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基于u m l 的电机行业产品配置管 理功能开发与实施问题研究 摘要 产品结构和配置管理是p d m 的重要功能模块，也是p d m 系统与 其他信息系统进行集成的桥梁。 本文结合产品结构与配置管理的研究现状和小型电机产品设计 的现状分别从产品配置的特点、产品配置的功能、产品配置管理与其 他信息管理系统的交互三方面来对产品配置管理进行较为系统的研 究。 针对适合于电机行业的p d m 系统，对产品配置管理功能进行了 研究，在采用u m l 通用建模语言方法建立p d m 系统产品配置管理 模型的基础上，实现了b o m ( 物料清单) 管理功能，并研究实现了 系统各个模块之间的数据交互。 此外，在阐述电机行业产品结构特点的基础上，对电机行业的产 品设计过程进行了建模，进而为p d m 系统在电机设计行业中的成功 实施和应用提供参考。 关键词：产品数据管理产品配置管理产品结构管理 u m l 工作流程 r e s e a r c ho nd e v e l o p m e n ta n d i m p l e m e n t a t i o nf o rp c mb a s e do n u m lf o re l e c t r o m o t o ri n d u s t r y a b s t r a e t p r o d u c ts t m c t u r e m a n a g e m e n t a n dp r o d u c t c o n f i g u r a t i o n m a n a g e m e n ta r ei m p o r t a n tf u n c t i o n a lm o d u l e so fp d m ， 勰w e l la sa t o o lt oc o m b i n eo t h e rs y s t e m t h i sp a p e re s t a b l i s h e st h et h e o r e t i c a lm o d e lt oa c h i e v et h ep r o d u c t c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t f i m c t i o n sf r o mt h eb a s i so f p r o d u c t c o n f i g u r a t i o n 、f u n c t i o a so fp r o d u c tc o n f i g u r a t i o na n di n f o r m a t i o n e x c h a n g e b e t w e e np r o d u c t c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n t a n do t h e r i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e m ，b a s e do nr e s e a r c hp r e s e n ts i t u a t i o no f p r o d u c ts t r u c t u r ea n dc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n ta sw e l l 船r e s e a r c h p r e s e n ts i t u a t i o no fd e s i g n i n ge l e c t r o m o t o ri n d u s t r y t h i sp a p e rr e s e a r c h e 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 tf u n c t i o n s t h a ta i m e da tp r o d u c td a t am a n a g e m e n t ( p d m ) f o re l e c t r o m o t o ri n d u s t 搿 i nt h i sp a p e ram o d e lo 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 t c o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n ti sp r e s e n t e d t h i sm o d e li sb a s e do i lu m l ， a n dh a v e b e e na c c o m p l i s h e d t h es y s t e mh a v ea c h i e v e db o m i i m a n a g e m e n tf u n c t i o n s a n db e t w e e nt h em u t u a ld a t as h a r