（机械制造及其自动化专业论文）典型cad异构数据源的pdm集成技术研究.pdf

摘要 摘要 随着计算机、网络以及制造业的不断发展，产品设计也变得越来越复杂，以 至于单一的c a d 系统无法设计满足客户的需要，产品设计者必须通过多种学科 领域下的数字化系统进行协同设计，才能设计出满足客户需求的产品。数字化系 统协同工作导致在设计与制造环节各种异构平台的数据交换必须进行频繁的信 息交换与共享。但由于异构系统所处领域的不同，异构系统之间的数据结构存在 较大差异，导致目前的数据传递方法还不能有效地应用于异构系统的协同设计。 因此，如何实现异构数字化系统的集成成为当前研究的热点问题。论文针对该问 题展开研究，其主要工作为： ( 1 ) 设计基于分层语义的集成体系架构针对异构系统接口之间的差异导致 数据信息传递的低效性问题，设计分层语义模型转换异构系统接口，满足 c a d p d m 系统功能操作需求的中性接口规范，并结合w e bs e r v i c e s 集成框架技 术设计分层语义模型接口，达到异构系统之间数据传递的高效性。 ( 2 ) 设计基于本体的异构数字化集成设计方案解决异构数字化系统功能操 作接口统一表示问题。针对不同学科领域和领域内不同平台产品的功能存在的差 异性，设计了共享本体与局部本体的分层体系结构。通过构建x m l 本体知识设 计中性接口，并针对数字化系统设计出中性p d m 集成接口规范。 ( 3 ) x m l 与n e tr e m o t i n g 的分布式异构数据转换研究采用n e tr e m o t i n g 和 x m l 技术将客户端和服务器联系起来，并调用远程方法实现异构数据的转化。 ( 4 ) p d m c a d 集成系统模块验证实现t e a m c e n t e r 系统与s o l i d e d g e 、 c a t i a 、p 2 m 等系统之间的功能集成操作。 关键词协同设计；分层语义；异构平台；本体 北京t 业人学t 程硕l 学位论文 a bs t r a c t w i t ht h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e r , n e t w o r ka n dt h e m a n u f a c t u r i n gs e c t o r , p r o d u c td e s i g nh a sb e c o m es oc o m p l e xt h a tas i n g l ed i g i t a l s y s t e mc a nn o tb ed e s i g n e dt om e e tt h en e e d so fc u s t o m e r s i no r d e rt od e s i g nt h e c o m p l e xp r o d u c t st om e e tc u s t o m e rd e m a n d ，p r o d u c td e s i g nm u s tb eu s i n gav a r i e t y o f d i s c i p l i n e su n d e r t h ed i g i t a ls y s t e mt od ot h ec o d e s i g n d i g i t a ls y s t e m st ow o r k i n g t o g e t h e rr e s u l t e di nt h a ta 1 1k i n d so f h e t e r o g e n e o u sp l a t f o r mm u s tf r e q u e n t l ye x c h a n g e t h ei n f o r m a t i o nb e t w e e nt h ed e s i g na n dm a n u f a c t u r e h o w e v e r , b e c a u s et h ef i e l do f h e t e r o g e n e o u ss y s t e m si sd i f f e r e n t ，h e t e r o g e n e o u sd a t as t r u c t u r ee x i s t sg r e a t e r d i f f e r e n c e s t h ec u r r e n tm e t h o do fd a t at r a n s m i s s i o nc a nn o tb ee f f e c t i v e l ya p p l i e dt o t h ec o l l a b o r a t i v ed e s i g n e dh e t e r o g e n e o u ss y s t e m s t h e r e f o r e ，h o wt oa c h i e v e h e t e r o g e n e o u sd i g i t a ls y s t e mi n t e r o p e r a b i l i t