（机械设计及理论专业论文）广义优化设计过程中的数据管理.pdf

内容摘要 工程r 义优化设汁足拒设汁方法学思想的指导一卜，研究复杂技术系统的特祉 平1 1 现代工程设计的要求，面向全系统、全过程和全性能的优化设计。于系统模 型的复杂性( 包含产品的整机、系列等) ，同时为了提高优化效率，广义优化设 计通常需要在多机环境下，不同领域专家一起进行协同优化设计。 本文通过对广义优化设计过程中产生数据流程的分析，建立了适合广义优化 设计进程的产品数据模型。广义优化设汁过程中产品开发的两大特点：分布性和 并行性，因而在广义优化设计过程中对产品数据的管理需要考虑以下几个方而： 产。讯结构建模；产- 1 数抓交流一i t 的安全机制；产l 胎斛勾的配辩、维护和多视罔显 示；产品数据的重川性；产品数据版本控制；设计冲突检测与项目问的协调。体 文阐述的基于c l i e r v s e r v e r 结构的数据镑理系统提供了四种主要的功能： ( 1 ) 数据操作 向设计人员提供简单、方便的途径，来建立产品结构模型，包含对，l 何模 型、性能模型、成本模型等各类模型的创建，使分散于不同设计人员、爿： 同物理地址的设计数据比较容易的集成为一个整体。 ( 2 ) 用户管理 广义优化设计是一个多学科领域专家参与的协同设计过程，需要对 = 嫂计 人员进行权限的控制和数据访问的控制，并能够根据设计项n 的需要动念 地定义工作组，来满足广义优化设计的需要。 ( 3 ) 版本管理 根据建模过程i _ l _ l 产生数据的特点，提出了以产品结构树为管理对象的两级 版本管理模型。多数软件提供的版本管理的功能，仅局限于对信息历史的 追踪。随着对协同设计等技术研究的深入展开，版本管理增加对卧同设计 的支持以及对产品变形设计的支持。 ( 4 ) 冲突管理 在广义优化设计过程中加入冲突管理系统，来处理设计过程中产生的冲突 。问题。确保广义优化设计过程的顺利进行，协调产品开发的= ：r = 作流程，m 调产品 i ：件之问的关系以及协调开发人员解决矛盾的过程。) 口，。 厂一? 一 、 ， 关键词：协同设洋，p d m ，客户服务器，数据j # 产品她模丫版1 、r t 瞄”- r 耽- x ，冲突 ， 掷调 a b s t r a c t u n d e rt h ei n s t r u c t i o no fd e s i g nm e t h o d o l o g y ，g e n e r a l i z e de n g i n e e r i n g o p t i m i z a t i o nd e s i g nm a i n l yd e a l sw i t hc h a r a c t e r i s t i c r e s e a r c ho fc o m p l i c a t e d t e c h n i c a ls y s t e m sa n dt h o s er e q u i r e m e n t so fn l o d e me n g i n e e n n gp r o j e c t a n d h e n c ei so r i e n t a t e dt o w a r d st h ew h o l ep r o c e s s t h eo v e r a l ls y s t e ma n di t s f u n c t i o n i n g b e c a u s eo ft h ec o m p l e x i t yo ft h es y s t e mm o d e la n d a tt h es a m e t i m ei nv i e wo fe f f i c i e n c ye n h a n c e m e n t g e n e r a l i z e do p t i m a ld e s i g nd e m a n d s s i m u l t a n e o u sc o o r d i n a t e dw o r ko n m u l t i p l ec o m p u t e r sa m o n ge x p e l s s p e c i a l i z e di nd i f f e r e n t f i e l d s a f t e ra n a l y z i n gt h ed a t ag e n e r a t i o np r o c e s si ng e n e r a l i z e do p t i m a ld e s i g n t h i st h e s i sc o n s t r u c t sap r o d u c td a t am o d e lt h a ti sa p p l i c a b l et og e n e r a l i z e d o p t i m a ld e s i g np r o j e c t s s i n c ep r o d u c td e v e l o p m e n t i nt h e p r o c e s s o f g e n e r a l i z e do p t