ea m o n g v a r i o u sm o d u l e s i na d d i t i o n ，am o d e li ss e t u pf o rp r o c e s so fp r o d u c t d e s i g ni n e l e c t r o m o t o ri n d u s t r yb a s e do i le x p o u t l d i i l gt h ec h a r a c t e r i s t i co f p r o d u c t s t m c t u r eo fe l e c t r o m o t o ri n d u s t r y t h em o d e lp r o v i d e sv e r yi m p o r t a n t r e f e r e n c ef o rs u c c e s st h a tp d mw a sb r o u g h ti n t oe f f e c ta n du s e di n e l e c t r o m o t o ri n d u s t r y k e yw o r d s ：p r o d u c td a t a m a n a g e m e n t ；p r o d u c t s t r u c a a 七 m a n a g e m e n t ；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 t ；u m f i e dm o d e l i n g l a n g u a g e ；w o r kf l o w h 1 广西大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和 相关知识产权属广西大学所有，本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本 论文的研究内容。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究成果，也 不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮助的个 人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 黼撇：狰划 学位论文使用授权说明 。司每 f 6 羁，n 本人完全了解广西大学关于收集、保存，使用学位论文的规定，即： 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本： 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文； 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布吨伺： 日即时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 论文作者签名私歇列导师签名：乃何誊挣月涉日 广西大掌硕士掌位论文基于l n , t l 的电机行业产品配j ：蕾理功能开裳与重；施问翘研究 l 。l 课题的来源、背景 1 1 1 课题来源 第一章绪论 本研究课题来源于广西壮族自治区科技厅2 0 0 3 年实施的“广西先进制造技术及应用” 项目的第三个课题：中小企业产品数据管理系统( p d m ) 软件系统开发。其编号是：桂 科攻0 3 3 0 0 0 5 2 b 。 1 1 2 课题背景 如今，技术复杂的产品如电机是由成千上万个单独但又相关的要素以及有关的技术 文件和支持文件所组成，而且所有这些成分都是在不断的变化的，这些变化很快又会波 及和影响到其他许多因素、文件和过程。如何从宏观上把握一个大型复杂产品的整体结 构，成为摆在c a d 技术应用面前的重大课题。目前，竞争的压力越来越要求产品多样 化、产品订制和缩短产品开发周期。这样，产品结构( p r o d u c ts m m u r e ) 成为跨越组织部 门和经营阶段的核心概念，是p d m 系统联接各个应用系统( 如c a d ，c a p p ，c a m ， m r p ) 的纽带与桥梁l i l 。根据统计数字表明，设计工程师7 0 的时间在整理、查找旧数 据，创造设计的时问只有3 0 0 0 2 1 还有许多有关管理产品数据的问题，诸如跟踪设计所 属的项目、确保使用设计资料的最新版本以及正确性等等。如果对它们处理不当，会对 工作效率产生负面效应。所以产品数据的管理问题己经成为进一步提高生产效率的关键 问题。而通过p d m 系统中的产品结构管理功能p s m ( p r o d u c ts t r u c t u r em a n a g e m e n t ) 可 以追踪一个具体存在元件的所有属性以及联结信息；管理者可以按树节点组织数据，用 户可以按树分层、分路线找到自己所需的数据。这种对数据的组织方式形象地描述了产 品全部数据的相互关系，使产品各部分之间的关系一目了然，大大地方便了用户和设计 人员。 