晁曉娜 樊 玲 王 沁

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航天制造業(yè)PDM分層集成規(guī)范研究及應用

晁曉娜 樊 玲 王 沁

（上海航天設備制造總廠有限公司，上海 200245）

針對航天制造業(yè)PDM深化全型號應用，構建以PDM為核心的分層集成接口規(guī)范框架，實現(xiàn)科研生產多應用系統(tǒng)間高效集成，減少信息重復交互。依據PDM數(shù)據管理基于版本控制的特點，將數(shù)據對象屬性及結構關系分類抽取，提出基于C-O-V分層模式的PDM集成接口規(guī)范定義?；谠撘?guī)范定義模型，實現(xiàn)與ERP、MES等科研系統(tǒng)的高效集成實施，完成院級集成管理標準的制定發(fā)布，并在企業(yè)內全型號設計制造一體化項目建設中實踐應用。

視圖層；版本對象層；上下文層；PDM；集成接口規(guī)范

1 引言

PDM作為產品數(shù)據統(tǒng)一管理平臺，對航天設計、制造過程的文件、模型等信息的集中技術管控[1，2]。隨著航天制造業(yè)PDM、ERP等系統(tǒng)應用，數(shù)據重復輸入、“信息孤島”產生，為保證數(shù)據來源準確性，提高獲取效率，PDM系統(tǒng)的集成工作尤為迫切。目前PDM的集成研究側重在集成數(shù)據的傳輸形式、集成技術的研究等方面[3～6]，對集成接口規(guī)范的研究卻很薄弱。

在設計制造過程中，與PDM集成交互的系統(tǒng)種類繁多，包括CAD、ERP、MES、仿真系統(tǒng)等，在集成傳輸數(shù)據的內容上會有交叉，如BOM結構傳遞、模型文件獲取等，在實際開發(fā)實施中，開發(fā)人員大多只針對不同集成系統(tǒng)的要求定制，造成開發(fā)工作重復性大，實施成本增加；缺乏頂層統(tǒng)一規(guī)劃，造成PDM端集成接口開發(fā)規(guī)范混亂；隨著集成工作的深入，數(shù)據交互類型及內容的增加，后期維護工作變得非常困難。所以定義統(tǒng)一集成接口規(guī)范，提高集成傳輸數(shù)據的標準性，構建以PDM為核心的集成框架工作尤為重要。

依據PDM數(shù)據管理基于版本控制的特點，提出基于C-O-V（Context-Object-View，上下文-對象-視圖）模式的PDM集成接口規(guī)范，并在型號生產中完成實踐應用。此集成接口規(guī)范的驗證應用，不僅規(guī)范了以PDM為核心的統(tǒng)一集成框架，而且減少了企業(yè)集成工作的實施成本。

2 C-O-V模式定義原則

2.1 PDM集成數(shù)據分類

從航天制造業(yè)PDM系統(tǒng)管理數(shù)據的不同維度區(qū)分，定義如下：

a. 按系統(tǒng)涉及的業(yè)務對象可分為：產品類數(shù)據，在PDM系統(tǒng)中，以零部件形式存在，通過產品結構的形式組織各種產品數(shù)據；文檔類數(shù)據，在PDM系統(tǒng)中，將各類設計工藝技術文件、模型文件等統(tǒng)稱為文檔。

b. 按對象的存儲形式可分為：結構化數(shù)據，可單獨解析提取的數(shù)據信息，包括PDM中管理的產品圖號信息、附加屬性信息等；非結構化數(shù)據，包括三維模型、二維工程圖以及多媒體類型的數(shù)據等，以電子倉庫等形式存放。

c. 按對象的產生形式可分為：外部系統(tǒng)文件，外部系統(tǒng)產生的，需納入PDM統(tǒng)一管理的數(shù)據，如ERP端產生的現(xiàn)場問題處理單等。PDM接收外部系統(tǒng)的數(shù)據，有兩種處理方式，一是存儲在PDM關聯(lián)的數(shù)據庫中，二是僅作為PDM對象的外部參考信息處理；系統(tǒng)自定義文件，根據不同的業(yè)務需求定義，不依賴第三方集成工具，在PDM內部進行對象的定義及管理。

