面向產品全生命周期的文檔管理與重用技術研究
2008-12-31 00:00:00譚穎李海慶殷國富
計算機應用研究 2008年9期
摘 要：針對現有文檔管理和動態重復的需要，提出一種基于統一文檔數據模型、面向產品全生命周期的文檔管理和重用系統的實施方法。采用XML對圖檔數據模型進行抽象和建立可重用的圖檔類模型。研究了基于UML系統實施技術，以J2EE為平臺構建了原型軟件系統。初步應用表明，建立的系統對提高企業對市場變化的快速反應能力有一定的促進作用。
關鍵詞：產品生命周期管理；可擴展標記語言；統一建模語言；統一數據模型
中圖分類號：TP391.72 文獻標志碼：A
文章編號：1001-3695(2008)09-2727-03
Research on PLMoriented document management and reuse
TAN Ying1，2，LI Haiqing3，YIN Guofu2
(1.College of Computer Science Technology， Southwest University for Nationalities， Chengdu 610041， China；2.College of Manufacturing Science Engineering， Sichuan University， Chengdu 610065， China；3.School of Mechatronics Engineering，University of Electronic Science Technology of China， Chengdu 610054， China)
Abstract:To meet the demand of management and dynamic repeat of document， an implement method which PLMoriented document management and reuse system was presented on the basis of unified document data model. The document data model was abstracted in XML and the reused document class model was established. The system implement technology based on the UML was researched and the prototype software system was established on J2EE platform. The result of preliminary application shows that the established system can promote the enterprise to reflect the fluky market rapidly.
Key words:PLM; XML; UML; unified data model
產品生命周期管理(product lifecycle management，PLM)是一種企業信息化的商業戰略。它實施一整套的業務解決方案，將人、過程和信息有效地集成在一起，作用于整個企業，遍歷產品從概念到報廢的全生命周期，支持與產品相關的協作研發、管理、分發和使用產品定義信息[1]。PLM也是PDM(product data management)的深化和發展，包括了PDM的全部內容，但PLM更強調對產品生命周期內跨越供應鏈的所有信息進行管理，而生產制造過程中所出現的各種信息絕大多數都是以文檔的形式出現。因此，文檔信息的集中管理和動態重用將使企業能夠很好地配置技術、專家意見、知識和經驗，并將這些資源應用到產品生命周期的每一個主要階段，降低產品成本，縮短產品上市時間，增強企業競爭力。
文獻[2]提出了以文檔的組織與存儲機制、文檔版本控制和基于過程—生命周期松耦合互動模式技術等為核心的文檔動態管理技術。它以任務為核心集成過程模型與生命周期模型，采用過程與生命周期的松耦合互動驅動文檔生命周期狀態的變遷。文獻[3]以UML對產品的數據信息和工作流程管理進行了動態建模 。在結合前人工作成果的基礎上，本文提出了一種基于統一文檔數據模型，面向產品全生命周期的文檔管理和重用系統的實施方法。
1 系統體系架構
產品在整個生命周期所包含的數據大致可歸納為六種類型的文檔：a）圖形文件。由不同CAD系統所產生的描述幾何圖形的文件。b)文本文件。描述產品或部件、零件性能的文件。c）數據文件。是優化零部件的設計所進行的各種有限元分析、機構運動模擬、實驗測試等產生的數據文件。d)表格文件。包括有關產品、部件、零件的產品定義信息和結構關聯信息。產品定義信息包括基本屬性和特征參數；結構關聯信息描述了零件、部件、產品之間的關聯信息。e）多媒體文件。描述產品及產品各部位的真實形象。f)訂單類文件。包括與供應鏈上端的供應商與下端的分銷商之間的各種合作文檔，以及供應鏈末端的客戶反饋文檔。其系統框架如圖1所示。