yb e c o m e sa h o ti s s u eo fc u r r e n tr e s e a r c h t h ep a p e rs t u d yt h i sp r o b l e ma n dr e s e a r c hn e wm e t h o dt os o l v ei t ，i t sm a i nw o r ki s ： ( 1 ) t h ep a p e rr e s e a r c h e st h ea r c h i t e c t u r eb a s e do l ll a y e r e ds e m a n t i cm o d e l a g a i n s tt h ei n e f f i c i e n tb e t w e e nd a t at r a n s m i s s i o n ，a n dt h ed i f f e r e n c eb e t w e e n i n t e r f a c e so ft h eh e t e r o g e n e o u ss y s t e m s ，t h ep a p e rp r o p o s e sl a y e r e ds e m a n t i cm o d e l t ot r a n s l a t et h ei n t e r f a c e so fs y s t e m s ，a n dd e s i g n st h en e u t r a li n t e r f a c es p e c i f i c a t i o n f o ri n t e g r a t i o no fc a d p d m s y s t e m a n dt h e n ，u s i n gt h ew e bs e r v i c e st od e s i g nt h e l a y e r e ds e m a n t i cm o d e l ，g e tt h eh i 曲e f f i c i e n c yd u r i n gt h ed a t at r a n s m i s s i o n ( 2 ) b a s e do nt h eo n t o l o g y , t h ep a p e rd e s i g n st h ea r c h i t e c t u r eo ff u n c t i o n a l i n t e r o p e r a b i l i t yb e t w e e nh e t e r o g e n e o u ss y s t e m s t h em e t h o ds o l v e st h e h e t e r o g e n e o u sd i g i h a ls y s t e mi n t e r f a c e s a g a i n s tt h ed i f f e r e n c eb e t w e e nd i f f e r e n t p l a t f o r m si nd i f f e r e n td i s c i p l i n e sa n da r e a s ，t h ep a p e rd e s i g ns h a r e do n t o l o g ya n d l o c a lo n t o l o g y ( 3 ) r e s e a r c ho fd i s t r i b u t e dh e t e r o g e n e o u sd a t ac o n v e r s i o nb a s e do nx m la n d t h e n e tr e m o t i n gs k i l l s a n da c h i e v et h et r a n s f o r m a t i o no f h e t e r o g e n e o u sd a t aw i t h r e m o t em e t h o d ( 4 ) a c h i e v et h ef u n c t i o n a li n t e r o p e r a b i l i t yo fs o m et y p i c a lh e t e r o g e n e o u sd i 百t a l s y s t e m s ，s u c ha st e a m c e n t e r , c a t i a ，s o l i d e d g ea n dp 2 m k e yw ordsc o l l a b o r a t i v ed e s i g n e d ；l a y e r e ds e m a n t i c ；h e t e r o g e n e o u sp l a t f o r m ； o n t o l o g y i l 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：4 媳日期：牡 关于论文使用授权的说明 本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 繇艄跏签名盔：呈毒隰趔盥。 