設計制造資源庫標準化建庫探討

董洪飛 孫香云

（中航工業綜合技術研究所，北京 100028）

飛機產品數字化設計、制造所需基礎資源庫（以下簡稱“設計制造資源庫”）的建設和應用是我國飛機工業數字化技術深入應用和發揮潛在效能的基礎，開展設計制造資源庫標準化建庫技術研究，構建飛機工業產品設計制造資源庫，如標準件庫、材料庫、設計制造知識庫、專業工程數據庫等，以及數字化制造、產品支援服務的各種資源庫，對于提高飛機產品設計、制造的總體效率，提高產品研制的標準化水平，縮短新機研制周期，提升飛機產品研制與生產能力具有重要意義。

1 航空企業設計制造資源庫建設現狀

我國飛機工業數字化應用技術已廣泛應用于飛機產品設計、制造、試驗等領域，我國航空企業在應用數字化設計制造技術的過程中，不同程度地建立了各種設計制造資源庫，如物料庫、產品庫、工藝庫、制造資源庫，為計算機輔助設計（CAD）、計算機輔助分析（CAE）、產品數據管理（PDM）、企業資源計劃（ERP）、計算機輔助工藝設計（CAPP）、制造執行系統（MES）、質量管理信息系統（QIS）等產品研制信息系統的實施奠定了堅實的基礎，但是由于大部分基礎資源庫的建設是依托于某個信息系統，且數據的標準化、規范化程度不高，對于基礎數據資源在設計制造過程中的綜合應用、對于多個信息系統的應用、集成，以及型號協同研制過程中設計制造資源的充分利用，仍然存在一定的問題。

2 設計制造資源庫標準化建庫目標

開展設計制造資源庫標準化建庫技術和方法研究，構建航空企業產品設計制造過程中及實施和集成相關信息系統所需的基礎數據庫，編制各種設計制造資源庫的建庫標準，規范各類設計制造資源的描述，提高設計制造資源庫的標準化、規范化水平，通過相關基礎數據和知識收集整理與規范入庫和動態維護，為航空產品的設計制造提供標準規范的基礎數據支撐，提高產品研制的標準化、規范化水平。

3 設計制造資源庫標準化建庫方案

根據單一數據源的設計和管理思想，基于“統籌規劃、統一架構、健全標準、統一接口”的建設原則，借鑒航空企業基礎資源庫的建設經驗，按照標準化建庫方法，設計制造資源庫的建設方案如圖1所示：包括設計制造資源庫體系架構的構建、建庫規范和數據字典編制、所需標準體系構建及相關標準編制、設計制造資源庫管理平臺的研發和部署、設計制造資源庫建設、通用接口開發和應用驗證等工作。

圖1 設計制造資源庫標準化建庫方案

3.1 設計制造資源庫體系架構的構建

航空產品研制所必需的設計制造資源庫包括信息代碼庫、標準規范文件數據庫、標準件數據庫、材料數據庫、元器件數據庫、產品數據庫、供應商數據庫、制造資源數據庫、產品支援服務等基礎數據庫，基于單一數據源的設計和管理思想，梳理上述9類基礎數據庫之間的關聯關系，構建設計制造資源庫體系架構如圖2所示。

圖2 設計制造資源庫體系架構

在9類基礎數據庫中，信息代碼數據庫和標準規范文件數據庫是底層最基礎的數據庫，為標準件、材料、元器件、產品、供應商、制造資源、產品支持等基礎數據庫提供規范統一的代碼數據和標準規范支撐，保證代碼數據源頭的唯一和基礎數據的規范有效，通過通用數據接口，為CAD/CAE/ PDM/ERP/CAPP/MES/QIS等產品研制管理系統提供規范、統一、共享的基礎數據。