2 基于XML的文檔數據模型
有效地進行文檔管理固然十分重要，但所管理的對象是靜態的，并未因為管理或維護的方法好壞而有所創新或優化。如何在已有的各種文檔基礎上對生命周期內的各種形式的文檔實現統一管理和動態重用，從而為企業提供正確的輔助決策信息和設計開發資源才是企業適應全球經濟、滿足瞬息萬變的市場需求的關鍵因素[4]。
XML作為一種高效、簡單且具有高度開放性、兼容和跨平臺性能的數據存儲與數據交換標準，越來越顯示出其強大的優越性。在系統開發過程中使用XML技術來統一文檔格式，從而為實現對各種形式的文檔統一管理和動態重用建立了文件交換的基礎。XML的優點主要有:a）可擴展性。XML允許用戶創建自己的或者有效地創建可被用于多種應用的可擴展的標志集。b)靈活性。XML提供了一種結構化的數據表示方式，使得用戶數據與結構分離。c）自描述性。XML文檔一般會包含文檔類型聲明，因此XML語言是自描述性的獨立于具體的操作平臺和應用系統，具有很強的可重用性。
大量的模型最終存放在知識庫中，表示模型的數據格式采用XML，因此UML建模環境下構造的圖形化數據模型需要轉換成字節流格式。轉換過程中采用數據流交換格式SMIF，目的是建立不同知識庫、中間件、工具之間的標準交換機制。轉換實現需要兩方面的支持，即XML DTD生成規則和XML Document生成規則。前者針對編碼元數據生成XML DTD；后者將元數據解釋成與XML兼容的格式。DTD與XML分離的優點在于DTD可以存儲在本地，數據交換只需傳遞XML文件。
3 基于UML的用例分析與類圖模型
3.1 系統用例分析
圖檔管理及重用系統采用UML進行建模。UML語言主要有以下優點：a）統一的標準。UML已被OMG接受為標準的建模語言，越來越多的開發人員開始使用UML進行軟件開發，越來越多的開發廠商開始支持UML。b)面向對象。UML是支持面向對象軟件開發的建模語言。它支持包括VB、VC、Java等主流軟件開發語言。c)可視化、表示能力強。概念明確、建模表示法簡潔、圖形結構清晰、容易掌握和使用。d)獨立于過程。UML不依賴于特定的軟件開發過程，這也是UML能被眾多軟件開發人員接受的一個原因。UML在系統開發的各個階段都可以得到應用。在分析階段，用戶的需求采用UML用例圖來描述；在設計階段，引入具體的類來處理用戶接口、數據庫存取、通信和并行性等問題；在實現階段，用面向對象程序設計語言將來自設計階段的類轉換成實際代碼；在測試階段，UML模型作為生成測試用例的依據，如進行單元測試時使用類圖和類規格說明，繼承測試時使用構建圖和協作圖，系統測試時使用用例圖來驗證系統的行為等。
用例分析是使用UML開發過程中所用的主要技術。用戶在與系統的一次交互過程中所實施的一組行為上相關的動作序列稱為一個用例 ，用戶對系統提出的所有功能要求均以用例表達，所有用例的集合描述了完整的系統功能。用例模型(use case model)要根據業務流程建立，它包含用例圖(use case diagram) 和用例說明 (use case description)。
本系統主要面向文檔信息的集中管理和動態重用，因此，系統中的參與角色與工作流程如下：
a）參與角色。系統參與角色是指系統中所涉及到的所有互動對象，在本系統中此類角色可以分為：（a）管理員。他具有系統中的最高權限，可對其他角色進行管理和控制。（b）設計人員。此類角色具有對產品數據庫中的信息進行存取操作的權限，關注于圖檔的動態重用，從而實現新產品的開發和舊產品的改進與繼承。（c）普通操作人員。他可對信息系統中的數據進行查詢與下載等操作。通過系統可以實現企業內部的資源共享。（d）定制用戶。本類用戶是針對企業生產環境的不確定性而構造的，他可以動態分配權限，最高可擁有管理員的權限，最低可以不具有任何權限，這類用戶可以被實例化為審核人員、審定人員等。
b）基本工作流程。系統的用例圖如圖2所示。對于管理員來說，他的主要任務就是分配角色權限和維護系統穩定。以設計人員為例，工作流程為： （a）使用管理員分配的權限登錄系統；（b）生成新項目的文檔管理框架；（c）按任務類型決定是采用哪種類型的文檔類進行設計；（d）對選定的文檔類進行實例化；（e）提交完成后的項目，通過審核或審定后錄入數據庫系統。
3.2 圖檔重用系統的類圖結構
每個制造企業都有自己的產品系列，每種系列的產品都是由結構、性能大體一致的產品組成的。將產品生命周期內的各種文檔進行抽象，從而建立各種不同的面向對象的類。對每一種類定義它們的屬性和方法。這樣，在企業根據市場作出產品創新或改進時，無須對產品再進行重新的復雜規劃，只需要通過文檔管理與重用系統就可以迅速地繼承并實例化各種文檔類。圖3顯示的是用UML建立的圖檔重用系統的類圖結構模型。
