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p d m 中通用产品配置管理模型研究实现 摘要 由于市场竞争的加剧和客户需求的快速变化，制造企业，特别是开发生 产大型复杂产品的企业，对产品结构定义和配置管理提出了新的要求，而基 于p d m 构架的产品结构定义和配置管理是企业信息化支持平台中必不可少的 核心功能。 产品数据管理( p m d u c td a t am a n a g e m e n t ，p d m ) 技术虽早出现于八 十年代初期，能有效的解决企业信息管理部门、产品的研究丌发部门和设计 制造部门之间的数据流通，实现数据共享，缩短了产品的生产周期，也保证 了产品数据的唯一性。但现有系统的理论性和针对性太强，适应分布异构的 能力较差。 基于以上问题以及当今企业对于产品结构管理需要的不断提高，本论提 出了基于构件技术面向对象的产品结构和配置管理技术，来实现企业的产品 结构和配置管理。文中论述了p d m 及产品结构和配置管理概况，对p d m 系统 及其产品结构和配置管理的通用性进行了研究，并提出了基于s t e p 的通用 产品结构和配簧管理的模型，另外对该模型中产品结构树及b o m 表以及论文 中存在的不足进行了阐述。 关键字：产品数据管理，s t e p ，b o m ，产品结构配置和管理 i i p d m 中通用产品配置管理模型研究实现 a b s t r a c t a s 也er e s u l to fi n c r e a s i n gm a r k e tc o m p e t i t i o na n dr a p i d c h a j l g eo f c u s t o m e r sr e q u i r e m e m s ， m a i l u f 8 c t u r i n ge n t e r p r i s e s ，e s p e c i a l i yt h o s ew h i c h d e v e l o pa | 1 dp r o d u c tl a r g ea i l dc o m p l e xp r o d u c t s ，p r o m o t en e wr e q u i r e m e n t s a g a i n s tp r o d u c ts t r u c t u r ed e f i n i t i o na n dc o n f i g u r a 虹o nm a n a g e m e n t p r a c t i c a l l y p r o d u c t s t r u c t u r ed e 矗n i t i o n 肌d c o d j g u r a t i o nm a n a g e m e n t u n d e rp d m a r c h i t e c t u r ei so n e a b s o l m e l yn e c e s s a r y c o r ef h n c t i o no f e m e r p r i s e e m a n u f a c t u r i n gs u p p o r t i n gp l a t f o 啪 t h ep r o d u c td a c am a i l a g e m e n t ( m ep r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，p d m ) t e c h n i q u ew h i c ha p p e a r e di nm ee a r l y1 9 8 0 sc a i le 船c t i v e l ys o i v et h ed a t a c i r c u l a t e 啪o n gb u s i n e s se n t e i p r i s e i n f o m l a t i o n m a n a g e m e ms e c t i o n ， p r o d u c t - m a k i n gs e c t i o na 1 1 dd e s i g n i n gm a n u f a c t u r es e c t i o n p d mt e c l l i l i q u e c a m e so u t 也ed a t as h a r c ，s h o r t e n s 血ep r o d u c t m a k i n gc y c l ea j l dg u a r a f l t e e st h e e x c l u s j v c n e s so fp r o d u c td a a b u m ep r e s e n ts y s t e m a t i c 出o o 正e sa r c 幻os t r o n g a n dt h ea b i l i t yo fa d a p t i n gd i s t r i b u t i o ni sv e r yw e a i 【 b a s e do nt h ea b 0 v ep r o b l e