0 引言
可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性(Reliabitity，Maintainability，Tindemnificatory，Stestahility，Safety，RMTSS)是產品固有的設計屬性，近年來已成為并行工程考慮的重點。隨著產品數字化設計的發展，為使RMTSS工作更好地對產品設計過程產生影響、發揮作用，迫切需要將RMTSS特性融入到產品設計數字化環境中。
起源于20世紀80年代的產品數據管理(Product Data Management，PDM)系統，已經成為構建數字化環境的重要支撐。目前，單項RMTSS數字化設計已經得到了很大發展，形成了較多的RMTSS計算機輔助設計(Computer Aided Design，CAD)商業化工具，但通常都游離于PDM系統之外，使得RMTSS工作不能取得理想效果，也無法有效地提升RMTSS的水平。現有PDM/CAD信息集成技術的研究較多，主要分為文件集成和接口集成兩大類。由于可避免文件集成帶來的數據冗余及數據缺乏實時性與一致性等問題，接口集成技術被廣泛采用。其中，對CAD與多個PDM系統的文件集成技術做了一些研究，而關于跨平臺的接口集成技術則未見報導。
對數字化環境下的RMTSS信息集成技術進行了研究，為RMTSS數據建模和工具集成奠定了基礎。由于RMTSS工作存在參數多、耦合多、業務流程復雜等特點，且當前不同企業PDM系統的差別較大，現有集成技術仍無法有效支持RMTSS大量元數據和文檔的細粒度集成，并存在集成工作量大、開發難度高、工具的可重用性差等問題，從而影響了性能與RMTSS綜合設計理念的實施。本文從性能與RMTSS綜合設計的角度出發，針對RMTSS數據和流程集成的需求，提出一種基于Web service的跨平臺接口集成技術，并基于現有企業工程實際使用的兩類主流PDM產品進行實施，驗證了技術的正確性與有效性。
1 需求分析
現代產品日趨復雜，為了提高產品質量、縮短產品開發周期、降低成本，以PDM平臺為支撐的數字化協同設計作為一種重要的設計模式，得到了廣泛應用。RMTSS是產品固有的設計屬性，為使其發揮最佳成效，應在設計過程中充分考慮RMTSS的特性與性能特性之間的內在聯系，通過性能與RMTSS綜合設計，確保RMTSS工具與性能工作的同步開展和綜合優化。為此，應在企業現有數字化環境中構建性能與RMTSS的綜合集成平臺，將RMTSS工具集成到數字化環境中，與其他性能工具形成有機運行的協調整體。性能與RMTSS綜合設計理念需在不同企業推行，以整體提升我國企業的RMTSS工程能力，但目前的集成技術不足以支撐復雜多樣的RMTSS-CAD工具與不同PDM平臺的集成，使得產品綜合設計理念難以推廣和實施。因此重點考慮以下三方面因素，改進集成技術，以支持綜合設計理念的實現。
(1)數據共享一致
數據共享一致是RMTSS工作集成的基礎，也是實現性能與RMTSS綜合設計的重要前提。當前面向RMTSS的綜合集成技術在數據共享一致方面已有一定基礎，如基于產品模型數據交換標準(STandard for the Exchange of Product model data，STEP)的PDM文件集成技術，以及基于模型驅動體系結構(Model Driven Architecture，MDA)技術的信息建模技術。針對RMTSS特有的數據結構特點，需要基于已有的RMTSS信息建模研究成果，構建RMTSS數據組織管理模型，以滿足RMTSS大量元數據和文檔交互的細粒度集成需求。
(2)協同任務分解
性能與RMTSS綜合設計的一個關鍵目的，就是要實現性能與RMTSS工作在數字化集成環境下的并行協同開展。因此，針對RMTSS業務流程協同需求大的特點，在PDM平臺數據共享與一致的前提下，對數據及任務進行合理的組織分解，以保證企業內的多個部門、不同設計分析人員并行開展產品設計工作。
(3)跨平臺
由于不同企業的PDM平臺種類不同，再加上RMTSS工作項目相關的RMTSS-CAD工具種類多，要實現RMTSS-CAD工具與不同PDM平臺的集成，提高工具的可重用性，必須解決集成接口的跨平臺集成問題。既要實現對不同PDM系統的訪問支持，也要滿足對不同類型工具的功能支持。
