（机械设计及理论专业论文）三层结构pdm中产品结构与产品配置的研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 p d m ( 产品数据管理) 是一种管理产品整个生命周期内所有与其相关信息和过程 的技术，产品结构管理和产品配置管理是p d m 的重要功能模块。本文作者参加了华中 科技大学c a d 中心的p d m 产品 n t e p l m 的研究与开发。对基于组件的、三层体系结构 的软件应用模型和产品结构与产品配置有关的理论进行了深入的研究，取得了一定的 成果，归纳起来如下： 1 、在模块的设计上采用了基于组件的、三层体系结构的应用模型，其关键是以c o m 作为构建应用的基本组件，微软事务服务器( m t s ) 作为组件的运行环境。这种应 用结构可根据不同企业需求迅速塔建灵活、可伸缩性的应用。 2 、应用零部件族和b o m 多视图的概念，加强了产品结构管理功能。零部件分族管理 可以减少重复设计，方便零部件的检索；b o m 多视图管理可以根据企业不同部门 的需要( 这些部门包括设计、采购、制造、维护) 自动产生不同的视图。 3 、在产品配置模块提出了基于产品模型和零部件族，应用知识库和规则库的产品配 置的方法，这一方法可满足分布式、大批量定制条件下企业对产品结构管理、产 品配置的需求。 4 、按照前面所述的理论和方法完成了产品结构和产品配置这两个模块的功能、数据 结构、数据库的设计，实现了i n t e p l m 产品结构与产品配置管理功能。 关键词：产品数据管理，三层结构，产品结构，碗置，知识库零部件族 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t p d m ( p r o d u c t d a t am a n a g e m e n t ) i sat e c h o l o g yt om a n a g ep r o d u c t r e l a t e di n f o r m a t i o n a n dp r o c e s s e st h r o u g h o u t 也el i f e c y c l eo fp r o d u c t p r o d u c ts t r u c t u r em a n a g e m e n ta n d p r o d u c tc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n ta r ep r i m a r yf u n c t i o n st h a tp d mp r o v i d e s t h ea u t h o r h a v ee n g a g e dr e s e a r c ho np d m i nc a dc e n t e ro fh u s tf o rs e v e r a ly e a r s ，a n dt a k e np a r ti n t h e p r o j e c t o fi n t e p l m n d sp a 口e r s t u d i e s d e e p l y o nt h r e e - t i e r , c o m p o n e n t - b a s e d a r c h i t e c t u r ea p p l i c a t i o n p r o d u c ts t r u c t u r em a n a g e m e n ta n dc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t t h e r e s u l t sa c h i e v e di n c l u d et h ef o l l o w i n g ： 1 t h em o d e lt a k e sa d v a n t a g eo ft h ec o m p o n e n t - b a s e d ，t h r e e t i e ra r c h i t e c t u r e i nt h i s a r c h i t e c t u r e ，c o m i st h e p r i m a r yw a y t oa s s e m b l e a p p l i c a t i o n ，a n d m i c r o s o f t t r a n s a c t i o ns e r v e r ( m t s l p r o v i d e s t h ee n v i r o n m e mt h a tc o mw o r k si n n l i s a p p r o a c h c a nb u i l df l e x i b l ea n ds c a l a b l ea p p l i c a t i o n sf o re n t e r p r i s e sq u i c k l y 2 p a r tf a m i l ya n dd e f i e r e n tv i e w so ft h eb o mi sa p p l i e dt oe n