基于有效性的動態版本管理研究

周曉燁，趙 犁，沈建國，姜 斌

ZHOU Xiao-ye1，ZHAO Li2，SHEN Jian-guo1，JIANG Bin1

（1. 浙江香港科技大學 先進制造研究所，杭州 311100；2. 香港科技大學，香港 999077）

基于有效性的動態版本管理研究

A study on dynamic version management based on effectiveness

周曉燁1，趙 犁2，沈建國1，姜 斌1

ZHOU Xiao-ye1，ZHAO Li2，SHEN Jian-guo1，JIANG Bin1

（1. 浙江香港科技大學 先進制造研究所，杭州 311100；2. 香港科技大學，香港 999077）

版本管理是產品數據管理系統（PDM)實現產品全生命周期管理的重要內容。首先分析目前常用的靜態版本管理的優勢與不足，然后提出了PDM動態版本管理的系統框架，重點研究了版本變遷過程與基于結構有效性和版本有效性的動態產品結構模型，包括以時間和序列號為參數的有效性設計與計算方法，并通過相關實際案例進行驗證。

版本管理；版本有效性；結構有效性；PDM

0 引言

PDM是用來管理所有與產品相關信息和所有與產品相關過程的技術[1]。發展至今，產品全生命周期管理（Product Life-cycle Management/PLM）已成為第三代的企業間PDM的代表思想和特征。產品全生命周期管理（PLM）管理的范圍包括產品銷售、產品規劃、產品開發、產品設計、制定工藝過程規劃、制定生產計劃、生產制造、售后服務等階段的數據和過程，覆蓋了產品從創建到設計、制造、維護、作廢整個生命歷程。因此，PDM要管理產品信息的全部完整過程和數據，使企業各個部門——計劃、開發設計、采購、生產、銷售、服務維修——所有人員都能得到他們需要的數據和信息。而作為企業的統一數據源，PDM系統中的數據是具有高度動態性和復雜性的，隨產品開發過程不斷變化和完善。比如設計過程中，經常有多個設計工程師共同參與產品設計，復雜產品的設計可能涉及多個版本（數量級可達104～106）。任何信息的細微改動都可能對產品結構產生影響，導致產品設計版本的產生，這些信息變化包括零件、CAD模型、需求定義、制造工藝、工裝等等。復雜的內部關系需要準確的版本控制，因此，版本管理是PDM中的基本模塊及重要組成部分，對PDM的成功運作起著關鍵作用。

1 版本管理研究現狀

目前與PDM相關的版本管理研究中，常見的版本管理模型為線性模型、樹狀結構模型和有向無環圖模型[2]。這些模型根據不同的版本產生順序和繼承關系，對單一版本進行系統編號，并組織其結構以描述繁衍變遷的過程[3]。對應于版本在PDM系統工作流程中的工作、提交、發放和凍結狀態，將版本區分為工作版本、提交版本、發放版本和凍結版本，通過版本狀態的改變來反映管理對象的變化過程[4]。

PDM系統中，零部件與文檔是版本管理的對象，其相互間的版本引用關系分為動態與靜態兩種。目前PDM系統較多采用的是靜態方法。靜態引用關系是指向確定的對象版本的，即上級部件的版本關聯著的是下級零部件的某一具體版本，以及相關文檔的某一具體版本[2]。靜態引用關系適用于比較固定，變化較少的關聯結構，其優點是結構關系和關聯清晰明確，不存在可變性和二義性，并且邏輯簡單，不需要大量判斷和計算。而對于產品結構關聯比較復雜且變動頻繁的情況，靜態引用關系則無法提供較好的解決方案。這是因為在靜態引用關系中，一旦要對產品結構中的某一零部件進行修改，其所有相關的、或引用了該零部件的上層部件或裝配集都要進行修改。修改自下而上，一直影響到所有使用的最頂層結構，產生骨牌效應（Revision Ripple）。這意味著大量的結構關系數據的產生，這些數據重復性大，冗余嚴重，查找過程大大影響系統效率。

為解決這類問題，動態引用關系被引入PDM版本管理。動態引用關系不指定關聯的文檔或下級零部件的詳細版本，而是將文檔或者零部件整體作為結構關聯對象，使用時再根據規則計算出所需條件下的關聯文檔或下級零部件的具體版本。也就是在使用時再將動態版本關系轉化為靜態版本關系。動態版本的優勢在于能夠以單一的“通用”產品結構模型來描述整個產品系列，而改動也可以在被修改的文檔或零部件本身內部解決而不影響引用關系。缺點則是使用前需要進行計算以獲取準確詳細的引用關系。