同时，产品配置管理p c m ( p r o d u c tc o n f i g u r em a n a g e m e n t ) 也是p d m 的一项重要功 能，它可以有效地提高设计的重用性和效率，方便系列产品的管理。由于我国制造行业 传统的经营方法是由企业设计并将最终产品推销出去。不过多考虑用户的需求，所以生 | l 子u 班。的宅觚行沪品配，：蕾理功能开生与薯；苑闩翔l 研究 产过程中的各个环节在相当程度上互相分离。如今的制造是面向用户订单的制造，不管 是产品的设计加工，还是组装、完成，都是面向用户订单的需求而进行的，生产过程中 的各个环节相互结合紧密。为了适应这种转变，企业需要这样的软件系统：它能够针对 于面向订单的生产方式。能够满足这一要求的核心软件包就是产品配置软件，产品配置 可以定义面向订单生产的各个关键特征。 由上述可见，产品结构与配置管理在p d m 系统中占有重要地位，但是，纵观市场 上的p d m 软件，其中大多数系统在产品结构与配置管理方面功能较弱，尤其是国内的 产品，在这方面做得更少，有的只是提出了这方面的概念，而没有真正实现，特别是对 于配簧管理方面，可以说基本上没有成型的产品。本文正是基于这种现状，在研究国内 外系统的基础上，提出了适用于产品结构管理和产品配置管理的数据模型及其解决方 案。并对针对像电机这样的中小型复杂产品，开创性地提出了复杂产品配置问题的解决 方案，为此类问题的解决开辟了一条新思路。 1 2 产品配置管理功能概述 产品配置管理的基础是产品结构管理，产品结构管理是p d m 系统实现产品结构化配 置管理的框架。通过此结构框架生成、命名、导航一对一、一对多的产品结构关系以及 控制基于关系对象的产品数据和过程。产品结构管理的主要功能是对产品的概念设计结 构、功能模块组成结构、机械组成结构及材料清单b o m 进行管理，实现计算机辅助设计 及生产管理系统的接口，为p d m 的产品配置和过程管理提供结构数据及相应支持文档。 产品结构管理的主要功能d h 6 i 包括三点： ( 1 ) 产品结构的生成和维护；包括产品、部件、零件组成关系及其对应的文档的关 系、产品零部件与其操作问的工序关系、产品功能结构与功能说明问的关系、零部件与 其材料间的关系、产品零部件材料与供应商之间的关系、零部件的制造状态关系等； ( 2 ) 产品结构的变化：包括产品版本管理、产品变更管理、产品系列管理 ( 3 ) 产品结构的浏览：包括b o m ( 物料清单) 统计、设计b o m 与制造b o m 的生成、 产品结构树和工程图纸的浏览。 产品配置管理的主要功能是在产品结构管理的基础上，对单一产品定义的不同方面 迸行管理和配置，对各种不同工作阶段产生的与产品结构有关的数据进行管理，以使相 关人员了解组成产品零部件问的相互关系、零件基本数据之间的关系、产品文档数据与 产品工作流之间的关系等重要信息。 2 基子u m l 的电机行，o 产晶己j l 管理功能开袁与实施问l 研究 产品配置管理可被看作特定时间的产品数据库中产品结构、相关文档数据、集成工 具、业务流程等的快像。产品结构对象的版本映射到产品配置功能模块的一个组态的过 程被称之为该产品结构的投影棚，如图1 i 所示。当打开某一产品的配置状态时，用户可 透明地对产品设计对象的结构和版本进行存取。 产品配置不仅存储其成员设计对象的名字，也存储产品设计对象的版本信息和实例 信息的引用关系。因此，通过对产品配置可进行产品数据管理和进行版本跟踪。 ! r 1 ； 。 ；f 产品结构 l l ，q 日；啊1 1i： 图1 - 1 产品配王管理与产品结构管理的关系 f i g l lr e l a t i o nb e t w e e n 讲埘i l c t n l i 昏i r 缸伽 m a n a g e m e m a n dp r o d u c t 刚n k ：i i 鹏n m a a g c m e n t 产品配置由产品在不同模块或不同功能系统中的零部件视图或子配置构成。零部件 视图和其特定版本、其它有关产品约束条件的有效性对产品结构进行的投影，既可通过 产品配置的约束算法动态实现，也可在产品配置时通过用户的交互指定静态实现。 产品配置管理解决的基本问题分为如下四点： ( 1 ) 产品在不同的工作环境下的配置历史( 包括产品结构、相关数据与文档、工作 流等) 的维护与管理；此问题可通过产品配置对象来定义产品的不同阶段或功能视图和 各功能视图间的关系，其目的是为了设置产品结构在不同的功能视图中的配置与数据流 程关系，使产品的数据流程、参与人员的组织、工程更改的控制等成为可能。 ( 2 ) 产品在某一配置状态下的产品图纸及电子文档与产品过程定义数据的管理、相 关集成工具的配置与管理，包括产品零部件在用户配置时约束条件的定义与产品装配结 构关系的定义( 如产品零部件版本号、序列号、时间的范围等) 广西大掌訇e - 掌位论文 & t - l eu m l 的- 巴机稍蚀产品配j l 管理功耗开文与累 提问题司隗 ( 3 ) 产品开发、数据与文档的发放与工程更改过程的管理，即按照产品开发、设计、 发放、制造等功能模块描述产品配置功能模块与功能视图间的关系。 ( 4 ) 配置用户工作环境，建立和维护用户登录时登录功能模块定义的缺省工作空间， 并保存工作环境、产品结构数据和相应文档相对的配置与工作数据。 