h a n c ep r o d u c ts t r u c t u r e m a n a g e m e n t c l a s s i f i c a t i o no fp a r t sc a nr e d u c er e d e s i g n ，f a c i l i t a t er e t r i e v a lo fp a r t s a n dr e u s i n g m a n a g e m e n to fd e f i e r e n tv i e w so ft h eb o m c a na u t o m a t i c a l l yg e n e r a t e d i 能r e n tv i e w so ft h eb o r nf r o mt h ep r o d u c ts t r u c t u r et os u p p o r td i f i e r e n td i s c i p l i n e s i n c l u d i n gd e s i g n ，p u r c h s i n g ，m a n f a c t u r i n g ，a n do t h e rd i s c i p l i n e s 3 am e t h o do fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nb a s e do np r o d u c tm o d e la n dp a r tf a m i l y , a n d u t i t i z i n 2k n o w l e d g e b a s ea n dr u l e b a s ei s p r o p o s e d a p p l y i n gt h i sm e t h o dw ec a n r e s o l v et h ep r o b l e mo fp r o d u c ts t r u c t u r em a n a g e m e n ta n dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o ni n d i s t r i b u t e da n dm a s s o r d e re n v i r o n m e n t 4 a c c o r d i n gt o t h em e t h o da n dt h e o r y , t h ew r i t e rd e s i g ha n dr e a l i z et h ep r o d u c t s t r u c t u r em a n a g e m e n ta n dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n ti ni n t e p l m k e y w o r d s ：p d m t h r e e t i e ra r c h i t e c t u r ep r o d u c ts t r u c t u r e c o n f t g u r a t i o n k n o w l e d g e - b a s e p a r tf a m i l y i i 华中科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 课题的来源、目的、意义 知识经济的到来意味着大规模集约化生产方式已不是最先进的生产方式。对企业 来说， “t i m et om a r k e t ”永远是第一位的。这两方面的变化导致人们观念的变化及 生产行为的变化，变化的显著特点是强调科学的管理。管理离不开信息，离不开i t 技术。人们必须寻求一种有效的工具和手段、建立起高效实用的信息管理体系，来对 产品数据和企业工作流程实施有效的管理。 随着计算机及信息产业的飞速发展，形形色色的数据正在以令人难以想象的速度 急剧膨胀，对今天的企业形成了巨大的压力一数据种类繁多，数据检索困难，数据流 向不明，数据缺乏安全性，数据无法共享等等，更为严重的情况是数据泛滥或日“数 据失控”。一个典型的实例是1 9 9 4 年以前的波音生产经营状况，尽管销售势头良好， 市场份额巨大，但是使波音决策高层十分头疼的是：没有一个销售人员能对客户说明 一架波音飞机的准确交货日期，也没有一个人能清楚地计算出一架飞机的实际生产成 本。这是因为波音有大约8 0 01 0 0 0 个计算机子系统，大多数系统并不兼容，每架飞 机最多可用到1 4 套b o m 表。系统之间的数据交换要靠手工来完成。这种情况对企业 来说是不堪忍受的。一个典型的产品研发流程中，可能会有各种产品数据。它们生成 并存在于产品研发的各个不同的阶段，以多种不同的形式被存放于不同的地方，而且 数量巨大。产品种类越多，使用时间越长，则数据量越庞大，管理难度也越大。数据 膨胀对企业信息管理的挑战在下面几个方面表现的最为明显： 数据的标准化与共享性在数据交换方面，今日之典型数据应用模式是文件交换 模式，不同应用软件和系统之间存在者数据转化的难题，未来之典型应用模式应 该是以数据标准化为基础的数据共享模式。 