i m a ld e s i g nr e q u i r e sd i s t r i b u t e da n dp a r a l l e lw o r k t h ef o l l o w i n g a s p e c t sm u s tt a k e ni n t o c o n s i d e r a t i o ni nt h em a n a g e m e n to fp r o d u c td a t a ： p r o d u c t s t r u c t u r em o d e l i n g s e c u r i t ym e c h a n i s mi np r o d u c td a t ae x c h a n g e ，t h e c o n f i g u r a t i o n 。m a i n t e n a n c e a n dm u l t i - v i e w e d d i s p l a y o f p r o d u c ts t r u c t u r e r e e m p l o y m e n t o f p r o d u c td a t a p r o d u c t d a t av e r s i o n c o n t r 0 1 c o n f l i c t i o n c h e c k i n ga n dc o o r d i n a t i o na m o n gp r o j e c t s t h ec l i e n t s e r v e r - b a s e dp r o d u c t d a t am a n a g e m e n t s y s t e mi n t r o d u c e di nt h i sp a p e r o f f e mf o u rm a i nf u n c t i o n sa s f o i l o w s ： 1 d a t am a n i p u l a t i o n t h ep r o d u c td a t em a n a g e m e n ts y s t e mo f f e r ss i m p l i f i e dy e tc o n v e n i e n t m e t h o d sf o rd e v e l o p m e n t e n g i n e e r s t oe s t a b l i s ht h ep r o d u c ts t r u c t u r em o d e l w h i c hi n v o l v e st h ec o n s t r u c t i o no fg e o m e t r ym o d e l f u n c t i o nm o d e la n dc o s t m o d e l i na d d i t i o n t h ei n t r o d u c e d s y s t e mm a k e st h ef i n a li n t e g r a t i o no f p r o d u c td a t ag e n e r a t e db yd i f f e r e n td e s i g n e r so rd i s t r i b u t e di n t od i f f e r e n t a r e a sac o n s i d e r a b l e e a s y w o r k 2 u s e rm a n a g e m e n t g e n e r a l i z e do p t i m a ld e s i g ni sac o o r d i n a t e dd e s i g np r o c e s s a m o n gm a n y e x p e l ss p e c i a l i z e d i n m u l t i p l ef i e l d s ，t h u s t h ep r o d u c td a t am a n a g e m e n t s y s t e ms h o u l dh a v ec o n t r o lo v e rt h el i m i t so fa u t h o r i t ya n dd a t aa c c e s s i b i l i t y f o re a c hd e s i g n e r a n du p o nt h ed e m a n d so f g e n e r a l i z e do p t i m a ld e s i g n ，t h e s y s t e m i sa b l et od e f i n i t e w o r k i n gg r o u p sd y n a m i c a l l y 3 v e r s i o nm a n a g e m e n t w h e r e a sv e r s i o nm a n a g e m e n to f f e r e db ym a n ys o f t w