1 概述

    隨著計算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以及Internet巨大的規(guī)模、豐富的信息資源使得企業(yè)與外界的聯(lián)系越來越緊密，企業(yè)界為了充分利用這些新技術(shù)和資源為企業(yè)服務(wù)，呈現(xiàn)出分布化、集團(tuán)化和專業(yè)化的趨勢，以及異地設(shè)計與制造、動態(tài)聯(lián)盟、虛擬企業(yè)等新的企業(yè)組織和合作方式，通過企業(yè)與企業(yè)在產(chǎn)品開發(fā)過程中的合作，可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，加強(qiáng)各個企業(yè)的核心競爭力，節(jié)省大量的低效率投資，提高整個企業(yè)聯(lián)盟的競爭力，快速占領(lǐng)市場，這種企業(yè)結(jié)盟已成為市場競爭中普遍采用和非常有效的手段。

    由多個分布企業(yè)協(xié)作完成復(fù)雜產(chǎn)品（如汽車、飛機(jī)等）開發(fā)已經(jīng)成為企業(yè)合作的重要特點(diǎn)，分布式企業(yè)協(xié)作產(chǎn)品開發(fā)除了管理模式需要深入研究外，還有一個重要問題是企業(yè)PDM之間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的標(biāo)準(zhǔn)問題。由于分布企業(yè)使用的PDM系統(tǒng)可能來自不同的軟件提供商，即使使用相同的PDM產(chǎn)品，各企業(yè)客戶化過程的不同，都會造成各個企業(yè)PDM系統(tǒng)在對產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息模型表示上存在差異，使得不同企業(yè)的pDM系統(tǒng)之間無法相互交換和共享設(shè)計的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。由于缺乏統(tǒng)一的PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)的支持，使得企業(yè)PDM之間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換問題一直難以得到有效的解決。

    作為一種高效、簡單且具有高度開放、兼容和跨平臺性能的數(shù)據(jù)存儲和交換標(biāo)準(zhǔn)，XML為分布式企業(yè)PDM集成框架提供了一種新的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換方式。首先，由于XML是一種結(jié)構(gòu)化并且支持對象的文檔表示方式，因此可以完整的表示產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換涉及的各種對象。其次，XML具有標(biāo)記可定義以及格式可約定的特點(diǎn)，很容易在不同企業(yè)PDM系統(tǒng)之間建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的具體內(nèi)容的約定。另外，XML文檔很容易被計算機(jī)處理，極大的簡化了對不同PDM系統(tǒng)的接口程序的開發(fā)工作。因此，使用XML文檔來表達(dá)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的具體內(nèi)容是一個極具前景而又現(xiàn)實(shí)的選擇。

2 PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)模型

    建立基于XML的異構(gòu)PDM系統(tǒng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息共享，首先要對分布式異構(gòu)PDM系統(tǒng)中產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換所要涉及的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和建模，從S863航空CIMS分布式產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實(shí)施的情況看，分布式PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換主要涉及3個層次的數(shù)據(jù)模型：

    ●零件具體的CAD模型及相關(guān)文檔(DOC)

    ●產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)模型(BOM)

    ●工程更改模型(EC)

    PDM中管理的文檔(DOC)是廣義的文檔，包括產(chǎn)品整個生命周期中與產(chǎn)品有關(guān)的所有產(chǎn)品數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品的三維幾何模型、二維工程圖紙、各種技術(shù)報告、電子報表、實(shí)驗(yàn)與分析數(shù)據(jù)、使用手冊、事務(wù)處理、工作指令、軟件開發(fā)文檔、各種工程應(yīng)用程序及數(shù)據(jù)文件等等。PDM系統(tǒng)使用統(tǒng)一的文檔元數(shù)據(jù)管理模型來實(shí)現(xiàn)在企業(yè)電子倉庫中對各種形式文檔進(jìn)行登記、存取、審批和發(fā)放(Release)。