数据的时效性，在产品研发和生产过程中，数据的变化是必然的、经常性的。人 们总是希望任何设计工程任务的变更能够及时地反映到数据变更上来，而且人们 需要及时得到最新的数据，希望就数据的变化进行实时的沟通，希望知道数据是 否为当前可用数据。因此协同设计环境是必不可少的。 此外，面对日趋复杂的产品开发任务，人们希望在基于计算机的产品研发过程中 能够对产品的结构有一个清晰、形象的描述，能够了解产品结构和数据之间的物理及 逻辑关系，能够管理产品和控制结构中每一个子项的版本。这样的产品定义应该特别 符合人们对产品结构的一般认识规律，由总体到分支，由全局到局部，由产品到各个 具体零件。 华中科技大学硕士学位论文 面对上述问题，九十年代产生了一项新的技术：产品数据管理( p d m ) 技术。p d m 是p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ( 产品数据管理) 的缩写，是指某一类软件的总称。 c i m d a t a 曾这样定义：“p d m 是一种帮助工程师和其他人员管理产品数据和产品研发 ：立程的工具。p d m 系统确保跟踪那些设计、制造所需的大量数据和信息，并由此支持 ；阳维护产品”。如果说得再细致一点：从产品来看，p d m 系统可帮助组织产品设计， 完善产品结构修改，跟踪进展中的设计概念，及时方便地找出存档数据及相关产品信 息。从过程来看，p d m 系统可协调组织整个产品生命周期内诸如设计审查、批准、变 更、工作流优化及产品发布等过程事件。这只是单纯从技术的角度给p d m 下了一个“准 确”的定义。p d m 远不止如此。它是依托i t 技术实现企业最优化管理的有效方法， 是科学的管理框架与企业现实问题相结合的产物，是计算机技术与企业文化相结合的 一种产品。 p d m 存储产品相关的所有数据，包括： $ 产品结构和配置 零件定义及设计数据 ：k c a d 几何造型文件和绘图文件 ：# 工程分析及验证数据 水制造计划及规范 ：# n c 编程文件 ：# 图像文件( 照片、造型图、扫描图等) ：# 产品说明书 ：# 软件产品( 程序、库、函数等“零部件”) ：# 各种电子报表、成本核算、产品注释等 项目规划书 十硬拷贝文件 ：# 其他电子数据等 此外，它也取到一种集成“框架( f r a m e w o r k ) ”的作用。各种应用程序诸如 c a d c a m c a e 、e d a 、o a 、c a p p 、m r p 等将通过各种各样的方式，如应用接口、开 发( 封装) 等，直接作为一个个“对象( o b j e c t ) ”而被集成进来，使得分布在企业 备个地方、在各个应用中使用( 运行) 的所有产品数据得以高度集成、协调、共享， 所有产品研发过程得以高度优化或重组。 p d m 系统由于其功能性、系统独立性、规模性、开放性等区别而大致分为两类。 一种是面向设计团队( 项目组) ，针对具体开发项目，主要以一两种应用软件为特定 ：集成内容，使用规模在几台至百台左右，运行在局域网络环境中的p d m 产品，我们称 华中科技大学硕士学位论文 其为“项目组级p d m ”。另一种p d m 产品是高层次的“企业级p d m ”系统。它具有我 们前面讨论提到的所有功能，可按用户需求以任意规模组成多硬件平台、多网络环境、 多数据库、多层分布式s e r v e r 、多种应用软件一起集成的跨企业、跨地区的超大型 p d m 系统，为企业提供基于并行工程思想的完整解决方案。目前世界上只有极少数p d m 系统具备这样的能力。如s d r c 的m e t a p h a s e 、i n s o 的s h e r p a w o r k s 等。企业实施p d m 的最终目标是达到企业级应用。项目组级p d m 的应用只是实现这一目标的初级阶段。 目前已有的商品化p d m 系统有：国外有i b m 公司的p m ，s d r c 公司的m e t a p h a s e ， e d ss o l u t i o n 公司的i m a n 等，国内有华中科技大学c a d 中心企业级p d m 产品 i n t e p d m 3 0 、清华大学c a d 中心的g h p d m s 等。作为企业级的p d m 一般具有如下功能： 电子数据仓和文档管理：这是p d m 最基本的功能之一。 流程管理：p d m 系统通过流程管理控制设计人员对产品数据的修改，包括有文 档的工作流、项目的任务流和工程变更管理三部分。 产品结构管理和配霞管理：产品结构管理不仅是管理产品零部件之间的装配、借 用、互换和版本等关系，而且是p d m 系统与其它应用系统，如c a d 、m r p 、e r p 等集成 的基础。配置管理是根据具体的事件、场地和零部件版本来决定当前有效的产品结构。 分类与检索：对产品数据管理的主要目的就是为了能够有效利用它，因此检索是 产品数据管理系统的基本功能之一。产品数据又是分类的，通过分类，不仅可以更加 方便的管理这些信息，而且可以提高检索效率。 项目管理：这是目前所有产品数据管理系统比较欠缺的功能，目前这方面的研究 主要集中在项目资源的配置、任务的划分和调整、关键路径分析等方面。 通信服务：用户通过通信机制可以及时得到任务通知、进行交流，从而达到提高 产品开发效率的目的。 