1 3 产品结构与配置管理的研究现状 产品结构与配置管理是p d m 系统的一个重要组成部分，是产品生命周期中各种功能 和应用系统建立宜接联系的重要工具。作为产品数据组织与管理的一种形式，产品结构 与配置管理是以电子仓库为底层支持，以b 伽( b 订lo fm a t e r i a l ) 为组织核心，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 定的目标或规则的约束下，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“0 1 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，如设计工程图中的装配图、装配明细 表；工艺文件中的装配工艺规程；产品维护文档及用户手册中的产品装配爆炸图( 形象 地表达产品的装配过程或检修过程) 等。产品结构管理以整个企业为整体、以产品为中 心，是产品生命周期中各种功能和应用系统建立直接联系的重要工具，也是产品开发过 程进展的直接体现者。产品结构管理是p d m 系统的重要组成部分，产品结构的设计在p d g 系统的设计过程中处于非常重要的地位l l l l 。产品结构管理的目标有三个：( 1 ) 实现某一类 或某一系列产品的结构管理，为产品配置做准备；( 2 ) 以产品结构为组织框架，对所有 产品相关信息进行管理，实现产品信息的组织和查询；( 3 ) 基于产品结构提供统一的有 关产品构成的信息描述，同时根据产品生命周期不同阶段的需要，提供有侧重点的信息 服务。 近年来，国p 移 b p d m 的相关产品较多，对产品结构与配置管理方面的研究也正成 为一个新的热点。从事这方面研究的国内外公司主要有e d s 公司、s d r c 公司、m m 公 司、p t c 公司，武汉天喻、华中开目以及清华同方等公司1 1 2 1 4 r n 。 美国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p s m 是基于配 置管理的产品结构管理模块。p d m 通过b o m 的浏览功能修改和控制产品结构，b o m 实 际上描述了除几何信息以外的产品的全部信息。p d m 通过c a d 几何模型、各种分析结 果、加工工序和文本说明来描述b o m 结构间的关联。同时，它还提供各种有效性管理， 如根据丹期、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。美国s d r c 1 - - 西大掌司陆掌位论文| i 于u m l 的电瓢竹唑产品己，：蕾葛l 功能开冀与重；趋向l 研究 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 ) 提供了用图示 菜单定义、存取、修改产品结构件及建立产品结构树并浏览相关信息的功能，该产品结 构树不仅描述了结构件与文档的关系，同时还描述了产品结构中替换件、互换件的情况。 产品结构管理还包括与产品相关的对象的版本管理，并能生成各种b o m ，可以生成、查 看和操作图形方式下正在设计的产品结构。它的高级产品配置器( a p c ) 提供按照不同条 件访问产品结构的渠道。通过设置配置规则实现产品配置，可以管理一个产品在其生命 周期的不同阶段( 如设计、制造) 时的结构视图，管理多批次、系列化的产品结构，并可 根据不同的配置生成不同的b o m 。i b m 公司的p r o d u e t - m a n a g e r ( p m ) 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。武汉天喻 公司产品i n t e p d m 的产品结构与配置管理对任何一个选定项目或产品建立文档或装配件 之间的关系，以直观的图示方式展开选定项目、产品或装配件的树状层次结构，并形成 相应的物料清单：实现对b o m 表进行分类、汇总、统计等不同处理。华中开目公司的开 i e l p d m 可以自动汇总出企业需要的各类清单( 标准件、外购件、材料消耗定额清单等) ， 其产品配置功能，可以按照企业实际需要组织产品的生产开i j b o m 系统( 产品和工艺 信息汇总系统) 解决了产品和工艺信息汇总这一制约企业实现信息化的瓶颈问题，基本 实现了企业技术部门和产、供、销部门的信息集成。清华同方p d m 的产品结构管理通 过入库的b o m ，可自动生成产品结构，支持产品系列化设计和变形设计，实现产品结构 的动态编辑、比较其产品配置管理在基本构型建立之后，通过填写配置文件，给出要 增加、修改、删除的配置，创建出基于基本型的新的产品结构，可按用户订单快速组织 设计和生产，实现可选件、替代件管理、产品谱系管理和产品状态管理。综合以上国内 外公司对产品结构和配置管理的研究和最新研究成果，可看出，产品结构与配置管理是 p d m 的重要内容，也是p d m 系统和其它系统( 比如e r p ，c a p p ，c a d 等) 进彳亍集成 的接1 2 ，但总体而言，目前对产品结构与配置管理的研究还处于初步阶段。