    產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型(BOM)是產(chǎn)品數(shù)據(jù)的組織模型，它是一個樹形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如圖1所示：

    圖1中的ITEM節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)對象代表一個零件、一個裝配件或一個產(chǎn)品，ITEM的層次關(guān)系反映了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)情況，每個ITEM數(shù)據(jù)對象包括一個ITEM屬性數(shù)據(jù)對象，以及多個DOC數(shù)據(jù)對象和多個子ITEM數(shù)據(jù)對象（如果有的話），ITEM屬性數(shù)據(jù)對象是零件或裝配件的屬性說明。DOC數(shù)據(jù)對象是各種物理數(shù)據(jù)文件的元數(shù)據(jù)，它包括DOC屬性數(shù)據(jù)對象和相應(yīng)的與物理文件的連接，DOC屬性數(shù)據(jù)對象包括文件名稱、文件類型、文件版本以及文件的編輯工具等等，實(shí)際的物理文件單獨(dú)存在，圖中用虛線表示。

    圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型(BOM)

    工程變更EC(Engineering Change)是對產(chǎn)品數(shù)據(jù)在產(chǎn)品生命周期的各個階段中發(fā)生變化的記錄。工程變更體現(xiàn)為產(chǎn)品數(shù)據(jù)版本的變化，包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中構(gòu)件屬性的變更、引用文檔的變更以及構(gòu)件的結(jié)構(gòu)關(guān)系和版本關(guān)系的變更。PDM系統(tǒng)利用工程變更對象，一方面通過相應(yīng)的機(jī)制可以動態(tài)地跟蹤變更的過程，另一方面，將EC作為不同版本產(chǎn)品數(shù)據(jù)的屬性之一，記錄數(shù)據(jù)變更的原因、結(jié)果和變更過程的歷史數(shù)據(jù)，這為有效管理設(shè)計過程、追蹤設(shè)計過程中的責(zé)任提供了支持。

    綜合文檔模型、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模型和工程更改模型，利用UML建模工具，可以用對象關(guān)系圖來表示，如圖2所示。在產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型中通過一個“Item”的概念來表示所有產(chǎn)品零部件(Part)的信息。一個Item是一個企業(yè)中的任何事物，它具有唯一的一個標(biāo)記或標(biāo)號，用于標(biāo)識、跟蹤或信息化的目的。例如，在產(chǎn)品設(shè)計或制造事務(wù)中，為了設(shè)計、跟蹤、更改、定貨、制造和庫存的目的，可以對唯一的一些信息分配一個Item號。Item可以是部件、最終產(chǎn)品、零件或原材料等，Item的所有物理特性都在PartData對象中表示。每個Item可能有多個文檔與它相關(guān)聯(lián)，所有這些關(guān)聯(lián)文檔用DOC-Ref對象表示。當(dāng)Item是部件或產(chǎn)品時，它還可以具有多個子Item，用BOMcomponent對象來表示，BOM是Item和它們所需的數(shù)量的集合，通過BOM component對象就可以構(gòu)成一個完整的產(chǎn)品Item結(jié)構(gòu)樹。

    圖2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型對象關(guān)系圖

    Item有兩種狀態(tài)：受EC控制和不受EC控制。不受EC控制的Item能夠被處理，但是一旦Item置于EC控制下，它就成為受影響的Item并由PDM系統(tǒng)保護(hù)起來，這就使得在必須對Item或Item的任一組成部分工作時保持Item的穩(wěn)定性，或稱為Item的一個凍結(jié)版本。受EC影響的Item用ITEM-Af-fected對象表示。

    用戶通過版本管理可以維護(hù)一個文檔的多個不同的設(shè)計級別。當(dāng)用戶建立或登記一個新文檔時，用戶就建立一個主文檔，用DOC-Master表示，并且作為第一個修訂版次，用DOC-Iteration表示。用戶能夠有一個文檔的多個版次，從而可以跟蹤在設(shè)計階段建立的許多不同版本的文檔。

3 基于XML的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換表示技術(shù)