本文將建立貫穿于整個PDM全生命周期管理的動態引用關系版本管理框架，并重點分析版本變遷模型和基于有效性規則的動態產品結構模型。

2 版本管理系統框架

圖1 產品的結構和描述

實現了PLM的新一代PDM以產品為中心和管理對象，可作為對產品全生命周期數據和過程進行有效管理的方法和技術的總稱[5]。作為管理對象的數據信息包括產品結構、零部件信息、結構配置、文件、CAD文檔、掃描圖像、審批信息等。過程則包括對過程（生命周期、工作流程、審批/發放、工程更改等）的定義與監控。其中與版本相關的信息都可以體現在對產品結構的描述以及產品結構數據的處理過程中。產品結構的描述如圖1所示，包括零部件結構、版本關系以及關聯文檔等重要信息。

產品結構數據的使用和處理貫穿于產品生命周期的各個階段，因此版本管理需要與PDM系統的其它各個功能模塊緊密結合，保證版本信息在流通過程中的一致性和正確性。版本的管理涉及多個功能模塊的共同操作。詳細關系如圖2所示。

圖2 版本管理與PDM其它功能模塊的關聯

文檔管理和產品結構管理模塊操作的是版本管理的對象——產品信息。文檔管理和產品結構管理中創建的新的文檔和零部件對象作為初始版本開始版本變遷過程。而設計過程中的檢入、檢出操作也是文檔管理和產品結構管理模塊中生命周期管理操作的重要組成部分。產品對象設計成熟穩定后，由工作流管理模塊執行發布審核流程，判斷版本發布的合法性。而發布后的可用版本在變更之前，需要變更管理模塊執行工程變更過程，確定變更的可行性后，通過分配修訂任務指導設計人員修訂原發布版本，進行重新設計。發布后的產品零部件對象由零件族管理模塊根據事物特性表分類集中，進行統一管理。項目管理模塊則通過流程文件的狀態與版本管理相結合。項目的關鍵文檔作為流程文件進入版本管理后，必須經歷完整的變遷過程。直至流程文件發布為可用，項目才能正式完結。此外，系統和權限管理通過系統參數設定和權限設定控制版本變遷過程的執行程度細節和執行人員范圍。以上所有功能模塊緊密結合共同作用，實現PDM系統中對產品對象數據和過程的全面管理。

3 版本變遷過程與基于有效性的動態產品結構模型

記錄產品對象歷程，維護其穩定性并作為進一步改進的基礎，這些是版本管理的意義所在。產品在完整的生命周期中要經歷不同階段，包括設計、生產、銷售、更改、維護等。每個階段的各個具體時期，都需要一個（或多個）詳細確定的產品結構來支持企業活動。設計和變更階段的產品對象的每一個修改都可以作為一個小版本記錄下來。當一個或一批相關對象經過各自多次修改，達到一個穩定狀態時，可以發布為一個可用版本（大版本）。可用版本將產品的穩定狀態固定保留下來，作為生產制造及后續企業活動的依據。需要對產品進行改進時，也可以從作為大版本的穩定狀態出發，避免錯誤和重復勞動。要實現這樣完整全生命周期中的版本的有效動態管理，合理的版本變遷過程和有效性規則是關鍵。產品信息經過變遷過程前期的一系列操作，隨著版本的升遷和有效性的設定，逐漸搭建起完整的動態結構。之后以這一動態結構模型作為數據來源和信息基礎，通過有效性規則的實時計算來獲取準確產品信息，繼續版本變遷過程的后續步驟，同時為企業活動各階段提供相應數據和信息。本文這一部分將詳細分析版本變遷過程和基于有效性的動態產品結構模型。