第1 章绪论 1 1课题来源 第1 章绪论 本课题由北京市模具协会和北京思奥特科技发展有限公司联合发起，思奥特 科技发展有限公司是专业从事计算机系统集成和企业信息技术服务的高新技术 企业。本项目将完成p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) c a d 集成平台软件系统的 开发工作，为船舶配套行业提供数字化集成管理平台服务。 此外，本课题将配合船舶配套制造企业。通过长期深入而广泛的市场调研， 了解用户的具体需求，结合船舶配套行业的特殊情况，主要面向中小型企业，加 速使其实现制造信息化。从而达到优势互补，快速响应市场，提高企业经济效益， 促进船舶制造行业的数字化集成管理系统，实现适应全球化制造的发展要求。 1 2 课题背景 随着经济的全球化，企业问的竞争将会越来越残酷，尤其是我国加入w t o 后，竞争越来越激烈。我国企业面临的市场环境由过去传统的、相对稳定的市场 演变为动态的、不确定性市场，由过去主要面向国内同行的竞争演变为既要与国 内同行竞争又要与国外同行竞争。企业的经营活动处于一个急速扩大的立体战略 空间中，企业被推入了复杂多变的经营环境中，这种形势对企业提出了更高的要 求【。 企业由于内部各个部门之间使用了不同的应用软件，而这些应用系统之间又 缺乏有效的信息传递及转换，因而在内部形成了许多“信息孤岛 ，这些“信息 孤岛 的存在，成为制约企业进一步发展的瓶颈。 随着企业c a d 应用水平的提高，引入了c a t i a 、s o l i d e d g e 、i n v e n t o r 、p r o e 等三维c a d 软件，并在设计、工艺等工作中展开了全面应用。 为了提高各部门之间的协作和工作效率，公司引进了p 2 m 工作流系统，目 前系统应用良好，是流程定制生成的主要工具。 p d m 系统作为c a d c a e 等的集成平台，能够集成不同应用系统，使所有 用户均在同一p d m 工作环境下工作，共享同一产品结构，所有数据通过p d m 系统对数据库进行操作，其中之一的结构发生变化，另一个自动随之改变，始终 保持了数据的一致和统一。 在以往的p d m 系统集成时，大多数只考虑到p d m 与单一c a d 软件的集成， 北京f 。业大学t 程坝l j 学位论文 这就使得在后续的开发集成的过程中带来了许多不便，其他c a d 软件的集成接 口还需要重新开发。在本课题研究中采取单一数据库模式，多个管理系统使用数 据库同一接口，这就解决了今后企业发展使用其它软件的需要以及真正保证了数 据的及时性和一致性。 目前，由于我国船舶企业还没有建立起数字化产品并行协同开发平台，仍然 利用传统的模式管理船舶设计过程，随着设计手段的自动化，在整个船舶设计过 程中突出需要解决以下矛盾【i 】： ( 1 ) 先进计算机辅助设计手段和传统的手工管理之间的矛盾近年来，随着我 国船舶企业技改力度的加大，c a d 、c a e 、仿真、结构分析、结构振动分析、流 体计算、流体热力分析、视景仿真等设计、分析、仿真工具软件规模和应用水平 己达到相当程度。然而，由各类应用系统衍生的大量设计模型、c a d 图形文件、 仿真报告、分析报告、计算书等相关产品技术文档，这些电子的产品技术文档数 量巨大，依然分散在不同的计算机中，缺乏版本和有效性控制，未能形成统一和 有效的管理。这一现状的存在不利于数据共享、电子数据的有效管理和版本控制， 从而可能导致产品状态不清；另一方面，传统的手工管理手段严重制约了产品开 发的效率，数字化的产品数据必须转换成纸面文件才能够流转和审批，无法尽早 获得信息，设计审核流程由于各种因素造成等待现象严重，流程效率较低。而且， 己有的设计不能真正地形成企业内部资源而被继承，影响新品开发周期和质量。 ( 2 ) 缺乏对电子数据的有效性控制和管理船舶设计过程中将产生大量的技 术文件和数据，设计人员相互之间进行协同工作的必要条件是保证协作数据的有 效性、一致性，并行协同工作环境需要对产品数据和相关文档进行有效组织和存 取、版本控制、技术状态管理以及维护产品数据之间的关联关系。设计人员能够 根据管理指令快速、及时地获得正确的产品信息，作为完成其工作任务的依据， 并把设计结果提交给系统，为后续流程的参与人员及时提供共享信息。 ( 3 ) 缺乏并行协同设计环境船舶设计是一个多专业、多系统、大规模的并行 协同工作过程，周期长、过程复杂。技术设计按系统，施工设计按区域并行进行 设计。各专业设计人员在同一时间、同一设计空间中，在计算机网络的不同界面 上设计同一产品，而且，设计过程中需要各个专业进行频繁的设计协调。设计人 员必须利用分布式的计算机协同工作机制和数据的并发处理和控制功能，快速、 及时地获得同步的产品数据和管理信息，利用管理平台及时发现产品的设计、建 造、维护过程中可能出现的冲突；管理人员能够及时获得产品设计过程的各种信 息，通过可视化的有效工具，协调设计过程中的各种关系，解决设计过程中出现 的问题，对设计过程实施并行、动态、实时控制。 ( 4 ) 信息孤岛现象严重我国船舶企业普遍存在着各部门间的信息不流畅，上 道设计信息不能快速地下发到下道流程环节的部门和相关的管理职能部门，形成 第1 荦绪论 信息孤岛。虽然，设计和制造单位采用相同的软件平台，且设计己广泛采用三维 建模技术，由于未能建立统一电子文档管理，以及电子审批、电子发放等协同工 作环境，设计与制造单位之间交流“界面”仍是二维工程图纸。势必会形成同一 零件模型，分别在设计、工艺和数控加工部门重复建模，既不能保证整个过程中 模型的一致性，也影响了工作效率。由于各部门的工作之间缺乏足够信息的交流， 设计部门在设计阶段对下游的加工工艺性、可装配性、质量保证和用户要求等因 素很难考虑周全，无法保证设计一次成功完成，导致设计修改频繁，延长了产品 设计、开发周期，影响产品质量的稳定性，无法满足市场对产品的要求i z j 。 上述四个方面的问题严重制约着我国船舶设计的周期、质量和成本，只有通 过实施产品数据管理系统才能够很好地解决上述问题。产品数据管理是将与产品 相关的信息和与产品有关的过程集成管理的软件系统，用于帮助设计及相关人员 管理产品数据和产品研制、开发过程的工具。p d m 系统支持在企业组织产品设 计活动中，及时方便地提交、存档、共享和查询相关产品信息，完善产品结构和 配置管理。从过程来看，p d m 系统可协调整个产品生命周期内诸如设计、审查、 批准、工程变更以及产品数据发布等过程，跟踪和控制研发工作的进展。通过数 据、过程和应用的集成，形成有序和高效的工程设计、工程变更和文档发送的机 制，加快企业响应市场的速度、提高产品研制质量，最终目的在于提升企业产品 研发的核心竞争能力【3 】。 1 3 国内外研究现状 任何一个商品化的p d m 软件都无法针对所有的c a d 系统文件格式而设计相 应的信息提取工具，在实施时都需要定制或二次开发。目前各商品化的c a d 软 件一般都提供了相应的a p i 接口，但是这样所有的p d m 就必须应对每个c a d 做一个集成模块，且绝大部分是高耦合的功能集成。设当前存在n 个异构的p d m 系统和m 个不同的c a d 软件，则集成的工作量为n x m ，若任一类软件的数目 增大，集成的工作量将大幅提高。 上述问题的根源在于现有p d m 和c a d 集成模式的强耦合性，两者均要控制 对方的行为，这样的集成方式不可取，应变强耦合为松散的间接耦合。 西北工业大学的常智勇等人提出基于m e d i a t o r 平台的c a d 与p d m 集成系 统，该平台采用星型拓扑结构，直接连接各个软件节点，为异构软件提供了统一 的交互接口【4 】。华东交通大学现代制造技术研究所的徐翔斌在设计知识库的基础 上对计算机辅助设计( c a d ) 与产品数据管理( p d m ) 系统的集成进行了研列引。北 京理工大学的王莉娟等人提出基于w e b 服务的c a d 与p d m 动态集成技术研究 【6 】。e r k a ng u n p i n a r 认为p d m 集成还要考虑到整个生命周期的管理，不能只考虑 北京t 业人掌丁程硕士学位论义 到单对单的集成接口开发，还要为企业的发展留有广阔的空间，避免强耦合性的 集成【_ 7 1 。j h l e e 认为可以通过设定p d m 模型的x m l 文件索引来集成其它数字 化系统【8 】。由此可见，p d m 数据集成已经越来越被重视，采用w e b 服务方法进 行p d m c a d 集成研究也逐渐成为焦点，如何实现w e b 服务集成以及如何将 x m l 交换文件规范设定的更加合理、更具有通用性的语义文件，成为当前研究 的热点。 尽管p d m 数据集成管理己经引起了学术界和工业界的广泛兴趣，但没有统 一的操作接口标准。现有的研究及应用主要集中于不同格式数据模型转换、异构 系统间信息共享、及简单的查询功能调用等操作问题，而且没有涉及多系统、多 领域、深层次功能共享问题，无法根据不同应用提供动态层次的操作机制，而这 些正是现代产品全生命周期开发所急需的。许多企业提出的方法主要是针对某些 特定系统间的集成操作，主要解决的c a d 到p d m 的单向互动问题。为此，本 文将针对这些问题实现三维c a d 与p d m 等数字化系统在数据和功能上的多层 次、双向互动的紧密集成【7 】。 目前，在数字化应用和发展中遇到了以下的集成技术问题： 为了实现产品全生命周期的统一管理，需要实现三维c a d 系统与p d m 系 统的紧密集成和功能操作。目前的软件系统能够实现p d m 系统从三维c a d 系 统获取产品结构、属性信息和几何模型文件，并在p d m 系统中管理产品结构、 b o m ，浏览几何模型，并进行审批和标注。 但是，目前的三维c a d 与p d m 集成还不能满足实际应用的发展需求，问 题表现在两个方面： ( 1 ) 数据管理信息与模型数据的一致性由予所处应用领域的不同，导致c a d 系统与p d m 系统的数据结构存在极大的差异性，c a d 系统自身的数据管理通常 采用的是设计特征方案，而p d m 系统数据并不设计具体的设计过程，只是针对 每个设计阶段及产品用料进行管理。所以为了使p d m 系统对c a d 模型数据进 行管理，必须添加额外的扩展属性。 ( 2 ) p d m 系统数据管理的设计局限性由于c a d 系统模型数据本身存在差异 性，导致p d m 系统数据管理的设计局限性。也就说，特定的c a d 系统只能设 计特定的p d m 系统与其进行双向集成，而对其他c a d 系统都不能做到这一点。 1 4 课题意义 针对p d m c a d 异构系统之间的多专业协同和功能集成的应用需求，提出基 于分层次的异构系统集成框架，并采用w e bs e r v i c e s 实现了c a d p d m 软件之间 的功能集成操作。研究解决异构数字化系统间的功能接口不一致问题，给出与具 第1 苹绪论 体异构系统无关的中性接口规范，并且具有良好的有可扩展性。研究实现产品设 计分析一体化，对于提高产品设计效率具有显著作用。 在三维c a d 和p d m 集成操作方面：本项目提供的集成机制能够更好地支 持自顶向下的复杂产品设计方法，自顶向下的产品设计是未来的发展趋势。 数字化技术必须和行业和专业技术结合才能发挥巨大作用，因此经济效益将 通过行业的使用间接获得，可以提高设计效率、提高设计质量、缩短研制周期。 1 5 本课题的主要研究内容 本课题主要是针对船舶配套企业的发展现状和实际需求而展开的，目的是建 立一套完整的数据集成管理系统，并能服务于船舶配套制造企业，提升企业在国 内外市场的核心竞争力，以满足企业的发展要求。 现有的p d m c a d 集成研究及应用没有涉及多系统、多领域、深层次功能共 享问题，无法根据不同应用动态的给予响应，而这些正是现代产品全生命周期开 发所急需的。 根据上述问题以及我国船舶配套企业的实际需求，本论文目标实现三维 c a d 与p d m 等数字化系统在数据和功能上的多层次的紧密集成。 第一通过对p d m 系统以及x m l 功能的分析研究，为本次集成提供了理论 依据( 如本体论等) 。然后简要设计了x m l 结构文件和公共接口函数编码的基本 原则。 第二创建p d m c a d 集成功能系统的体系结构，设计基于语义的多层次操 作接口，运用w e bs e r v i c e s 实现基于分层次的异构系统集成框架。 第三运用p d m c a d 集成系统的本体设计模式，在p d m c a d 功能操作机 制中运用本体论，利用本体及其建模工具来构建局部本体，并设计各数字化系统 的共享本体。同时利用本体映射方式来组织整个集成框架。 第四由于某些p d m 产品对w 曲s e r v i c e s 支持力度有限的原因，选择x m l 与n e tr a n o t i n g 的分布式异构数据转换模式。基于w e bs e r v i c e 平台，分布式对 象技术让远程对象看上去像本地对象。采用n e tr e m o t i n g 和x m l 技术将客户端 和服务器，并调用远程方法实现异构数据的转化。 第五p d m c a d 功能集成系统成功应用于功能模块上。三个模块分别是 t e a m c e n t e r c a t i a 的集成管理；s o l i d e d g e 尺寸驱动的冲模标准件建库及其和 t e a m c e n t e r 的集成；t e a m c c n t e r 和p 2 m 工作流设计器的集成，实现异构系统之 间的协同工作。 第2 章p d m 和x m l 理论依据 第2 章p d m 和x m l 理论依据 2 1p d m 简介 p d m 可以定义为：以软件技术为基础，将所有与产品相关的信息和所有与 产品相关的过程集成到一起的技术。p d m 的基本原理是，在逻辑上将各个 c a d c a p p c a e c a m 信息化孤岛集成起来，利用计算机系统控制整个产品的开 发设计过程，通过逐步建立虚拟的产品模型，最终形成完整的产品描述、生产过 程描述以及生产过程控制数据。 p d m 系统可以有效、实时、完整地控制从产品规划到产品报废处理的整个 产品生命周期中的各种复杂的数字化信息系统。它是以产品结构为管理核心，以 数据、过程和资源为管理信息的三要素，所有的信息组织和资源管理都是围绕产 品设计展开的。通过c a d 的产品设计过程是p d m 管理的第一步。 2 1 1p d m 的发展沿革 p d m 技术的发展可以分成三个阶段【1 8 】：配合c a d 使用的简单p d m 系统、 专业p d m 系统和基于协同设计的p d m 系统。 p d m 技术出现初期，大多是由各c a d 供应商推出的配合c a d 产品的系统， 主要局限在工程图纸的管理，解决了大量工程图纸、技术文档以及c a d 文档的 计算机管理问题、电子数据的存储和查询，提供了维护“电子绘图仓库的功能。 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、集成能力和开发程度较低等问题。 九十年代初中期，出现了专业化的p d m 产品，如s d r c 公司的m e t a p h a s e 、 u g s 公司的i m a n 、i b m 公司的p m 、s m a r t s o l u t i o n 公司的s m a r t e a m 等等。