    在建立異構(gòu)PDM系統(tǒng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)模型后，需要采用文檔定義語言(Document Type Defirution，DTD)建立基于XML的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表示模型。首先，我們對分布式企業(yè)PDM之間的數(shù)據(jù)交換的具體形式進(jìn)行了分類：

    ●基于文檔的交換：這種數(shù)據(jù)交換只關(guān)注某個具體的物理文件，在接收企業(yè)PDM系統(tǒng)中需要手工操作來建立與相應(yīng)產(chǎn)品ITEM的引用關(guān)系。

    ●基于ITEM的交換：這種數(shù)據(jù)交換通常發(fā)生在設(shè)計階段的初期，任何接收企業(yè)PDM系統(tǒng)都可以對該ITEM進(jìn)行修改，不保證該IrIEM在各個企業(yè)PDM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)一致性。

    ●基于EC的交換：這種數(shù)據(jù)交換通常發(fā)生在設(shè)計數(shù)據(jù)審評發(fā)放后的設(shè)計更改，只有對該ITEM建立EC約束的企業(yè)PDM系統(tǒng)才有權(quán)對該ITEM進(jìn)行修改，其他企業(yè)PDM系統(tǒng)只能使用，不能修改，這樣保證了該ITEM在各個企業(yè)PDM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)一致性和完整性。

    以上三種數(shù)據(jù)交換形式由低層到高層可以構(gòu)成一個復(fù)雜的樹型數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，即一個EC交換，可以包括多個ITEM的交換，一個ITEM可以包括多個子ITEM以及多個文檔的交換。通過對以上三種數(shù)據(jù)交換內(nèi)容的分析，我們可以制定出相應(yīng)的使用XML來表示的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的數(shù)據(jù)表達(dá)模型。首先要按照產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的對象參考模型框架，確定交換的數(shù)據(jù)對象和內(nèi)容，按照一定的映射規(guī)則，用XML標(biāo)記直接與產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型對象和屬性相對應(yīng)，然后分別基于XML制定通用的文檔類型定義(DTD)，即定義XML文檔的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和使用的標(biāo)記，在此基礎(chǔ)上就可以構(gòu)造出符合規(guī)范的、包含具體產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換內(nèi)容的XML文件，它不依賴任何具體的PDM系統(tǒng)。PDM產(chǎn)品數(shù)據(jù)到XML相應(yīng)的映射規(guī)則如下：

    ●基于EC（或ITEM，文檔）交換對象集合映射為DTD中的工程更改夾（或ITEM夾，文檔夾）根元素；

    ●EC（或ITEM，文檔）交換對象集合的子對象映射為DTD中的子元素；

    ●EC（或ITEM，文檔）交換對象的屬性映射為DTD中的“元素(ELEMENT)”標(biāo)記內(nèi)容；

    ●EC（或ITEM，文檔）交換對象的編號(id)映射為DTD中的ID屬性；

    ●EC、ITEM、文檔對象之間的引用關(guān)系映射為DTD中的一個“元素”，該元素保存指向引用對象的編號id；

    ●高層交換中的低層交換對象映射為DTD中的“實(shí)體( ENTITY)”，即在EC交換中，ITEM對象映射為DTD中的實(shí)體；在ITEM交換中，文檔對象映射為DTD中的實(shí)體。

依據(jù)上述規(guī)則，圖3～5分別是基于上述三種數(shù)據(jù)交換內(nèi)容轉(zhuǎn)換的DTD范例：

    圖3～5只是產(chǎn)品協(xié)作開發(fā)過程中三種主要數(shù)據(jù)交換形式的DTD規(guī)范示例，提供了產(chǎn)品數(shù)據(jù)XML表達(dá)的一般方法，根據(jù)具體使用的PDM系統(tǒng)對產(chǎn)品數(shù)據(jù)內(nèi)容管理要求的不同，相應(yīng)XML的DTD文件會需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹匦露�義。