3.1 版本變遷過程

對應于生命周期各階段，產品（包括文檔和零部件）的版本的變遷要經歷創建、提交審核、發布、變更修訂等一系列過程，這一過程是非線性的，帶有循環和反饋。圖3描述了版本隨產品對象操作的變遷過程。（用A、B、C……等英文字母表示發布版本編號R（大版本編號），用1、2、3……等阿拉伯數字表示小版本編號v。如B.3表示第二個發布版本在設計或變更階段中的第三個小版本；C表示穩定可用的已發布的第三個發布版本。）用戶創建的新對象進入公共電子倉庫后，成為初始版本A.0 （R = A；v = 0）。設計人員將對象從公共電子倉庫檢出到個人工作區間進行修改設計，然后通過檢入操作使修改好的新版本進入公共電子倉庫。該新版本的大版本號R不變，小版本號自增v += 1。若干次檢出修改后，對象設計完成，提交審核流程，等待發布審核。如果審核不通過，對象回到設計階段，繼續設計修改過程。如果審核通過，產品對象已經處于穩定狀態，則執行發布操作，產生可用的發布版本R。發布版本進入后期的生產制造等階段后，若有客戶更改需求或產品改進要求，可以對該發布版本提出變更申請。通過變更審核流程的產品對象發布版本通過修訂操作產生新的設計版本，該設計版本在原發布版本的基礎上大版本號自增R += 1，小版本號v重設為1。修訂版本重新進入設計——發布——變更的過程循環。此外，針對發布的可用版本還有凍結和廢止兩個狀態。凍結可以保護固定的版本狀態不被改動；而廢止標示該版本有效期完結不能再被使用。

圖3 版本變遷過程

以上是產品對象經歷的完整版本變遷過程。該過程可以與第3部分中版本管理與PDM系統多個功能模塊的操作關聯相對應。通過這一過程，產品結構模型得以建立成型。

3.2 基于有效性的動態產品結構模型

產品結構中零部件之間的關系復雜多變，使用動態引用關系建立“通用”結構模型可以大大較少結構數據量。本文實現的動態產品模型是以有效性為基礎的動態引用關系。有效性是一組范圍參數，決定結構關系或版本在什么條件范圍下參與構成產品結構。有效性分為結構有效性和版本有效性兩種。上下級零部件之間在建立結構關系時設定結構有效性，用于判定該結構關系在什么情況范圍下有效。下級零部件的每個可用版本在發布時設定版本有效性，用于判定什么情況下使用該零部件的哪個具體版本。通過結構有效性和版本有效性的選擇和過濾，一個“通用”的產品結構模型可以在不同時間條件下衍生出變化多樣的產品結構樹，以適用于不同條件狀態下的生產制造等后期企業活動。

有效性可以參考的規則條件有很多種，比如生命周期階段（設計、樣機、投產等）、時期、數量、批次有效性（如系列號）。本文將以時間和序列號這兩個常用的參數為例介紹基于有效性的動態版本管理模型的搭建和使用。

3.2.1 以時間為有效性參數的動態產品結構版本管理

時間是最常用的有效性判定參數。在版本變遷過程前期搭建產品結構的操作中，將版本有效性和結構有效性作為零部件的固有屬性，設定時間范圍參數。產品零部件每發布一個新的可用版本，都要設置該版本使用的有效時間，即版本有效性。

系統默認的版本起始有效時間為創建時的系統日期，有效終止時間為無窮，即版本一直有效。有效時間可由系統用戶自由設定，但后一版本的有效性設置可能會影響到前一版本的有效性范圍。為避免有效時間沖突，系統設定了以下版本有效期設置規則：（Ds為有效期起始時間；De為有效期終止時間；Dn為當前系統日期。）

1） Ds和De均不得提前于Dn；

2） De不得提前與Ds；

3） 后一版本的Ds比前一版本的De提前時，前一版本的De由系統自動改為后一版本的Ds同一天。

在創建零部件關聯，即在上級部件具體版本下添加下級零部件時，要對該關聯的結構有效性的時間范圍進行設置。結構有效性的設置遵循版本有效性設置規則的1）和2）。

圖4 基于有效性的動態產品結構

設定完成的動態產品結構模型如圖4所示，這一模型描述了上下級零部件的完整結構關系和每個零部件的所有可用版本。而結構關系是否有效、零部件應使用哪個具體版本，則根據結構有效性和版本有效性來選擇和計算。

當后續工作需要使用具體的產品結構信息時，根據指定的時間條件對動態產品結構進行遍歷計算，以獲取準確的產品結構樹。指定確定日期Du，要獲取該日期下使用的具體產品結構，從裝配集頂級部件開始，判斷日期Du所符合的有效期范圍，選擇有效的結構關系和對應的部件版本。例如，指定的Du符合零件002的結構有效性，選定零件002。Du符合部件001的結構有效期及其B版本的版本有效期。選定部件001的B版本，繼續判斷下級零部件，Du不在部件004的結構有效期之內，該結構關系無效。Du符合零件003的結構有效期，則繼續選擇零件003的有效版本。依次類推，遍歷產品結構的有效性設置后，可以整理獲得指定日期Du的準確產品結構及版本關系如圖5所示。