应用系统集成( i n t e g r a t o rt o o l k i t ) ：p d m 作为信息集成框架，其主要功能之一 就是应用系统集成。通过集成工具，用户能够对已有应用系统封装，同时可采用一定 的协议将其它的系统软件和应用软件集成起来，使得这些系统软件和应用软件在逻辑 上以及用户的角度上和p d m 系统成为一体。 数据转换：不同的应用系统使用的数据格式不同，当p d m 作为信息集成系统将这 些不同的应用系统都集成起来时，p d m 理所当然地要实现这些应用系统之间的信息交 流和转换。 针对国内的p d m 软件，从技术和能提供的功能上普遍存在的不足在于： 1 ) 采用传统的两层c s 结构，系统维护和扩展困难，难以满足 i n t e r n e t i n t r a n e n t 环境下数据访问要求。 2 ) 可扩展性差，难以适应变化的环境和用户需求，难以应用于产品设计以外的 华中科技大学硕士学位论文 其它部门和领域。 这些不足在华中科技大学c a d 中心p d m 产品i n t e p d m 3 0 同样存在，在基于对以 上不足的认识，p d m 对促进企业信息化管理的重大作用的认识的基础上，为满足现 代企业对企业信息管理的需求，华中科技大学c a d 中心开发了新一代的基于组件，三 层结构的企业级p d m i n t e p l m 。它充分满足了企业对于分布式数据集成的需求， 支持广泛的数据来源，其特点体现在： 1 ) 它为真正集成制造企业的设计、制造、管理等部门的产品数据管理和处理流 程而开发，是基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的信息集成系统。 2 ) 它作为企业的门户，集成企业范围内的所有应用，支持广泛的数据来源，如 辅助设计( c a d ) 、工艺规划( c a p p ) 、辅助制造( c 删) 、分析优化( c a e ) 、 质量监控等产品开发技术，以及产品销售、资源控制、财务与人事管理、办 公自动化、供应链管理等先进管理技术。 3 ) 利用后台系统处理抽取业务信息，以索引方式连接基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的内容，为企业提供一个单一的信息访问入口，起到企业中各部门的信息中 介的作用，提供员工、客户和合作伙伴的协同工作环境。 4 ) 软件结构具有模块性，在p d m 系统实施的时候必须能用模块迅速搭建适合具 体企业要求的p d m 系统，在功能上能保证系统的可扩充性，能够满足不同用 户需求。 5 ) 能对异构数据的支持，能对异构的硬件、软件平台，多种的数据库，多种的 应用软件之间的数据流动提供支持。 1 2i n t e p l m 概述 1 2 1 系统简介 i n t e p l m 是华中科技大学c a d 中心在对制造业的产品数据管理的多年研究并在多 年的制造业信息软件开发与实施的基础上开发的基于组件、分布式的p d m 软件。系统 为三层体系结构，使用基于组建的软件开发机制，产品数据存储在数据库或电子数据 仓中，数据处理逻辑全部封装在中间层，客户端作为操纵界面主要起数据的显示和输 入作用。任何时候客户端都不能够直接操纵数据，所有数据访问都必须通过中间层实 现。在数据存储层，可根据用户不同采用分布式或集中存储两种形式的数据库和电子 数据仓。它充分体现了现有计算机与软件科学发展的最新技术。满足了现代企业对产 品数据管理的需求。 它作为一个制造企业数字化设计制造平台集成了华中科技大学c a d 中心的 i n t e c a d ( 二维辅助设计) 、i n t e c a p p ( 工艺规划) 、i n t e a m s ( 档案管理) 、i n t e p d m ( 产品 华中科技大学硕士学位论文 数据管理) 、i n t e s o l i d ( 三维造型) 、i n t e c a m ( 辅助制造) 等现有商品化软件。系统拓 扑结构如图1 1 所示。 器 图1 1 系统拓扑结构 该集成框架目前只涉及与产品设计制造有关的单元应用系统，暂未包括企业经营 管理系统，但该平台良好的可伸缩扩充性可以非常方便地集成其它企业业务应用系 统，为企业以后的扩展预留应用接口。 1 2 2 系统层次结构 由于企业集成框架不仅集成企业内部的各项资源与信息数据，而且要与外部进行 信息交换。动态联盟更是企业之间信息的集成“1 ，因此系统框架结构应提供i n t e r n e t 服务功能。集成系统采用基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的体系结构，从用户使用角度来看， 系统表现为四层：用户界面层( 客户端) 、中间层( 应用服务器) 、数据库服务层以及 w e b 服务层，如图1 2 所示。 华中科技大学硕士学位论文 图1 2 企业集成系统层次结构 系统各层的功能如下描述： 1 ) 用户界面层主要实现与用户间的交互。 2 ) w e b 服务器层主要处理浏览器x m l h t t p 对象的服务请求。浏览器通过w e b 页 面向w e b 服务器提出元素查询条件、w e b 服务器将请求处理过后传给应用服 务器。