綜合以上分析，歸納定義見表1。

表1 PDM數(shù)據分類定義

2.2 C-O-V模式定義原則

圖1 C-O-V模式結構定義

以PDM為核心的集成交互數(shù)據在PDM中都需定位到特定系統(tǒng)版本對象，以獲取相關信息。所以在與外部系統(tǒng)集成時，接口數(shù)據的管理可歸納為：在指定的上下文環(huán)境下，以特定版本的對象所關聯(lián)信息（結構化數(shù)據、非結構化數(shù)據）的視圖重構。故在考慮PDM集成管理時，分割為三層進行考慮，即C-O-V模式，如圖1所示，從下到上依次為：上下文層（Context-layer）、系統(tǒng)版本對象層（Object-layer）、視圖層（View-layer），其中上層級數(shù)據受下層級輸入影響。

a. 上下文層。指PDM中版本對象所對應的上下文，如產品相關的技術狀態(tài)定義。該上下文根據集成存取方式的不同，可以由外部系統(tǒng)或PDM自行指定，依據該上下文定義的顆粒度，最低可以對應到PDM特定系統(tǒng)版本對象。如通過產品圖號+研制階段作為上下文定義，則默認取到該研制階段下的最新系統(tǒng)版本對象。

b. 版本對象層。系統(tǒng)版本對象依據上下文層決定，根據業(yè)務需求指定的版本定義，在PDM系統(tǒng)中對應到特定的系統(tǒng)版本對象，該系統(tǒng)版本依據PDM系統(tǒng)相應規(guī)則自行定義，主要用于表示系統(tǒng)內部對象變更等變化，如：A、A.1、B，……等。特殊情況下，無版本定義的對象默認只有一個版本；

c. 視圖層。指PDM中由不同系統(tǒng)版本對象關聯(lián)的信息（分為結構化數(shù)據與非結構化數(shù)據）進行的多視圖重構。如根據特定版本的產品對象，可選擇產品基本信息、產品關聯(lián)的模型文件、產品關聯(lián)的描述文檔等信息進行組合，構成版本對象關聯(lián)的不同信息組織視圖，以完成PDM與外部系統(tǒng)集成數(shù)據的傳遞。

3 基于C-O-V的PDM集成接口規(guī)范

3.1 C-O-V模式數(shù)據結構

圖2 視圖層數(shù)據結構定義

視圖層作為版本對象關聯(lián)數(shù)據的頂層組織，是外部系統(tǒng)集成組合數(shù)據的結果層，受上下文層和版本對象層影響。視圖層結構模型如圖2所示，視圖層數(shù)據結構定義用五元組表示：

VS={Version,Object,Link,,} （1）

a. Version表示集成版本集:

Version{1,2,3……v}（2）

v描述上下文層，版本數(shù)據信息，主要包括版本類型、版本值等，可依據PDM中產品技術狀態(tài)管理進行定義，如研制階段、批次信息、基線信息等。

b.Object表示產品關聯(lián)對象集，由上下文層決定：

Object={1,2,3……ob}（3）

ob描述產品對象層，主要包括工藝設計及制造關聯(lián)對象，如工藝文件、產品對象、工藝路線等。

c.Link表示產品關聯(lián)關系集，與兩個及以上產品對象綁定：

Link={1,2,3……lk} （4）

lk描述產品對象層關聯(lián)的對象關系，主要包括產品與產品結構關系、產品與關聯(lián)設計及工藝文件信息、文件與文件關系等。

d.描述對象本身的屬性信息集，與產品關聯(lián)對象綁定：

={1,2,3……o}（5）

O描述產品對象的基本信息，主要包括對象ID、名稱、類型、來源等屬性信息，對象主要涉及PDM中管理的各類技術文件等。

e.描述對象關系的信息集，與產品關聯(lián)關系綁定：

={12}（6）

r描述關系數(shù)據信息，主要包括父對象ID、子對象ID、使用數(shù)量、定額信息等，不僅包括產品結構類關系，結構化工藝規(guī)程信息也包含在內。

3.2 集成接口規(guī)范實例定義

注：A-B(B')表示當B代號相同時，A代號順序表示操作流程。當A代號相同時，表示A-B(B')操作任選其一執(zhí)行。PDM集成模塊返回結果關聯(lián)接口調用為：(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集成定義原則，PDM端集成接口規(guī)范的定義劃分為上下文層、版本對象層、視圖層。以獲取特定版本圖號相關的版本為例，接口應用時序圖如圖3所示，以獲取視圖層BOM結構定義為例，如下所示。此時上下文層表示技術狀態(tài)信息調用。以工藝文件屬性信息查看為例，PDM集成信息傳遞為版本對象層，過程為上下文層→版本對象層。工藝路線信息的集成操作為PDM中多種對象信息的組合，此時操作在視圖層，過程為上下文層→版本對象層→視圖層。同樣在與其他外部應用系統(tǒng)（如ERP等）集成時，首先明確各層的集成需求，進而實現(xiàn)各接口的定義。

以PDM為核心的C-O-V模式集成接口規(guī)范的制定，將PDM數(shù)據管理接口規(guī)范化封裝，確保接口的重復利用，無需針對不同的第三方應用系統(tǒng)單獨進行接口定制，將PDM對外接口統(tǒng)一封裝。分層集成接口的制定，同時確保后續(xù)接口的可擴展性，在不同類型層面（版本層、對象層、視圖層）進行獨立擴充，確保了PDM接口的規(guī)范一致性及標準化管理。

獲取視圖層BOM結構標簽定義：

父件編碼（如：ZEB1010）

父件名稱

父件系統(tǒng)版本（如：A.5）

父件類型（如：自制件）

父件研制階段（如：C）

.

工藝文件編號

工藝文件名稱

工藝文件版本

……

4 基于C-O-V的PDM集成接口規(guī)范應用

4.1 應用總體框架

以C-O-V模式的集成接口規(guī)范為依據，劃分以PDM為核心的集成應用實現(xiàn)框架，如圖4所示。

圖4 C-O-V模式下PDM系統(tǒng)集成框架

該框架以PDM為規(guī)劃設計核心，基于C-O-V模式的集成接口規(guī)范的應用構架，描述與科研生產其他應用系統(tǒng)（ERP、MES、檔案管理系統(tǒng)等）的集成應用。采用通用xml形式（或視圖等）傳輸[7，8]：

a. 支撐層主要為底層數(shù)據庫管理系統(tǒng)、軟硬件的支撐環(huán)境等，提供數(shù)據管理的最基本功能；

b. 對象層主要對產品不同對象本身信息及關系進行結構化管理，為功能層提供對象基礎；

c. 功能層基于對象層，根據航天制造業(yè)數(shù)字化工藝業(yè)務管理的建設要求，提供相應的功能模塊；

d. 集成層為PDM系統(tǒng)與外部系統(tǒng)進行相應的集成操作，在集成過程中，企業(yè)根據自身的業(yè)務需求及第三方應用技術基礎，確定信息交換的方式。集成方案集成數(shù)據傳輸可采用API接口、交換文件及共享數(shù)據庫方式[9，10]。PDM集成框架與底層實現(xiàn)無關，在異構PDM系統(tǒng)集成開發(fā)時，只需實現(xiàn)有關的數(shù)據交互封裝接口。