m sa f l dt l l er e q u i r e m e n to fm o d e r ne n t e r p r i s e sf o r i m p r o v i n gt h cp r o d u c t i o ns 讯i c t u r e ，t h et 1 1 e s i sp u t sf o r w a r dat e c l l l l i q u ef a c i n gt o 山ep r o d u c ts t m c t u r e ，a n d 血s 衄l l m e mm a n a g e m e n ta c c o r d i n gt ot h es o f t 、v a r e t e c l l i l i q u ea n dc a 玎i e so u tt l l em a n a g e m e n tt ot 1 1 ep r o d u c ts t r u c t u r ea 1 1 di n s t a l l m e n t m a n a g e m e m a r cd i s c u s s e di n 也e 也e s i s m s ot l eg e n e r a lf e a s i b i i i t yo ft h e mi s r e s e a r c h e d b a s e do nt l l i st y p eo fm o d e l ，m ep r o d u c ts t r u c t u r et r e e ，m eb o m f 孤n ，a n dt h ed e f e a t so f t h cs t u d ya r ea d d i t i o 眦1 l ye x p l o r e di nt h et h e s i s k e yw o r d s ： p r o d u c td a t am a n a g e m e n l p d m ：s t e p ：b o m ： p r o d u c ts 饥l c t u r ec o n f i g u r a t i o na n d m a n a g e m e n t ： p d m 中通用产品配王管理模型研究实现 1 1 课题研究的目的和意义 第一章绪论 产品数据管理1 1 j ( p r o d u c td a t am a i l a g e m e n t ，p d m ) 技术最早出现于 八十年代初期，目的是为了解决大薰工程图纸、技术文档以及c a d 数据的 管理问题，是近年来计算机产品工业中发展最快的技术之一。p d m 的概念 总的来说应该包括两大部分：一是管理与企业生产相关的所有产品数据信 息；二是管理与所有产品相关的过程，能有效地对产品的概念设计、计算分 析、详细设计、工艺过程设计、和加工制造等产品整个生命周期内各阶段的 相关数按照一定的管理模式加以定义、组织和管理，保证产品数据的一致、 更新及时、共享和安全，使与产品生命周期相关的各类人员都能在一定的安 全范围内方便的存取使用有关的数据信息。 同时，作为一种使能技术，p d m 是c i m s 工程实施的平台，它是企业 重构和发展的一项必不可少的重大基础结构技术。p d m 系统能有效的解决 企业信息管理部门、产品的研究开发部门和设计制造部门之问的数据流通， 实现数据共享，极大的缩短了产品的生产周期，也保证了产品数据的唯一性。 p d m 产品引入中国后，虽然具有很强的需求，但是成功实施的例子不多。 究其原因是企业需求的不断变化和已开发好的软件系统相对稳定之间的矛 盾。客观情况不同的企业对p d m 系统的需求大相径庭，甚至同一个企业需 求也是不断变化的。而现有p d m 系统一旦开发完成投入使用后，往往无法 方便的从一个行业转移到另一行业，也无法方便的加入新的应用支持以满足 企业新的需求变化。 本文针对p d m 开发与实施现状，对p d m 系统的产品结构和配置管理 部分的通用性加以研究，从理论论证到个案开发与实施上解决产品配置管理 的通用性，并结合数据库技术、网络和构件技术开发出相应管理模型，真正 提高p d m 通用性管理产品数据的能力。 p d m 中通用产品配置管理模型研究实现 l r 2 国内外的研究概况和发展趋势 1 2 1 国外的研究概况 p d m 技术的发展可以分为以下三个阶段： 1 ) 配合c a d 使用的早期p d m 系统1 7 1 2 】 2 0 世纪8 0 年代初，随着c a d 在企业中的广泛的应用，工程师们在享 受c a d 带来好处的同时，也不得不将大量的时间浪费在查找设计所需信息 上，对于电子数据和文档的存储和获取的新方法需求变得越来越追切了。针 对这种需求，各c a d 厂家配合自己c a d 软件推出了第一代p d m 产品，主 要目标是解决大量电子数据的存储和管理问题，提供了维护”电子绘图仓库” 的功能。主要表现形式为各类文档管理或图纸管理软件系统等。第一代p d m 产品在一定程度上缓解了“信息孤岛”的问题，但没有真正实现企业级的数据 和过程集成，同时第一代p d m 产品普遍存在功能较弱、开放程度不高、集 成能力不强等缺陷。 