与 第一代p d m 产品相比，第二代p d m 产品提供对产品生命周期内的产品数据的 管理、产品结构与配置的管理、电子数据的发布和工程更改的控制以及基于成组 技术的零件分类管理与查询等功能，同时软件的集成能力和开发程度也有较大的 提高，第二代p d m 产品目前被广泛使用。 第三代p d m 以s i e m e n s 公司的t e a m c e n t e r 、p t c 公司的w i n d c h i l l 为代表， 是完全建立在i n t e r n e t 平台、c o r b a 和j a v a 技术基础上的、基于分布式计算框 架，做到了与计算机软硬件平台无关和用户界面的统一，实现包括文档管理、生 命周期管理、工作流管理、产品结构管理，c a d c a e 数据管理、视图管理、变 更管理、客户化应用等功能。第三代p d m 适应了信息时代广义企业异地协同开 北京t 业大学t 程硕l 学位论文 发、制造和管理产品的要求。 2 1 2p d m 主要关键技术 经过近2 0 年的发展，p d m 技术已经达到了很实用的程度，但由于p d m 系 统庞大、用户需求的提高以及r r 技术的发展，p d m 仍然在发展，有许多问题需 要研究，而且随着其发展，又提出了一些新的问题。当前对p d m 的研究主要有： p d m 的部分关键和应用技术，如w e b 技术、分布式计算技术在p d m 上的应用， 数据集成，分布式p d m 等；p d m 中的信息模型及其标准化；工作流和过程管理； 系统集成研究；产品协同定义的全生命周期管理等【1 9 1 。 w e b 技术：9 0 年代中期出现的多数p d m 产品采用面向对象技术和成熟的 c s 结构，但由于c s 结构的延伸性不好，随着业务逻辑的不断复杂，这种结构 的开发和维护越来越困难。在p d m 系统中通过w e b 技术，使p d m 技术和 i n t e m e t i n t r a n e t 技术结合，可以实现统一的用户界面，无须在客户端安装软件， 通过i n t e r n e t 实现全球化的虚拟企业的信息管理，达到全球化的信息查询、浏览、 创建与更新。 分布式计算和服务：分布式应用技术规范有c o r b a 、c o m d c o m 以及 j a v a j r m i 三种方式，三者之间的通信和互操作问题还没有很好的解决，c o r b a 虽然有众多厂商支持而成为其中的主流，但目前要统一这几种标准是不可能的。 由于分布式服务的调用和分布式数据库维护的需要，这几种标准以及其间的通信 问题越来越需要迫切解决。如果p d m 和应用系统多基于c o r b a 实现，则各系 统之间的互操作可以方便的实现，对于不是通过c o r b a 实现的应用系统，可以 通过a p i 进行应用功能的封装，完成于其他应用系统的交互。 数据集成：p d m 系统是一个支持产品开发的平台，在这个平台上集成了各 种各样的应用工具，支持产品全生命周期的产品定义。目前，p d m 和应用工具 之间的集成深度越来越深，从初期的封装、接口正走向无缝集成。怎样实现全生 命周期的产品信息共享是应用集成技术研究的一个热点，p d m 一方面需要和不 同的应用系统集成，另一方面p d m 系统之间也要进行数据互操作和数据集成。 虽然p d m 系统与e r p 系统之间的界限已越来越模糊，越来越重叠，但二者在产 品的生命周期中的不同阶段发挥主要作用，每个系统仍然是一个相对独立的实 体。目前企业迫切需要p d m 与e r p 系统、c a d 系统及其它管理软件的集成。 数据模型及其标准化：要想使产品信息在p d m 系统中很好的被各个应用系 统共享，以及被广大企业中其他p d m 系统及应用共享，p d m 系统应该建立标准 的产品数据管理模型。产品数据管理系统中的模型必须同时考虑数据、过程、组 织和资源。虽然统一的数据模型会使数据交换与共享变得容易，但由于涉及范围 第2 章p d m 和舭理论依据 广，使用的工具多，不同工具建立的数据和信息模型可能不同，企业很难构造出 满足所有要求和情况的统一的数据模型。正在发展和完善s t e p 标准是描述产品 数据的一个中性标准，它面向产品全生命周期，体系庞大，应用复杂。通过c o r b a 技术以及d c o m 技术，可以在一定程度上解决不同p d m 系统之间以及p d m 与 不同应用系统间的信息减缓和互操作问题。目前，s t e p 标准在p d m 以及其应 用集成方面应用越来越广泛。 过程管理和流程重组：随着产品开发过程要求的自动化程度的提高、开发过 程中的数据共享、并行工程和集成开发，以及对生命周期管理的需要，过程管理 在p d m 中变得越来越重要。过程管理最终是为了优化和重组产品开发过程，实 现产品研发的并行开发，一般使用工作流管理的方式来实现。各p d m 供应商竞 相开发工作流程管理模块，以满足并行产品开发的过程管理需要：t e a m c e n t e r e n g i n e e r i n g 软件中提供了工程发布过程和工程变更过程管理能力；w i n d c h i l l 采 用预先定义的方式，提供完善的产品设计过程管理能力；但目前的过程管理主要 被用来管理柔性不强而重复性强的过程，如更改流程、审批发布等。 