得到应用服务器的返回结果后，动态生成结果页面返回给浏览器。 。- 1 。1 。- _ _ _ _ 。- _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ - - _ _ 一 6 华中科技大学硕士学位论文 3 ) 中间应用服务器层是本系统中最重要的部分。该部分以产品数据管理以及产 品知识管理为核心，包括些计算机辅助工具应用组件，系统通过组件提供 用户相应的服务。 4 ) 数据库服务层由产品数据库以及产品知识库等两个逻辑部分组成，主要用于 支持产品信息和产品设计知识等数据的存储与管理。 1 2 3 基于p d m 的设计制造系统 制造业集成系统包括许多应用分系统，其中设计制造系统是最重要的分系统，而 p d m 又是其核心。企业设计制造系统以企业级产品数据管理系统( p d m ) 为基础，采用 面向产品全生命周期的管理模型：p d m 系统采用基于w e b 技术的异构协同工作环境， 实现企业产品设计文档管理、产品结构管理、产品配置管理、流程管理，基于共享产 品结构实现c a b c a p p e r p 产品共享信息的无缝集成。如图1 3 为p d m 系统与企业其 它子系统的关系图。 在企业集成环境中，采用多种计算机辅助技术作为产品数字化设计制造的工具， 例如c a d 、c a p p 及c a m 等软件。它们通过p d m 集成在一起，各子系统之间通过p d m 进行数据共享与交换。这样，通过p d m 形成了一个协同设计的产品开发环境，并能够 方便地将产品数据传给制造部门。 1 3p d m 系统中产品结构管理和产品配置的应用概况 1 3 1 国内外p d m 产品对产品结构管理功能简介 荧匦e d s 公司的i m a n ( i n f o r m a t i o nm a n a g e r ) 的产品结构管理模块i m a np s m 是基 华中科技大学硕士学位论文 ! ! 竺寰! ! ! ! ! ! ! ! ! = ! ! ! ! ! ! = 竺! = ! ! ! ! = = ! = ! ! 竺竺竺! ! 于配置管理的产品结构管理模块。p s m 通过b o m 的浏览功能进行修改和控制产品结构。 8 0 m 实际上描述了除几何信息以外产品的全部信息。通过c a d 几何模型、各种分析结 果、n c 加工程序和文本说明来描述b o m 结构间的关联。同时，还提供各种有效性管 理。如根据日期、系列号、供应商的供应能力等制定不同的规则，以便于组织生产。 o p t e g r a 是美国c v 公司的p d m 软件产品。它的产品数据管理模块为整个企业环境 提供了全面的产品配置管理手段。产品配置涉及到的数据包括工程设计、生产制造、 维修服务、采购供应和市场销售等部门。使企业中的各个部门从中获取统一的b o m 。 美国s d r c 公司的m e t a p h a s e 是一个企业级的p d m 系统。它的产品结构管理器( p s m ) 执行捕捉工程材料明细表的信息。可以生成、查看和操作图形方式下正在设计的产品 结构。 i b m 公司的p r o d u c t m a n a g e r ( p m ) 是产品数据管理应用软件。它的产品结构管理 模块着眼于产品的定义数据、产品结构、性能和变量以及有效性的确定和维护。产品 结构浏览器可使用户用锯齿形的图形化界面查看材料清单及有关产品定义数据。 归纳起来这些产品的产品结构管理p s m 功能来说，一般实现对产品本身的结构构 成数据的维护，能组织一切与产品相关的数据。产品结构管理p s m 除了用来维护产品 ：# 身的构成关系以外，还能为设计活动提供支持。由于p d m 系统中的产品结构是和设 计过程紧密相关的。而设计的目的是形成以一定的产品结构满足用户需求的产品，产 品的设计过程是一个动态并不断反馈的过程，所以产品结构的形成是随着设计过程的 ：不断推进而不断完善的过程，产品结构的形成和设计过程的进行是相辅相成的。 在天喻公司i n t e p d m 3 0 的产品结构管理实现了按产品结构组织文档管理，通过 毫义产品的属性可方便的实现对产品相关信息的浏览与管理，通过b o m 表管理实现了 对多产品结构的多视图统计报表功能。以设计过程的三个阶段概要设计、总体设计和 萍细设计为基础，提出了具有三个层次的产品结构管理模型，从而实现对产品设计的 支持。 但天喻公司i n t e p d m 3 0 的产品结构管理的不足在于： 1 ) 采用两层c s 结构缺乏对i n t e r n e t i n t r a n e t 下数据访问的支持。 2 ) 难于实现对产品的迅速配置。 3 ) 系统的兼容性，可扩展性差，难于兼容e r p 。o a ，电子商务等其他系统。 4 ) i n t e a m s ，i n t e c a p p ，i n t e p d m 缺乏统一规划，平台不统一，数据接口缺乏规范 造成集成困难。 5 ) 缺乏对异地协同设计数据流传输的支持。 1 3 2 国内外产品配置研究近况 产品配置管理是随着产品的系列化和客户化生产而出现的，它以企业零部件库作 8 华中科技大学硕士学位论文 为底层支持，以系列化产品的相关数据作为管理对象，以产品的物料清单为核心，实 现产品数据的组织、控制和管理，并在一定目标或规则约束下向用户或应用系统提供 产品结构的不同视图和描述。