2 ) 产品数据管理( p d m ) 九十年代初中期，许多公司推出了功能更强大的p d m 产品，同时出现 了许多专门开发和推广p d m 产品的公司。如s d r c 公司的m e t a p h a s e ，i d s 公司的i m a n ，i b m 公司的p m ，s m a ns o l u t i o n 公司的s m a r t e 啪等等。目 前占据主导地位的p d m 产品主要是第二代产品。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，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 产品可以真正实现企业级的 信息集成和过程集成【4 皿j 。 3 ) 产品协同商务( c p c ) 1 9 9 7 年7 月，o m g 组织公布了其p d me i l 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 me n 曲1 e r 基于c o r b a 技术，就p d m 的系统功能、 2 p d m 中通甩产品配置管理模型研究实现 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。这一标准的 制订为新一代标准化p d m 产品一c p c 的发展奠定了基础。其中比较典型的 是由p t c 公司和m a t r i x o n e 公司提出的产品协同商务( c p c ) 解决方案，它 是一个完全建立在i n t e m c t 平台、c o 瑚a 和j a v a 技术基础上的产品。之后， 各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。以w i n d c h i l l 和 e m a t r i x 为代表，此时的c p c 成为基于分布式w b 计算框架的联邦式体系结 构、i n t e m e “i n 仃a n e t 和j a v a 的管理平台。 1 2 2 国内p d m 产品的概况 相比较国外的情况，在国内，p d m 起步较晚，各p d m 公司推出的产品 都是基于第二阶段的产品。在国内应用的p d m 产品中，高端市场与高端市 场存在较大的差别，主要表现在： ( 1 ) 高端市场方面基本上被国外品牌所垄断，且被u g s 、i b m 和p t c 三家公司的t c 跚c e m e r 、w i n d c h i l l 、s m a n e 锄三个产品所瓜分，其中 t e a r n c e n t e r 在传统的特大型企业中有一定的优势，w i n d c h i l l 则在航空航天 等军工企业具有一定的优势，s m a n e a m 在中、大型企业中有一定的优势。 ( 2 ) 在中端市场，国内p d m 厂商因本地化和价格等方面的原因占有一 定的优势，占据了较大的市场份额，尤其是在用户的数量上具有明显的优势， 但除了英泰和思普表现较为突出外，艾克斯特、开目、大恒、新模式等均在 伯仲之间，差异化并不明显。 这从侧面反映了国产的p d m p l m 还处于产品生命周期的发展期，市场 竞争更为激烈，因此国内p d m 厂商的生存环境不容乐观，要产生无论是从 技术上、市场上和实施能力上均能同国外厂商抗衡的国产p d m 企业的道路 还很漫长。 1 2 3p d m 产品的发展背景和趋势 应当看到，新的p d m 系统的出现是有深刻的企业需求背景和技术发展 背景的。正是在企业需求和技术发展这两大推动力的推动下才产生了新一代 p d m 中通用产品配置管理模型研究实现 的p d m 产品。 ( 1 ) 新的企业需求背景 随着知识经济的到来，现代科技飞速发展，企业要建立一个大而全的体 系越来越难，任何企业都要经常与其它企业进行联合，甚至许多来自不同企 业的职能部门临时组织在一起，组成所谓“虚拟企业”，共同完成某项社会生 产任务。新的社会生产方式要求我们对于企业功能的分析思路和方法也有所 改变。人们逐渐认识到，企业职能虽然多种多样，但都是由相近的基本职能 组成的，企业的差异主要来自于集成了不同的职能。新一代企业模型分析方 法应当首先着眼于“标准企业职能”，通过组合和定制各个“标准企业职能”实 现某个特定的企业、“虚拟企业”或企业联盟的综合信息模型。 如果说第二代p d m 产品配合了“自顶向下”企业信息分析方法，第三代 p d m 产品就应当支持以“标准企业职能”和“动态企业”思想为中心的新的企 业信息分析方法。今天，企业发展的自主性越来越强，为了获得最大的经济 效益，近年来企业重组成为企业提高发展水平的重要。 ( 2 ) 新技术的飞速进步 ( 1 ) 网络的发展 近年来以i n t e m e t 为代表的网络技术获得了惊人的发展，i n t e r n e t 已经深 入到社会的各个角落。企业的信息化发展同样受到了巨大的冲击。在w w w 如此流行的今天，人们自然希望各种应用系统能够以w w w 这种统一的面貌 出现。 ( 2 ) 分布式计算 基于网络的分布式计算技术近年来获得了很大的进步。以分布式计算技 术为基础，基于构件的系统体系结构将逐渐取代模块化的系统体系结构。 ( 3 ) j a v a 语言 j a v a 从出现的第一天就成为计算机界的一个热点。如果蜕分布式计算框 架解决了系统构件之间互操作的问题，j a v a 则解决了构件在网络上移动的问 题。将分布式计算框架和j a v a 技术结合起来将是构造网络信息系统最理想的 模式。 ( 4 ) s t e p 标准 p d m 中通用产品配置管理模型研究实现 s t e p ( i s o l 0 3 0 3 ) ( s t a i l d 孤df o rt h ce x c h a n g eo f p m d u c tm o d e ld a t a ，产品 模型数据交换标准) 是一个关于数字化产品数据表示和交换的国际标准。 s t e p 的目的是提供一种不依赖于具体应用系统的中性机制，用来描述产品 整个生命周期中的数据。近年来随着支持s t e p 标准及其应用开发工具的只 益成熟，s t e p 正在被越来越多的应用软件所支持特别是c a d c a e c a m 软件。p d m 产品要想在开放性和系统集成能力方面有实质性的突破，必须 建立在对标准支持的基础之上9 2 0 1 。 综上所述，在企业需求和新技术发展的共同推动下，新一代的p d m 的 特点主要包括如下几点： ( 1 ) 提供企业信息建模方法论和相应工具的支持 从p d m 的发展来看，p d m 是一门管理的技术，它和企业的实际情况 密切相关，p d m 是依托r r 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，是计算技术与企业文化相结合的一 种产品，所以，p d m 不只是一个简单的技术模型，实施p d m 必须站在企业 管理的高度，并给企业提供相应的方法论，建立一个正确的信息模型，为系 统的实施打下坚实的基础。 ( 2 ) 广泛应用面向对象的系统分析和设计技术 随着企业对计算机需求的不断扩大，企业计算机应用系统的开发越来 越复杂，而利用传统的设计方法已经不能满足系统开发的需要，因为企业对 系统的需求不可能一成不变：由于用户要求的变化、竞争形式的发展与加剧、 规则的修改与调整、投资状况的变化、技术的迅猛发展等因素都会使系统需 求不断地改变。而面向对象的方法因其抽象性和封装性的特点，使其能更好 地确定系统的范围和目标，并能很好地适应未来的发展。所以，未来p d m 系统的开发将广泛应用面向对象的方法。 ( 3 ) 基于i n t e m e t i n t r a n e t 平台的p d m 产品 国际互联网i m e m e t 的运用已遍及全球，随着应用的深入，未来企业的 商务活动将越来越多的在i n t e m e t 和企业i n t r a j l e t 平台上进行，作为企业信息 平台的p d m ，如何适应这一发展，已成为急需解决的问题，所以，未米p d m 产品的开发将越来越多地基于i n t e r n e t ，i n t r a l l e t 平台。 p d m 中通用产品配王管理模型研究实现 ( 4 ) 从传统的客户机，服务器结构转向三层结构 客户机服务器结构的出现使计算机应用获得巨大的发展，但随着应用的 深入，其固有的缺点和弊端也显露出来：网络资源的消耗大、系统的安装、 配置、升级、维护、培训将耗费大量的人力和物力。三层体系结构是二层体 系结构的发展和延伸。它把系统从逻辑上分为三层：用户服务层一完成描述 逻辑，应用处理层一完成业务处理逻辑，数据存取层一完成数据存取逻辑。 系统应用都集中在应用处理层，客户端只负责结果的显示，系统的改动只须 在应用处理层修改即可，所以，三层体系结构较好地解决了二层结构所固有 的问题，这就导致p d m 的开发从传统的客户机服务器结构转向三层结构。 ( 5 ) 系统的开放性 作为企业信息集成平台的p d m ，必须管理企业各种应用系统产生的数 据，使应用系统之间达到信息的交流与共享。但随着企业计算机应用的深入， 将会有更多不同应用系统产生的信息让p d m 进行管理，所以，p d m 要适应 未来的发展，必须为更多的应用系统提供标准化的接口。 ( 6 ) 支持快速定制和开发客户化系统 因p d m 系统和企业自身的情况密切相关，实施p d m 系统并不是经过简 单的培训就可以使用，它必须有一个复杂的客户化过程。目前因p d m 系统 的标准化和企业管理的规范化正在逐步完善，所以，现在p d m 的实施还处 在“量身定做”的阶段，开发周期很长，耗费大量的人力、物力。由此可以看 到，进行p d m 系统标准化、模块化的开发，使p d m 系统支持快速定制和开 发客户化系统将是未来的研究方向之一。 ( 7 ) 分布式技术 基于网络的分布式计算技术也是近年来获得很大进步的技术之一。以分 布式计算技术为基础，基于构件的系统体系结构将逐渐取代模块化的系统体 系结构。 除此以外，p d m 系统还需要特别关注以下两方面的问题。 一一个是p d m 产品层次化和行业化的问题。p d m 系统的实施是一项复杂 的系统工程，不同规模不同发展阶段的企业对p d m 系统有不同程度的需要： 在各个行业中，由于产品、生产方式、管理模式的不同，有许多行业中特有 p d m 中通用产品配置管理模型研究实现 的功能需要。