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基于p d m 框架和j 2 e e 规范的机床设计信息集成系统 姓名：王海洲导师：陈南 东南大学 摘要 机床特别是精密机床是机械制造业水平的基石提高我国精密机床的设计水平，加快 高速高精度机床的开发速度，实现设计流程的全计算机化，网络化，通过互联网技术让更多 的科研力量参与到机床的研发之中，有着现实的需求。日前 并行工程、虚拟设计及异地 合作组织设计等先进设计与管理技术是由分布式、异构的复杂应用系统组成的，传统的 集成模式已经不能满足现在的要求。 本文以车床设计开发中的信息集成为研究内容，开发基于j 2 e e 的n j c n c _ p d m 信 息集成系统。首先简要介绍了p d m 的基本概念、发展历史和发展趋势。接着详细论述 了n j c n cp d m 的体系结构及其设计思路，并就n j c n cp d m 中几个关键技术问题的 提出了解决方案。最后，建立基于b s 结构的四层应用系统原型 本文的主要内容有： 1 讨论了一种基于w e b 平台的机床设计信息集成体系结构，以适应我国目前机床 设计系统构成的复杂程度、系统开放性、对应用系统变化的适应能力和整个工作的实施 技术等方面的要求。通过对产品数据管理技术和计算机网络技术的应用，形成了开放的 和可扩充的体系，满足了分布和异构的工程信息集成功能的要求。 2 对机床的设计工作流程进行了系统分析与设计，用统一建模语言( u m l ) 和可 视化的建模工具r o s e 建立了系统的用例视图、事例图。 3 在j 2 e e 规范下，用j s p 和e i b 实现了原型系统。 4 对已实现的系统所具有的功能进行了介绍。并对现有系统的优点和不足之处进 行了分析，指出了今后需要改进的方向，提出了相应的建议。 关键词：产品数据管理，j 2 e e ，机床设计，e j b i n f o r m a t i o n 矾t e g r a t i o ns y s t e m f o rl a t h ed e s i g nb a s e do np d m & j 2 e e f r a m w o r k n a m e ：w a n gh a l z h o ut u t o r ：c h e nn a n s o u t h e a s t u n i v e r s i t y a b s t r a e t m a c h i n et o o l e s p e c i a l l yp r e c i s i o nm a c h i n et o o l i st h eb a s e m e n to fm e c h a n i c a im a n u f a c t u r e i n d u s t r y i m p r o v i n g a n d a c c e l e r a t i n gt h em a c h i n e t o o ld e s i g n ，v i ai n t e r n e tt om a k em o r e p a r t n e r st o p a r t i c i p a t e i nt h e d e s i g n a r et h e r e q u i r e m e n t s o ft e c h n o l o g y d e v e l o p m e n t a tp r e s e n t ，t h e t r a d i t i o n a ii n t e g r a t i o nm o d ed o e s n ts a t i s f yn o w a d a y sr e q u i r e m e n t s 。b e c a u s et h ed e m a n d sf r o m t h e s en e wt e c h n o l o g i e s ，s u c ha sc o n c u r r e n td e s i g n 、v i r t u a l d e s i g n 、a g i l ed e s i g na n dd y n a m i c n e r v e r ka l l i a n c e ，a r ea l lb a s e do nt h ec o m p l i c a t e da n ds o m b r o u sd i s t r i b u t e da p p l i c a t i o n s t h e t a r g e to f t h i sp a p e ri st os t u d yh o w t oi n t e g r a t et h em a c h i n et o o ld e s i g ni n f o r m a t i o n w i t h t h ei n f o r m a t i o n ，t h ei n f o r m a t i o n i n t e g r a t i o ns y s t e mn j c n c _ p d m b a s e do nj 2 e ef r a m ei sb u i l d i n t h i s p