产品协同定义管理和产品全生命周期管理：产品协同定义管理( c p d m ) 是 c i m d a t a 公司提出的面向2 1 世纪的协同产品定义管理，是广义企业实用多种技 术的方法，是先对整个产品的全生命周期及其相关因素进行管理的一种企业信息 集成框架。e p d m 面向产品全生命周期，包括完整的产品定义信息和相关的企业 实物资产和运作过程【2 0 】。 总之，p d m 技术随着用户要求、1 1 r 网络技术及管理水平的不断发展，目前 对p d m 的研究主要包括p d m 的部分关键和应用技术、p d m 中的信息模型、流 程模型及其标准化、工作流和过程管理、产品协同定义和产品全生命周期管理等。 随着计算机技术、网络技术、通讯技术和分布组件技术的应用，p d m 的数据集 成和联邦机制越来越重要，通过标准的数据交换格式和产品信息模型的标准化， 企业可以充分共享产品在整个生命周期中的数据信息。p d m 最终会成为支持企 业而且支持整个产品生命周期的产品开发的制成品，适应信息时代产品开发有单 一企业自主开发向广义企业或者企业多地点异地协同开发、制造和管理的要求。 2 2x m l 简介 x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) i 主tw 3 c 于1 9 9 8 年发布以后，由于其自身的 可扩展性、可移植性、自描述性和半结构化等特点，已成为数据表示和数据交换 的标准。x m l 在i n t e m e t 、电子数据交换、电子商务、化学、数学、医学等领域 得到了广泛应用。越来越多的数据采用x m l 格式表示，但是目前大量数据保存 在数据库中，因此如何利用数据库有效地存储和查询x m l 数据具有重要的研究 北京t 业大学t 程硕卜学位论文 价值。 随着企业信息化的不断发展，企业需要进行信息化的建设。基于数据库平台 的信息化管理系统是企业计算的核心和基础，在数据库平台上构建企业应用，使 用信息化技术来实现对于企业的管理。 由于企业业务的复杂性和计算机信息化技术的飞快发展，决定了企业进行信 息化建设是一个逐步的，不断完善的过程。在逐步建设过程中，不同时期和在不 同环境和业务下，构建的信息化平台差异很大，这也是一个非常普遍的现象。对 于一个企业而言，在不同时期，根据不同需求，构建的信息资源库需要相互转换 和共享。因为，企业由于业务需要使用不同数据库资源中信息，例如早期数据库 中前期的基础数据等。各个数据库中数据需要共享和原始资源的交换。否则，这 些数据库信息，将会成为“信息孤岛”，信息资源的浪费。所以，把这些不同类 型的数据库资源整合成一个统一资源，就具有非常现实的意义。这样可以保证在 原有资源不变，相应的应用程序不变的基础上，开发新的应用，达到资源整合的 目的。 2 2 1x m l 研究现状 x m l 文档在数据库中的存储主要有三种方式：使用r c x d f n a t i v ex m ld b m s ) 存储x m l 文档；使用面向对象数据库存储x m l 文档；使用关系数据库存储x m l 文档。 由于关系数据库系统在数据的安全性、完整性、多用户的并发访问、数据恢 复等方面有着强大的功能，关系数据库在企业中得到了广泛的应用，因此如何利 用关系数据库存储和查询x m l 文档成为了研究的热点问题。 x m l 文档存储的是半结构化数据，而关系数据库中存储的是结构化数据， 因此利用关系数据库存储x m l 文档前提是实现x m l 文档到关系数据库的映射。 将x m l 文档转换到关系数据库中有以下方法： 用固定的关系模式存储x m l 文档。df l o r e s c u 将x m l 文档看作是有标记 的有向图，采用边方法、二元方法、通用表方法三种方式来存储图中的边，采用 单值表和内联方法来存储x m l 元素叶子节点的值。 通过对x m l 文档进行分析，发现其中的关系模式。如s t o r e d 方法通过对 x m l 文档进行数据挖掘，发现其中的模式，并将发现的模式映射到关系数据库 中的表中，而不规则数据则存储到溢出表中。 由x m l 模式导出关系模式。通过对d t d 描述进行简化，得到d t d 的结构 图。通过基本内联、共享内联和混合内联三种方法将x m l 模式转换到关系模式。 以上几种方法能应用于不同的x m l 文档，每种方法都有各自的优点。通过 第2 章p d m 和) ( m l 理论依据 总结上述方法的优点，提出了基于s c h e m a 的x m l 文档在关系数据库中的存储 方法，并实现了x m l 文档到关系数据库的转换。 2 2 2x m l 文档到关系数据库的转换 x m l 模式可以由x m ls c h e m a 或d t d ( d o c u m e n tt y p ed e f i n i t i o n ) 定义。x m l s c h e m a 文档规定了x m l 文档的逻辑结构，它定义了x m l 文档中的元素、元素 的属性以及元素之间的关系。由于x m ls c h e m a 本身就是x m l 文档，内置4 0 多种数据类型，并且支持用户自定义类型。