另一个问题是p d m 产品应当更好地支持客户化开发，对于从 系统模型的改变、系统功能模块的开发到系统配置的整个流程要有很好的支 持。解决好这个问题才能真正完成p d m 技术的应用转化。 1 3 本论文要研究的内容 本论文研究的内容主要分为两大部分： ( 1 ) 对p d m 的通用性、产品结构和配置管理的通用性做出理论上的研 究； ( 2 ) 研制出产品结构和配置管理的实用模型和细节实现； ( 3 ) 从实践上实现产品结构和配置管理，该部分又可细分为：产品结 构树的建立，o 产品结构树的各种操作，o b o m 表的自动化生成，4 b o m 表信息与c a d 的数据转换，o b o m 表信息向x m l 文档的转化等等。 p d m 中通用产品配置管理模型研究实现 第二章p d m 系统及产品结构和配置管理的通用性研 究 2 1p d m 系统的通用性研究 2 1 1p d m 系统的通用- 性理论基础 产品数据管理系统围绕产品这一核心从宏观上提供了有效管理所有与 产品相关的信息( 文档、产品结构、资源等) 与过程( 工作流程、工程更改等) 的手段与工具，同时它也提供了企业信息集成的框架【12 ，”j 。通过p d m 系统 与c a x ( c a d ，c a p ，c a m 等) 应用工具的集成，能够获得设汁的源头信息， 而p d m 系统与m r p 系统、车间控制系统的集成，实现了设科部门到生产管 理部门与制造部门间的信息传递，从而保证了企业整体信息的连续性与完整 性。由于不同类型的企业其产品信息的描述与组织方式差异很大，即使同属 一个行业，不同企业的产品信息的组织方式虽然具有类似性，但是对产品信 息的描述由于企业历史文化因素的差异，一般来说也是不同的，加上各仓业 本身遗产系统不相同，所以，在企业中实现p d m 系统与其它系统的信息集 成时，通常需要针对企业的具体情况对选用的商用p d m 软件系统进行专门 的用户化定4 ，同时还必须开发与其它系统的专用集成接口，开发：f 作量相 当大，并且由于上述工作是针对具体企业来做的，往往缺乏通用性，更换一 个企业，必须重新进行开发，不能移植到其它企业直接使用。 因此研究p d m 系统的通用性，是当前p d m 研究人员的个热点和难点。 通用的p d m 系统必须带有一定柔性、能支持一般企业中全局信息集成的通 用接口工具和用户定制，以支持p d m 的用户化及不同p d m 系统与其它系统 间的信息集成。通过减少用户的开发工作，从而编短企业实施c i m s 的时间， 加快企业信息化的进程 在不同的企业中，虽然其信息的组织方式具有类似性，都是围绕b o m 进行信息组织，但是由于每个企业对集成信息的需求不一样，因此建立的信 息模型也不一致，有时甚至差别较大。这种差别主要体现在两方面：一方面 息模型也不一致，有时甚至差别较大。这种差别主要体现存两方面：一方面 p d m 中通用产品配置管理模型研究实现 实体的数量与实体间的关系可能不一样；另一方面对同一类实体，其属性的数 量与属性的定义也存在差别。针对这些特点，需要所设计的p d m 通用系统 能动态适应全局信息系统底层数据模型的变化，以此为目标来确定该系统的 设计原则。 通用p d m 系统的设计原则： 建立可与别的系统( 如：c a x ，e i 冲等) 交换数据的全局数据库系统， 该数据库系统必须实现用户对数据库中数据信息的定制，如：表的建立、表 属性的修改、表中字段的添加删除、表中字段属性的修改等等，这种定制必 须简单方便操作。 0 必须为已有的系统留好接口，该接口用于方便的与其他系统集成。 0 系统的二次开发性，也就是系统功能定制性，针对特殊的用户，实现 p d m 系统的功能定制，p d m 需扩展的用户界面应自动生成，所显示的功能由 用户自己选择。 符合新时代企业的需求。 采用j a v a 和分布式计算、面向对象开发等技术。 2 2 产品结构和配置管理的通用性研究 产品结构是工厂或企业进行产品设计、生产组织的重要依据与标准，一 般意义上的产品结构是指由产品一系列图纸上的零部件明细表组成的一种 树状结构。这种树状结构是立体的，它反映了企业的活动主线，通过产品结 构这种直观的表现形式，可以实现企业的各个部门( 如计划、设计、生产、 材料、采购、质量和销售等) 在同样数据基础上从不同的视角和空间看待产 品旧”。 产品结构与配置管理的重要作用主要体现为：产品结构和配置是产品数 据管理系统的基础模块之一，它首先是p d m 系统中流程和任务管理的基础。 因为工作流主要控制工程设计活动，而实现控制的前提条件是要有足够的产 品结构与配置信息，在此基础上才可以定义活动执行所需的资源；其次，产 品结构与配置管理是实现p d m 集成功能的桥梁之一，在正确维护了产品结 构与配置信息之后就可以提供正确的材料清单和必要的资源要求，就可以将 9 p d m 中通用产品配置管理模型研究实现 产品设计必要的人、财、物和生产对象信息向制造资源规划系统和信息管理 系统传递，为整个企业的规划和安排提供依据；另外产品结构是实现虚拟化 企业等崭新模式的必要准备，只有维护了必须的产品信息，才可以利用网络 最新发展技术进行分布、异地的虚拟企业运作，从而实现任务的异地分配和 驱动，实现面向客户的电子商务及电子协作活动。 