在现有的p d m 系统中，多数更多地关注于支持文档管理和过程管理，在产品结构与配置管理功能上较 弱，其结果使设计、生产和维护等环节所需要的技术信息变得非常复杂。分析当前企业 对p d m 应用实施的现状，可以发现目前作为p d m 核心的产品结构与配置管理存在如下 一些主要问题： ( 1 ) 缺少产品全部资料之间相互关系的形象描述，使得产品各部分之间的关系无法 一目了然，因此需要建立面向产品全生命周期的产品结构模型； ( 2 ) 设计、生产、制造，采购等各部门人员需要的b o m 所关心的数据项不同，如何 | 盱u m l 的电机行业产品：，：营胃i 功期 开袁与重 蓖问鼍研究 准确快速地为各部门提供不同形式的b o m ，建立一致的b o m ，是产品结构与配置管理 面临的关键问题； ( 3 ) 产品结构与配置信息不准确，直接影响采购、制造和装配等部门，造成不该有 的损失，因此需要有先进的产品配置方法；另外，需要有效的版本管理来对由于更改产 生的不同版本进行管理，保证产品配置的正确性； ( 4 ) 市场竞争的加剧必将促使企业对顾客需求做出快速响应，产品结构与配置管理 在此将起到主导作用，如提供产品快速配置功能，使其能根据市场的变化快速配置出新 产品，或者为不同的用户定制个性化产品是产品结构与配置管理需要解决的问题。 综合 ； 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o m ，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 线为p d m 系统在查询、修改和维护产品数据方面带来很多不便，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来纯粹的文档管理的繁乱无序。而个产品的组成往往不止一个结 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十分必须的。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，这也是本文研究的意义： ( 1 ) 具有零部件族管理的功能： ( 2 ) 支持b o m 多视图管理； ( 3 ) 支持零部件设计、修改、变更过程中的版本管理； ( 4 ) 支持基于模块化的产品快速配置功能，可根据用户的需求快速配置新产品 1 4 中小型电机产品设计的现状 2 l 世纪初，我国中小型电机行业主要企业约有3 4 5 家，从业人数3 0 万人以上，7 5 的电机产量为中小型异步电动机邮i 。每一个具有一定规模的企业，均拥有大量的工程图 纸、设计方案及相关技术文件和试验结果等产品数据，如何有效地管理和充分地利用这 6 广西大掌壕士掌位论文基于u 蛳。的冀取行j o 产品配j ：蕾葺l 功矩开置与霉；托问l 研究 些资料，己成为企业迫切需要解决的问题。飞速发展的计算机技术在工程领域最引人注 目的应用是c a d c a e c a m 。它是集计算机图形学、数据库、网络通讯、数控技术等技术 及其他领域知识一体的高新技术，是众多企业缩短产品开发周期、增强行业竞争能力的 一项关键技术 1 9 1 。c a d c a e 解决的是设计问题；c a m 则是利用c a d 中建立的零件模型信 息，给出工艺信息与参数，自动生成数控( n c ) 代码，通过数控机床加工零件，完成传统 机床难以达到的高精度、高难度的加工。 信息化技术在电机行业中的应用已从点逐渐形成面。随着c a d c a m c a p p 等技术 在企业中广泛应用，越来越多的数字化产品信息输入计算机，成为电机行业生产赖以正 常运转的依据。其中大量的是作为企业重要技术文件的工程图纸。其种类繁多、数据巨 大；与此同时，计算机与i n t e r n e t 技术在企业其他部门的应用，使得所有工作步骤，从 顾客订单处理到生产准备，从生产报表到产品质量控制都使用了各种各样的计算机工 具。结果是，大部分工作结果和几乎所有的中间步骤，都以文档或其他的数据形式散布 在各个部门的计算机上，其中还有数不清的电子邮件和从i n t e r n e t 网上下载的信息。所 有这些数据形成了现有企业繁杂庞大的数据流。在如此庞杂散乱的企业数据流中，数据 资源的查询和共享变得异常困难。而且通常情况下，每一份文档在产品生命周期内，其 状态和版本是不断变化的，存放地点也可能发生变化。用户迫切希望能快速查询到正确 盼数据信息。以便为现有的产品设计服务。但实际情况是，企业用户在缺少一种有效数 据管理手段的情况下，要想快速准确检索到需要的信息、几乎是不可能。在无奈的情况 下，大多数企业对技术数据基本上是放任自流，由数据的创建者自行管理和备份数据。 不言而喻，电机行业迫切需要适合其现状的工具来解决这些问题。而面向电机行业的产 品结构与配置管理系统能较好的解决这些问题，其在电机行业中应用的意义有以下几 点： ( 1 ) 产品配置将产品信息数据库、图文档信息数据库、电子仓库协调一致起来，使 得电机企业各部门产品配置信息保持一致。 ( 2 ) 多视图展示产品结构配置。产品结构配置在电机企业不同的部门有不同的视 图，比如。设计部门的设计配置视图，采购部门的采购配置视图，生产部门的生产配置 视图。 ( 3 ) 生成多种b o m 清单。产品配置实际上是一种广义的b o m 管理。通过对各产 品数据的归类、统计产生满足电机企业中各部门需求的b o m 清单。 ( 4 ) 降低新产品开发成本。通过进行个性化配置，能够标识出电机产品中的标准部 7 广西大掌硬士掌位论文| 痔u 札的电机行i 业产晶配j l 管理功麓开篡与重；施问题研究 件，以前设计过的定制部件以及需要重新设计的部件，所以减少了分解工作，加快定制 产品的开发进度，大大缩短了产品交货时间，改进了电机产品的解析过程。 ( 5 ) 方便了用户对电机产品信息查询和编辑。电机在售后如果需要维修，可以通过 查询产品配置，了解产品需要维修的部件信息，确定该部件是否为通用部件或者基础件、 出处、负责人，以便更好的维修。 ( 6 ) 此外，如果电机企业已经实施了e r p 系统，可以将产品配置结果的b o m 与e r p 的b o m 集成起来，使企业信息集成度更高。 1 5 本章小结 本章主要介绍了产品结构管理与产品配置管理的研究现状，并结合中小型电机产品 设计的现状，阐述了产品结构与配置管理在电机产品设计行业中应用的意义 童苛u m 。的冀觚f ，沪品配j ：管理功曩i 开篡冉重 相惆【研究 第二章基于u m l 的产品配置管理功能的研究 2 1 引言 本系统使用统一建模语言m m l ) 对产品结构与配置管理进行研究，从不同的视角为 系统架构建模，形成不同的系统视图。u m l 是一种图形化语言，为软件开发的各个步骤 提供模型化和可视化支持。利用u m l 语言进行系统建模可以有效控制软件结构复杂性， 使系统灵活且易于重用，提高开发效率。 2 2 u m l 概述 2 2 1u m l 简介 u m l ( 统一建模语言，u n i f i e d m o d e l i n gl a n g u a g e ) 是一种建模语言，是第三代用来为 面向对象开发系统的产品进行说明、可视化和编制文档的方法圈。u m l 通过把先进的 面向对象思想统一起来，为公共的、稳定的、表达能力很强的面向对象方法提供基础。 从原理上讲，“方法= 表示法十过程”。而u m l 不包含对过程的定义，可以认为，u m l 是 独立于过程的。由于u m l 融合7 诸多建模语言的优势，覆盖面很广，所以，它可以用于 几乎所有领域的软件开发中，适用于任何开发过程幽。不过，作为在面向对象技术迅猛 发展并成为主流的时代背景下出现的技术成果，u m l 更适合于面向对象的软件开发过 程。目前，o m g ( 对象管理组织) 已经把u m l 作为公共可得到的说明提交给国际标准 化组织( i s 0 ) 进行国际标准化阱l 。预计u m l 将成为信息技术的国际标准 u m l 是用来描述模型的，它用模型来描述系统的静态特征或结构、以及行为或动态 特征。它从不同的视角为系统架构建模，形成不同的系统视图( v 压w ) ，包括：用例视图、 逻辑视图、并发视图、组件视图、展开视图等。而一个视图是由一个或多个r e ( d i a g r a m ) 组成的，一个图就是系统架构在某个侧面的表示，它与其它图是一致的，所有图一起组 成了系统的完整视图。 2 2 ，2u m l 中常用的建模机制 u m l 是一种标识丰富，易于表达，功能强大。且扩展性好的建模语言，是用来描 述模型的，通过模型来描述系统的结构或静态特征以及行为或动态特征从不同的视角 9 | 于u 札的电机行业产品己，：雀- 奄 功能开毫与实施问题研究 为系统的架构建模，形成系统的不同图例i z s - 1 2 9 。包括： 用例图，使用用例图( u s ec a s ed i a g r a m ) 来展示系统的用户以及外部系统与本系统的 交互。用例图用来描述系统需求，可以直观地反映出用户对系统功能的要求。 静态图，包括类图( c l a s sd i a g r a m 、对象图( o b 2 j e c td i a g r a m ) 和包图( p a c k a g e d i a g r a m ) 。类图用于描述系统中类的静态结构。对象图表示类的对象实例。一个对象图 就是类图的一个具体实例。包图由包或类组成，主要用于描述系统的分层结柯。 行为图，包括状态图( s t a t e d i a g r a m ) 和活动图( a c f i v i t yd i a g r a m ) 。使用它们描述系统 的动态模型和组成对象间的交互关系。其中，状态图用于描述一个对象在其生命周期中 将接收到的激励，以及由此所经历的一系列状态。活动图描述系统中各种活动的执行顺 序，它通常用来描述一个操作中所要进行的各项活动的执行流程以及活动之间的关系。 使用活动图可以方便地表示并行活动。交互图描述对象问的交互关系，包括时序图 ( s e q u c n c cd i a 鲫1 ) 和协作图( c o l l a b o r a t i o nd i a g r a m ) 。时序图用来刻画一个用例的逻辑 流程，以及在这个流程中会涉及到哪些对象，它强调时间和顺序，而协作图用来描述各 个对象之间的交互( 消息的发送和接收) 关系，它强调通信关系。 