产品配置管理涵盖了产品的各个阶段，管理范围包括产 品的需求分析、策划阶段、开发阶段、生产准备、制造、售后服务等阶段，并作为企 业电子商务框架的一部分支持e r p 、s c m 、c r m 等系统。制造企业经过多年的积累，形 成许多满足不同层次用户需求的产品系列或产品族，生产时根据客户的具体要求进行 生产。客户的每种不同要求就形成了该产品的一个具体配置，这些配置信息对产品的 系列化、追踪产品的变化等非常重要。 现今企业生产在很大程度上是面向用户定单需求进行的，例如面向订单的制造、 装配以及产品设计等等。为了适应这种转变，企业需要高效便捷的产品配置生成方法。 由于用户的需求多种多样以及配置约束规则的复杂性，使得产品配置方案的生成是一 个非常复杂的过程，对配置设计人员的要求非常高。因此产品配置生成的方便性、灵 活性、智能化是配置管理的重要目标。产品的专家经验、专业知识的积累和整理利用 是实现企业创新产品开发的基础，也是实现智能化产品配置设计的关键。对基于知识 的产品配置设计的研究能够使企业更好地利用和挖掘产品知识，提高产品配置设计过 程的智能化，降低产品设计制造成本，增强企业的产品创新能力，以在激烈的市场竞 争中取得优势。 近年来，出现了不少关于产品配置的方法和理论，比如比利时的p l a v e n c y 和 m v a n h o e d e n a g h e 。2 在1 9 8 8 年提出了基于知识的配置管理思想。他们认为高级配置 管理系统需要许多不同种类的知识表达来支持。这些知识不仅仅用来跟踪构件不同版 本的使用，而且还用来支持版本选用以及描述不同版本之间的兼容性规则和约束。文 中提出了一种描述版本选择和版本约束规则的描述语言。t i m os o i n i n e n ，i l k k a n i c m c l a3 1 针对产品配置过程提出了一种基于规则的配置知识描述语言，该语言通过 一种描述性语义对产品配置的主要概念例如配置模型、需求以及合法配置进行形式化 定义。这种语义使用h o r n 子句的可推导性来保证配置中每个元素的合理性，从丽使 之具有较强的可计算性。例如配置的合理性可以在线性时间里得到验证，而其它计算 任务仍然是一个n p 难题。文中的讨论表明，c s p ( 约束满足问题) 和动态c s p 可以嵌入 到这种适合表达配置知识的语言中。这种规则语言与具有稳定模型语义的标准逻辑程 序紧密相关。a l e x a n d e rf e l f e r n i g ，g e r h a r df r i e d r i c h ，d i e t m a rj a n n a c h 。“指出 产品配置系统的开发和维护面临着知识库不断增长的复杂性问题。由于产品以及相应 的产品配置系统不得不同时开发，因此需要有效的知识获取方法。文中讨论了如何用 一种标准的设计语言对配黄知识库进行建模。配置模型的两个基本要素是产品构件模 型以及相应的功能结构集合，其中功能结构集定义何种需求附加到产品中。概念配置 9 华中科技大学硕士学位论文 模型可以被转换成一种可执行的逻辑表达式。通过这种表达我们能够使用基于模型的 参断技术调试有错误的知识库，找出不可行需求。 这里详细介绍t o m im i n n i s t 5 ，h a n n up e t o n e na n dr e i j os u l o n e n 【”的基于产 品开放数据模型的产品配置方法和华中科技大学c a d 中心的i n t e p d m 3 o 中使用的产品 配置方法。 t o m im i n n i s t 5 ，h a n n up e l t o n e na n dr e i j os u l o n e n 提出的基于产品开放数据 模型的产品配置方法认为进行产品配置首先必须精确的描述可配置产品的模型，产品 模型由组件组成，组件分为动态组件和静态组件，组件可看作某类具有共性的产品系 列，在这个系列中既有已经生产出来的产品，还包括将要被制造的产品，在组件上使 用类和继承的概念，根据不同子类之间的配置规则约束来决定对那个子类的选择，配 置出来的零部件是这些类的实例。有关组件配置规则和组件的类与子类的关系可用图 1 4 来说明，图中有两个基本组件l j f t 和m a c h i n e r y ，l l 是l i f t 的一个子类，l i a 和l i b 是l l 的两个子类：m 1 和m 2 是m a c h i n e r y 的两个子类，m i a 和m i b 是m l 的两个子类，m 2 a 和m 2 b 是m 2 的两个子类。配置过程实际上是根据图中所标明的配置规则来搜索所需要 的子类。 图1 4 基于开放数据模型的产品配置方法示意图 b 此种配置方法是将配置过程完全建立在对产品族的搜索上，因此在模型构件节点 上必须要有完整的此构件对应的零部件族的信息，否则无法进行下一步搜索。这种方 法的缺陷在于无法对模型采用更灵活的配置，模型针对的产品类型固定，模型缺乏通 用性。 i o 华中科技大学硕士学位论文 华中科技大学c a d 中心的i n t e p d m 3 0 中把产品结构分为几个层次来进行管理。 