a r e sl i m i t so n l y i n t r a c i n gi n f o r m a t i o nh i s t o r y ，t h e t w o l e v e lv e r s i o nm a n a g e m e n tm o d e lp u t f o r w a r di no u rs y s t e mt r e a t sp m d u c ts t r u c t u r ea st h em a n a g e m e n to b j e c l 4 c o l l i s i o nc o n t r o l c o l l i s i o n m a n a g e m e n ts y s t e m i n t r o d u c e di no u r p r o d u c t d a t a m a n a g e m e n ts y s t e m i sa i m e da tc o o r d i n a t i n gt h ec o n f l i c t i o na m o n g d i f f e r e n t p r o d u c tp a r t sa n dt h a ta m o n gd i f f e r e n td e s i g n e r s ，t h u sg u a r a n t e e i n gt h e s m o o t hd e v e l o p m e n to ft h ew h o l ed e s i g np r o c e s s 。 k e y w o r d s ：c o o r d i n a t e dd e s i g n ，p d m ，c l i e n t s e r v e r ，d a t a b a s e ，p r o d u c t m o d e l i n g 。v e r s i o nc o n t r o l ，c o n f l i c t i o nc o o r d i n a t i o n 第一章绪论 摘要小章扛婴i 0 沦r 课题的挺及意义，j ：介绍了产矾数撕管理的现状以及杯在的b 日题。 随着p d m 技术在企业r f j 的应川广义优化设计作为产品! e 命周期l l 1 的一个阶段，因而将 p d m 框架及其思想引入到对广义优化设计过程中产品数据的管理。最后介绍了课题中所作 的工作以及全文的结构安排及其主要内容。 ， 1 。1 课题的提出及意义 在产品的设计过程1 1 ，都会丽i 腻蜘j 似形成、存储和铃理产品数据的问题。 c a i m d a t a 公蒯的研究表l 蚰：“i _ ! ；1 阿，在企业中每天火约有l ，3 到1 4 的设计、管 理工程技术人l 不是专心于自己的本职工作，而是在开会、讨论、等待或处理符 利t 信息”。州而矬抗一个正确、完整而无冗余的产t 雕故欹i ：管理模型，实现产。1 数据最大限度的共享，将关系到系统开发的进度、成败及质量。 t 程j “义优化设计是在设计方法学思想的指导下，研究复杂技术系统的特征 和现代工程设计的要求，面向仝系统、全过程和全性能的优化设计。广义优化没 计由于系统模型的复杂性( 包含产品的蝗机、系列等) ，同时为了提商优化效率， 广义优化设计通常需要在多机环境下不同领域专家一起进行协同优化设计。冈 面广义优化设计过程中的产品开发具有以下两大特点： 分布性：务设汁人员在多台汁算机+ i ：同时进行优化设计，i 1 于这些设计人贝 在地理上是分粕的，因而造成设计数据具有分散性。在进行数据管理时，需要将 备设计人员的设计数据进行集成。 并行性：广义优化设计过程中的并行性包含三个方面。一方面指各设计人员 对设计数据操作的并行性，同一个设计对象的设计数据可能同时被多个设计人员 操作：另一方面由于广义优化设计过程中产生的产品模型，不仅包含了产品结构 性能、刚均性能还包含了社会性能等，对每个模型的优化需要进行大汁算量，因 而在逃行优化计算时常将产品模型分解为多个子模型，在多台机器一f 二进行并行优 化；第鼍个方面足过程的j ：行性。广义优化设计过程包含：功能优化、原理方案 优化、产1 建模、优化规划、并行寻优、结_ 5 ! 分析评价等儿个阶段。这儿个阶段 4 i 是麓单的串行过程，i f j 是靠一定程度上存着j 1 ：行性。蜘m ：产i 建模的同时进行 优化规划和并行寻优。 第一章绪论兰 广义优化设计过程中，从设计过程的开始一直到结束，数据由少到多，数据 类型由简单到复杂，最后屉成一个非常庞大，关系复杂的数据集合，图1 1 是广义 优化设计过程r l j 数据产生的一个简单模型。随着计算机网络技术和信息技术的发 展，同时由于广义优化设计过程是一个多学科的，多领域专家参与的协同设计过 程，因而需要设计一种基于网络的产品管理配鬣工具，以使设计人员在产品的设 计过程中能够更有效的通讯、合作以及获取和交换设计资源1 1 , 2 , 3 1 。 