    圖3 文檔交換數(shù)據(jù)類型定義文件

    圖4 ITEM交換數(shù)據(jù)類型定義文件

    圖5 EC交換數(shù)據(jù)類型定義文件

4 基于XML的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換實(shí)現(xiàn)技術(shù)

    為了滿足分布PDM系統(tǒng)之間產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的需要，除了建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息XML描述外，還必須建立實(shí)現(xiàn)不同PDM系統(tǒng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)輸入和輸出的接口程序，以及基于統(tǒng)一集成平臺的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，如圖6所示。圖中的PDI/XML格式文件記錄了被交換數(shù)據(jù)對應(yīng)的管理信息，即產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息、零部件屬性信息（如名稱、標(biāo)號、類型、下屬零部件關(guān)系等）、零部件與物理文件的對應(yīng)關(guān)系、物理文件屬性信息（如文件名稱、類型、編輯工具、版本等）、以及工程更改信息（如更改標(biāo)號、有效性等）。圖中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)物理文件是廣義的文檔，包括產(chǎn)品整個生命周期中與產(chǎn)品有關(guān)的所有產(chǎn)品數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品的三維幾何模型、二維工程圖紙、各種技術(shù)報告等等。圖中輸入/輸出程序接口是針對不同PDM系統(tǒng)的與標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換文件的接口轉(zhuǎn)換程序，它負(fù)責(zé)將各異構(gòu)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可以交互的格式，即XML格式。由于采用標(biāo)準(zhǔn)的XML接口，一方面使得開發(fā)者不必再去為各種數(shù)據(jù)格式開發(fā)不同的應(yīng)用程序，只要統(tǒng)一的針對XML方式進(jìn)行開發(fā)即可；另一方面，在XML文檔處理上有許多的編程資源可以利用，如DOM和SAX等。這樣，基于XML數(shù)據(jù)交互的應(yīng)用程序開發(fā)就會變得非常簡單。

    圖6 分布PDM系統(tǒng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換

    圖7 基于工程更改的數(shù)據(jù)交換XML文件

    圖中集成框架的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)為分布PDM系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換提供數(shù)據(jù)傳輸與管理。通過制定標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)接口文件規(guī)范和開發(fā)相應(yīng)的分布PDM系統(tǒng)輸入、輸出接口程序，利用集成框架的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)功能，能夠?qū)崿F(xiàn)分布式PDM系統(tǒng)之間產(chǎn)品數(shù)據(jù)的交換與共享。

5 應(yīng)用實(shí)例

    基于XML的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)為航空工業(yè)廠、所之間不同PDM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換與共享提供了應(yīng)用基礎(chǔ)，解決了不同企業(yè)的PDM系統(tǒng)之間無法相互交換和共享設(shè)計數(shù)據(jù)的問題。通過應(yīng)用統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換DTD模型，與PDM系統(tǒng)輸入、輸出的XML文件綁定，實(shí)現(xiàn)了合作企業(yè)之間產(chǎn)品數(shù)據(jù)的共享。圖7是基于工程更改數(shù)據(jù)交換的一個實(shí)例。

6 結(jié)束語

    由于XML是開放的國際標(biāo)準(zhǔn)，不受某一公司的壟斷，而且有許多現(xiàn)成的工具可以使用，因此利用XML技術(shù)來實(shí)現(xiàn)異構(gòu)PDM系統(tǒng)之間產(chǎn)品信息的交換與共享，是一種簡單并行之有效的手段。本文對分布PDM系統(tǒng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換進(jìn)行了數(shù)據(jù)分析和建模，提供了相應(yīng)的XML表示方法和實(shí)現(xiàn)途徑。目前XML理論和技術(shù)還在不斷發(fā)展之中，雖然本文定義了簡單的XML產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換規(guī)范（DTD文檔），但要形成行業(yè)應(yīng)用的規(guī)范，還需要各個方面的努力。

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本文標(biāo)題：基于XML的異構(gòu)PDM系統(tǒng)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換技術(shù)

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