问题，关系到企业的生死存亡。 企业必须快速、有效地与世界范围内的客户、制造商、分销商和供应商传递和共享 对于他们来说至关重要的信息。因此能够适应知识经济时代的要求、适应激烈的全 球化经济竞争的信息化解决方案成为企业迫切需要。二十世纪九十年代后期，协同 产品商务( c o l l a b o r a t i v ep r o d u c tc o m m e r c e ，c p c ) 作为顺应这种需求解决方案被提 出。 。 c p c 利用i n t e m e t 技术，把产品设计、工程、原料选用( 包括制造和采购) 、销 售、营销( 及其它职能部门) 、现场服务以及客户紧密地联系在一起，把产品知识财 富提升到工程部门之外，在协作过程中寻求新的商业机会的解决方案( 其体系结构 如图1 1 所示) 。它把传统p d m 的功能扩展到了广义企业的信息、过程和管理集成 平台的高度。 c p c 大大改善离散型制造企业的核心业务过程，实现产品的客户化定制以及快 速地推出创新产品，提供了一种灵活、联邦式的“虚拟企业”模型，把各种不同的、 自成一体的系统结合到一起，像一个整体样工作1 5 l 。 在c p c 中被授权的用户，不管他们使用什么样的工具，不管他们在地理上或供 应网中位于何处都可以使用任何一种标准的浏览器软件查看、操作广义企业信息系 统视图中的信息。由于企业的信息资源位于多个信息仓库中，并且由相互独立的实 施和维护系统来管理，因此c p c 的重要特点是数据和应用功能的松散耦合式集成， 一种并不依赖数据通用性来保证个体之间的相互协作的统一的数据模型。 1 9 9 7 年7 月，o m g 组织公布了其p d me n a b l e r 标准草案。作为p d m 领域的第 一个国际标准，本草案由许多p d m 领域的主导厂商参与制订，如i b m 、s d r c 、p t c 等。p d me n a b l e r 的公布标志着p d m 技术在标准化方面迈出了崭新的一步。p d m e n a b l e r 基于c o r b a 技术，就p d m 的系统功能、p d m 的逻辑模型和多个p d m 系 统间的互操作提出了一个标准1 6 l 。这一标准为c p c 的发展奠定了基础。 从p d m i i 到c p c 是一个本质的飞跃，二者追求的目标有了非常明显的区别，协 同产品商务己经明确地将企业的产品知识和过程看成企业的财富或资源，这就隐含 着这样的基本看法：对知识资源的合理配置是一项创新工作，它能实现企业财富的 创造。 目前国际上许多p d m 公司相继推出个各自的c p c 版本或c p c 解决方案。其中 比较成熟的产品有p t c 公司的w i n d c h i l l | _ ”。协同产品商务的理念还在不断的发展与 塞萱查生1 4 华中科技大学硕士学位论文 1 4p d m 的应用 图l - 1c p c 解决方案的体系结构 据国外资料统计，p d m 的应用能使产品设计周期缩短2 5 ，减少工程设计修改 4 ，加快产品投放市场进度5 0 8 0 ，总成本削减2 5 以上。国外的一些汽车、 飞机公司实施p d m 系统后均大大提高了企业的效益。国内根据对机电工业近五百家 企业调查，新产品开发周期平均达2 4 个月，其中单件、小批量产品的生产技术准备 周期约占供货期的3 2 ，有的高达6 0 ，采用p d m 技术后，可缩短生产周期 5 0 8 0 。c i m s 示范应用企业使用p d m 新技术后，在减低产品开发成本、提高设 计能力方面均取得了明显的效果。随着中国信息化进程的发展，国内应用p d m 系统 的企业也越来越多，p d m 产品的开发与应用进入了快速发展时期p l 2 4 1 o 本文将p d m 的典型应用领域归纳为如下： ( 1 ) 大型复杂产品研制企业 如飞机、导弹、卫星、电信产品、汽车、机车车辆、造船、大型专用或通用设 备、雷达设备、导航设备等设计制造企业。这些企业的特点是分布在不同的地域、 每个产品都有几万甚至上百万个零部件。采用p d m 技术，可以大大地提高扔同研发 和管理水平，减少各种各样的差错，开展并行工程，实现所有相关人员的数据和信 息共享，降低成本，缩短产品开发周期，创造巨大的经济效益。 ( 2 ) 软件开发公司 软件开发属于比较典型的协同式产品研发工作，最适合采用p d m 的平台进行研 发文档管理、项目管理、工作流管理、版本管理、审批发放管理、授权管理和数据 华中科技大学硕士学位论文 共享、程序共享、重用和联合调试等等1 1 4 | ，w m d c h i l l 和e m a t r i x 产品都是在各自的 p d m 环境下进行软件系统的升级和开发的。 ( 3 ) 各类设计院所 我国各类专业设计院所的主要任务是大量出图，包括工程图纸、计算数据和技 术说明书等。当前，由于甩掉了图板，采用了c a d 技术产生了大量的电子文档。因 此，不少设计院采用了面向文档管理的e d m 系统。虽然设计院每次设计的图纸不尽 相同，甚至会有很大的变化，但是基本的设计都是样的，只有提高设计的重用率 才是最经济的。而且在设计和旆工中，审批、更改的工作会经常发生。当工程完成 后，必须将正确的图纸和技术说明等资料存档。为有效地管理和控制动态的数据， 提高设计的重用率，缩短设计周期，保证质量和降低成本，已经有不少设计院开始 考虑采用面向产品的p d m 技术来代替面向文档的e d m 技术。设计院所对p d m 的 应用主要限于文档管理、配置管理和简单的工作流管理，如审批发放工程更改等等。 ( 4 ) 设计制造系列件产品的企业 对用户需要定制化的产品，如各类家电类生产企业。为了适应市场日新月异的 变化，企业要不断地推陈出新，开发出高质量的新产品，领导市场的潮流。因此， 充分利用原有的产品数据，减少新开发的工作量，形成系列化的产品，就成为采用 p d m 系统的主要目标之一。 随着p d m 技术的发展，使得p d m 的应用范围大大拓展，比如目前已有不少公 司仅采用w i n d c h i l l 的c o l l a b o r a t i o n 核心模块进行企业的知识管理、进行软件开发协 调与控制、进行供应链与电子商务等用途。 1 5p d m 的优势 作者认为p d m 在帮助企业实现信息化中具有以下优势： ( 1 ) 把产品提升为企业的一种财富，使其能够在广义企业的范畴中共享。能充 分利用已有的产品资源，进行快速的产品创新。把产品提升为企业的一种财富是指 把所有与产品相关的知识、信息进行有效的获取、处理、传递和应用。一个产品的 创新并不等于构成这个产品的所有组成部分都是全新的，通过对产品信息的有效管 理和充分利用，将大大加快产品创新的速度，降低产品成本。另一方面，一个企业 中最宝贵的资源是人才，这是因为人才是知识和信息的载体。但人又是流动的、不 易控制的载体，因而需要把人的知识、信息转移到一个易控制、方便共享的载体上a ( 2 ) 允许跨企业协作，更进一步甚至可以实现随处设计、随处制造的商业目标。 随着工业经济时代的发展，企业规模不断扩大，出现了跨地域经营，企业集团化、 企业的联合、企业的购并成为企业迅速发展的有效途径，这种情况下企业不得不采 6 华中科技大学硕士学位论文 取“分散管理”的方式进行分工协作。从一个新产品的实际开发过程来看，往往有 4 0 至1 j7 0 的工作是与其他企业协作完成的。目前，许多公司已经明白，为了竞争 必须协作的道理。p d m 技术通过建立种环境，能够让地理上的空间距离消失，面 向业务流程实现纵向的流程整台式管理，实现对产品整个生产过程的资源的有效组 织和管理，帮助企业实现协作过程。 ( 3 ) 使企业更加灵活。市场情况瞬息万变，为了能够牢牢抓住稍纵即逝的机遇， 企业需要不失时机地调整他们的供应商和合作伙伴。p d m 技术能使企业在供应商和 合作伙伴发生变化时，迅速地与新供应商和合作伙伴的异构的业务系统建立联接， 方便访问和交流信息，使得企业在动态的商务环境中更加灵活【9 i 。 ( 4 ) 管理整个产品生命周期。对于每个制造厂商来讲，它必须考虑：在产品的 整个生命周期的所有阶段，从产品概念形成到产品定义、采购、生产、服务、维护 和报废，应该怎样建立、管理、改进产品。p d m 技术能够提供一套管理整个产品生 命周期的完整的解决方案，它在一个协作框架的基础上，提供产品规划、产品建模、 产品数据管理、零部件和供应商管理、工艺过程规划、制造数据发布、备品备件维 护等全面的应用管理工具。 ( 5 ) 与电子商务有机的结合。目前，电子商务( e l e c t r o n i cc o m m e r c e ，e c ) 这 个词已经为人们耳熟能详。电子商务是一个概念，可以把它理解为：电子商务是综 合运用信息技术，以提高贸易伙伴间商业运作效率为目标，将一次交易全过程中的 数据和资料用电子方式进行，实现“无纸贸易”i 蛐i 。其内容包括商品和服务交易、 金融汇兑、网上广告或提供娱乐节目。根据交易对象的不同可以将电子商务分成两 类：一类是企业与企业之间的电子商务( b u s i n e s st ob u s i n e s s ，b 2 b ) ；另一类是企 业与消费者之间的电子商务( b u s i n e s s t oc o n s u m e r ，b 2 c ) 。各个政府以及信息技术 公司积极推进电子商务的进程。在这样如此强劲推动力下，电子商务在近几年有着 爆炸式的增长。据美国信息分析公司f o r r e s t e r 调查：1 9 9 8 年，通过i n t e m e t 进行的 跨企业货物贸易额达到4 3 0 亿美元，到2 0 0 3 年将突破1 3 ，0 0 0 亿美元，年增长率为 9 9 。在电子商务中，企业间的电子商务约占7 7 ：企业与消费者之间的电子商务 约占2 3 i n l l l 2 1 。 实现企业之间电子商务，主要通过互联网络解决企业与企业之间的4 个流：资 金流、信息流、物流、业务流。从目前的情况来看，p d m 可以解决企业与企业之间 的业务流和信息流。可以说，p d m 是实现企业间电子商务( b 2 b ) 解决方案的有机 组成部分1 1 3 1 。 一一：_ 一 华中科技大学硕士学位论文 苎! ! 竺! ! ! ! ! 苎i m l ! ! ! 苎烹! ! 竺竺= ! 竺竺! 景! 苎竺! ! ! = 1 6 论文工作内容和实现目标 经过年多的科研和实践，作者在指导教师的帮助下，进行了p d m 的酽究。 作者首先做了大量的前序工作，包括；调研多个制造业企业对于p d m 需求，考察部 分企业实施应用p d m 的现状，分析比较了国内外主要的p d m 产品，阅读了p d m 的有关文献，然后在对以上工作结果的总结归纳的基础上，作者进行如下工作： ( 1 ) 分析研究p d m 的概念、发展、优势、应用状况，要求突出表现了p d m 和 制造业企业信息化的关系，以及p d m 的最新发展趋势。后续的研究内容基于第二代 的p d m ，面向第三代的p d m 。 ( 2 ) 建立p d m 主要功能模块的信息模型，要求信息模型密切结合中国制造业 企业的现状和特点，反映企业的真实需求。 ( 3 ) 设计p d m 应用系统的框架，并提出其切实可行的实现策略。要求应用系 统紧跟p d m 的发展趋势，即要求扩展性强、支持协同作业、适用性强，实施、维护 方便，而且能够满足平台异构性、大规模的事务处理、实时性通信等要求a ( 4 ) 开发p d m 原型系统，以验证本文建立的p d m 信息模型，设计的框架和提 出的实现策略。 华中科技大学硕士学位论文 2p d m 信息模型的建立 信息模型是p d m 系统信息集成的基础，它真实反映企业中所涉及的所有实体对 象的各方面信息及其相互关系，并且在系统中保持整体一致性1 1 5 i 。本章，作者结合 开目公司原p d m 用户的实际情况和需求，对p d m 系统中的主要功能进行研究，并 设计、建立了一套p d m 的主要功能模块的信息模型。 2 1 用户和权限管理 用户和权限管理的主要功能是：管理企业的用户与组织信息，设定企业权限控 制模式和进行对象访问授权，实现对系统功能和数据访问的控制。 2 1 1 用户组织 不同企业具有不同的人员组织方式，通常分为静态和动态组织两种。但是对于 p d m 系统而言，需要管理的是p d h 的用户，而不是组织的人事信息，所以不用区分静 态组织和动态组织。本文中的用户组织包含： 人员：是指企业中的真实人员。每个人员由一个唯一的人员代号标识。