图1 5 表示一种层次划分方法，它们是：产品模型、产品结构、部件结构和产品配置。 这种层次划分遵循了从抽象到具体、从宏观到微观的原则。但是这仅仅是从设计上考 虑了产品模型对设计的支持，不适用大规模定制对产品模型的支持。 i 产品 i 归档 j 圃 b o m 生成 图1 5 产品结构管理的层次 1 3 3p d m 产品中进行产品结构管理和产品配置的意义 综合以上p d m 产品中对产品结构和产品配置的研究，结合国内外最近的研究成果， 可看出，产品结构管理和产品配置管理是p d m 中的重要内容，也是p d m 系统和其他系 统( 比如e r p ，c a p p 等) 进行集成的接口。p d m 是管理与产品整个生命周期中所有与 产品相关信息和过程的技术，与产品相关的信息主要包括了c a d c a p p c a m 的电子化 文档、材料清单( b o m ) 、产品配置、技术文件、工艺表格、生产成本、标准规范等。 在传统企业的产品管理中，通过管理这些文档来实现所有产品信息的管理，但是以文 档为主线p d m 系统在查询、修改和维护产品数据带来很多不便，单凭这些文档和文件 夹无法准确、形象的反映一个产品的结构，很难从总体上组织一个产品所有的信息。 以产品结构为中心组织产品的信息管理被证明是更有效的信息管理方法，以产品结构 为基础的文档管理克服了原理纯粹的文档管理的繁乱无序。而一个产品的往往不止一 种结构，对存在大量系列化产品的企业，仅用产品结构无法实现所有系列化产品的管 理，在p d m 中实现产品配置的功能是必须的。p d m 产品中产品结构和产品配置从功能 上应该有以下新特点，这也是本课题研究的意义。 1 具有零部件族管理的功能： 2 支持b o m 多视图管理； 1 】 垂至一 华中科技大学硕士学位论文 3 支持零部件设计、修改、变更过程中的版本管理； 4 产品结构管理具有专门的接口，其他应用系统( e r p 、c a p p 等) 可方便的获 取产品的结构信息； 5 方便模型库、知识库和规则库的维护： 6 有专门的配置器，能根据用户知识和规则配置出符合用户需要的产品。 1 4 本文作者主要工作 研究生期间，作者一直从事p d m 系统的研究与开发。参加了华中科技大学c a d 中心多层体系结构的、基于组件技术p d m 系统中产品结构管理与产品配置模块的开发 与研究、国家8 6 3 c l m s 主题资助的基于i n t e r n e t i n t r a n e t 的产品数据管理系统的 开发，安徽江淮汽车公司p d m 应用系统的维护工作等。作者对p d m 系统的体系结构、 p d m 与其他系统的集成进行了一些研究和总结。特别是在参加华中科技大学c a b 中心 多层体系结构的、基于组件技术i n t e p l m 中产品结构管理与产品配置模块的开发时， 针对当前p d m 技术做了细致的研究，总结起来有下面几点： 1 ) 深入研究了基于组件的、三层体系结构的应用模型，并参照这一应用模型对 i n l e p l m 中产品结构管理与产品配置模块进行了总体设计。 2 ) 针对产品结构的修改，首次使用零部件和零部件版本两个不同的概念来描述 一个零部件版本，从而较好的解决了零部件版本管理的问题，实现了对零部件版本变 更修改的支持。 3 ) 实现了零部件族和b o m 多视图管理，加强了产品结构管理功能。零部件分族 管理可以减少重复设计，方便零部件的检索；b o m 多视图管理可以根据企业不同部门 的需要( 这些部门包括设计、采购、制造、维护) 自动产生不同的视图。 4 ) 提出了基于产品模型和零部件族，应用知识库和规则库进行产品配置的方法， 这一方法有助于实现分布式、大批量定制条件下企业对产品结构和零部件信息管理的 需求。 5 ) 完成了产品结构管理、产品配置管理的设计文档的撰写，实现了i n t e p l m 中 产品结构管理与产品配置功能。 1 5 本章小结 本章介绍了课题的来源、目的、意义，分析了现代p d m 面临的挑战以及企业为什 么需要p d m 、企业需要什么样的p d m ，结合国内外的p d m 软件，分析了它们在技术和 功能上普遍存在的不足，说明了进行p d m 研究和开发适合现代企业需要的p 蹦产品妁 重要意义。然后介绍了华中科技大学c a d 中心的p d m 产品叫n t e p “的系统构架， 华中科技大学硕士学位论文 探讨了国内外对产品结构和产品配置研究的方法和理论，指出了在本课题中研究产品 结构和产品配置管理的意义，最后介绍了本文作者在研究生阶段所做的主要工作。 华中科技大学硕士学位论文 2 1 引言 2 三层结构的应用体系及其关键技术 目前成熟的p d m 软件多采用c s 的结构，基于c s ( c l i e n t s e r v e r ：客户服务器) 结构的应用系统主要有两层c s 结构与多层c s 结构两种。两层c s 结构的系统中客 户端包含了大量的数据处理逻辑，服务器端主要利用了数据库数据管理功能。随着应 用深入，这种胖客户端应用系统的缺点就逐渐表现出来，如开发和维护复杂、可扩展 性和可移植性差、局限于局域网等。 i n t e m e t 技术的发展使传统的客户机服务器模式愈发表现出明显的局限性。