a p e r , t h e b a s i c c o n c e p t ，h i s t o r y ，d i r e c t i o n o fp d mw a si n t r o d u c e d f i r s t l y t h e n ，t h e a r c h i t e c t u r ea n dc o n c e i v eo f n j c n c _ p d mw a sd i s c u s s e d ；t h es o l u t i o n so f s o m e k e yp r o b l e m sh a v e b e e np r e s e n t e da tl a s t ，t h ea p p l i c a t i o np r o t o t y p ew i t hf o u r l a y e r sh a s b e e nc o n s t r u c t e d t h em a i nc o n t e n t sa n da c h i e v e m e n t so f t h i sp a p e ra r el i s t e db e l o w ： ( d i no r d e rt om e e tt h e r e q u i r e m e n t so fc o m p l e x i t y ，o p e n n e s s ，f l e x i b l eo f m a c h i n et o o ld e s i g n an e w t y p eo f i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o nm o d e b a s e do nw e bi sp u tf o r w a r df o rt h ef i r s tt i m e ( 2 ) t h ew o r k f l o wo fm a c h i n et o o l d e s i g ni sa n a l y z e da n dp l a n e ds y s t e m i c a l l y , a tt h es a m e t i m e u s i n gu m l a n dr o s et od e s c r i b et h es y s t e m ( 3 ) b y t h es t a n d a r do f j 2 e e ，t h e p r o t o t y p e w a s i m p l e m e n t e du s i n g j s pa n de j b ( 4 ) i n t r o d u c e dt h ef u n c t i o no f t h es y s t e ma n dp o i n to u ti t ss t r o n gp o i n t sa n dw 船k n e s s ，p r e s e n t t h ed i r e c t i o na n da d v i s eo f i m p r o v e m e n t k e y w o r d s ：p d m ，j 2 e e ， m a c h i n et o o ld e s i g n ，e j b 学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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，也不包含为获得东南大学或其它教育 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 献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意 签名： 谚洵种 关于学位论文使用授权的说明 日期：0 口口4 弓 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位 论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人 电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论 文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括 刊登) 授权东南大学研究生院办理。 签名：z 臼卅导师签名： 日期：汐p 咩3 7 9 东南大学硕士学位论文 1 1 背景 第一章绪论 制造业发达是一个国家经济强盛的标志。随着科学与技术的进步，电子、信息及自动化技术的 广泛应用，使生产得到了巨大发展，市场竞争亦变得愈来愈激烈，竞争推动着整个社会飞速前进， 同时给企业造成了严酷的生存环境。企业要力争在最短时问内、消耗最少的资金f c ) 、生产满足市 场需求( q ) 的产品。市场的需求在不断变化，对产品的结构、性能的需求越来越苛刻，从而使新产 品的研制变得越来越复杂。然而产品的频繁更新对企业本身来说也带来一些问题：需要在再设计 ( r e d e s i g n ) 、企业过程的调整( b p r ) 等包括设备改造及制造上不断投资。