圈i i 披据产生不愿圈 随着c i m ( c o m p u t e r - i n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g ) 系统的越来越多地被开发和 应用，p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) 作为其中重要的一项支持技术，面向整 个产品生命周期，保证产品数据的一致性、最新性、无冗余和共享性，越来越受 到制造业的高度重视。广义优化设计过程作为产品生命周期中的一个阶段，因而 对广义优化设计过程中产生f i 勺数据将采用基于p d m 框架开发而向广义优化设计 过程的产品数据管理。匿i 绕广义优化设计过程中产品开发的两大特点：分布性和 并行性，来组织和管理设计过程巾的数据，监测和协调设计过程中的冲突，使设 计过程更为方便，提高协同优化设计效率，是本课题的最终日的。 1 2 产品数据管理现状 在产黼数据管理( p d m ) 作为一种技术提出之前，作为从设计、加工、销售 直到消亡的整个产品生命周期中大量的产品数据只能存储到图纸和文档中，甚至 第一章结论 作为某些经验存储在管理人员及工程技术人员的头脑中，这些数据重复率高冗 余度火，一致性差，安全性也比较差。p d m 技术的出现，使企业充分利用计算 机资源，通过网络技术及其c l i e n t s e r v e r 模式将各个相关部门有效而及时地联合 起来，使他们成为一个有机的整体，更好地完成产品的各个部分的任务，减少产 品投放市场的时f i ：i j ，提高了产品的质量。 1 2 1p d m 产生背景 随着买方市场的出现，市场竞争愈演愈烈。同时由于现代科学技术飞速进步 而使竞争日趋激烈。科学技术的进步，缩短了产品的生命周期，从而迫使企业必 须不断更新产品和发展品种。事实上，企业在市场上赖以竞争制胜的最根本的法 宝，便是能否在现在科学技术最新成就的基础上，以最快的速度开发出满足买主 要求的新产品。并以最短的时间将所开发的新产品推向市场。这样就迫使大多数 现代制造企业，不得不纷纷走向多品种小批量的生产类型，从而使企业由过去所 热衷的规模经济或产量经济( e c o n o m yo f s c a l e ) ，一变而为如今的范围经济或品 利j 经济( e c o n o m yo f s c o p e ) 。 而计算机技术的迅猛发展，及其在生产技术与生产管理领域中的广泛应用，使 得产品的快速开发和生产有了强有力的支持和可靠的保证，由此，产生了纳入现 代先进制造技术范畴的一系列计算机辅助技术，如： 计算机辅助设计与制造j ( c a d & c a m ：c o m p u t e r a i d e d d e s i g n c o m p u t e r a i d e d m a n u f a c t u r i n g ) ：有力地加速了新产品的设计、开发与生产： 计算技术数控技术：不仅能迅速适应产品品种的频繁变化，而且能够保证极高 的加工精度； 物流控制技术：可靠地保证生产所需的物料及时的运输和存储； 计算机辅助质量控制技术：切实保障产品再生产过程中的质量要求； 计算机辅助生产计划和控制技术：按照订单交货期、物料需求和生产能力平衡， 保证以最小库存量指定作业计划并组织均衡生产； 柔性制造系统和柔性制造单元：在c i m s 环境下，柔性制造系统和柔性制造单 元是底层( 设备层) 灼基本形式，不具备这种基本形式，便无法实现制造系统 的计算机集成。 第一章绪论 正是由于这些卓有成效的计算机辅助技术，使得现代企业能够顺应买方市场干 变万化的需要，开发并生产出不同卖方所需要的各种新产品。如果没有这些现代 的制造技术，而仍沿用传统的非计算计划的制造技术，很难想象企业如何应付如 上所说所面临的严峻挑战。以上新的先进的设计制造技术是随着计算机技术的发 展而发展的。但随着这些技术的广泛应用和深入的发展，各工程应用系统产生了 巨大的数据信息，在多数企业的这些系统都是离散的、孤立的。由于这些互不兼 容的软件产生的数抛不能由一个企业级的软件系统米管理。从而无法在设计、工 艺和制造部门之间有效地实现信息的共享和传递。如何保证在正确的时间内，把 正确的信息以正确形式传递给正确的人，完成正确的功能，已成为企业在信息 化发展过程中的“瓶颈”。目前，p d m ( p r o d u e t d a t a m a n a g e m e n t ) 是解决这个“瓶 颈”问题的最好手段【4 , 5 j 一。 1 2 2 产品数据管理技术 产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t , p d m ) 是当今计算机应用领域的重 要技术之一。近几年来，p d m 是软件产品工业发展最快的一种技术，它的应用 给制造业带来自c a d c a m 技术以来最非凡的成就。据美国c i m d a t a 公司调查 全球p d m 软件和服务市场年增长率达3 0 i ”i 。p d m 技术是在数据库基础上发 展起来的- i 1 新的数据管理技术。致力于p d m 技术和相关计算机集成技术研究 的c i m d a t a 公司的总裁e dm i l l e r 在 p d m t o d a y 一文中给出了p d m 的定义： “p d m 是一门用来管理所有与产品相关信息( 包括零件、配置、文档、c a d 文 件、结构、权限信息等) 和所有与产品相关过程( 包括过程定义和管理) 的技术”。 