人员的 有关信息包括姓名、性别、地址、电话、e m a i l 、部门、职务等。 用户：是系统对使用者进行身份识别和权限分配的对象。用户帐号是用户的唯 一标识。每个用户与一个人员相关联。 角色：是从功能角度出发对用户的一种分类，具有同样角色的用户常常具有相 似的技能和责权，并可使用共同的一组功能，即具有一组共同的权限。 组织：是由多个用户组成的群体，同一个组织中的用户常常一起为某个项目工 作，可访问公共的对象集合，并共享某些资源。一个组织包含多种角色，并可以再 分为几个子组织。 组织树：由多层的组织以及组织下的角色和用户形成一个树状的结构。 组织树的模型如图2 一i 所示： 华中科技大学硕士学位论文 苎! 皇! = ! ! ii 1 1 i i ! = ! ! ! ! ! 竺! 苎! 暑竺! ! = ! ! 篁 图2 - i 组织树模型 此模型中组织由子组织或者角色组成， 户。模型中允许用户在不同的组织中兼职 没有意义的。 2 1 2 权限 一个组织中的角色对应一个或者多个用 但是没有担任任何组织中角色的用户是 权限管理需要解决的是标定对象的保护程度( 哪些操作需要保护) ，并且保证只 有经过授权的特定用户才能对已经标定保护的对象作合法操作。 权限管理的基本思想是：先在大范围内规定一般化的授权，然后对小范围内的特 例进行特殊授权。这里“范围”是指一条授权规定所适用( 或包含) 的对象或用户 的范围。 某个用户对某个对象是否具有某种操作权，由能匹配该用户和该对象、并且包含 的用户和对象范围最小的授权规定决定。换句话说，针对小范围的授权比针对大范 围的授权优先级别高。 这样既可以针对一组对象或一组用户进行一般性授权，避免了针对逐个对象、逐 个用户进行授权的麻烦；又可以针对个别对象或个别用户进行特殊授权，解决了在 一般情形下存在例外情况的问题。 比如，我们对“全部图纸”作了授权，同时对该类中的“图纸0 1 ”做了特殊授权。 则“图纸0 1 ”的访问权由对“图纸0 1 ”的授权决定，其他图纸的访问权由对“全部 图纸”的授权决定。又如，我们给“组a ”授予了公共权限，同时给该组中的用户 “张三”授予了特殊权限。则“张三”的权限取决与对“张三”的特殊授权，“组a ” 华中科技大学硕士学位论文 中的其他人的权限取决于对“组a ”的公共授权。 对于此种权限思想，提出两种权限设置方式：基于规则授权和基于对象授权。 基于规则的授权：通过定义一套规则来控制用户对数据的访问，也就是通过表达 一些常见的权限模式实现授权，而不是针对每个对象逐一进行授权。规则在系统中 全局有效。基于规则进行授权是为了大大降低用户授权的工作量。例如企业可以做 出这样的规定：只要是对象的所有者，就具有该对象的删除特权。这样就不需要对 每个对象规定谁能删除它。规则可以由用户定义，多条规则组织成一棵规则树。规 则之间具有优先级别，规则的优先级由规则在规则树中的位置决定。规则权限中具 有一条优先级别最低的规则，也就是规则树的根规则：规定默认状态下全体用户对 全体对象具有或不具有哪些特权。 基于对象的授权：这是一种基本的权限控制方式，它针对每个对象进行明确授权。 一个被明确授权的对象关联一个授权表，其中规定了各种访问者对该对象被授予或 者拒绝哪种特权。基于对象的授权是对基于规则的授权的例外处理。 为了使授权简洁明了，提出以下概念： ( 1 ) 访问者 访问者是具有某些共同特征的用户群，作为授权的接受者，避免了对逐个用户进 行授权的麻烦。访问者有不同类型，组、角色、用户都是访问者，还有其他类型的 访问者。 进行授权时指定一个访问者类型( 例如“角色”) 和具体值( 例如“设计员”) ， 则属于设计员角色的所有用户都获得该项授权。 有些访问者类型具有特殊含义，可以不用指定具体的访问者值。例如“对象所有 者”，系统可以自动对每个对象判断其“对象所有者”是哪个用户。 各种类型的访问者有不同的优先级。不同的优先级表达了在使用授权表判断用户 权限时，将用户与授权条目的访问者进行匹配的顺序。一般来说，能匹配的用户范 围越小的访问者，其优先级越高，这样，对小范围用户的授权就成为对大范围用户 授权的一种例外情形。 系统提供以下几种访问者类型：组织、角色、组中的角色、用户。