3.2 設計制造資源庫建庫規范和數據字典編制

針對航空產品的研制管理模式和航空制造企業的信息特點，基于“健全標準、統一接口”的原則，開展設計制造資源庫的建庫規范研究，制定9類設計制造資源庫的建庫規范，編制數據庫定義所需的數據字典，為數據庫的創建提供標準支撐。

3.2.1 編制設計制造資源庫建庫規范

● 運用數據庫標準化的基本原則和方法，著重對設計制造資源庫的數據模型和建庫方法進行分析,以保證設計制造資源庫的建庫按標準化方向實施。

● 分析國內外相關的數據庫建模、建庫標準/規范和資料，借鑒行業內外各類基礎數據庫的開發和應用經驗，全面總結設計制造資源庫建設和實施過程中的數據的分類、編碼、分層和符號庫系統方案，以及建庫的技術方法和流程，為建庫規范的制定奠定基礎。

● 結合航空產品研制和管理特點及需求，編制設計制造資源庫建庫規范。

3.2.2 編制設計制造資源庫建庫數據字典

數據字典是成功高效開發數據庫系統的一個重要方面，是實現數據庫的安全性、完整性、一致性、可恢復性、有效性、可修改性以及可擴充性的重要手段之一，數字字典的編制是基礎數據庫設計和構建過程中的一個重要組成部分。

數據字典主要由數據項、數據結構、數據流、數據存儲、處理過程等5個部分組成。設計制造資源庫數據字典編制采用標準化、規范化的工作方法和流程，保證數據項定義的規范性及引用機制。

● 數據項的選定與規范化描述

根據設計制造資源庫涉及數據對象的不同類型，總結數據對象的屬性，確定建庫數據元素；根據數據元和數據字典編制相關標準規范，對數據項進行規范化定義與描述，每個數據項由數據項名、數據項含義說明、數據項別名、數據類型、長度、取值范圍、取值含義、與其它數據項的邏輯關系等8部分組成，其中數據項別名可以省略。

● 數據結構的規范化描述

從數據結構命名、含義說明、數據結構組成3部分對設計制造資源庫中的數據結構進行規范化描述。

● 數據流的規范化描述

數據流表示數據在系統內的來源和去向以及它的組成, 可從數據流命名、數據流說明、數據流來源、數據流去向、數據流組成、平均流量、高峰期流量等7部分對設計制造資源庫及應用過程中的數據流進行規范化描述。

● 數據存儲的規范化描述

從數據存儲命名、數據存儲說明、存儲編號、流入的數據流、流出的數據流、數據存儲組成、數據量、存取方式等8部分對設計制造資源庫及應用過程中的數據存儲進行規范化描述。

● 處理過程的規范化描述

在數據字典編制中, 需要對處理過程的功能進行說明，從處理過程命名、處理過程說明、輸入、輸出、處理功能等5部分對設計制造資源庫及應用過程中的處理過程進行規范化描述。

3.3 設計制造資源庫標準體系構建及相關標準編制

梳理9類設計制造資源庫建設所需的標準體系框架及細目表，編制相關標準，為基礎數據信息的收集、整理、規范、入庫提供標準支撐。

構建設計制造資源庫建設所需標準體系框架，指導設計制造資源庫的建設和實施中的標準編制工作。

梳理已有標準，分析已有標準的適用性，根據設計制造資源庫的實施進度和需求，編制急需標準，支撐設計制造資源庫的建設和實施。

信息分類與編碼標準是支撐設計制造資源庫建設和實施的基礎標準，應統籌規劃，統一編制，為設計制造資源庫的建設和實施提供規范的分類與統一的代碼數據支撐。

3.4 設計制造資源庫管理平臺的研發和部署

基于數據庫動態建立與維護的思想，研發9類設計制造資源庫的管理與控制軟件，實現對各數據庫內容的增、刪、改等具體操作，實現對各類信息對象的自定義描述，實現對數據的導入、導出和查詢、調用等基本功能。