p d m 技术所倡导的t ( t i m e t om a r k e t ) 、0 ( q u a i l t y ) 、c ( c o a ) 、s ( s e r v i c e ) 目标对竞争压力目益加重的企业充满着诱惑力1 2 9 , 1 0 1 1 2 2 1 p d m 的主要功能 当前国际上比较流行的p d m 软件有e d s 公司的i m a n ，i b m 公司的p m ， s d r c 公司的m e t a p h a s e 等，这些软件的基本功能相似，但与c a d 应用集成上有 所不同，在与m r p | i 配合上也有所差异f l l 】。其中s d r c 公司的p d m 产品 第一章绪论 m e t a p h a s e 市场份额位居世界第一，波啬、福特、奔驰等公司都采川了s d r c 公 司的p d m 系统。m e t a p h a s e 30 的主要的功能模块如下： 1 ) 对象管理框架模块( o b j e c tm a n a g e m e n tf r a m e w o r k ，o m f ) o m f 是m e t a p h a s e 面向对象体系结构的基本模块，它可通过w e b 浏览器 来访问产品信息。o m f 提供一种开放的，分布式的计算环境，适应企业的 不同层次的需要。 2 )生命周期管理模块( l i f e c y c l em a n a g e r , l c m ) 通过l c m ，在整个产品生命周期h 解决企业工作流( e n t e r p r i s e w o r k f l o w ) 年文档传递( d o c u m e n tr o u t i n g ) 问题的_ - 1 - _ j - t - 。通过陶形化的生命闶j 9 j 编 掣 器，川，o 可将整个产t 铺生命周期划分为多个阶段并通过图形化的拖拉 来建立各个阶段间的联系。 3 ) 更改控制管理模块( c h a n g e c o n t r o lm a n a g e r c c m ) 从产品构思一直到产品实用化，产品一直在不停地改进。如果不能很好地 对产品更改进行管理，不仅会造成时间和金钱上浪费，而且还容易出现差 错。c c m 使工程的发布( e n g i n e e r i n g r e l e a s e ) 和更改过程( c h a n g p r o c e s s e s ) 电子化。使用c c m ，可使所有的更改不会丢失，并能对更改进行冲突分析。 每个通过c c m 的更改建议，都在p d m 的数据库中建立一个审核跟踪。这 些更改历史对以后的改进将有很大用处。 4 ) 产品结构树管理模块( p r o d u c ts t r u c t u r e m a n a g e r ，p s m ) 利用p s m ，用户可创建和利用产品物料清单( b i l l so f m a t e r i a l ，b o m s ) 来 满足工程制造的需要。提供了从用户和应用中获取部件及面向设计的产品 结构信息的功能。 5 ) 高级产品配置模块( a d v a n c e d p r o d u c t c o n f i g u r a t o r , n p c ) 该模块主要管理产品的配鬣信息，如各种产品的定义信息以及与每利，产品 相关的过程。包含的主要功能有：定制不同的b o m 视图，规划产品配爱 的有效更改，实现产品的创建、发衣和更改管理进程的自动化。 6 ) 零件族管理模块( p a nf a m i l ym a n a g e r p f m ) 该模块提供了对产品零件进行组织和分类的功能，并且向用户提供了多种 标准零件库。实现了对标准零件和用户自己设计零件的管理。 第一章绪论 6 7 ) 集成工具箱模块( i n t e g r a t o r t o o l k i t ，i t ) 通过i t ，可定制开发适合本企业产品管理特点的可升级的、灵活的p d m 解决方案。i t 包含了开放式的a p i ( o p e n a p i ) 和其他的工具来满足用户 和企业对信息管理的需要。主要包含以下几种开发工具： 操作系统接口程序( o p e r a t i n gs y s t e mi n t e r f a c ea p i ) 用f - ，接口程序( u s e ri n t e r f a c e a p i ) 数据库接口程序( d a t a b a s ei n t e r f a c e a p i ) 网络接口程序( n e t w o r ki n t e r f a c ea p i ) 对象字典( o b j e c td i c t i o n a r y ) 动态规则处理器( d y n a m i c r u l e sp r o c e s s o r ) 用这些工具与m e t a p h a s e 体系结构结合起来，可更好地适应企q k 信息的不 断变化。