其中开发费用基本上与时间 成正比，即开发周期越长，投资越多。这种因素也促使企业采用各种手段缩短产品开发周期。因此， 世界各国的企业都面临着严重挑战：如何缩短日趋复杂产品的开发周期以占有市场、并降低成本? 如 何去适应快速变化的市场需求。对企业进行重组，不断以商质量、低成本、快速开发新产品等手段， 在竞争中求生存发展，已成为企业共同追求的目标。 在广泛地使用计算机处理数据以前，早期用于存储和检索产品数据的工具是微缩胶片和缩微胶 卷技术，一般用于存储和处理大型工程图纸。这种技术只能用于存储和检索，而缺乏修改控制、产 品配置管理和用户权限管理等管理数据的重要功能随着计算机技术的发展，传统的手工制图逐渐被 计算机图纸所取代，许多与产品相关的图纸及文档以电子数据的形式存储在磁性介质中。 在二十世纪的六七十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 应用在促进生产为发展的同时也带来的新的挑战。结于制造企业而言，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，彼此之音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的未来的竞争 中保持依靠地位的关键因素。 产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g o 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的 技术。p d m 可以定义为以软件技术为基础，以产品为核心，实现对产品相关的数据、过程、资源一 体化集成管理技术。p d m 明确定位为面向制造企业，以产品为管理的核心，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，这也是p d m 系统有别于其它的信息管理系统， 如管理信息系统( m i s ) 、物料管理系统( m r p ) 、项目管理系统( p r o j e c t m a n a g e m e n t ) 的关键所在。 1 2p d m 的发展阶段 p d m 技术的发展可以分为以下三个阶段：配合c a d 工具的p d m 系统、专业p d m 系统产生和 p d m 的标准化阶段f 2 l o 1 2 1 配合c a d 工具的p d m 系统 早期的p d m 产品诞生于2 0 世纪8 0 年代初。当时，c a d 已经在企业中得到了广泛的应用，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 数据的存储和获取的新方法需求变得越来越迫切了。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，这些产品的目标主要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j 挈的功能。第代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。 1 2 2 专业p d m 系统 通过对早期p d m 产品功能的不断扩展，最终出现了专业化的p d m 产品，如s d r c 公司的 m c t a p h a s e 和u g s 的i m a n 等就是第二代p d m 产品的代表。与第一代p d m 产品相比，在第二代 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 产品可以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。p d m 东南大学硕士学位论文 开始成为一个产业，出现了许多专业开发、销售和实施p d m 的公司。 1 2 3p d m 的标准化阶段 1 9 9 7 年2 月，o m g 组织公布了其p d m e n a b l c 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 m e 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 o 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标准。这一标准的制订为新一代标准化p d m 产品的发展奠定了基础。 1 3 国内外p d m 的研究现状 由于产品数据管理蕴含着巨大的潜在效益。因此许多国家和组织的非常重视，纷纷投资进行相 关领域研究，并推广实施。 i d i c e 计划( d g r p a i n i t i a t i v e i n c e ) 计划1 3 】是美国国防部先进研究计划局( d r a p a ) 投资近 1 1 0 0 万美元，通用电气公司的飞机发动机部门作为主要承接单位，并有西弗吉尼亚大学等多所大学 参与的对并行工程进行较为全面和系统研究与实施的重大计划。d i c e 计划研究一个虽然用集中数据 库存储全部设计，但各a g e n t 有自己本地数据库的分布式并行设计环境。