航天制造业PDM分层集成规范研究及应用
2018-11-19晁晓娜
晁晓娜 樊 玲 王 沁
航天制造业PDM分层集成规范研究及应用
晁晓娜 樊 玲 王 沁
（上海航天设备制造总厂有限公司，上海 200245）
针对航天制造业PDM深化全型号应用，构建以PDM为核心的分层集成接口规范框架，实现科研生产多应用系统间高效集成，减少信息重复交互。依据PDM数据管理基于版本控制的特点，将数据对象属性及结构关系分类抽取，提出基于C-O-V分层模式的PDM集成接口规范定义。基于该规范定义模型，实现与ERP、MES等科研系统的高效集成实施，完成院级集成管理标准的制定发布，并在企业内全型号设计制造一体化项目建设中实践应用。
视图层；版本对象层；上下文层；PDM；集成接口规范
1 引言
PDM作为产品数据统一管理平台，对航天设计、制造过程的文件、模型等信息的集中技术管控[1，2]。随着航天制造业PDM、ERP等系统应用，数据重复输入、“信息孤岛”产生，为保证数据来源准确性，提高获取效率，PDM系统的集成工作尤为迫切。目前PDM的集成研究侧重在集成数据的传输形式、集成技术的研究等方面[3～6]，对集成接口规范的研究却很薄弱。
在设计制造过程中，与PDM集成交互的系统种类繁多，包括CAD、ERP、MES、仿真系统等，在集成传输数据的内容上会有交叉，如BOM结构传递、模型文件获取等，在实际开发实施中，开发人员大多只针对不同集成系统的要求定制，造成开发工作重复性大，实施成本增加；缺乏顶层统一规划，造成PDM端集成接口开发规范混乱；随着集成工作的深入，数据交互类型及内容的增加，后期维护工作变得非常困难。所以定义统一集成接口规范，提高集成传输数据的标准性，构建以PDM为核心的集成框架工作尤为重要。
依据PDM数据管理基于版本控制的特点，提出基于C-O-V（Context-Object-View，上下文-对象-视图）模式的PDM集成接口规范，并在型号生产中完成实践应用。此集成接口规范的验证应用，不仅规范了以PDM为核心的统一集成框架，而且减少了企业集成工作的实施成本。
2 C-O-V模式定义原则
2.1 PDM集成数据分类
从航天制造业PDM系统管理数据的不同维度区分，定义如下：
a. 按系统涉及的业务对象可分为：产品类数据，在PDM系统中，以零部件形式存在，通过产品结构的形式组织各种产品数据；文档类数据，在PDM系统中，将各类设计工艺技术文件、模型文件等统称为文档。
b. 按对象的存储形式可分为：结构化数据，可单独解析提取的数据信息，包括PDM中管理的产品图号信息、附加属性信息等；非结构化数据，包括三维模型、二维工程图以及多媒体类型的数据等，以电子仓库等形式存放。
c. 按对象的产生形式可分为：外部系统文件，外部系统产生的，需纳入PDM统一管理的数据，如ERP端产生的现场问题处理单等。PDM接收外部系统的数据，有两种处理方式，一是存储在PDM关联的数据库中，二是仅作为PDM对象的外部参考信息处理；系统自定义文件，根据不同的业务需求定义，不依赖第三方集成工具，在PDM内部进行对象的定义及管理。
综合以上分析，归纳定义见表1。
表1 PDM数据分类定义
2.2 C-O-V模式定义原则
图1 C-O-V模式结构定义
以PDM为核心的集成交互数据在PDM中都需定位到特定系统版本对象，以获取相关信息。所以在与外部系统集成时，接口数据的管理可归纳为：在指定的上下文环境下，以特定版本的对象所关联信息（结构化数据、非结构化数据）的视图重构。故在考虑PDM集成管理时，分割为三层进行考虑，即C-O-V模式，如图1所示，从下到上依次为：上下文层（Context-layer）、系统版本对象层（Object-layer）、视图层（View-layer），其中上层级数据受下层级输入影响。
a. 上下文层。指PDM中版本对象所对应的上下文，如产品相关的技术状态定义。该上下文根据集成存取方式的不同，可以由外部系统或PDM自行指定，依据该上下文定义的颗粒度，最低可以对应到PDM特定系统版本对象。如通过产品图号+研制阶段作为上下文定义，则默认取到该研制阶段下的最新系统版本对象。