x m ls c h e m a 比d t d 具有更强的表 达能力，更能适应不同领域的应用需求，有代替d t d 的趋势。 将x m ls c h e m a 定义的关于x m l 文档中元素和属性的相关信息保存到关系 数据库中，可以用来验证x m l 文档的正确性。为了将x m ls c h e m a 保存到关系 数据库中，分别建立了存储x m ls c h e m a 定义的x m l 文档中的元素和元素的属 性表。 在元素表中，建立如下字段：i t e m i d ，p a r e n t l d ，i t e m n a m e ，n o d e t y p e ， d a t a t y p e ，o r d e r ，o r d i n a l ，m i n ，m a x ，r e s t r i c t i o n ，r e s t r i c t - v a l u e 。遍历x m ls c h e m a b o m 树时，如果元素通过扩展或引用了其它元素，则将被扩展的元素或被引用 的元素作为扩展元素或引用元素的子元素保存到元素表中，见表( 2 - 1 ) 。 表2 - 1x m l 文档中的元素定义表 t a b l e2 1e l e m e n t so fx m ld o c u m e n t sd e f i n e di nt a b l e i t e m i d 元素的唯一标志； p a r e n t i d 该元素父元素的d ，如果元素的父元素是x m ls c h e m a ，则将p a r e n t i d 设为o ； i t e m n a r n e 元素的名称； n o d e t y p e 元素的节点类型，表明元素是零件还是装配； d a t a t y p e 元素的数据类型； o r d e r 子元素在父元素中出现形式，取值可以为关联，现有件或虚拟装配； o r d i n a l 子元素在父元素中出现的次序，如果元素在父元素中出现的次序不确定， 则将其设为0 ； m i n 元素在父元素出现的最少次数； m a x 元素在父元素出现的最多次数； r e s t r i c t i o n 保存型号、长度等元素约束； r e s t r i c t v a l u e 保存元素或属性约束的取值； 在元素属性表中建立如下字段：i t e m i d ，p a r e n t l d ，a t t r i b u t e n a m e ，d a t a t y p e ， n o d e t y p e ，u s e 。如果属性的类型是零件，则将元素n o d e t y p e 设为引用的零件 的名称，见表( 2 - 2 ) 。 北京t 业人学t 程硕 ：学位论文 表2 2x m l 文档中的元素属性定义表 1 a b l e2 2e l e m e n t sa t t r i b u t eo fx m ld o c u m e n t sd e f i n e di nt a b l e i t e m i d 属性的标志； p a r e n t l d 拥有该属性元素的i d ； a t t r i b u t e n a m e属性的名称； d a t a t y p e属性的数据类型： n o d e t y p e 属性所引用的零件的类型； u s e 属性的出现形式，取值可以为设计，审批，签入签出或完成等； 为了将x m l 文档的数据信息保存到关系数据库中，建立了e l e m e n t i n f o ， e l e m e n t v a l u e ，a t t r i b u t e 三个表存储x m l 文档。e l e m e n t - i n f o 表中保存了元素的 信息，在e l e m e n t - i n f o 表中建立i t e m l d ，p a r e n t l d 和i t e m n a m e 三个字段，存储 x m l 文档中元素的i t e m i d ，父元素i d 和元素名称。由于x m l 文档中有些元素 不包含文本内容，为了减少数据冗余，建立了e l e m e n t v a l u e 存储包含文本内容 元素和它的文本内容。在e l e m e n t v a l u e 中建立i t e m l d 和v a l u e 字段，存储元素 的i t e m l d 和元素的文本内容，通过r e m l d 关联到e l e m e n t i n f o 表，可以确定拥 有该文本内容的元素。在a t t r i b u t e 表中建立i t e m i d 、p a r e n t i d 、a t t r i b u t e n a m e 和 v a l u e 字段，用来存储属性的d ，拥有该属性的元素i d ，属性名称和属性值。 将e l e m e n t - i n f o 和a t t r i b u t e 表与s e l e m e n t 表和s a t t r i b u t e 表相关联，可以验证 e l e m e n t - v a l u e 表和a t t r i b u t e