它注重解决异构环境下数 据共享的问题，通信机制用黑板。d i c e 计划认为当今的多功能数据是专有格式和不同的表达法收集 的，因此它只关注怎样最好地在设计组之间共享产品信息。d i c e 计划虽然没有明确提出产品管理的 概念，也没有意识到以产品为中心可以给出产品的一个完整的视图，以解决设计中存在的问题，但 它的p p o 模型和畅通的信息交流通道为提高设计效率和加快开发周期提供了必要的基础，d i c e 对 s t e p 标准重视不够。 2 c o n s e n s 计划欧洲研究计划e s p r i t e p 6 8 9 6 c o n s e n s ( c o a c m m n 涡i m u k a n e o u s e n g i n e e r i n gs y s t e m ) 是由西门子的f r a u n h o f e r 技术研究所与德国航空公司及a e g 合作研究开发的不 同厂家的软件之间进行数据交互的软件环境，其中主要内容是p i a ( p r o d u e ti n f o r m a t i o n a t * h i v e ) ，该系 统具有以下特色f 4 j ：用框架集成了平行的工作组问信息流，便于相互之阔的交互；建立了内部数 据模型，并建立工具集成描述语言t i d l ( t o o li n t e g r a t i o nd c r i 曲帆脚鹅c ) ，用于指导相关的数据 库建模。该系统借鉴s t e p 建模方式进行了系统建模，但并没有规定产品数据表达用s t e p 标准：该 系统极为重视不同的c a e 工具问的信息交流，并设计了相互之闽的接口，但并未就此给出彻底的解 决方案。 3 i s o 1 0 3 0 3 w 9 3 正在讨论制定p d m s c h c m a 嘲。目前着重在讨论覆盖全生命周期产品的概念与 结构的概念，初步认为p d m s c h e m a 所覆盖的产品模型包括a p 2 1 4 、a p 2 3 2 、a p 2 0 6 等协议。p d m s c h e m a 由p r o s t e p 和p d e s 公司合作开发，目的是要在产品数据管理领域提高s t e p 应用协议a p 之间的 互操作性。目前，p e m s c h e m a l0 只涉及a p 2 1 4 和a p 2 0 3 的e n t i t y 全部分组，进行命名和定义的归 纳统一，有许多分组需要进一步讨论，有些分组仅仅提出名称来还没有解决a 4 o m g1 9 9 6 年为丁建立基于o m g 的o m a ( o b j e c tm a n a g c m c ma r c h i t e c t u r e ) i - 的 p d m e n a b l e r s “，向p d m 开发商提出了需求征询r f p ( r e q u e s t f o r p r o p o s a l ) 目的是要建立c o r b a 之 上的可互操作的p d m 统一操作接口。根据o m g 的资料已有包括d e c 、富士通、i b m 、m e t a p h a s e 等六家厂商提供了他们的建议，但他们不能保证把建议在他们的产品中实施。o m g 寻求建立由p d m 提供服务的标准接口，适用于o r b ( o b j 。c t r e q u e s t b r o k e o 的这些接口将提供所需要的标准，以支持 分布式产品数据管理环境及对不同的p d m 统一操作接口，适用于o r b 的这些接口将提供所需要的 标准，以支持分布式产品数据管理环境及对不同的p d m 系统提供标准接口。对o m g 给出的八个需 求，六个厂家给出1 2 个接口描述，该方案的系统研究正在进行中。 5 国家8 6 3 c m i s 关键技术攻关项目【7 11 9 9 5 年国家科委从战略的角度将并行工程列为c i m s 的研究方向，设立了关键技术攻关项目，对并行工程的方法和技术进行系统化的研究，开发与应用 ( 国科高字 1 9 9 5 0 4 9 号) 。该项目由清华大学、航天工业总公司第二研究所、北京航空航天大学、 华中理工大学和上海交通大学共同协作完成。其研究目的是改进某结构件开发过程。建立相应的多 功能产品开发队伍，利用并行工程的方法和技术缩短产品开发周期3 0 - 4 ( p a ，降低废品率5 0 ，同 时降低产品成本，提高产品质量，并解决一批关键技术的研究、开发、验证和应用工作。这为我国 企业1 9 9 7 年以后实施并行工程提供参考模式，培养人才队伍。该并行工程环境中工程分系统是用以 提供产品并行设计的辅助工具支持产品的设计过程。工程设计分系统以c i m s 信息集成和 2 东南大学硬士学位论文 c a d ，c a e ，c m p 陀a m 为基础，扩展面向装配的设计( d f 砷和面向制造的设许( d f m ) 功能。实现 基于产品数据管理系统( p d m s ) 的并行设计和产品生命周期的数据定义。虽然其中的产品数据管 理系统为把p d m 概念引入我国做出了贡献，但在这个项目中仅进行了应用研究。 1 4 商业化p d m 软件的概况 全球范围内商品化的p d m 软件不下1 0 0 静，但生要的p d m 系统仅限于凡家。