這樣的產品結構樹在指定條件下是明確固定且唯一的，可以作為企業活動的指導和參考數據。

圖5 指定日期Du的產品結構及版本關系

3.2.2 以序列號為有效性參數的動態產品結構版本管理

序列號是另一個常用的有效性設定參數。構建產品結構時為零部件結構關系及版本設定有效的序列號范圍，而使用產品信息時則根據指定的產品序列號來選擇在有效范圍內的下級零部件結構和版本。

序列號參數的設定與計算與時間參數的設定與計算相似。同一零部件的不同版本的有效序列號范圍不能有重疊，避免遍歷計算時出現版本沖突。隨著設計與生產過程的進行，伴隨序列號的變化，產品結構不斷更新，產生一系列產品快像視圖，如圖6所示。

圖6 動態產品結構視圖變化

通過動態版本引用規則和有效性參數的計算，就可以以系統記錄的“通用”產品結構模型來表現一系列的產品結構變化形態，為不同時間企業各部門的不同需求提供對應的數據信息，確保信息正確完整，實現版本管理對產品對象信息的記錄、保護功能，同時減少數據冗余。

4 案例研究

本文將通過一個自行車產品結構的實際案例詳細說明以時間為參數的有效性的組織和計算。通過版本變遷過程構建起來的自行車部分產品結構及各零部件對應的有效性如表1所示：(Es為結構有效性；Er為版本有效性。)

表1 自行車部分產品結構及各零部件對應的有效性

根據指定日期Du進行計算獲取該日期下使用的具體產品結構，從裝配集頂級部件開始，判斷Du所符合的有效期范圍，選擇對應的部件版本。

情況一：Du設為2007-11-15，符合鳳凰牌自行車男26寸B版本的版本有效期。選定B版本，繼續判斷下級零部件，2007-11-15在普通擋泥板的結構有效期之內，該結構關系有效，繼續選擇普通擋泥板的有效版本B。2007-11-15不符合強化擋泥板的結構有效期，該結構關系無效。依次類推，遍歷產品結構的有效性設置后，可以整理獲得Du（2007-11-15）時間下的準確產品結構及版本關系如表2所示：

表2 2007-11-15產品結構及版本關系

情況二：Du設為2008-04-15，符合鳳凰牌自行車男26寸B版本的版本有效期。選定B版本，繼續判斷下級零部件，2008-04-15不在普通擋泥板的結構有效期之內，該結構關系無效。2008-04-15符合強化擋泥板的結構有效期，則繼續選擇強化擋泥板的有效版本。依次類推，遍歷產品結構的有效性設置后，可以整理獲得Du（2008-04-15）時間下的準確產品結構及版本關系如表3所示。

對同一個動態產品結構模型，指定不同的日期進行計算，就可以根據版本有效性過濾無效的結構關系，根據版本有效性選定每個零部件使用的具體版本，從而獲得該日期下確定且唯一的產品結構，以此數據服務企業活動。

表3 2008-04-15產品結構及版本關系

5 結論

本文介紹了PDM產品全生命周期管理中版本管理的重要作用和管理系統框架，并詳細解說了版本變遷過程和基于結構有效性和版本有效性的動態版本管理的計算和實現。通過系統實例展示動態版本引用關系在產品結構關系上的使用。

隨著設計的協同化發展與企業產品多樣化發展，版本管理的復雜程度越來越高。早期的靜態、線性模型已經不能滿足企業需求。而動態的、標準化的版本管理不僅要實現通用產品結構模型和版本規則計算，還要考慮版本的共存、分支等問題。此外，版本間的增量計算也是關注熱點之一。版本管理的進一步發展將協助PDM系統為企業信息管理提供更有效的支持。

[1] 劉樹森,等.現代制造企業信息化[M].科學出版社,2005.

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TH166

A

1009-0134(2010)10(下)-0046-06

10.3969/j.issn.1009-0134.2010.10(下).15

2010-01-26

周曉燁（1984 -），女，工程師，研究方向為軟件工程、大規模定制。