4.2 應用系統(tǒng)建設實踐

基于以PDM為核心的分層集成接口規(guī)范定義，第三方應用（ERP、MES、檔案管理系統(tǒng)等）信息集成時根據業(yè)務需求，依據2.2《集成接口規(guī)范實例定義》的原則，在企業(yè)科研生產實際業(yè)務中實踐應用，且推廣至全型號。以下以主要核心業(yè)務為例進行說明：

a. PBOM結構及其屬性向ERP傳遞

型號調度通過該入口根據PDM系統(tǒng)基線、圖號條件查詢獲取ERP所需特定版本PBOM，PDM系統(tǒng)通過封裝的形式自動將PBOM結構及其屬性信息后臺傳遞至ERP系統(tǒng)，生成ERP系統(tǒng)所管理的工程BOM結構。

b. 工序路線向ERP/MES系統(tǒng)傳遞

車間調度通過該入口以PDM系統(tǒng)基線、圖號為條件獲取特定版本PBOM節(jié)點下最新狀態(tài)的工藝文件中，ERP/MES所需的“工序路線”，PDM系統(tǒng)通過封裝的形式自動將所選工藝文件下的工序路線信息后臺傳遞至ERP系統(tǒng)，生成ERP系統(tǒng)所管理的工序路線。

c. 工藝文件和設計數(shù)據向MES系統(tǒng)傳遞

車間操作人員可以通過條碼掃描或點擊MES系統(tǒng)中的作業(yè)任務，通過任務關聯(lián)特定版本的零部件狀態(tài)信息，在PDM系統(tǒng)中搜索到相應版本的零部件，并獲取該零部件在EBOM和PBOM視圖下所有關聯(lián)的已歸檔的設計數(shù)據和工藝數(shù)據。

4.3 管理標準的制定

基于C-O-V模式的分層集成接口規(guī)范定義原則，制定完成并發(fā)布上海航天技術研究院院標《Q/RJ/Z 126-2018 PDM與CAMP集成接口規(guī)范》（CAMP：上海航天技術研究院ERP系統(tǒng)統(tǒng)稱），規(guī)定了PDM平臺與ERP平臺間集成接口規(guī)范定義，為PDM平臺與ERP平臺集成提供服務定義，是各單位設計開發(fā)PDM平臺與ERP平臺集成的依據。本標準適用于PDM平臺與ERP平臺間集成開發(fā)與實施，PDM平臺與其它系統(tǒng)集成接口可參照執(zhí)行。

5 結束語

本文基于C-O-V上下文層、版本對象層、視圖層進行PDM集成數(shù)據訪問方式定義，根據航天制造業(yè)PDM建設業(yè)務對象的特點分離定義，對于集成的數(shù)據時機、集成對象的類型、集成關聯(lián)具體數(shù)據的問題，從業(yè)務需求角度，明確技術實現(xiàn)的定義，層次間相對獨立，易于擴充。

1 趙慧艷. PDM在生產制造型企業(yè)的實施與應用[J]. 機電產品開發(fā)與創(chuàng)新，2018(2)：80

2 孫雪娟. 產品數(shù)據管理技術在企業(yè)中的實施及應用[J]. 信息記錄材料，2016(6)：27～29

3 肖海朋，李華，徐增光. 航天產品全生命周期信息系統(tǒng)集成模型研究[J]. 航天制造技術，2014(6)：60～64

4 厲慧，張遠，李廣娟，等. ERP與PDM集成中的BOM研究[J]. 鍛壓裝備與制造技術，2014(6)：104～106

5 趙娜. 航空制造企業(yè)PDM集成技術應用研究[J]. 信息技術與標準化，2013(4)：39

6 呂志軍. 基于PDM的企業(yè)信息集成技術的研究與應用[J]. 機械設計與制造，2012(5)：252～254

7 閻樹田. 基于XML固定模式的PDM信息集成[J]. 科學技術與工程，2009(9)：5863～5867

8 朱彬彬. ERP系統(tǒng)與PDM系統(tǒng)集成的關鍵技術研究[J]. Computer Knowledge and Technology. 2012(8)：4917～4922

9 喬盾. 基于Web Service和OPC技術的PDM與ERP集成研究[J]. 工業(yè)控制計算機，2016(8)：107

10 王瑞. 基于SOA 與Web Service 的飛機保障信息系統(tǒng)集成[J]. 計算機工程，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

國家自然科學基金-航天先進制造技術研究聯(lián)合基金項目（U1537110）。

晁曉娜（1986），碩士，計算機應用技術專業(yè)；研究方向：航天科研生產管理信息化、數(shù)字化。

2018-09-06