国外的主要有 e d s u g 的i m a n 、s d r c 的m e t a p h a s e 、i b m 的p m 、a u t o d e s k 公司的w o r k c e n t e r 等。国内p d m 的研究和产品开发也发展迅速，比较成熟的商品化p d m 系统主要包括同方p d m 、华软公司的 i n t e p d m 、同刨p d m s 、凯思p d m s 等。目前还没有一个产品可以实现全部的功能m 。与国外的同 类产品相比，国内的p d m 产品普遍存在功能不够完善、开放型不高、性能及稳定性不高等。p d m 领域的主流软件产品有： 1 4 1 美国e d s ( e l e c t r o n i cd a t as y s t e m s ) 公司的i m a n i m a n ( i n f o r m a t i o nm a n a g e r ) 是企业级的p d m 产品。主要用于管理整个产品生命周期内的全部 信息，包括整个企业范围内所涉及的有关产品信息的全部内容。 i m a n 是面向对象的信息管理和控制系统， 箱和一个标准关系数据库管理系统( o r a c l 。) 组成 用的各种版本数据和过程。 它由一个窗口界面、一组实用程序、一个集成工具 支持建立、存储、检索和管理在产品开发过程中使 i m a n 通过单一的数据库来存储、追踪和管理产品信息及其过程，使有关人员能够快捷地获取 所需的数据。在功能上，i m a n 是完整的p d m 产品，它支持p d m 的最基本的要求，包括电子资料 室、文档管理、权限管理、产品结构配置管理和工作流程管理等功能，其中产品结构管理是i m a n 的重点。在i m a n 中，最基本的概念就是“产品”及其版本配置，这也是信息管理的核心。 1 4 ，2 芙国s d r c 公司的m e t a p h a s e m e t a p h a s e 是一个企业级的产品数据管理系统，它能使制造者管理、控制那些围绕新产品设计、 开发及整个工程过程中的所有与产品相关的数据。m e t a p h a s e 是由系列模块组成的，形成了集成化 的p d m 系统，具有统一的软件体系结构，提供常规的用户界面、数据管理和系统管理。m e t a p h a s e 主要包括对象管理框架( o m f ) 、生命周期管理( l c m ) 、更改控制管理( c c m ) 、产品结构管理( p s m ) 、 高级产品配置( a p o ) 、零件分类管理模块( p f m ) 、图像数据管理模块( i s ) 、集成工具箱( r r ) 、应用接 口模块等九个模块。目前，s d r c 公司的m e t a p h a s e 软件能支持i n t e a a l e t ，支持多平台、多操作系统 的异构网络环境。 1 4 3 美国p t c 公司的o p t e g r a o p t c g r a 原是美国( c o m p u t e r v i s i o n c v ) 公司的p d m 产品，1 9 9 9 年被美国p t c 公司收购。它可 以帮助中小型企业解决人员与组织的特殊要求，也能满足大型企业的需求，如跨国公司、分布式数 据管理。它包括三个模块：t d m 模块用来存储、浏览和查询企业内部任何类型的信息其管理对象 来源于不同应用程序产生的数据，t d m 能将这些数据有效地集成在一起； 工作流程管理软件帮助企业用电子化手段，捕捉和管理整个经营过程中的全部信息，企业可 以通过工作流程管理来描述复杂的工作流程以及启动与监督整个实施过程： 产品配置管理软件提供给整个企业环境以全面的产品配置管理手段( 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f 1 ) ，同时提供不同版本变形产品的结构配置， 使企业中各个部门能从中获取统一的b o m 。 1 4 4 美国i b m 公司的p m 美国i b m 公司的p m ( p r o d u c t - m a n a g e m e n t ) 是产品数据管理的应用软件，主要管理产品数据以及 产品开发过程和更改过程。p m 主要有产品文档指导和产品管理指导这两个模块。另外它还提供了 下述可选模块：增强性产品文档指导、对图形软件c a t i a 的配置指导、高级本地化环境。 3 乐南大学硕士学位论文 1 5 企业实施p d m 概况 p d m 系统一出现，就成为企业关注和应用的热点，特别是近几年来发展迅猛，主要归因于国际 上许多大型企业正逐渐接受p d m 并把它作为支持经营过程重组、并行工程、i s 0 9 0 0 0 认证等的使能 技术。1 9 9 4 年波音、休斯、罗尔罗依斯、奔驰、德仪、摩托罗拉这些本行业中的领头羊纷纷投入巨 资实施p d m 作为保持企业竞争力的重要手段【9 l 。p d m 的应用除欧美外，在亚洲的日本、韩国以及 中国台湾、南美的巴西等地区的发展也十分迅速。国内也从9 0 年代初开始p d m 的研究与应用，但 总体上我国p d m 水平还比较低，处于起步阶段。尽管如此，p d m 己经引起国内企业的重视，一些 知名企业如：春兰、科龙、海尔、长虹、康佳都己采用p d m 进行管理。