目前，基于PDM的企業應用集成中，廣泛采用分布式組件對象模型(Distributed Component Object Model，DCOM)、公共對象請求代理體系結構(Common Object Request Broker Architecture，CORBA)及Web service等作為中間件集成技術的實現方法，并取得了良好的效果。考慮到Web servlce具有平臺無關性、跨防火墻、松散耦合性等特點，避免了DCOM，CORBA等傳統技術跨防火墻的集成能力不足和系統維護修改困難等問題。為此，本文在兼顧集成技術先進性的基礎上，針對RMTSS特定的業務流程和數據模型特點，提出一種基于Web service的跨平臺接口集成技術，滿足了RMTSS-CAD工具與不同PDM系統的跨平臺集成需求，效益高，穩定性好，同時避免了數據的冗余和缺乏實時性與一致性問題。
2 綜合集成接口設計
2.1 集成接口架構設計
綜合考慮數據共享一致、協同任務分解以及跨平臺三方面的需求，給出了集成接口的總體架構，包括PDM數據處理層、RMTSS業務邏輯層及RMTSS應用接口層，如圖1所示。其中，PDM數據處理層用于訪問PDM服務器數據；RMTSS業務邏輯層則是跨平臺集成接口的核心，實現對綜合設計數據的組織管理；RMTSS應用接口層被工具直接引用，為RMTSS-CAD工具與PDM交互提供各種應用功能。基于接口的三層架構，在面向不同PDM集成時，重用RMTSS業務邏輯層與RMTSS應用接口層，僅需更改PDM數據處理層即可。從而保證了在數據共享一致、協同任務分解的前提下，實現RMTSS-CAD與不同PDM的跨平臺集成。
圖1 通用跨平臺集成接口總體架構
(1)PDM數據處理層
PDM數據處理層通過調用PDM底層接口，實現對PDM核心服務和數據的訪問，如綜合設計數據模型訪問、數據倉庫訪問，綜合設計流程控制以及狀態控制相關數據的訪問等。該層實現對PDM底層核心數據相關接口的二次封裝，并發布為Web service接口應用程序服務。該層接口隨著PDM系統的變化需做相應的更改。
(2)RMTSS業務邏輯層
RMTSS業務邏輯層用于對綜合數據的組織管理，是整個集成接口實現跨平臺集成的關鍵，如圖2所示。該層接口與不同PDM平臺及RMTSS-CAD工具無關，提供的數據模型是綜合設計數據的合集，可供不同工具使用，也可實現與多個PDM的映射，從而保證了該層接口的通用性以及數據的一致性。該層接口支持工具與PDM的細粒度集成。
圖2 RMTSS業務邏輯層數據組織管理模型
RMTSS業務邏輯層的數據組織管理模型以產品為核心，包括產品的公共屬性、多視圖信息、產品相關任務、RMTSS參數及各個工具的輸入、輸出參數配置等。
其中，產品作為數據組織管理的核心，關聯各類產品的公共屬性信息。同時，為滿足多領域設計分析的要求，將產品以樹形結構表示為三類視圖，包括功能視圖、結構視圖和區域視圖。此外，任務相關信息包括任務列表信息，與RMTSS設計分析相關的任務階段及所屬的任務剖面信息，在接口調用過程中，會根據任務要求對產品視圖進行拆分，從而滿足協同任務的分解需求。
RMTSS參數則可為設計分析過程中的數據交換提供支持，包括故障模式、可靠性參數、維修性參數、保障性參數、安全性參數和測試性參數。同時，針對不同的RMTSS-CAD工具的輸入輸出要求，為各個工具組織分配RMTSS參數，以滿足不同RMTSS-CAD工具的細粒度集成需求。
(3)RMTSS應用接口層
RMTSS應用接口層被RMTSS-CAD工具直接調用。根據RMTSS-CAD工具的使用過程，并考慮RMTSS業務邏輯層和PDM數據處理層的功能特點，將該層接口分解為人員權限驗證、產品數據構建、產品相關RMTSS參數支持以及RMTSS參數和相關報告的提交等相關功能。該層接口可全面支持各種類型工具與PDM服務器的數據交互，且不受RMTSS-CAD工具開發語言的限制，可供不同類型的工具調用。
2.2 集成接口調用過程
通過PDM數據處理層的面向不同PDM平臺的可變性和RMTSS業務邏輯層的可重用性，通用跨平臺集成接口，可實現RMTSS-CAD工具與不同PDM的跨平臺集成。集成接口在應用中的調用過程如圖3所示，主要包括登錄工具、產品構建、設計分析和提交數據四個階段。
圖3 通用跨平臺集成接口調用過程
(1)登錄工具階段設計分析人員輸入用戶名和密碼后，通過應用層調用Web service中的人員權限驗證接口（在后臺調用PDM底層數據接口），訪問PDM中的人員管理信息，進行人員權限驗證。驗證通過之后，由PDM數據處理層獲取與任務相關的產品、任務階段、任務剖面以及RMTSS參數信息，并保存為可擴展標記語言(eXtensible Markup Language，XML)格式的中間文件。
(2)產品構建階段通過應用層調用業務邏輯層接口，解析PDM數據處理層生成的XML中間文件，從中提取產品的XML對象。根據獲取的任務列表信息，將產品的XML對象拆分為設計分析所需的子產品XML對象，從而支持工具的產品數據構建，滿足協同任務的分解需求。
