PDM系统关键模型与技术研究与开发外文翻译资料

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PDM系统关键模型与技术研究与开发

作者：唐洪涛、唐舜、龙李丽、李一兵

摘要：如今，采用产品数据管理（PDM）系统来支持产品开发和制造变得越来越重要。然而，现有的PDM系统面对一般的及其信息模型和对象不能用。本文介绍了PDM的几个关键模型的建模和模型对象系统显示PDM系统的本质。这篇文章创新地呈现了一种新的面向PDM系统的元数据模型，以及元数据集的属性详细描述PDM系统。特点，在产品结构管理模型中描述了统一描述，对象信息模型，物料清单实施（BOM）递归和遍历算法。基于工作流和生命周期管理的新模型，在图上，模型的对象和关系显示对象。提出了一种特殊和关系树基于角色的访问控制（RBAC）模型来满足企业数据安全要求和复杂人事组织要求。最后，根据那些造型和对象，IntePDM系统是专门为一般制造企业和铸造企业开发的。几个典型的软件界面说明了该系统的实用性。

关键词：元数据、产品结构管理、工作流程和生命周期管理、访问控制

正文：

1. 介绍

近10年来，制造业生产格局转变从批量生产到小批量，更多样化和定制。为了满足客户个性化需求的需求，制造企业应该发展新产品，然后缩短产品开发周期。但是，新产品开发过程将会产生一些问题需要解决。第一，各种电子数据制造业企业急剧增长。产品开发与制造经历了一系列的过程从市场研究，可行性分析，设计图纸、制造，销售和售后服务，将产生大量数据，如市场分析报告，设计信息，制图，零件加工，仿真测试结果，说明书等。第二，上述数据是由各种应用系统生成的，分散在各种工程师的计算机中。这形成了隔离岛屿的信息分享和交换数据和信息。

近年来，产品数据管理（PDM）技术已经从单一的文档管理，流程化过程产品开发管理到企业级产品数据管理。 采用PDM系统支持信息管理和新产品开发对企业更为重要。为企业的产品开发，流程管理和信息共享提供了一个协同的环境，从而提高了企业的竞争力。目前有很多全球商业PDM系统，包括属于EDS（SDRC）公司的PM，属于PM到IBM公司，属于西门子的Teamcenter，属于PTC的Windchill等[1，2]。但是PDM系统的详细建模方法和框架很少从软件开发的角度出发。 在PDM系统的学术研究方面，研究主要集中在PDM与企业资源规划（ERP）系统之间的集成[3,4]，计算机辅助设计（CAD）和PDM [5,6]之间的数据交换以及工作流程 近年来建模[7]。 然而，这些研究很少对核心模块，模块对象及其关系进行综合研究，这是具有良好基本框架的PDM系统的关键。为了全面展示PDM系统的本质，本研究提出了一种新的PDM面向系统的元数据模型，然后详细介绍了PDM系统的核心模块。 系统建模，对象，对象之间的关系和关键模型的实现分别解释了产品结构管理，工作流程和生命周期管理以及PDM系统中的权限管理模块。

1. 系统建模和模型对象

2.1、PDM面向系统的元数据模型

从计算机软件系统的角度来看，PDM是一种典型的管理信息系统，其发展往往遵循现有的软件开发模式。对于传统的“瀑布”发展模式，首先是系统分析师需要进行需求分析，以确定PDM系统的功能和结构，然后依次进行总体设计，详细设计和编码，最终的集成和测试以及终端用户的软件交付。当客户要求不确定时，通常采用“螺旋式”开发模式。系统分析人员确定了PDM的最基本的功能系统，然后进行原型设计。如果客户在PDM系统的设计过程中改变其功能需求，系统分析人员将根据原型系统的变化进行重新系统分析和设计，逐步完善系统，直到可用。传统开发方法中客户需求的不断变化势必对PDM系统的开发和应用产生极大的影响。因此，PDM系统的开发与应用具有重要意义，即如何系统地分析PDM系统的需求特征，使开发人员重点关注客户的核心业务需求，而不是基本信息。