圖3是以齒輪元件為例，說明了如何從繼承一個通用文檔類，并通過屬性參數和特定操作方法進行文檔的實例化，從而形成最終的特定文檔。圖3中的General Document 類包含所有文檔的基本屬性和基本操作?；緦傩匀缑帧⒆⑨?、文件名、編輯者、瀏覽器、狀態、最終編輯時間；基本操作如創建對象、重命名、拷貝、粘貼、檢入、檢出等操作。
下面以其中的狀態屬性為例，簡單地描述文檔的四種狀態。狀態表示了當前任務中的數據或文檔在全生命周期中所處的位置。它為數據傳送和數據繼承提供了一個標準。一個文檔有四種可能的狀態：a)處理中。這意味著當前數據正在被某項動作修改或使用中。b)共享。這表示數據已驗證完畢，可以進行下一個流程的處理。c）發布。這意味著數據已被鎖定，不允許再做任何修改。d）廢止。這說明該數據不再在系統中使用，具體原因也應在注釋中說明。3.3 圖檔重用系統的部署圖
部署圖是用來描述系統硬件的物理拓撲結構以及在此結構上執行的軟件。部署圖可以顯示計算節點的拓撲結構和通信路徑、節點上運行的軟件、軟件包含的邏輯單元（對象、類等）。特別是分布式系統，布局圖可以清晰地描述硬件設置的配置、通信以及在各設備上的軟件和對象的配置[5]。部署圖是由體系結構師、網絡工程師、系統工程師等人員共同描述，它主要由節點和連接構成。本系統的部署圖如圖4所示。
4 原型系統研制與應用實例
系統編制過程中，以設計模型為輸入，以構件(源文件二進制文件、可執行文件以及其他文件等)的方式實施類和對象，并驗證用例能否實現為可運行于這些節點上的構件。通過使用 RationalRose工具，采用EJB 技術將以上的實體類映射成EntityBean類，控制類映射為 SessionBean 類，而邊界類則映射為客戶端的JavaBeans。系統運行后，通過客戶端訪問應用程序服務器125，請求對信息系統的訪問。原型系統的模型功能描述如下：
a）身份驗證。當訪問某個應用程序時，應用程序服務器會檢查該用戶是否被授權。若未被授權，則調用相應的授權機制進行身份驗證; 應用程序服務器根據權限配置描述中的安全策略，檢查用戶是否有權訪問該應用程序，如果有權訪問，則向客戶端返回允許訪問的頁面。b）統一企業數據模型。大量的模型最終存放在數據模型庫中，模型的數據格式統一采用XML，因此，需要將UML建模環境下構造的圖形化數據模型轉換成XML格式，從而實現數據模型的統一[6，7]。本系統采用RationalRose建模工具來實現產品結構和工作流的建模。
c）模型管理與重用。數據模型庫中的模型需要與現有的信息系統進行交互，交換的格式同樣選擇XML文件作為中間介質，通過XML Mapper 完成數據格式的映射，并將外部應用系統中的數據模型信息通過XML接口轉換到數據模型的知識庫中。
d）接口技術。用戶界面與服務應用層通過TCP/IP協議進行連接，服務應用層通過EJB接口與數據模型層連接，數據模型層通過XML接口與其他的信息系統進行統一格式的數據交換。
e）客戶端信息處理。服務應用層將處理結果以XML格式返回應用程序服務器，服務應用層再將處理完畢的信息轉換成用戶所需的格式，返回客戶端。
圖5是本系統的圖檔管理樹狀目錄。
5 結束語
本文針對現有的圖檔管理系統的局限，研究了面向產品全生命周期的圖檔管理和可重用系統，并建立了系統模型。在討論系統功能體系結構的基礎上，對其實現的關鍵技術和功能模型進行了分析和建模。構造并提供了一個基于網絡的、分布式、可重用的圖檔管理系統。通過對某企業的初步實施，取得了預期的良好效果，為該企業的信息化建設打下了堅實的基礎，并對同類制造型企業也有著借鑒性的作用。
參考文獻：
［1］SUDARSAN R.A product information modeling framework for product lifecycle management[J].Computeraided Design，2005，37(13):13991411.
［2］王莉娟，張旭，寧汝新，等.面向產品開發過程的文檔動態管理技術[J].計算機集成制造系統，2005，11(6):836-840.
［3］EYNARD B，GALLET T，NOWAK P，et al.UML based specifications of PDM product structure and workflow[J].Computer in Industry，2004，55(3): 301-316.
［4］張潔，高亮，李培根.多agent技術在先進制造中的應用[M].北京:科學出版社，2004.
［5］葛杏衛，段國林，陶利波.基于J2EE/XML的產品生命周期管理系統體系結構研究[J]. 河北工業大學學報，2004，33(5):43-47.
［6］張虹，鄭會頌.UML中的類模式在關系數據庫中的映射及其實現[J].南京郵電學院學報，2005，25(3):72-77.
［7］胡曉鵬，趙鐵山，周以齊，等.基于UML的管道虛擬仿真系統設計[J].系統仿真學報，2005，17(9):2159-2162