(3)設計分析階段結合分析的產品對象及相關的RMTSS參數要求，應用層通過調用業務邏輯層解析相關RMTSS參數的XML中間文件，提取各個分析工具所需的RMTSS參數信息，為設計分析過程中的數據交互提供支持。
(4)提交數據階段應用層再次通過調用業務邏輯層，將RMTSS分析結果轉化成業務邏輯屬性，并更新產品相關的RMTSS參數的XML對象，最后通過底層數據接口，將XML對象中的有效信息及相關報告提交到PDM系統中，從而完成接口的整個調用過程。
3 綜合集成接口實現
PDM系統的集成功能是通過底層接口調用PDM提供的應用程序接口(Application Programming Interface，APD)來實現系統與PDM的數據交互。以TeamCenter和ENOVIA LCA兩大主流PDM系統為例，逐層給出實現通用跨平臺集成接口組件集的實現過程。
(1)PDM數據處理層
通用跨平臺集成接口組件集的PDM數據處理層實現對PDM底層數據對象的訪問，是整個接口架構實現的關鍵。根據TeamCenter與ENOVIA LCA底層接口的開放程度及開發環境的限制，對平臺提供的底層接口進行不同程度的二次封裝，表1和表2為封裝后的部分函數接口說明。
表1 TeamCenter部分底層接口函數說明
表2 LCA部分底層接口函數說明
利用以上封裝后的接口，將PDM數據處理層對外提供的接口分解為任務信息、產品數據、指標參數及人員信息等功能，進一步將這些接口分別封裝成動態鏈接庫(Dynamic Link Lirary，DLL)和可執行程序。最后以Web service應用程序接口發布，供上層接口進行網絡調用。
(2)RMTSS業務邏輯層
RMTSS業務邏輯層具有通用性，對于不同PDM平臺和工具是一致的，也是整個跨平臺集成接口的核心。該層接口通過調用Web service獲取綜合數據，以產品為核心組織來管理產品、任務及產品相關的RMTSS數據信息。根據各工具的輸入、輸出要求配置產品對象及RMTSS指標，為工具設計過程中的數據交互提供支持。RMTSS業務邏輯接口層函數類視圖如圖4所示。
圖4 RMTSS業務邏輯層函數類視圖
(3)RMTSS應用接口層
RMTSS應用接口基于PDM數據處理層及RMTSS業務邏輯層，為工具提供人員權限驗證、任務列表獲取、產品數據構建、RMTSS數據分配及結果提交接口功能，通過被各種RMTSS-CAD工具直接調用，與PDM實現數據交互。
通過面向TeamCenter和ENOVIA LCA的集成接口實現可知，在面向不同的PDM集成時，由于PDM提供的API不一致，且開放性差別較大，需要結合PDM二次開發的特點合理地設計底層接口的實現方法。
4 案例分析
為驗證上面提出的綜合集成技術，分別以TeamCenter和ENOVIA LCA為例，構建綜合設計集成平臺，主要工作包括：
①基于TeamCenter和ENOVIA LCA擴展RMTSS數據元模型，將RMTSS的相關對象集成到PDM中，實現統一管理；
②基于通用跨平臺集成接口，集成RMTSS相關工具，如可靠性建模、可靠性預計、可靠性分配和FMEA等工具。
以某型號導彈的RMTSS設計分析為例，在集成平臺中進行項目、人員權限、產品構建及工作流程等的基礎配置工作。之后，由設計分析人員登錄RMTSS工具，從集成平臺獲取任務列表、產品樹及相關的RMTSS信息，開展設計分析工作。完成工作之后，將設計結果提交到PDM中進行查看，如圖5和圖6所示。
圖5 TeamCenter中查看可靠性預計結果信息
圖6 LCA中查看可靠性預計結果信息
5 結束語
本文從數據共享一致、協同任務分解以及跨平臺三個方面，綜合分析了當前集成技術的不足。提出了基于Web service的通用跨平臺集成接口組件集，改進了當前集成技術對不同工具和不同PDM系統之間數據交互的支持能力，實現了RMTSS-CAD工具與不同PDM系統的跨平臺集成，利用該集成技術，已將多個RMTSS工具集成到TeamCenter和ENOVIA LCA平臺，驗證了上述通用跨平臺集成接口組件集的可行性。
本文通過對跨平臺集成接口的研究得知，集成接口研究的重點及難點在于底層接口（PDM數據處理層）的實現。同時，隨著未來對產品的設計分析的逐步深入，設計相關的參數種類以及工具的數據訪問量會逐漸增多，因此，將來關于底層接口的健壯性設計以及數據的處理效率需要更深入的研究，從而滿足未來工具集成的新需求。
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本文標題：面向產品綜合設計的跨平臺集成技術
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