m e t a p h a s e 可使企业实现对复杂、多变信息的管理。m e t a p h a s e 分布式 的客户j j 务器体系结构可支持多种平台和数据库。应用m e t a p h a s e 可使企业更 好的解决以下的问题： 。产品数据管理( p r o d u c td a t a m a n a g e m e n t ) 。文档管理和文档控制( d o c u m e n tm a n a g e m e n t & d o c u m e n t a t i o nc o n t r 0 1 ) 。工作流( w o r k f l o w ) 。审查，| 比准循环( r e v i e w a p p r o v a lc y c l e s ) 。工作分派( w o r ka s s i g n m e n t s ) 。过程的重规划( b u s i n e s s p r o c e s sr e e n # n e e r i n g ) a 更改冲突分析( c h a n gi m p a c ta n a l y s i s ) 。更改控制( c h a n g c o n t r 0 1 ) 。并行工程( c o n c u r r e n t e n g i n e e r i n g ) t 2 2 2 产品数据管理系统( p d m ) 特点 根据产品数据管理系统提供的功能，p d m 具有以下几个特点： ( 1 ) 开放性 、 p d m 作为一个支持不同部门、不同数据库管理的宏观系统，必须具有很好 的开放性；这利开放性以面向对象的建模方法，通过各种中性的数据接口来 第一章绪论 实现基千网络的各种圈形库、文档及其它信息库的统一。 ( 2 ) 集成性 为了达到蹩个设计、生产周期的一体化，从而得到最优的控制企业信息流a 所以，p d m 不是各个具体的数据库的管理，而是着眼于宏观上对信息集成 的管理，将局部自动化上升成为整体自动化，将局部最优改造为整体最优。 ( 3 ) 并行性 斟为p d m 系统是基于刚络来进行管理的，所以支持并地设计及管理、部f j 同时工作也应足p d m 的艇本功能。它能保证信息的频繁更改及时反馈到扦 个并行单元，小垒于造成各个并彳亍单元因信息滞厢而造成方案不一致、数据 冗余，直至造成数据管理混乱。 1 2 3 产品数据管理目前存在的问题1 0 i 现在大多数的p d m 软件都是基于与硬件相关的软件开发平台( 如c c + + ) ， 虽然其软件体系结构为c s ( c l i e n t s e r v e r ) 结构，但其不可避免的而临着以下2 个对于p d m 系统应用至关重要的问题： f 1 1 客户端肥胖，定制工作繁重 产品数据管理技术的应用不同于c a x 等单元技术，不能拿来即用。它是一 种平台技术，开发框架，是对企业的设计、生产等管理进行了一定程度的抽 象。对应于具体的应用环境，必须对其进行针对客户的定制工作，即将客户 的具体环境和数据填充到产品管理数据系统中，置于p d m 的管理之下。因 此，定制工作具有相当大的工作量，而且还有相当高的技术要求，必须对企 业的设计流程和管理非常熟悉掌握，才可能开发出适合企业的p d m 系统。 一般的企业内部网( i n t r a n e t ) 上的p d m 客户端的计算机数量一般在十几台 到几十台甚至上百台如果产品数据管理的客户端非常庞大，将造成： 安装时的工作量相当大，而且调试及维护工作相当繁重； 由于目前产品数据管理所封装的工具( 应用) 一般在每个客户端进行定制( 因 为由服务器下载或网上运行，网络的负载过大，不可取) 所以客户端越复 杂，则定制工作量就越重： 由于企业客户的需求也经常处于变动状态。如果用户新的需求需要产品数据 第帝结论 管理系统进行一定程度的变动，或产品数据管理系统升级，则所有的系统重 新升级安装，这对肥大的客户端管理系统无疑是一个挑战 ( 2 ) 异构问题 f ；i 前基于c c + 十这种与硬件平台丰n 关的p d m 产品对环境的适应性较差，而 食业中的网络通常存在肴各种硬件与软件并存的情况，这无疑足产品数捌锻： 理而临的一个刚题 ( 3 ) 不能充分利用企业内部网和已有的软件资源 产品数据管理对环境的适应性，即是否充分利用企业本身的软硬件环境对企 业的产品数据管理实施有着重要的影响，因此产品数据管理不仅应适应异构 的硬件环境，而且应能充分利用企业的软件环境 1 2 4 产品数据管理的发展趋势 8 , 1 2 , 1 3 1 ( 1 ) 由两层c s 结构向三层c s 结构转变 传统的p d m 系统是基于两层c s 结构( 如图1 2 ( a ) 所示) ，由于随着应 用规模和要求的不断提高，两层结构渐显不足：不易扩展、不易维护，安 全性差，为支持客户与服务器的连接，资源耗费严重，容易趋饱和，不能 支持大客户量和大事务流量。