实现图，包括组件图( c o m p o n e n td i a g r a m ) 和展开图( n e p t o yd i a g r a m ) 组件图描述 代码部件的物理结构以及各部件之间的依赖关系，展开图描述系统中软硬件的物理体系 结构。 2 2 3r u p 的建模过程 统一建模语言是进行软件开发的一种图形化语言，它用视图的方式描述系统功能与 流程。可应用于任何语言平台、工具平台和软件开发过程，与具体的实现和过程无关。 它易扩展的特性，使得在对软件原型进行修改时无须对核心概念进行修改，为面向对象 的设计与开发中涌现出的高级概念提供支持。在使用中，它强调了对架构、框架、模式 和组件的重用，这些特点有利于不同知识背景的用户、领域专家、系统分析人员、开发 设计人员的交流。 利用u m l 建模，一般遵循了一种称为r u p ( r a t i o n a lu n i f i e dp r o i 淞s ) 的建模过程。 r u p 是一种以用例驱动、体系结构为中心、迭代和增量相结合的过程，包括4 个阶段： 初始阶段、细化阶段、构造阶段和移交阶段 3 0 1 3 1 l 【3 2 1 。每个阶段又分为若干次迭代，每 次迭代都有一个核心工作流程。此流程包括需求、分析、设计、构造和测试5 个阶段， 1 0 | i 于u 蝴。的毫肌行业产品i 己j ：管理功能开发真r j 昭囊i 问题研竞， 解释如下： ( 1 ) 需求。u m l 的用例视图可以表示用户对系统的需求。通过用例建模方法，对 系统的角色、系统的功能和二者之间的交流关系建模。 ( 2 ) 分析。主要考虑所要解决的问题。分析包括两方面：系统的静态结构和动态结 构。静态结构可用类图、对象图描述。动态结构则用活动图、时序图、状态图、协作图 描述特征。在分析阶段只为问题领域的类建模，有关软件系统的解决方案细节在此阶段 并不涉及。 ( 3 ) 设计。在此阶段，是把分析阶段得到的结果扩展成技术解决方案，涉及到用户 接口、数据库操作等基础结构。把分析阶段所描述的问题嵌入到此基础结构当中，设计 阶段为构造阶段提供详细的规格技术说明。 ( 4 ) 构造。把设计阶段的类转化为某种面向对象程序设计语言的代码。 ( 5 ) 测试。对构造的功能模块进行测试测试可采用软件工程倡导的由部分到整体 的原则，顺序为单元、集成、系统、验收测试。 2 3r t t p 对产品结配置模块的分析 、 产品配置管理是p d m 系统的重要功能，它以企业零部件库作为底层支持，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 i i ”在产品结构管理的基础上，利用事先建立的完整产品结构，按照满足用户所需功能 的要求，设计或选择零部件，把这些零部件按照它们的功能，某种组合规则或某种条件 进行编组，形成一个具体的产品，称为产品配置，其中的条件即为配置条件m i 产品配 置一方面继承了产品结构管理的相关功能，同时在产品结构构件中增加了配置项、结构 选项、互换件、替换件、供应商等信息，以描述更为复杂的产品结构关系。此外，产品 配置管理能够使企业的各个部门在产品生命周期内共享统一的产品数据，并且对应不同 阶段的产品定义、不同部门的需求，生成相应的b o m 视图，如设计b 嘣，工艺b o m ，制造 b o m 等。 2 3 1 系统功能需求 在需求分析前，我们先看一下电机产品的设计过程。8 0 年代末，以信息集成为核 蓉于u 虬的电机行，o 产品配j ：蕾理功麓开冀与暮 施问赶研究 心的并行工程技术作为国家8 6 3 ( ；i 鹇主题开始研究并提高了制造水平。目前先进制造 技术进一步向更高水平发展，先后出现了虚拟制造、精密制造、敏捷制造、智能制造系 统、产品数据管理等新概念，这些现代制造系统的新哲理和新模式已经在工业界得到实 现或正在实现，使我国的制造企业在激烈的市场竞争中得以生存和发展。经过对电机厂 的调研，我们发现多数中小企业采用串行设计方法，电机设计过程如图2 1 所示： 图2 - 1 电机产品设计过程 f i g2 一lp r o c e s so f d e s i g n i n ge l e c t r o m o t o rp r o d u c t 经过对生产过程的分析，我们可以看出参与设计过程的主要有分配设计任务的入、 设计任务的人和审核的人。所以我们为系统设计的角色为项目总管、设计师和审核等几 个角色。系统最高的权限妇系统管理员所有。系统管理员可以定义项目中角色。 项目总管可以增加新的设计项目，并为项目添加工作人员，为工作人员分配角色， 启动工作流，下发设计新产品和零部件的命令，而设计师、审核则没有。设计师可以接 收工作流，对图文档进行删除、入库、编辑、查询操作，可以对产品结构树增加节点、 删除节点、修改节点、查询产品的明细信息、生成各种要求的明细报表，可以查询基础 基于蜥l 的电机行业产晶置：j l 管理功耗开篡冉蜜托问l 研宠 件库结构树并可以借用基础件库节点到产品结构树，可以对新产品进行编码。