为适 应更快更复杂的事务处理任务和系统扩展性的需要，基于组件、三层体系结构的应用 成为当前主流的应用模型，本章介绍了华中科技大学c a d 中心的p d m 产品i n t e p l m 所采用的三层应用模型的结构及其优势，介绍了进行三层结构应用开发的关键技术和 过程。 2 2 三层体系结构简介 在三层结构的应用中两个因素起了关键性的作用：可扩展性的要求和i n t e m e t 的 发展。两层应用可扩展性差，且对客户端的要求越来越高。而i n t e m e t 的发展要求应 用在“瘦客户机”上运行，因而程序逻辑就必须与用户界面分开，从而使三层应用成 为必要。在三层结构下，表示层( p r e s e n t a t i o n ) 、应用逻辑层( b u s i n e s sl o g i c ) 、数据 月务层( d a t a s e r v i c e ) 被分割成三个相对独立的单元( 如图2 1 所示) 。表示层负责与 用户交互并把相应的请求通过调用中间层的组件传递给应用逻辑层。应用层的组件执 行具体的事务逻辑并通过s q l 等方式向第三层的组件提出数据或其他资源请求。 1 4 华中科技大学硕士学位论文 n e t w o r k n e t w o r k 图2 1三层应用模型 三层体系结构常被称做s e r v e r - c e n t r i c ，因为应用逻辑是运行在中间层的服务器 上，与用户界面和数据的访问相对独立。尽管没有要求这三部分必须运行在不同的机 器上，一般情况下，表示层在客户端的应用如浏览器中运行，数据访问也在专用的数 据库服务器上运行。三层编程模型为开发者和管理者超越两层的客户服务器应用程 序的限制提供了便利。 三层编程模型的表示层采用x m l 的动态网页a c t i v es e r v e rp a g e s 客户端，使用 i n t e m e ti n f o r m a t i o ns e r v e r ( i i s ) 5 0 服务器，使用其伸缩性发挥网络负载平衡( n l b ) 的 作用。x m l 是跨平台的标准语言，利用x m l 设计更友好的用户晃面可提供动态的 网页界面，将结构化数据下载到客户端，大幅提高用户可体验性能，更有效地利用客 户端的计算能力同时又不降低网页式应用程序的优点。 应用逻辑层又可称为组件层或者业务规则层，该层运行的是c o m 组件和c o m + 组件，这些组件不但是完成业务逻辑，也承担者与其他两层的连接接口，组件与其他 层次的关系如图2 2 所示，有关c o m 组件和c o m + 组件将在下节专门介绍。 华中科技大学硕士学位论文 图2 2 中间层组件 数据层采用a c t i v ed a t ao b j e c t s ( a d o ) 和o l ed b2 5 增强了数据存取能力，加 强了状态管理，采用了驻内存数据库( i m d b ) 和事务化共享属性管理( t s p m ) 。 应用采用三层结构的优点在于： 1 ) 三层应用程序的配置和管理具有更大的灵活性。这种三层模型强调的是应用 程序的逻辑体系结构，而不是其物理体系结构。任一个服务都可以激活别的服务，也 可以驻留在任何地点。 2 ) 这些应用程序是分布式的，这就意味着可以在合适的位置运行合适的组件， 从而使用户获益并优化网络和计算机资源的使用。 3 ) 三层结构的应用系统通过中间层服务器实现了客户端、数据、数据处理逻辑 的完全分离。它有这样一些特性：客户端使用通用的浏览器，不需要任何维护工作； 系统的扩展性好，只要安装了浏览器就可以随时联接到系统中；信息共享程度高，开 放性好，可以很方便的实现不同系统之间的信息共享；能够很方便地提供广域网支持。 4 ) 软件模块的可重构和可重用性。采用面向对象的方法和技术，建立标准的对 象模型( 例如元对象模型、应用工具对象模型、接口对象模型等) ，帮助用户在不同 功能需求下的定制或扩展，以及实现不同应用系统的“即插即用”，为p d m 系统与其 三应用系统的集成提供了快捷的手段，实现应用级的信息集成有助于实现敏捷制造 和动态联盟企业的建立。应用逻辑集中放置在服务器上由所有的用户共享，使得系统 的维护和更新变得简单，当事务逻辑发生变化时，只需更新服务器上相应的应用逻辑 1 6 华中科技大学硕士学位论文 i i 组件，之后所有的客户就可以使用新的事务处理逻辑。避免了客户端应用程序版本控 制和更新的困难。 5 ) 应用程序组件可以共享与数据库的连接，数据库服务器不再是为每个活动 的用户保持一个连接，从而降低了数据库服务器的负担，提高了性能。 6 ) 安全管理可以基于组件来授权而不是授权给用户，客户不再直接访问数据库， 提高了安全性。 2 3 微软d n a 的三层体系结构 为适应更快更复杂的事务处理任务和系统扩展性的需要，微软提出了d n a 技术 架构( w i n d o w sd i s t r i b u t e di n t e r n e ta p p l i c a t i o n sa r c h i t e c t u r e ) 。w i n d o w sd n a 以“表现 层事务逻辑层数掘层”三层体系结构为构架，并将分布式组件( d c o m ) 概念应用于 i n t e m e t ，图2 3 是基于c o m 组