访问者类型之 间优先级别如图2 2 所示： 华中科技大学硕士学位论文 对象所有者 一l 优先级高 用户 用户代号 对象所有者组中的角色c 角色代号， 组中角色 角色代号 角色 对象所有者组 组 全体优先级低 图2 - 2 访问者模型 访问者类型后面有括号中的内容的，表示在进行授权时要指明具体的访问者值。 其他访问者类型本身就清楚表明了包含哪些用户，不需指明具体的访问者值。 ( 2 ) 特权 特权是从数据保护的角度出发对可在对象上执行的操作的一种归纳。可读、可写、 可删除等都是特权。不同类型的对象上可以执行的操作各不相同，但都可归结为数 量不多的几种特权。有些特权之间具有包含关系。例如写的特权应该包含读的特权， 某用户对一张图纸能写但不能读是不合理的。 ( 3 ) 授权条目与授权表 一个授权条目包含一个访问者和相应特权的肯定、否定或未定状态数据。授权表 由一条或多条授权条目组成。 在基于对象的授权中，每个被明确授权的对象关联一个授权表，由其中的授权条 目指明针对该对象，各种访问者可以或者不能拥有哪种访问特权。 在基于规则的授权中，每条规则关联一个授权表，由其中的授权条目指明了针对 满足该规则条件的对象，各种访问者可以或者不能拥有哪种访问特权。 在系统中，有一些功能是不与特定的对象相关联的，例如执行数据备份，进行角 色定义。这些功能本身被视为一种特殊的对象，称为系统功能对象。与系统功能对 象相对应的特权只有“执行”一种。每个系统功能对象也可以与一个授权表相关联， 在其中指明了各种访问者能或不能执行该功能。 授权表的模型如图2 3 所示： 华中科技大学硕士学位论文 ( 4 ) 规则与规则树 每条规则描述了一个条件，并有一个相关联的授权表( 也可没有，如果没有该条 规则就不起作用，或者仅仅作为进入下级规则的入口条件) 。 一条规则实际上代表了一组在某些方面具有共同特征的对象。 系统定义了若干种条件类型，每种条件类型有其特殊的语义，要求一组( 零个和 多个) 值。每条规则有一种条件类型和一组值，它们描述了一组对象的共同特征。 系统根据条件类型的语义和这些值来判断特定对象是否满足该规则，若满足则使用 相关联的授权表来决定用户的访问权。 一条规则中的授权对满足该规则条件的所有对象都有效，除非在基于对象的授权 中针对特定对象做出了明确的例外规定。这样就不必针对每个对象逐一进行授权， 可以先描述对一批对象的公共授权，再对其中的特例进行特殊授权( 如果需要的话) 。 可在系统中定义多条规则，组成一个规则树，规则树表达了规则之间的优先级别。 在计算权限时，按规则的优先级顺序判断当前对象是否满足规则条件。 规则树中规则的优先顺序为：同一层中的规则，排在前面的优先级高；嵌套关系 的规则，子规则优先级高。 一种条件类型的例子： 条件类型：对象属性 值：类名：属性名= 属性值 该条件类型实例化的例子： 对象属性( 设计文档：名称= 汽车0 1 + ) 它表示：凡是属于“设计文档”类，其名称以“汽车o l ”开头的对象，就使用与 该规则中的授权表决定各种访问者的特权。 2 2 电子仓库与文档管理 2 2 1 电子仓库 华中科技大学硕士学位论文 电子仓库( v a u l t ) 是p d m 系统中最基本的功能，是实现p d m 系统中其他相关功 能的基础。它主要被用来管理各种对象，如图形、文本、零件等，提供对分布式异 构数据的存储、检索和管理功能。 电子仓库中保存所有与产品相关的物理数据和文件的元数据( 管理数据的数据) ， 以及指向物理数据和文件的指针，该指针指定存放物理数据的数据库记录和存放物 理文件的文件系统与目录，这样，p d m 通过建立元数据与物理数据的联系，并将这 种联系与元数据保存在电子仓库中，从而达到快速检索与节省存储空间的目的。如 图2 4 所示。 存放物胄! 文件的 义 存放物理教据的 图2 4 电子仓库 数据庳记录 电子仓库采用虚拟式，它可以管理分布存储的数据。一个电子仓库可以对应多 个分布在不同计算机上的物理目录或者物理数据库，同一个物理目录或者物理数据 库可以对应多个不同的电子仓库，这样，在分布式环境中电子仓库与电子仓库之间， 以及电子仓库与用户之间能直接进行数据操作，用户打开电子仓库看到的是电子仓 库中包含的对象集，数据的访问对用户来说是完全透明的，系统屏蔽了对象操作所 包含的数据信息的传递工作，不用考虑用户或数据的物理位置。 