审核员可 以察看设计师提交的文档，并可以进行批注 根据上述要求，产品配置管理需要用到的p d m 中的模块有以下几个： ( 1 ) 产品结构管理 包含的功能：产品结构树增加节点、删除节点、修改节点、查询产品的明细信息、 生成各种要求的明细报表，查询基础件库结构树、借用基础件库节点到产品结构树 ( 2 ) 权限管理 包含的功能：为工作人员分配角色 ( 3 ) 编码管理 包含的功能：对新产品进行编码 ( 4 ) 项目管理 包含的功能：增加新的设计项目，并为项目添加工作人员，并为工作人员分配角色， ( 5 ) 个人工具箱( p d m b o x ) 包含的功能：接收工作流，进行产品设计，同时具有本身角色所授权的产品结构管 理的部分功能 ( 6 ) 图文档管理 包含的功能：对图文档进行删除、入库、编辑、查询操作 ( 7 ) 工作流程管理 包含的功能：工作流程的实施平台 2 3 2 基于u m 用例图的系统模型 u m l 的用例视图就是系统外部特性描述的视图。它从用户的角度而不是开发者的 角度来描述对软件产品的需求，分析产品所需的功能和动态行为，描述了一组用例，参 与者以及它们之间的关系 用例代表的是一个完整的功能。u m l 中的用例是动作步骤的集合动作是系统的一 次执行( 能够给某个角色输出结果值) 。与角色通信，或进行计算，或在系统内工作都可 以称作动作。用例应支持多种可能发生的动作。用例具有以下特征：用例总是由角色初 始化：用例为角色提供值；用例具有完全性；用例和角色之间的关系属于关联。这种关 联表明哪种角色能与该用例通信。关联关系是双向的一对一的关系，即角色可以与用例 | 0 于u m l 的电机杼产品埋蕾i 鼍【功鼻0 开生与重；孢向曩研究 通信，用例也可以与角色通信。在u m l 中的用例用椭圆形表示，用例的名字写在椭圆的 下方用例位于系统边界的内部。角色与用例之间的关联关系用一条直线表示 下面是需求分析总结的产品配置管理功能用例： 基本维护功能：包括新建更新、删除、搜索零部件及产品结构的操作。 新建零部件及其产品结构用例：系统提供角色新建零部件的功能。在界面内输入零 部件的各个属性，该零部件所使用的零部件( 产品结构) 以及与其关联的文档，并可以选 择保存或取消本次输入在保存时，系统提供有效性验证。 更新零部件及其产品结构用例：对己经建立的零部件及其产品结构进行修改，可以 修改各项信息，包括属佐、产品结构以及关联文档。并可以保存或取消本次操作。保存 的同时，系统提供有效性验证。 删除零部件用例：根据系统的访问控制策略，提供删除功能，要求删除前给出确认 信息。 搜索零部件及其产品结构用例：角色可以输入搜索条件，如：零部件号、类型、关联 文档等条件。系统查询符合条件的数据信息，显示给角色。要求提供模糊查询功能。 借用零部件及产品结构：角色可以借用已经存在的零部件和产品结构，提高设计效 率。 分配任务启动工作流用例：角色可以根据需要分配任务启动工作流。 为结构树添加根节点用饲：项目启动时，为产品结构树添加根节点。 浏览图文档用例：对企业已经存在的图文档，根据权限可以进行访问 编辑图文档用例：对图文档进行修改。 删除图文档用例：根据系统的访问控制策略，提供删除功能，要求删除前给出确认 信息。 提交阻文档用例；设计完成后，提交给审核人员进行审核。 审核图文档用例：对设计人员提交的图文档进行审核。 用例之间的关系，我们采用用例图的图形化方式来描述。用例图是描述用例与角色 用例与用例之间关系的图形化表示。用例与角色的关系是一对一的关联关系。用例之间 有扩展( e x t e n d ) 关系和包括( i n c l u d e ) 关系两种扩展和包括都是继承关系( 即通用化关系) 的一种体现形式。一个用例中加入一些新的动作后则构成了另一个用例，这两个用例之 间的关系是扩展关系。后者通过继承前者的一些行为得来，前者通常称为通用用例。后 者常称为扩展用例。扩展用例可以根据需要有选择地继承通用化用例的部分行为。扩展 f 4 广西大掌号e 士掌位论文| i 于u m l 的电机行| o 产晶己，：蕾理功麓开鬟与r 蜜施问嗣【研究 用例也一定具有完全性。 一个用例使用另一个用例，这两个用例之间就构成了包括关系。一般情况下，如果 若干用例的某些行为都是相同的，则可以把这些相同的行为提取出来单独作成一个用 例，这个用例称为抽象用例。这样，当某个用例使用该对象用例时，就好象这个用例包 括了抽象用例的所有行为。 本系统的项目总管的主要任务是分配任务启动工作流程，用例图如图2 - 2 所示： 节点 分配任务启动工作流 图2 - 2 项目总管参与的用例因 f i 萨- 2u s e 辨d i a g r a mf o rp r o j e c tn l m l a 辨r 审核人员的主要任务是对图纸进行检验、审核，其参加的用例图如图2 3 所示： 提交审核结果 图2 - 3 审核人员的用例图 f i 9 2 - 3u c a 辩d i a g r a mf o rv e r i f i c a t i o np e r s o n 设计师的主要任务是建立产品结构、设计企业需要的零部件、关联文件，最终实现 产品配置管理，设计师参加的用例图如图2 4 所示： 1 5 l 于u 虬的电机行业产品配置管理功能井冀与卖施问起研究 1 田2 - 4 设计师参与的用例图 f i 9 2 4 l s e c a s ed i a g r a mf o r d e s i g n e r s 2 3 3 基于u m l 顺序图的系统过程建模 本系统中参与交互的对象有工作流管理模块、编码管理模块、权限管理模块、个人 工作