三层c s 体系结构( 如图1 2 ( b ) 所示) ， ( a ) 两层c l i e r d s c r v e r 结构 工作站( c l i e n t ) 上 应用逻辑部分 ( a p p l i c a t i o ns e r v e r ) 土 i数据库服务器 i ( d a t a b a s es e r v e r ) 圈12 两层c l i e n s e r v e r 结构与三层c l i e n t s e r v e r 结构 除了分布更加灵活、处理逻辑更加集巾和管理能力加强外，在结构上为进一 第一章绪沦 步提高系统的安全性、可扩展性和可维护性创造了良好的条件，还为大型应 用的系统资源和系统开发人力资源f l q 优化提供了方便。现在p d m 系统逐渐 由两层c s 结构向三层c s 结构转变。伴随着i n t e m e t i n t r a n e t 技术的迅猛发 展，b r o w s e r w e b s e r v e r 三层的体系结构被越来越多的企业所采 j 。 b r o w s e r w e b s e r v e r 以真正开放的i n t e r n e t i n t r a n e t 为基i i ：l 。可以使系统能够 包容现存的各项技术。基于r d b m s 的w e b 技术使得企业中各分系统可以构 筑在统一的或能够彼此进行数据复制和传递的数据库系统基础上，这样便从 根本上解决了传统系统设计中的难题。而b r o w s e r w e b s e r v e r 的一点对多点、 多点对多点应用结构也解决了c l i e n t s e r v e r 结构所存在的c l i e n t 端跨平台的 问题。这种结构是三层c l i e n t s e r v e r 的一种新的发展，是i n t e m e t 和w e b 技 术引入企业应用系统的必然趋势。 ( 2 ) 标准化 由于应用系统中各种描述对象的语言各不相同，造成系统之间互不兼容，信 息描述的标准化是p d m 系统提高适应性和促进系统集成的基础。 ( 3 ) 面向对象技术 目前多数企业都采用大型商用关系数据库作为企业数据的唯一管理手段。这 些数据库存在以下缺点：面向纪录；它们都不支持设计过程，缺乏对孙 同工作的协同机制；o 无法实现对应用工具进行封装所以不能满足p d m 的需要。p d m 对产品数据的管理充分体现了面向对象的思想，为企业从传 统的关系数据库向今后面向对象数据库的转变打下了坚实的基础。 ( 4 ) 应用程序的封装 把仓业新老应用程序及其所产生的数据类型定义成新的类，建立这些类与其 它已有类之问的联系，实现应用程序在p d m 软件中的封装，使现存的应用 程序较好地触入到新的集成框架c i ，。 ( 5 ) 充分利h ji n t e m e t i n t r a n e t 网络环境 基于i n t e r n e t i n t r a n e t 平台是p d m 发展的必然，充分幂q 用i n t e r n e t ，i n t r a n e t 提 供的丰富的资源开发轻型结构、玎j 户界面友好、成本低的p d m 系统。 ( 6 ) 网络环境上p d m 的数据安全性 基于i n t e m e t i n t r a n e t 是p d m 数据传递和管理的安全性增添了更多的困难。 第承绪沦 1 0 研究保证p d m 既有良好的开放性，又有可靠的安全性。 ( 7 ) p d m 和m r p 的集成 p d m 和m r p 都是以产晶结构为核心。但m r p 是面向材料与生成过程为主； 而p d m 更多的是面向制造什么产品和如何配置产品，实现p d m 和m r p 的 集成。 ( 8 ) 基于c o r b a 的应用集成1 4 0 j 1 j 2 1 i j j 于当前协作应j h 环境的复杂性及群体工作的复杂性，对于群件系统的丌放 性平集成性的需求越来越迫切。以p d m 作为仑业的集成框架将新| 口应川 系统与p d m 系统集成起来是建立企业信息系统的重要组成部分。而传统的 群件应用开发仅仅是依赖客户，服务器方法，欠缺开放性和集成性，这样给群 件开发人员增加了很多的负担。为了支持用户在分布式异构环境下协同工 作，群件组件的创建应以分布式软件组件标准为基础。 c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ，公共对象请求代理结 构) ，是当前最热门的分布式计算模型，也是实现p d m 的首选工具。c o r b a 具有支持异构分布系统的功能，c o r b a 规范用于分布式异构环境下的基于 对蒙的软仆组件间的通信与系统集成，是表达应用系统及部件之间有效通信 的连接技术，c o r b a 规范允许应用程序不必考虑硬件与软件系统的实现和 位置就可互相通信，因此基于c o r b a 规范建立群间开发平台极大地满足了 c s c w ( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ) 系统的分布透明思想。 1 3 课题主要工作 p d m 系统不是一个拿来就可以用的软件，p d m 系统在企业中的实施决非是 少数几个人经过几天或几周的培训就可以投入使用的，实施p d m 系统是对整个 企业的信息管理作一次大的手术，无论是设备的投资，还是人员的培训，都远远 超过一般应用程序的推广应用1 3 i 。