航天制造業PDM分層集成規范研究及應用

晁曉娜 樊 玲 王 沁

?

航天制造業PDM分層集成規范研究及應用

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PDM深化全型號應用，構建以PDM為核心的分層集成接口規范框架，實現科研生產多應用系統間高效集成，減少信息重復交互。依據PDM數據管理基于版本控制的特點，將數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集成接口規范定義。基于該規范定義模型，實現與ERP、MES等科研系統的高效集成實施，完成院級集成管理標準的制定發布，并在企業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；集成接口規范

1 引言

PDM作為產品數據統一管理平臺，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PDM、ERP等系統應用，數據重復輸入、“信息孤島”產生，為保證數據來源準確性，提高獲取效率，PDM系統的集成工作尤為迫切。目前PDM的集成研究側重在集成數據的傳輸形式、集成技術的研究等方面[3～6]，對集成接口規范的研究卻很薄弱。

在設計制造過程中，與PDM集成交互的系統種類繁多，包括CAD、ERP、MES、仿真系統等，在集成傳輸數據的內容上會有交叉，如BOM結構傳遞、模型文件獲取等，在實際開發實施中，開發人員大多只針對不同集成系統的要求定制，造成開發工作重復性大，實施成本增加；缺乏頂層統一規劃，造成PDM端集成接口開發規范混亂；隨著集成工作的深入，數據交互類型及內容的增加，后期維護工作變得非常困難。所以定義統一集成接口規范，提高集成傳輸數據的標準性，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集成接口規范，并在型號生產中完成實踐應用。此集成接口規范的驗證應用，不僅規范了以PDM為核心的統一集成框架，而且減少了企業集成工作的實施成本。

2 C-O-V模式定義原則

2.1 PDM集成數據分類

從航天制造業PDM系統管理數據的不同維度區分，定義如下：

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

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

c. 按對象的產生形式可分為：外部系統文件，外部系統產生的，需納入PDM統一管理的數據，如ERP端產生的現場問題處理單等。PDM接收外部系統的數據，有兩種處理方式，一是存儲在PDM關聯的數據庫中，二是僅作為PDM對象的外部參考信息處理；系統自定義文件，根據不同的業務需求定義，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據在PDM中都需定位到特定系統版本對象，以獲取相關信息。所以在與外部系統集成時，接口數據的管理可歸納為：在指定的上下文環境下，以特定版本的對象所關聯信息（結構化數據、非結構化數據）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）、系統版本對象層（Object-layer）、視圖層（View-layer），其中上層級數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定義。該上下文根據集成存取方式的不同，可以由外部系統或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版本對象。

b. 版本對象層。系統版本對象依據上下文層決定，根據業務需求指定的版本定義，在PDM系統中對應到特定的系統版本對象，該系統版本依據PDM系統相應規則自行定義，主要用于表示系統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中由不同系統版本對象關聯的信息（分為結構化數據與非結構化數據）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、產品關聯的模型文件、產品關聯的描述文檔等信息進行組合，構成版本對象關聯的不同信息組織視圖，以完成PDM與外部系統集成數據的傳遞。

3 基于C-O-V的PDM集成接口規范

3.1 C-O-V模式數據結構

圖2 視圖層數據結構定義

視圖層作為版本對象關聯數據的頂層組織，是外部系統集成組合數據的結果層，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對象，如工藝文件、產品對象、工藝路線等。

c.Link表示產品關聯關系集，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的對象關系，主要包括產品與產品結構關系、產品與關聯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，與產品關聯關系綁定：

={12}（6）

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

3.2 集成接口規范實例定義

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')操作任選其一執行。PDM集成模塊返回結果關聯接口調用為：(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（如ERP等）集成時，首先明確各層的集成需求，進而實現各接口的定義。

以PDM為核心的C-O-V模式集成接口規范的制定，將PDM數據管理接口規范化封裝，確保接口的重復利用，無需針對不同的第三方應用系統單獨進行接口定制，將PDM對外接口統一封裝。分層集成接口的制定，同時確保后續接口的可擴展性，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集成接口規范應用

4.1 應用總體框架

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

圖4 C-O-V模式下PDM系統集成框架

該框架以PDM為規劃設計核心，基于C-O-V模式的集成接口規范的應用構架，描述與科研生產其他應用系統（ERP、MES、檔案管理系統等）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據庫管理系統、軟硬件的支撐環境等，提供數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，根據航天制造業數字化工藝業務管理的建設要求，提供相應的功能模塊；

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

4.2 應用系統建設實踐

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

a. PBOM結構及其屬性向ERP傳遞

型號調度通過該入口根據PDM系統基線、圖號條件查詢獲取ERP所需特定版本PBOM，PDM系統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，生成ERP系統所管理的工程BOM結構。

b. 工序路線向ERP/MES系統傳遞

車間調度通過該入口以PDM系統基線、圖號為條件獲取特定版本PBOM節點下最新狀態的工藝文件中，ERP/MES所需的“工序路線”，PDM系統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，生成ERP系統所管理的工序路線。

c. 工藝文件和設計數據向MES系統傳遞

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

4.3 管理標準的制定

基于C-O-V模式的分層集成接口規范定義原則，制定完成并發布上海航天技術研究院院標《Q/RJ/Z 126-2018 PDM與CAMP集成接口規范》（CAMP：上海航天技術研究院ERP系統統稱），規定了PDM平臺與ERP平臺間集成接口規范定義，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平臺間集成開發與實施，PDM平臺與其它系統集成接口可參照執行。

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集成數據訪問方式定義，根據航天制造業PDM建設業務對象的特點分離定義，對于集成的數據時機、集成對象的類型、集成關聯具體數據的問題，從業務需求角度，明確技術實現的定義，層次間相對獨立，易于擴充。

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

2 孫雪娟. 產品數據管理技術在企業中的實施及應用[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系統與PDM系統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合基金項目（U1537110）。

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

2018-09-06