b. 版本对象层。系统版本对象依据上下文层决定，根据业务需求指定的版本定义，在PDM系统中对应到特定的系统版本对象，该系统版本依据PDM系统相应规则自行定义，主要用于表示系统内部对象变更等变化，如：A、A.1、B，……等。特殊情况下，无版本定义的对象默认只有一个版本；
c. 视图层。指PDM中由不同系统版本对象关联的信息（分为结构化数据与非结构化数据）进行的多视图重构。如根据特定版本的产品对象，可选择产品基本信息、产品关联的模型文件、产品关联的描述文档等信息进行组合，构成版本对象关联的不同信息组织视图，以完成PDM与外部系统集成数据的传递。
3 基于C-O-V的PDM集成接口规范
3.1 C-O-V模式数据结构
图2 视图层数据结构定义
视图层作为版本对象关联数据的顶层组织，是外部系统集成组合数据的结果层，受上下文层和版本对象层影响。视图层结构模型如图2所示，视图层数据结构定义用五元组表示：
VS={Version,Object,Link,,} （1）
a. Version表示集成版本集:
Version{1,2,3……v}（2）
v描述上下文层，版本数据信息，主要包括版本类型、版本值等，可依据PDM中产品技术状态管理进行定义，如研制阶段、批次信息、基线信息等。
b.Object表示产品关联对象集，由上下文层决定：
Object={1,2,3……ob}（3）
ob描述产品对象层，主要包括工艺设计及制造关联对象，如工艺文件、产品对象、工艺路线等。
c.Link表示产品关联关系集，与两个及以上产品对象绑定：
Link={1,2,3……lk} （4）
lk描述产品对象层关联的对象关系，主要包括产品与产品结构关系、产品与关联设计及工艺文件信息、文件与文件关系等。
d.描述对象本身的属性信息集，与产品关联对象绑定：
={1,2,3……o}（5）
O描述产品对象的基本信息，主要包括对象ID、名称、类型、来源等属性信息，对象主要涉及PDM中管理的各类技术文件等。
e.描述对象关系的信息集，与产品关联关系绑定：
={12}（6）
r描述关系数据信息，主要包括父对象ID、子对象ID、使用数量、定额信息等，不仅包括产品结构类关系，结构化工艺规程信息也包含在内。
3.2 集成接口规范实例定义
注：A-B(B')表示当B代号相同时，A代号顺序表示操作流程。当A代号相同时，表示A-B(B')操作任选其一执行。PDM集成模块返回结果关联接口调用为：(4-0)getAllVersionList；(4-1)getAllBatches；(4-2)getAllPhases；(4-3)getAllBaseLines；(7-1)getPhaseFromBatch；(7-1’)getBLFromBatch； (7-2)getBLFromPhase；(10-1)getBLFromBatchAndPhase
基于C-O-V模式的PDM集成定义原则，PDM端集成接口规范的定义划分为上下文层、版本对象层、视图层。以获取特定版本图号相关的版本为例，接口应用时序图如图3所示，以获取视图层BOM结构定义为例，如下所示。此时上下文层表示技术状态信息调用。以工艺文件属性信息查看为例，PDM集成信息传递为版本对象层，过程为上下文层→版本对象层。工艺路线信息的集成操作为PDM中多种对象信息的组合，此时操作在视图层，过程为上下文层→版本对象层→视图层。同样在与其他外部应用系统（如ERP等）集成时，首先明确各层的集成需求，进而实现各接口的定义。
以PDM为核心的C-O-V模式集成接口规范的制定，将PDM数据管理接口规范化封装，确保接口的重复利用，无需针对不同的第三方应用系统单独进行接口定制，将PDM对外接口统一封装。分层集成接口的制定，同时确保后续接口的可扩展性，在不同类型层面（版本层、对象层、视图层）进行独立扩充，确保了PDM接口的规范一致性及标准化管理。
获取视图层BOM结构标签定义：
.