2 2 1 产品配置管理 产品结构和配置管理是产品组织和管理的种形式，它以电子仓库为底 层支持，以材料明细表为其组织核心，把定义最终产品的所有工程数据和文 档联系起来，实现产品数据的组织、管理与控制，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，如设计视图、装配 视图、制造视图计划视图等【1 5 l t ”】。 产品结构是对产品构成的描述。企业的许多信息资源中均显式或隐式地 包含产品结构信息，如工程图中的明细表、物料清单、装配工艺规程、维护 文档中的产品爆炸图等。产品结构是产品的基本特征。管理产品结构具有两 个方面的目的：一方面，以产品结构为组织框架，可以很方便地对所有产品 相关信息进行管理，有利于产品信息的组织和查询：另一方面，基于产品结 构管理提供的统一的产品结构描述，根据产品生命周期不同阶段的需要，可 以生成满足不同需求的材料清单。 产品配置是和产品结构紧密相关的概念。按照国际标准i s o l 0 0 0 7 对配 置管理的基本定义，所谓配置，是指对被描述在技术文档中或者体现在产品 实际使用过程中的产品功能特性和物理特性进行表示。该定义是从产品特性 的角度对产品配置进行定义，相当于客户和销售部门使用的配置需求的概 念。由于对产品的特性需求最终是通过实际的产品结构来实现的因此产品 配置的结果是具体的产品结构。另外，配置也被看成是一个选择一组构件并 维护其关系以形成一个设计解决方案的过程，这时配置的概念相当于配置设 计。为了便于区别，可以将这三种定义分别用配置需求、结构配置和配置过 程来描述，它们是对配置这一概念从不同角度的理解。 产品配置管理是p d m 系统的重要功能，从产品结构在整个生命周期的 l o p d m 中通用产品配王管理模型研究实现 变化，以及满足客户的定单需求来说，都需要进行产品配置管理。 产品配置管理是以电子资料室为底层支持，以b o m 为组织核；0 ，把定 义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，对产品对象及其相互之间的联 系进行维护和管理。产品配置管理能够建立完整的b o m 表，实现其版本控 制，高效、灵活的检索与查询最新的产品数据，实现产品数据的安全性和完 整性控制。产品配置管理能够使企业的各个部门在产品的整个生命周期内共 享统一的产品配置，并且对应不同阶段的产品定义，生成相应的产品结构视 图，如设计视图、装配视图和工艺视图等。产品配鬣管理主要解决以下问题： ( 1 ) 产品配置的生命周期管理 产品数据的管理息关产品的全生命周期。在产品生命周期的不同阶段， 产品会经历一系列更改，同一产品会存在多种不同的配置。一个企业通常情 况下都会提供多种产品或产品族，维护这些产品族不同时期形成的产品结构 视图是一个费时、费力和易出错的工作，为了保证产品和服务的质量，这些 配置需要被准确地记录、跟踪和控制。产品配置管理的一项重要任务就是管 理产品结构随时间变化的数据，即跟踪产品全生命周期。 ( 2 ) 产品需求配置管理 最完整物料清单或最完整产品结构，是按照顾客的特殊需求进行定单产 品配置的基础。在这种情况下，产品配置是按照顾客的需求进行的。通过配 景管理，企业可以在产品设计初期建立一个可以共享的产品特征、选项和零 部件的定义，以及它们之间的依赖与限制关系。任何具有权限的人员通过浏 览器都能够对产品特征进行选择，从而建立客户需要的产品配置。配置管理 使得企业具备了通过网络进行客户化配置产品的能力。通过使用系列的产 品特性规则定义，连接了市场的特征选项列表与工程b o m 表，这样可以驱 动产品的开发过程，能够加速客户定单的过程，加强企业与客户间的关系。 产品配置中客户、销售代表和定单处理人员可以从企业提供的产品特征 和选项列表中进行选择就可以得到具体的配置产品。客户可以对具体的配 置产品进行网上定单。通用的产品配置模型如图2 ，l 所示： p d m 中通用产品配置管理模型研究实现 图2 1 通用的产品配置模型 首先用户进行产品配置，选择需要的产品特征、选项和数量，对产品配 置进行验证；对有效的产品配置创建了一个产品配置对象，此对象与企业( 或 业务单元) 之间建立关系对象“客户配置关系”；定义产品配置对象的描述和 定制选项，将其属性“确认状态”设置为通过确认：将产品配置对象推进至产 生精确b o m 状态。配置产品的用户包括客户、设计工程师和产品管理员， 客户根据已发布的产品创建产品配置，设计工程师和产品管理员可以在产品 开发的任何状态下创建产品配置。 2 2 2 产品结构 产品结构是工厂或企业进行产品设计、生产组织的重要依据与标准，一 般意义上的产品结构是指由产品一系列图纸上的零部件明细表组成的一种 树状结构旧1 4 ，18 1 。 ( 1 ) 产品结构的分解 任何一个产品都是由若干个“单层结构”组成的，由一个母件和从属于母 件的一个或多个子件组成。相对于设计图纸而言，母件指的是组装图上的装 配件，子件是零件明细表中的众多零件。 以图2 2 的产品结构为例，x 作为最上层的母件是一个出厂产品，它由 a 、b 、c 、d 四个子件组成。