随着信息化进程的推进，越 来越多的国内企业意识到采用p d m 技术来存取和管理生产的重要性，今后，p d m 的市场容量将不 断增加，越来越多的公司己经或准备安装p d m 系统。根据c i m d a t a 调查公司的分析数据”】：全球 p d m 相关市场2 0 0 2 年超过了1 3 0 亿美元，其中c a d c a m c a e 等c a x 类市场超过了8 0 亿美元( 大 都为软件销售收入) ，其余的p d m 和协同类产品市场为4 0 多亿美元( 其中软件部分占大半维护和 咨询实施只占小半) 。到2 0 0 6 年，p d m 和协同类产品市场仍将保持2 5 的年复合增长率，2 0 0 3 年 的软件、服务和维护将接近6 0 亿美元，而到2 0 0 6 年该市场将逼近l i o 亿美元( 不含市场更大的 c a d c a m ) 。 北人产品开发在p d m i m a n 环境的管理下，不但实现了以产品为核心的信息交成，而且还实现 了过程集成，解决了长期以来管理上存在的不按程序办事、数据不统一。版本不一致、信息不共享、 传送不及时、重复劳动量大，办事效率低等问题。另外。广东华宝空调器研究所也选购了u g 的i m a n 系统，并结合单位的实际情况建立了实用的c a d p d m 软、硬件环境。据了解i m a n i i 系统还在上 海人民电器厂、上海鼓风机厂、上海汽车齿轮厂、上海汽轮机厂等单位得到了应用。s d r c 公司的 p d m 产品一- - m e t a p h a s e 也在8 6 3 c i m s 并行工程项目中得到应用。但总的来说，p d m 在我国的应 用仅仅是开始探索，其应用的深度和广度都有待提高，p d m 的实施经验也有待在实践中总结。 1 6 本文工作 论文结合江苏省十五重大工业攻关项目“高速高精度数控车床开发”( 编号：b e 2 0 0 1 0 6 8 ) 。以厂 校联合的方式，与江苏省南京机床厂合作开发新型机床，充分利用信息、网络、计算机等技术对现 实设计活动中的人、物、信息及设计知识进行全面的集成，将企业中分布在异地各部门的计算机上 不同的应用软件、操作系统及硬件平台等通过网络联系在一起，建立一个能实现跨网络跨平台的协 同设计，实现应用工具的“即插即用”，并对应用工具产生的各种异构产品数据进行管理和传递，保 证在正确的时间把正确的信息以正确的方式传递给正确的人，此次开发的机床集成设计的p d m 系统 是建立在w e b 平台上的。 本论文酋先讨论了p d m 的起源以及发展，系统的各个功能模块以及他们之间的联系，然后对 p d m 系统的各种软件体系结构和涉及到的关键技术做了详细的阐述。从c ，s 结构p d m ，到三层b s 结构的p d m ，再到多层结构的p d m 。从开发技术、系统平台提供的支撑技术以及各种软件体系结构 的优缺点方面展开研究。在此基础上，结台课题的需要详细介绍了在此次开发工程中的项目、设计 信息管理所应具备的功能，并就它与系统中的其他模块之间的关系进行了探讨。对于平台上的选择， 我们采用j 2 e e 的开发平台，考虑到它具有平台独立性，技术上相对成熟等优点，己成为诸多企业开 发企业级b s 结构应用系统的首选平台。 课题的研究内容正处于国内、外机床产品设计领域的前沿。它的实现，将改变现有国内机床厂 家对机床结构设计的传统观念，真正实现在计算机工作平台所提供的虚拟环境下，以先进的网络和 信息共享技术开发新机床产品。 本文的主要工作： ( 1 ) 首次提出了一种基于j 2 e e 规范的分布式环境下的机床设计开发信息集成系统，以适应我国目 前机床设计系统构成的复杂程度、网络开放性、对应用系统变化的适应能力和整个工作的实施技术 等方面的要求。通过对产品数据管理技术和计算机网络技术的应用，形成了开放的和可扩充的体系， 满足了分布式的工程信息集成功能的要求。 ( 2 ) 对应于设计思维、二维图、实体模型和分析数据这四种数据来源，提出数据集成的表达形式。 并对c k l 4 1 6 型号的数控车床进行三维c a d 模型重建，建立其装配模型，进行虚拟运动仿真。对异 4 东南大学硕士学位论文 析与设计流程。 ( 3 ) 通过对c a d 、c a e 、热力学仿真、动力学仿真等技术在机床设计中的应用分析，首次将这些 技术和项目管理、设计管理等信息集成到一起并应用到新型精密车床c k l 4 1 6 的开发过程中。 ( 4 ) 基于面向对象的分析与设计方法，建立了机床信息集成系统的o o a 模型，包括对象，类、结 构关系、主题划分、属性和消息联系模型。 ( 5 ) 在大型商用数据库管理系统o r a c l e 9 的基础上建立了机床设计信息数据库，建立了包括设计知 识与经验的积累和发布、工作项目管理、工作流管理、网上信息交流以及网站建设等的机床开发虚 拟环境数据库。 ( 6 ) 提出了基于w e b 的机床设计信息集成系统的结构组成，并对该系统的硬件设备及软件系统 进行了合理地配置，使之能适合系统的需要。使用j a v a 、j d b c 和o r a c l e 数据库等先进的计算机技 术开发和实施了基于w e b 的机床设计信息集成系统。在系统中开发了可视化查询模块和结构化查 询模块，可大大提高数据查询的方便性，使本系统更易于在工程中应用。