在广义优化设计过程中利用p d m 框架及其思 想对广义优化设计过程中产生的大量数据进行管理。课题主要有以下几方面的工 ， ， 作： 1 数据的组织与规划 这是本课题的一个基础和关键。如何规划和管理广义优化过程及其产生的数 第一竹编论 据，使数据的分布更为合理，数据的管理更为方便。 2 数据集成问题 广义优化的过程是团体协作的过程往往是一个设计团体围绕同一个设计任 务展开设计。数据集成问题就是如何使设计团体内各成员的数据比较方便地 集成到一起，以避免数据的冲突和冗余。这就需要研究一种方法，使设计团 体内的各成员的协作更为方便，各成员的数据更好地集成到一起。 3 冲突检测与协调 多用户的设计过程中冲突是不可避免的。特别是随着并行工程的实施，各开 发阶段f q 任务交叠、冲突情况十分频繁，需要丌发一种工具既妥善处理好这 些情况以缩短开发时间。 1 4 全文的结构安排及主要内容 本文共分六章，其结构安排如下 第一章主要是介绍了产品数据管理( p d m ) 的现状，包括p d m 产生的背景、 p d m 系统框架、p d m 主要功能，p d m 的特点和缺陷以及p d m 的发展趋势。并 介绍了课题小的生要工作和内容。 第= 章首先对数据管理进行系统分析对c l i e n t s e r v e r 及o d b c 技术进行 了讨论，在详细讨论了广4 义优化数据产生流程的基础上建立而向产品结构树的 产品数据模犁。 第一章结论 第二章建立丫旌于c l i e n t s e r v e r 结构，适合广义优化设计进程的数据管理系 统，向设计人员提供一利计算机支持踟同设计的环境，以提高设计效率。介绍j ， f - 1 主开发的广义优化设计数执；管理系统体系，及j 1 1 _ | o 管理年【i 基本数据操作的二l ! 要功能。 第叫章根抓建模过程- l - 产生数捌的特点，提h 了以产i f - 树为镎理对象的两 级版本镫理模型，a 绕产品树，对设计数据进行统一的管理。最后介绍几种版本 操作的实现的策略和方法。 第五章讨论了阱同设计过程中的冲突问题，建立了冲突管理系统的体系结 构，j ：介绍了箨模块的j ! 要功能。 第二章数据管理系统分析 摘要本章主要介绍了c i l 俗口体系结构和o d b c 技术，并介绍了基于c l j 蜘俗日v 口体系结枷。 义优化傲讨京统的数鼹产生流程及其数据结构，最后提出了基于面向产品结构树的产品数据管理模型。 2 1 引言 广义优化设计是个全系统、全眭能、蝴建模和爿獬的过程。从罨邵f ：、部件、 | 酰咂0 系列的全系统优化建模和求解规划；包括结构静态优化，动态优化和静、动态办 调优化、技术性、经济性、可 i ；啦盘性及) 眨问的协调优化、结构功能。i 披术经济性能的 协调优化的全性能优化建模和求解规划：包括功能原理设计、方案设计、技术设计以及 可锖| l i 盘性和可装配性设计的全过程优化避馍和求解规划。广义优化设计是以数值引懒 值集成优化、人机合作优化和多计算协同优化为主要特征的优化设计，是从优化全过程 上研究如何提高优化效率和效果的优化设计。 可见广义优化系统是涉及多学科优化的系统，需要不同领域专家的参与。多学科间 的耦合关系、多目标、大量的设计变量和设计约束是多学科优化的四个主要特型1 6 l t 。 宅，。义优化系统r f ，也存在同样的特征，如何处理学科间耦合关系，如何管理设计过程中 盼设计变量和设计约束，以及它们之间的相互关系，是广：；( 优化系统需要解决的个基 本问题。 2 2 设计过程的三要素【1 ”司 设计过程是将市场需求映射成产品的功能要求，并将功能要求转化成能实现该功能 要求的产品结构的过程t 在基于计算机的虚拟环境下，设计过程则是产品从概念到详细 结构的产品模型的动态生成的过程。因此，设粥立程是产品数据的处理过程。产品数据 是设汁过程管理的对象。产品数据是在设计的过程中逐渐产生和完善的从时f 斡【二看， 设计过程包含一系列相互关联的活动，设计人员在这些活动中币i j 用工具来处理产品数据， 产品数据随着活动的进行而不断4 二富。这样，可以将设计过程中的活动、数据和人员归 结为设计过程巾的三要素，如图2 1 所示。p d m 对产品数据和设计过程的管理就是对这 三个方面的缭吨f 【织和管理。支持广义优比 殳计过程的数据管理系统不仅仅是对产品数 据的管理，还要涉及到对设计过程和人员的管理。 第一：章数批管理的系统分析 l ! | 2 1 设计。| j 的三要索 2 2 1 设计活动 1 4 产铺设计是设汁者进行创造性思维活动的个过程。虽然随着各种c a d 、c a m 、 c a e 、应用软件的发展，产品开发和生产过程的一些环节实现了自动化，从而增强了产 品质量和缩短了产品开发周期的能力，但它们都只是支持工程人员的辅助工具。设计是 人的行为过程，人是设计活动的主体。这过程由系列活动构成，通常分为不同的阶 段，如在广义优化设计过程中，可分为功能优化、原理方案优化、产t 霹- 建模、优化观划、 并行寻优、结果分析p f 价等儿个阶段。不同阶段的各种活动往往都持续段时间，并产 生一定的结果，如制订的计划、卜- 达的任务、产品的各乖l 一模型等等。这些都魁有关产t 仙 的信息。产品数据是在设计过程中的这些活动中由设计人员利用一定的设计