x 件同a 、b 、c 、d 组成一个“单层结构”。图 中，件b 对应于x 来讲是予件，但它对应于件e 、f 来讲又是母件，并一起 组成一个第二个层次的单层结构。同理，件e 同件g 、h 、i ；件d 同件i 又组成位于不同层次的单层结构。任何一个产品都是这样由无数个“单层结 p d m 中通用产品配置管理模型研究实现 构”组成的。母件同子件的关系是唯一的，如果品种或数量不同，将视为有 不同代码的单层结构。 图2 2 产品是由多个“单个结构”组成的 如果一个企业的无数产品是由一定数量标准的“单层结构”配置而成，即 用少量的标准“单层结构”组成性能多样的各种产品或产品系列；这就是我们 常说的标准化和系列化。 通过上述实例可以看出，产品结构树适合来表示产品与零件的这种树状 结构关系。 ( 2 ) 产品结构树的配置 产品零件结构树是由产品装配系统图，产品零部件明细表( 包括通用件、 标准件、自制件、原材料) 等内容组成的。产品结构树以树状方式描述，树 中的节点表示母件，叶节点表示零件。这种树状结构反映了产品、零部件之 唰的层次关系。有了结构树，管理者即可分层展开，走不同的分支，直观的 找到自己所要的数据，而不用考虑其物理位割1 5 ，。7 ，1 叭。 每个零部件都有其属性，如零件的材料、重量、尺寸、颜色以及部件由 多少零件组成等。结构树的每个节点都连接着相关的零部件属性。每个零部 件都有相关的文档，如零件二维图纸、三维模型、技术说明、各部件的装配 图等。这些文件都存放在文件服务器内。电子资料室是一逻辑单元，它连接 数据库和文件系统，使描述零部件的文件信息与节点上的相关零部件有机的 连接在一起，实现不同类型的产品数据管理，形成完整的产品结构化信息树。 产品结构树的建立要根据企业的管理模式来决定，多数情况下把一个系 列的产品用一棵树表示，树的第一层节点是该系列产品，下面的层次用来表 示各产品信息。产品结构的层次也要根据企业的产品复杂程度决定，多者7 p d m 中通用产品配置管理模型研究实现 8 层，少的也要2 3 层。 p d m 系统尤其是产品结构的复杂多样性使得通用p d m 系统中产品结构 的配置和管理结构复杂。本章详细介绍了产品结构的内容和产品结构配置管 理的基本要素。为后续章节通用产品结构配置管理模型的提出奠定了理论基 础。 p d m 中通用产品配置管理模型研究实现 第三章产品数据交换标准s t e p 和产品结构配置管理 s t e p 是一套关于产品整个生命周期中相关数据的表达和交换的国际标 准。其目的是提供一种不依赖于任何具体系统的中性机制，能够描述整个生 命周期中的产品数据，同时保持数据的一致性和完整性。产品数据的这种描 述，本质上不仅适用于中性文件交换，而且是实现和共享产品数据库及产品 数据的长期存档的基础。缩短设计时间、改善数据的通讯及产品数据的长期 存档是s t e p 标准该我们带来的利益。它对于c i m s 乃至并行工程具有重要 意义。由于s t e p 标准的开放性和可扩展性，s t e p 必将能够满足我们在本 世纪的工业设计和制造领域的需要【”，1 9 0 0 1 。 3 1s t e p 的体系结构 产品数据的表达和交换构成了s t e p 标准。s t e p 的体系结构按照其功 能和作用被分为描述方法、实现方法、一致性测试、集成资源和应用协议这 五个部分。这五部分又形成了一个三层的体系结构。 ( 1 ) 最上层是应用层，包括应用协议及对应的抽象测试集，是面向具 体应用的，这是与应用有关的一个层次。 ( 2 ) 第二层是逻辑层，包括集成资源，是一个完成的产品模型，从实 际应用中抽象出来，并于具体应用无关。 ( 3 ) 最底层是物理层，包括实现方法，给出在计算机上的实现形式。 3 1 1 描述方法 描述方法是企业信息建模的工具，可以准确、清晰地描述需要交换的产 品数据，建立一个完整的产品信息模型。其中最重要的是形式化数据规范语 言e x p r e s s 【2 “。 e x p r e s s 描述的产品信息不仅适用于物理文件交换，也是实现产品数 据共享，实现工程数据库的基础。语言不仅能为人所理解，而且能被计算机 处理。语言尽量与具体实现无关，提供了一种独立与任何一种信息处理系统 的中性表达机制。 p d m 中通用产品配王管理模型研究实现 e x p r e s s 提供了对集成资源和应用协议中产品数据进行标准描述的机 制，同时他还是整个s t e p 中数据模型的形式化描述工具。e x p r e s s 具有 丰富的表达能力，是理想的信息模型描述语言，他的应用不仅仅局限于s t e p 中。 3 1 2 集成资源 每一集成资源是由一个e x p r e s s 描述的产品数据的集合，这些数据描 述称为资源构件。一个基层资源的定义可能依赖于其它集成资源的定义。一 个集成资源构件可以经过修改、增加约束、关系和属性来支持特殊的应用， 不同应用中相似的信息可以用一个资源构件来表达。一 各个领域的s t e p 应用协议中的实体定义都是参照集成资源中的实体定 义来描述的。 3 1 3 应用协议 s t e p 标准系列，可以支持极为广泛的应用领域。一般而言，某个特定 的应用都不需要使用s t e p 集成资源的全部，而只需要有一种机制来定义满 足应用领域信息要求的那些实体，因此需要有一种机制来定义满足于应用领 域信息要求的s 1 琶p 构件，这种机制就是应用协议。