对项日管理、工作流、文 档管理和异地信息交流等功能进行了详细研究并给予实施。 ( 7 ) 分析了基于e j b 的信息集成系统设计的任务与总体思路，提出了基于e j b 的开放式的机床信 息集成系统的体系结构。分析了功能模块软总线和集成工具软总线的结构，给出了功能软组件的实 现和集成工具接口实现的过程。 5 一一 窭堕查兰堡主兰堡兰苎 第二章p d m 及相关技术 产品数据管理以软件为基础- 是一门管理所有与产品相关的信息( 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( 包括工作流程和更改流程) 的技术叫1 ”。它提供产品全 生命周期的信息管理，并可在企业范围内为产品设计与制造建立个并行化的协作环境。 2 ip d m 系统结构 2 1 ，1p d m 系统的体系结构 p d m 的体系结构可以分解为以下四个层次的内容，图2 1 显示了这种层次关系。 工作流产品结零件分 系统管理电子仓库 集成工具i 程管理构配置类检索 i 图2 1p d m 系统结构图州 ( 1 ) 支持层目前流行的通用商业化的关系型数据库是p d m 系统的支持平台。关系型数据 库提供了数据管理的最基本功能，如：存，取，删，改，查等操作。 ( 2 ) 面向对象层由于商用关系型数据库侧重管理事务性数据，不能满足产品数据管理动态变化 的管理要求。因此，在p d m 系统中，采用若干二维关系表格来描述产品数据的动态变化。p d m 系 统将其管理的动态变化数据的功能转换成几个，甚至几百个二维关系型表格，实现面向产品管理的 要求。如可以用一个二维表记录产品的全部图纸目录，但不能记录图纸的变化历程，再用一个二维 表专门记录设计图纸的版本变化过程。多张表就可以描述产品设计图纸的更改的流程。 ( 3 ) 功能层面向对象层提供了描述描述产品数据动态变化的数学模型。在此基础上，根据 p d m 系统的管理目标，在p d m 系统中建立相应的功能模块。一类是基本的功能模块，包括文档管 理，产品配置管理，工作流程管理，零件分类和检索及项目管理等；另一类是系统管理模块，包括 系统管理和工作环境。系统管理主要是针对系统管理员如何维护系统，确保数据安全与正常运行的 功能模块。工作环境主要保证各类不同的用户能够正常地，安全的，可靠的使用p d l 既要方便。快 捷，又要安全，可靠。 6 东南大学硕士学位论文 “凋户层包括开发工具和界蔼层。不同的用户在不同的计算机操作系统上运行p d m 系 统都要提供友好的人机交互界面。根据各自的经营目标，不同企业对人机界面亦会有不同的要求。 因此，在p d m 系统中，通常除了提供标准的，不同平台上的人机界面外还要提供开发用户化的人 机界面工具，以满足各类用户的专门的特殊要求。整个p d m 系统和相应的关系型数据库( 如 o r a c l e ) 都建立在计算机的操作系统和网络平台上。同时还有各式各样的应用软件，如 c a d ，c a p p , c a m ，c a e ，c a t , 文字处理，表格生成，图像显示和音像转换等等。在计算机硬件平台上， 构成r 一个大型_ 白勺信息管理系统，p d m 将有效地对各类信息进行合理正确和安全的管理。 2 1 2p d m 系统的功能结构 ( 1 ) 电子资料库和文档管理 p d m 的电子资料库和文档管理提供了对分布式异构数据的存储、检索和管理功能。在p d m 中， 数据的访问对用户来说是完全透明的，用户无需关心电子数据存放的具体形式以及自己得到的是 否是最新版本，这些工作均由p d m 系统来完成。电子资料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掘访阎权限和范围，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过能生 效，这样就使用户得到总是经过审批的正确信息。 某些p d m 系统还具有对异构数据的管理能力，即p d m 系统可以对传统的队非电子化形式存储 和数据进行管理，虽然对这种文件和管理无法到对p d m 内部数据管理的安全程度，但其它安全程度 至少也不低于传统的手工管理方式，同时这种管理方法还提供了更好的对非电子化数据进行查找和 跟踪的能力。 ( 2 ) 产品配置与变更管理 产品结构与配置管理是p d m 的核心功能之一，使用此功能可以实现对产品结构与配置信息和物 料清单( b i l lo f m a 锨j a l s ) 的管理。雨用户可以得用p d m 提供的图形化的界面来对产品结构进行查 看和编辑。 产品结构定义与编辑模块提供了一种快速访问和修改b o m 表的方法，用户可以定义和修改 自己的产品结构并将产品结构存入数据库中。 产品结构视图管理针对产品设计中的不同批次或同一批次的不同阶段( 如设计、工艺、制造 与组装等、，同一产品的产品结构形式在不同的部门( 如设计部门、工艺部门和生产计划部门) 并不 相同，因此p d m 系统还提供了按产品视图来组织产品结构的功能。通过建立相应的产品视图企业 的不同部门可以按其需要的形式来对产品结构进行组织。而当产品结构发生更改时，可以通过网络 化的产品结构视图来分析和控制更改对整个企业的影响a 产品结构查询与浏览为用户提供多种条件查询与浏览，并用直观的视图方式显示产品零部件 之间的层次关系。 