电子仓库的安全机制使管理员可以定义不同的角色并赋予这些角色不同的数据 访问权限和范围，通过给用户分配相应的角色，使数据只能被经过授权的用户获取 或修改。同时，在p d m 中电子数据的发布和变更必须经过事先定义的审批流程后才 能生效，这样就使用户得到的总是经过审批的正确信息。 2 2 2 文档 在产品的整个生命周期中与产品相关的信息是多种多样的。p d m 系统提供对所 有这些信息的管理功能。 这些信息以文件或图档的形式存在，统称为文档。文档包括设计任务书、设计 规范、二维图纸、三维模型、技术文件、各种工艺数据文件( 工艺卡、工序卡、工 步文件、刀值文件等) 、制造资源文件( 设备文件、刀具文件、夹具文件、量具文件 等) 、合同文书、技术手册、线路原理图、使用手册、维修卡等。在企业中，这些文 1 4 华中科技大学硕士学位论文 档分属于不同的部门，具有不同的动静态特征，由不同的人员管理。 7 设计部门中的设计规范、标准、技术参数文件等是在设计过程中保持不变的静 态文档，而在设计过程中生成的零部件二维图纸、三维模型、技术文件、有限元分 析报告、产品结构分析报告、热处理数据、测试报告等属动态文档。 工艺部门中的文档也有动、静态之分。静态的工艺文档包括标淮化的工艺数据、 工艺规程；而动态工艺文档是指零部件在生产工艺规划过程、装配工艺规划过程中 产生的文档，如工艺卡、工序卡、工步文件、刀位文件、装配文件和测试报告等。 生产部门中的文档以动态的居多，如n c 代码文件、设备状态信息等。 计划管理部门主要对产品的生产过程进行计划管理。它以原材料的属性、设备 及人员的生产能力、标准的生产工艺和工时定额、产品结构等数据为基础，完成对 生产计划、库存台账、合同、成本的制定与管理。它产生的主要文档为各种报表文 件等。 销售部门涉及的文档有使用手册、维修卡、备件单等。 此外，还有一些文档可归结到档案部门，如合同文书、设计任务书、可行性论 证报告、需求分析报告、概要设计报告、详细设计报告、各种更改记录等1 1 6 i 。 文档管理中可以对文档进行分类、版本控制等。文档的分类功能提供按照不同 类型的文档进行分类，使各类文档在系统中不再是杂乱无章的，而是按照文档类型 有序管理，一方面缩短信息查询的时间，另一方面使得相关产品信息的描述直观、 清晰( 可以使用对象分类与检索) 。文档的版本控制采用线性版本控制。 2 2 3 文档管理方法 p d m 中有两种文档管理方法：一种将文档进行“打包”管理，即将文档整体看 作一个对象，规定其名称、大小等描述信息，并将这些信息放到p d m 数据库表中， 而文档的物理位置仍然在操作系统的目录下，由p d m 提供管理该文档的机制；另一 种是将文档内容打散，将其内容分门别类放到数据库中，由p d m 提供分类查询，或 建立其与其他数据库中对象的关联，并提供图示化的管理工具。 文本文件以说明性的文字为主，信息不便于计算机识别，因此，一般对其进行 整体打包管理；数据文件与音像文件的特点是信息量大，数据脱离具体的应用程序 就会失去意义或无法显示，因此对文件进行整体管理：图形文件，如来自c a d 的三 维模型文件或二维图形文件，也需要结合具体的图形软件管理，一般也管理文件整 体。由于表格文件具有数据结构化与逻辑性强的特点，因此一般采用打散管理方式， 但需要区别不同的情况。例如，表征零部件构成关系的材料明细表，它是c a d 的输 出文件，从保证数据一致性角度出发，应从该文件中提取产品结构树各节点及层次 关系信息，并将它们分别放到p d m 的零部件表与关系表中。而对于来自c a p p 的工 华中科技大学硕士学位论文 艺文件，如果仅仅需要管理工艺卡片，就按照文件对象整体进行管理；但如果还需 要管理具体的工艺与资源信息，则可以从工艺文件中分别提取出工序、工步、装卡、 夹具、机床、设备等信息的具体内容。 通过电子仓库可以比较方便地实现文档的分布式管理与共享，如图2 5 所示。生 成的文档存入时，首先要通过规则约束检查，只有符合操作权限的用户才能将文档 存入电子仓库中。这时文档