应用协议是用于具体应 用领域的信息描述与交换的标准，它建立在集成资源模型的基础上，但带有 具体应用领域的特定语义。 3 1 4 实现方法 e x p r e s s 描述的产品数据模型是概念模式，与具体的实现无关。但产 品数据地交换最终必须通过某种形式实现。s n 弹标准中给出的实现方法包 括：中性物理文件交换和标准数据存取接口s d a i 【2 0 ”盈】。 文件交换实现方式是s t e p 一种比较方便、简洁、成熟的实现形式。不 同系统之间通过中性文件前后处理器以文件为单位完成产品数据地交换。 s d a i 是比中性文件交换方式更高层次的信息集成和共享方式，它提供了对 1 6 p d m 中通用产品配置管理模型研究实现 由e x p r e s s 定义的数据进行操作的标准应用程序界面。 3 1 5 一致- 陛测试 一致性测试的目的是测试声称满足了某个应用协议的软件产品是否符 合应用协议中的一致性要求。 3 2 基于s t e p 的产品结构与配置管理的体系结构 提供一个产品模型能够清晰地描述产品全部数据的相互关系，可以使得 产品各系统之间、分系统内部各部件之间、零部件与描述产品的数据之问的 约束关系一目了然。通过合理的定义产品结构信息模型及其操纵语言，让所 有用户使用统一数据模型完成其工作，不仅可以避免数据冗余，而且容易保 持产品数据得以执行和完整性。可见，合理的建立一个产品结构模型是有效 地实现产品结构和配置管理的关键，这也正是当前p d m 系统中功能普遍较 弱的方面。 为了向各应用单元提供一个完整统一的信息模型和清晰一致的操作界 面，我们将s t e p 标准应用到了产品结构与配置管理中，建立了一个标准化、 通用型、可扩充的数据管理层，即为系统上层应用模块的开发提供了标准化 的开发平台，也增强了在不同的系统平台间的可移植性。这样，产品结构与 配置管理便形成了如下的体系结构，整个系统主要有三部分组成。 ( 1 ) 最底层是物理存储层。包括分布式电子仓库和文件系统，用于存储 产品元数据和相关文件并提供基本的操作功能，主要由数掘库管理系统和文 件管理系统组成。 ( 2 ) 中间层是数据管理层。s t e p 标准在产品结构与配置管理中的应用 主要集中在这一层。这一层主要包括两部分内容：其一是同一产品信息模型， 其二是用于操作这些产品信息的标准数据存取接口。 同一产品信息模型提供了对产品数据的统一描述，为各应用模块和其他 应用系统提供了一个完整一致的单一信息源。这样做的好处在于：数据模型 全局一致，各应用系统对模型中的数据有唯一和相同的解释；不同应用系统 p d m 中通用产品配置管理模型研究实现 在数据交换中避免了各自解释数据，消除了语义上的误解和分歧；避免了产 品数据的冗余和不一致现象。这一部分工作主要是通过基于s t e p 的数据建 模来完成的。首先，依据上一节的产品信息树和系统功能需求，得到产品结 构与配置管理所涉及的产品数据其他组织方式和施加在这些数据上的操作； 其次，按照s t e p 的建模方法通过在s t e p 集成资源中提取合适的资源构件 并加以修改使其能够正确表达所需信息，这样便得到了产品数据地s t e p 模 型；最后，用s t e p 的规范化描述语言对模型进行准确定义，得到一个 e x p r e s s 模式。该模式提供了对产品数据的标准化描述，并且是可扩充的。 论文在第四章对该模式进行详细论述。 s t e p 的标准数据存取接口( s d a i ) 则为上层的应用程序提供一个标准 的、通用的、一致的数据操作接口，上层应用程序通过标准数据存取接口来 操作存储系统中的产品数据，对应用程序来说，这些产品数据的组织形式是 定义好的标准s t e p 模型形式，而不用考虑这些数据在底层存储系统中的具 体组织方式2 1 ，2 甜。s d a i 实现了数据存储与应用程序设计相分离，增强了 系统的可移植性、可扩充性、并可以实现与其他应用系统的信息共享与集成。 但是，在s t e p 的s d a i 规范中。只对数据操作的环境和操作接口函数作了 抽象地描述，采用不同的数据存储系统和程序设计语言s d a i 的具体实现电 不相同。 ( 3 ) 最上层是应用层。主要包括各个功能模块。这些功能模块主要完成 上一节提到的产品结构与配置管理功能，并提供一个进行系统扩充和集成的 标准开发接口。 本章详细介绍了s t e p 标准，并对基于s t e p 标准的产品结构的配置管 理的体系结构进行了详细阐述，为下一章基于s t e p 的通用产品结构和产品 配置管理模型，打下了良好的理论基础。 p d m 中通用产品配王管理模型研究实现 第四章通用产品结构配置与管理模型 产品结构配置管理是p d m 系统中最重要的模块之一。但由于产品结构 的复杂多样性，至今缺乏一个通用型的模型，当然也就更没有相应的产品。 在前几章对产品结构配置管理地讨论的基础上，本章提出该通用模型，模型 共包括三部分：产品结构信息、文档管理信息和产品配置信息。本章主要采 用产品数据的图形化表达方法e x p r e s s g 对模型进行描述。 4 1 产品结构信息 4 1 1 产品对蒙