从产品的开发到原型的制造过程中，产品的各种配置信息经历了多次的变化，结构的改变、 信息韵增加造成了产品的各种版本。产品配置与变更管理对产品的版本数据提供冻结、释放、复制 等操作。 p d m 系统通过有效性和配置规则来对系统化产品的结构和版本信息进行管理。结构信息影响的 是零部件在某个具体的装配关系中的数量，而版本信息影响的是对零部件版本的选择，产品版本控 制有两种形式：时间有效性和序列数有效性。产品结构配置规则也分为两种：结构配置规则和可替 换件配嚣规则。结构配置规则控制的是零部件在某个具体的装配关系中的数量，可替换件配置规则 控制的是可替换件中零件的选择。配置规则是由事先定义的配置参数经过逻辑组合而成。用户可以 7 东南大学硕士学位论文 通过选择备配景变量的取值和设定具体的时问及序列数来得到同一产品的不同配置。 ( 3 ) 项目管理 产品是企业的核心，也是p d m 系统管理的核心。无论是新产品开发还是己有产品的改造，项目 是管理工作过程的有效方式。p d m 用面向产品的项目管理将产品生命周期涉及的诸多因素统一组织 起来，确定项目的主管、任务、目标和开发团队，由此为任务配置合理的资源，并从项目的角度对 过程的进展情况进行改进。项目管理的主要功能包括： i 项目的创建、修改、查询、审批、统计等功能； i i 项目人员组织机构定义和修改； i i i 在人员组织结构的基础上，实现人员角色的指派及对产品操作权限的规定。 ( 4 ) 工作流程管理 它是对产品设计流程进行定义并实现对产品过程的控制，是为实现产品开发过程的自动化管理 提供的必要支持，也是对生产过程按一定规则进行计算机可处理的形式化定义的模型。工作流程管 理是项目管理的基础，它主要管理当用户对数据进行操作时会发生什么，人与人之间的数据流向以 及在一个项目的生命周期内跟踪所有事务和数据的活动。它主要包括面向任务或临时插入或变更的 工作流管理，规则驱动的结构化工作流管理触发器，提醒和报警管理，电子邮件接口管理图形化 工作流设计工具等。工作流管理的主要功能包括； i 工作流程编辑器提供过程单元定义手段并将过程单元根据用户的指定连接成需要的工作流 程，规定提交工作流程定义的设计对象，如部件、零件和文档等： i i 工作流程管理器接收工作流程编辑器提交的流程定义数据，建立有关人员的工作任务列表 并根据流程走向记录每个任务列表的执行信息，支持工作流程的异常处理和过程重组； i i i 工作流程通信服务器根据工作流程的进展情况，向有关人员提供电子审批与发放。并通过 e - m m l 接口技术进行用户通信和过程信息传递。 i v 管理员可以通过对产品数据的各基本处理步骤的组台来构造产品设计或更改流程，流程的构 造是建立在对企业中各种业务流程的分析结果上的。 2 2p d m 系统的相关技术 2 2 1 数据库技术 目前在国际上比较流行的大型通用数据库管理系统有o r a c l e 、d b 2 、s y b a 、i n f o r m i x 和s q l s e r v e r 等。这些数据库管理系统在对大型数据库以及分布式应用和并行计算等方面都提供了强有力 的支持。在本系统开发中采用了o r a c l e 作为本系统的数据库管理系统，主要是因为它具有如下特点 川： i 强大的并行服务功能，通过精心设计的锁机制可约定并行高速缓存管理锁，以提高性能 i i 快速的例程启动并支持串行化事务处理： i j i 支持混合负载和视图更新，查询及更新操作可以同时进行； “支持本地语言，可以保证错误信息、排序顺序、数据格式以及其它的约定能够自动地适应本 地语言的习惯； 8 东南大学硕士学位论文 v 完整的服务器管理，o r a c l e e n t e r p r i s em m g e r 提供完整的数据库和系统管理，具有图形界面， 集成的管理控制台和应用，在显著减少管理生产环境所需的时间的同时，仍然保持了高水平的分布 式性能和数据完整性。 v i 对企业分布式数据处理的支持，透明的分布查询，单个的s q l 语句可以从多个数据库中查询 数据，甚至可以对物理上存储在不同服务器上的数据进行复杂的合并操作。 v i i 集成非o r a c l e 的系统，o r a c l e 的开放式体系结构将o r a c l e 和非o r a c l e 的数据资源与业界撮 全面的工具软件、应用软件及第三方软件产品集成到一个业界标准的环境中。 v i i i 高可靠性提供了全面的、灵活的、可靠的工具，如用户身份认证、数据库的特权、层次 式的安全角色、网络安全处理以及审计功能等保证数据的隐秘性与完整性，管理数据库特权的指派， 以及在企业范围内( 包括比较脆弱的e t 和i n t e m e t 环境) 监测数据库的操作。 o r a c l e 提供了完整的数据库j a v a 解决方案。为建立可跨越o r a c l e 的网络计算体系结构所有三 层的可扩展的应用提供广泛的支持，这种支持是以工具、应用、数据库和应用服务器、j a v a a p i 的 形式出现的，它使用户能够在网络计算体系结构的环境下建立新的套件并且o r a c l e 的j a v a 产 品能够无缝地在客户、应用和数据库三层间进行。数据库层：在r d b m s ( 关系数据库管理系