……
4 基于C-O-V的PDM集成接口规范应用
4.1 应用总体框架
以C-O-V模式的集成接口规范为依据，划分以PDM为核心的集成应用实现框架，如图4所示。
图4 C-O-V模式下PDM系统集成框架
该框架以PDM为规划设计核心，基于C-O-V模式的集成接口规范的应用构架，描述与科研生产其他应用系统（ERP、MES、档案管理系统等）的集成应用。采用通用xml形式（或视图等）传输[7，8]：
a. 支撑层主要为底层数据库管理系统、软硬件的支撑环境等，提供数据管理的最基本功能；
b. 对象层主要对产品不同对象本身信息及关系进行结构化管理，为功能层提供对象基础；
c. 功能层基于对象层，根据航天制造业数字化工艺业务管理的建设要求，提供相应的功能模块；
d. 集成层为PDM系统与外部系统进行相应的集成操作，在集成过程中，企业根据自身的业务需求及第三方应用技术基础，确定信息交换的方式。集成方案集成数据传输可采用API接口、交换文件及共享数据库方式[9，10]。PDM集成框架与底层实现无关，在异构PDM系统集成开发时，只需实现有关的数据交互封装接口。
4.2 应用系统建设实践
基于以PDM为核心的分层集成接口规范定义，第三方应用（ERP、MES、档案管理系统等）信息集成时根据业务需求，依据2.2《集成接口规范实例定义》的原则，在企业科研生产实际业务中实践应用，且推广至全型号。以下以主要核心业务为例进行说明：
a. PBOM结构及其属性向ERP传递
型号调度通过该入口根据PDM系统基线、图号条件查询获取ERP所需特定版本PBOM，PDM系统通过封装的形式自动将PBOM结构及其属性信息后台传递至ERP系统，生成ERP系统所管理的工程BOM结构。
b. 工序路线向ERP/MES系统传递
车间调度通过该入口以PDM系统基线、图号为条件获取特定版本PBOM节点下最新状态的工艺文件中，ERP/MES所需的“工序路线”，PDM系统通过封装的形式自动将所选工艺文件下的工序路线信息后台传递至ERP系统，生成ERP系统所管理的工序路线。
c. 工艺文件和设计数据向MES系统传递
车间操作人员可以通过条码扫描或点击MES系统中的作业任务，通过任务关联特定版本的零部件状态信息，在PDM系统中搜索到相应版本的零部件，并获取该零部件在EBOM和PBOM视图下所有关联的已归档的设计数据和工艺数据。
4.3 管理标准的制定
基于C-O-V模式的分层集成接口规范定义原则，制定完成并发布上海航天技术研究院院标《Q/RJ/Z 126-2018 PDM与CAMP集成接口规范》（CAMP：上海航天技术研究院ERP系统统称），规定了PDM平台与ERP平台间集成接口规范定义，为PDM平台与ERP平台集成提供服务定义，是各单位设计开发PDM平台与ERP平台集成的依据。本标准适用于PDM平台与ERP平台间集成开发与实施，PDM平台与其它系统集成接口可参照执行。
5 结束语
本文基于C-O-V上下文层、版本对象层、视图层进行PDM集成数据访问方式定义，根据航天制造业PDM建设业务对象的特点分离定义，对于集成的数据时机、集成对象的类型、集成关联具体数据的问题，从业务需求角度，明确技术实现的定义，层次间相对独立，易于扩充。
1 赵慧艳. PDM在生产制造型企业的实施与应用[J]. 机电产品开发与创新，2018(2)：80
2 孙雪娟. 产品数据管理技术在企业中的实施及应用[J]. 信息记录材料，2016(6)：27～29
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5 赵娜. 航空制造企业PDM集成技术应用研究[J]. 信息技术与标准化，2013(4)：39
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10 王瑞. 基于SOA 与Web Service 的飞机保障信息系统集成[J]. 计算机工程，2018(1)：93
Research and Application of PDM Layered Integrated Interface Specification in Aerospace Manufacturing Industry
Chao Xiaona Fan LingWang Qin
(Shanghai Aerospace Equipments Manufacturer Co., Ltd., Shanghai 200245)
For deepening the full-model application with PDM in the aerospace manufacturing, a layered integrated interface specification framework with PDM as the core is to be built, to reduce information islands and repeated information interaction. According to the characteristics of version control based on PDM data management, the properties and structural relationship of the data objects were classified, and extracted and the definition of PDM integrated interface specification based on C-O-V (Context-Object-View) layered mode was proposed. Based on the model in specification definition, the efficient integrated facilities with scientific research systems such as ERP, MES and so on were realized, to complete the formulation and release of the institutional integrated management standards, and practice the application in the construction of all-model design and production integration projects in the enterprise.
object-layer；version-layer；context-layer；PDM；integrated interface specification
国家自然科学基金-航天先进制造技术研究联合基金项目（U1537110）。
晁晓娜（1986），硕士，计算机应用技术专业；研究方向：航天科研生产管理信息化、数字化。
2018-09-06