元数据和相关模型的出现[8,9]为我们解决了上述问题提供了借鉴。 目前在管理信息系统中通过使用元数据已经取得了一些成果，特别是数据查询和报表生成方面的技术相对成熟[10,11]。 元数据用于描述在不同环境中表示不同类型数据的数据模型。 当用于控制程序的操作而不是被处理时，同时可以通过改变值来改变程序的行为，数据被称为元数据。

从整体需求角度分析，PDM系统管理所有产品相关信息（包括零件信息，配置，文档，CAD文件，结构，许可信息等）和流程（包括流程定义和管理）的技术。 PDM系统通常包括项目管理，文档管理，产品结构和配置管理，工作流管理，权限管理和其他核心模块。对于任何类型的制造企业，PDM系统都包含各种与之相关的基本对象产品，工作流程，权限等。每个基本对象都有一些常见的基本属性，如产品和文档的创建时间，创建者，编辑者，修改日期时间，版本和访问权限等。这些基本对象和共同的基本属性贯穿整个PDM系统。对于系统开发人员，它们是指PDM的基本对象和常见的基本属性软件系统，对于最终用户来说，这意味着一些业务信息。考虑到上述所有情况，建立了面向PDM系统的基本对象和共同基本属性的元数据模型。详细地描述元数据集中每个元素的含义。图1显示了整个面向PDM系统的对象元数据模型。 它包含以下对象：用户，身份，部门，IdentityRelationship，DocumentFolder，Dcoument，DocumentPermission，DocumentFolderPermission; 产品，Product_Document，ProductStructure，ProductFolder，ProductPermission，ProductFolderPermission，Project，ProjectFolder，ProjectTask_Product，ProjectIdentity，ProjectTask，ProjectTask_Relationship，ProjectTask_Team，项目Task_Document，ProjectTaskPermission，WFM_process，WFM_process_activity，WFP process_path，WFM activity task，WFM activity notify，WFM_activity_assignment，Lifecycle，Lifecycle_state，Lifecycle_transition，Lifecycle_permission，WF_process，WF_process_activity，WF_process_path，WF_activity_task，WF_activity_assignment和WF_activity_notify。 我们可以看到每个对象都有MetaProperty的公共属性集。 这些基本对象及其关系支持PDM系统的核心功能模块，包括用户管理，项目管理，产品管理，权限管理和工作流管理，其中一些功能模块将在下一节分别进行详细的描述。

图1 整个PDM面向系统的对象元数据模型

表1显示了面向元数据集的属性PDM系统包含Major_ver，Minor_ver，Created_by_id，Created_on，Modified_on，Modified_by_id，Locked_by_id，Locked_on，Not_lockable，Current_state，Is_current，Is_released和Permission_id。这些常见属性包含在PDM系统的每个基本对象和其他业务对象中，例如任何数据，创建，修改，状态，特权等等的记录信息。以文档项目为例，Major_ver和Minor_ver表示文档的主要版本和次要版本。 Created_by_id表示文档的创建者，Created_on表示创建时间，Modified_by_id表示上次修改文档的员工，Modified_on表示文档的最后修改时间，Locked_by_id表示锁定文档的员工，Modified_on表示文档的锁定时间， Is_released表示文档是否被释放，Is_current表示文档是否可用，状态表示文档的工作流状态，权限ID表示文档的权限值。

表1由PDM系统导向的元数据集属性

2.2产品结构管理模式

PDM系统中的产品结构管理管理产品和零件之间的组装，借用，互换和版本关系。 产品和零件相关的电子文件按照产品结构有序组织，形成产品信息的主要模式。 产品结构管理的核心是物料清单（BOM）管理。 BOM表示在产品形成过程描述过程中出现的对象实体。 这些对象实体是所有产品相关活动的基础，如产品设计，流程，生产，成本，维护等。随着客户对个性化水平的需求逐渐提高，大规模定制技术逐渐应用[12-14]。为了提高部件的互换性，降低生产成本，继承过去产品的设计知识，企业通常使用标准件，大量重用现有零件。这些将导致在大量部件之间相互借用，这导致BOM数据变成图1所示的网络结构。 2a。在图如图2a所示，上部产品是下部部件的母体，部件之间的数量表示组件编号。我们可以看到一个复杂的BOM结构网络不利于阅读，沟通和存储。为了使产品结构关系合理化，我们必须对产品的BOM结构进行标准化设计，也就是说，将复杂的网络结构转化为图2b所示的“多子”单亲树。总结上述分析，可以看出，BOM具有以下特点：