其中信息代碼管理平臺是貫徹和應用信息分類與編碼標準體系及相關標準，借助信息技術，提供對設計制造所需基礎信息代碼進行網絡化的登記、賦碼、管理與統計分析等功能的高效IT管理平臺，是保證代碼申請的適時性、代碼賦予的唯一性、代碼發布的時效性的必不可少的軟件工具，為其他基礎數據庫和產品研制管理系統提供規范統一的代碼數據，其他基礎數據庫管理平臺和產品研制管理系統可根據賦碼需求調用代碼管理平臺的賦碼模塊進行適時編碼。

標準規范數據文件管理平臺為其他基礎數據庫和產品研制管理系統提供標準規范數據文件的查詢和下載功能，其他基礎數據庫管理平臺和產品研制管理系統可根據需求調用該平臺的標準錄入、上傳模塊上傳標準信息，查詢、下載模塊查詢、下載相關標準規范文件。

3.5 設計制造資源庫建設

收集各類基礎信息和知識，依據相關標準進行規范化整理和入庫，為數字化設計制造過程中的工程應用提供基礎數據，保證相關信息系統的實施和集成。設計制造資源庫建設過程如下。

3.5.1 數據收集

依據相關標準，編制各類基礎數據收集整理模版和填寫規范，明確數據收集的范圍及各類數據的填寫要求，提高數據收集的效率和質量，保證數據規范性，減少重復工作量。

3.5.2 數據規范化入庫

對各類收集到的數據進行規范化整理和有效性核實，包括編碼的一致性管理、命名的規范化管理、參數信息及格式的有效性控制，保證入庫信息的有效性、規范性和一致性。

3.5.3 補充和完善

設計制造資源庫的建設是一項長期、持續的工作，應在產品研制過程中形成高效的數據積累和發展機制，把新增的有效信息資源及時地補充到設計制造資源庫中，把更新的信息資源及時地保存到設計制造資源庫中。

3.6 設計制造資源庫通用接口開發

關于通用接口的開發和集成實現方法，目前有兩種比較實用可行的方法，即“預留二次開發接口、通過自身的二次開發提供符合其他系統要求的數據信息”和“生成中間格式，如可擴展標記語言（XML）格式數據文件供其他系統調用”的兩種集成方法，其中通過生成中間格式（XML）數據文件的集成方法是目前比較通用的數據集成方法。

基于“通用中間格式（XML）數據集成接口”方法，定義9類基礎數據庫的通用數據接口規范，開發基于XML技術的設計制造資源庫應用集成接口，建立與CAD/CAE/PDM/ERP/CAPP/MES/QIS等系統集成的中間格式（XML格式）數據接口，解決基礎數據資源在產品研制過程中的共享問題。

設計制造資源庫通用集成接口的設計與開發過程如圖3所示。

根據所編制的設計制造資源庫建庫規范和數據字典，定義通用集成接口規范。

根據所編制的通用集成接口定義規范，在設計制造資源庫管理平臺中開發通用的數據集成接口，根據該接口可根據給定的檢索條件快速生成所需數據的固定格式的XML數據文件。

相關產品研制管理系統可與該接口集成，可通過開發集成接口來讀取、解析、調用所需的基礎數據信息，滿足產品研制需求。

圖3 設計制造資源庫通用集成接口的設計與開發過程

3.7 設計制造資源庫集成、應用驗證

設計制造資源庫實施過程中，應選取航空產品數字化設計、制造的典型過程和典型系統進行工程應用驗證，根據實際應用中的問題及時協調，對數據庫進行補充和完善使其達到工程化應用的水平。

4 結束語

設計制造資源庫的建設和應用是企業信息化建設工作中的重要內容，在分析航空企業設計制造資源庫建設現狀和需求的基礎上，探討設計制造資源庫的標準化建庫方案，可為企業基礎數據庫的建設、數據中心的建設、基礎信息資源的規劃和共享應用提供有益參考。