1. BOM具有明显的层次结构。 BOM级别结构表现为较高级别是下一级的父级。 为了描述BOM结构，部件的级别和部件之间的关系必须清楚。
2. 物料清单中部件之间的关系很多。 BOM中的零件或子零件也可以在多个部件中使用，零件可以由多个部件或子零件组成。多个孩子或多个父母之间存在大量单身人士与部分之间的单亲关系。
3. BOM的动态特性。由于产品结构随客户要求而变化，BOM也将动态变化，从而增加BOM的复杂性。
4. BOM数据的复杂性。与产品和零件相关的数据还包括各种数据类型，如基本信息，图形文档，技术文档等。

图2产品BOM的网络和结构

为了准确定义和规范BOM的结构，我们需要建立BOM的一般数学表达式，为后来的BOM对象模型和实现算法提供统一的BOM描述。本文建立了BOM的数学描述，描述如下：

定义1 零件集合P = {p1，p2，p3，...，pn}。零件集合是指产品BOM中所有零件，child_parts的集合。 对于图1和2中描述的BOM。 P = {A，B，C，D，E，F}

定义2 部分隶属O（c）=（C，Cf，n，r，f，...）。在收集部分隶属关系时，C表示“子部分”，Cf表示“父部分”，n表示组合数 ，r代表归属通常包括：直接的孩子和借款的孩子。 对于图2所示的BOM结构，我们可以得到O（c）=（B，P，1,0，...）。 另外，f表示表示从属于P的B的相关技术信息。

定义3 部件属性集合A = {A1，A2，...，An}零件属性集合（c）表示零件对象的所有种类的信息。通常部件属性包括设计属性，工艺特性和制造特性等。

一般来说，BOM对象的组成基本上都是包括：

1. BOM的基本信息：BOM中的产品型号，BOM版本和BOM类型。
2. BOM中父部分的信息：用于记录BOM中父部分的ID和版本号。
3. BOM中的子零件信息：用于记录BOM中的子零件的ID和版本号。
4. BOM的文档信息：它在广泛的范围内，包括与此BOM相关的所有技术信息，如文本文档，图形，文档，视频和音频文件以及XML文档等。

根据上述BOM特征和对象信息的描述，本研究中产品结构管理的对象及其关系如图3所示。

图3 物品及其在产品结构管理中的关系

BOM对象模型可以总结为两部分：零件与零件属性的关系。 部分关系是指部分与下属之间的关系。 部件属性是指材料，尺寸，重量和生产类型等部件的自然属性。其中，零件属性相对稳定，因此PDM系统中的BOM对象模型侧重于部件关系之间的关系 。 表2显示了反映本研究BOM对象模型中各部分之间关系的记录。

在反映部件的BOM关系的数据记录在表2中后，根据不同用户的需求，部件和数据将以不同的形式显示，以满足各种业务和用户的不同需求。在PDM系统中，产品结构关系的呈现必须广泛应用于BOM递归和遍历算法，充分体现了部件和BOM树结构的层次关系。 算法过程描述如下：

1、访问根节点，识别子节点代表根产品的BOM数据表中的父代码为空。然后，将其记录为结构树的根节点。

2、遍历向下找到一个以根节点作为父节点的子节点。

3、将步骤2中找到的节点作为父节点再次遍历，查找子节点。 然后，继续沿着子节点向下搜索，通过递归重复并返回最低级子节点的父节点来查找最低级别的节点。 然后，递归地搜索与最低级子节点的父节点相同级别的节点，直到返回到第二层节点。

4、找到另一个采用根产品节点的节点。

5、重复第3步。

6、节点的遍历完成，然后完成搜索。

对于图3所示的BOM树结构。根产品P的遍历顺序为P→A→D，E→B→A→D，E→F→C→E→F→D。

表2 产品P BOM结构记录

2.3 基于有向图的工作流和生命周期管理模型

工作流技术是一种在20世纪90年代初开始形成国际化的新技术。工作流程包括一组活动，它们之间的顺序关系，过程和活动的开始和结束条件以及每个活动的描述。通过将业务活动分解为明确的任务，角色，规则和流程，完成实施和监控，以提高生产

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