1 概述
隨著計算機技術和網絡技術的發展，以及Internet巨大的規模、豐富的信息資源使得企業與外界的聯系越來越緊密，企業界為了充分利用這些新技術和資源為企業服務，呈現出分布化、集團化和專業化的趨勢，以及異地設計與制造、動態聯盟、虛擬企業等新的企業組織和合作方式，通過企業與企業在產品開發過程中的合作，可以實現優勢互補，加強各個企業的核心競爭力，節省大量的低效率投資，提高整個企業聯盟的競爭力，快速占領市場，這種企業結盟已成為市場競爭中普遍采用和非常有效的手段。
由多個分布企業協作完成復雜產品（如汽車、飛機等）開發已經成為企業合作的重要特點，分布式企業協作產品開發除了管理模式需要深入研究外，還有一個重要問題是企業PDM之間的產品數據交換的標準問題。由于分布企業使用的PDM系統可能來自不同的軟件提供商，即使使用相同的PDM產品，各企業客戶化過程的不同，都會造成各個企業PDM系統在對產品數據信息模型表示上存在差異，使得不同企業的pDM系統之間無法相互交換和共享設計的產品數據。由于缺乏統一的PDM產品數據交換標準的支持，使得企業PDM之間的產品數據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據存儲和交換標準，XML為分布式企業PDM集成框架提供了一種新的產品數據交換方式。首先，由于XML是一種結構化并且支持對象的文檔表示方式，因此可以完整的表示產品數據交換涉及的各種對象。其次，XML具有標記可定義以及格式可約定的特點，很容易在不同企業PDM系統之間建立產品數據交換的具體內容的約定。另外，XML文檔很容易被計算機處理，極大的簡化了對不同PDM系統的接口程序的開發工作。因此，使用XML文檔來表達產品數據交換的具體內容是一個極具前景而又現實的選擇。
2 PDM產品數據交換的數據模型
建立基于XML的異構PDM系統產品數據信息共享，首先要對分布式異構PDM系統中產品數據交換所要涉及的數據進行分析和建模，從S863航空CIMS分布式產品數據管理系統實施的情況看，分布式PDM系統數據交換主要涉及3個層次的數據模型：
●零件具體的CAD模型及相關文檔(DOC)
●產品的結構模型(BOM)
●工程更改模型(EC)
PDM中管理的文檔(DOC)是廣義的文檔，包括產品整個生命周期中與產品有關的所有產品數據，如產品的三維幾何模型、二維工程圖紙、各種技術報告、電子報表、實驗與分析數據、使用手冊、事務處理、工作指令、軟件開發文檔、各種工程應用程序及數據文件等等。PDM系統使用統一的文檔元數據管理模型來實現在企業電子倉庫中對各種形式文檔進行登記、存取、審批和發放(Release)。
產品結構模型(BOM)是產品數據的組織模型，它是一個樹形的數據結構，如圖1所示：
圖1中的ITEM節點數據對象代表一個零件、一個裝配件或一個產品，ITEM的層次關系反映了產品的結構情況，每個ITEM數據對象包括一個ITEM屬性數據對象，以及多個DOC數據對象和多個子ITEM數據對象（如果有的話），ITEM屬性數據對象是零件或裝配件的屬性說明。DOC數據對象是各種物理數據文件的元數據，它包括DOC屬性數據對象和相應的與物理文件的連接，DOC屬性數據對象包括文件名稱、文件類型、文件版本以及文件的編輯工具等等，實際的物理文件單獨存在，圖中用虛線表示。
圖1 產品結構數據模型(BOM)
工程變更EC(Engineering Change)是對產品數據在產品生命周期的各個階段中發生變化的記錄。工程變更體現為產品數據版本的變化，包括產品結構中構件屬性的變更、引用文檔的變更以及構件的結構關系和版本關系的變更。PDM系統利用工程變更對象，一方面通過相應的機制可以動態地跟蹤變更的過程，另一方面，將EC作為不同版本產品數據的屬性之一，記錄數據變更的原因、結果和變更過程的歷史數據，這為有效管理設計過程、追蹤設計過程中的責任提供了支持。
綜合文檔模型、產品結構模型和工程更改模型，利用UML建模工具，可以用對象關系圖來表示，如圖2所示。在產品數據模型中通過一個“Item”的概念來表示所有產品零部件(Part)的信息。一個Item是一個企業中的任何事物，它具有唯一的一個標記或標號，用于標識、跟蹤或信息化的目的。例如，在產品設計或制造事務中，為了設計、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聯，所有這些關聯文檔用DOC-Ref對象表示。當Item是部件或產品時，它還可以具有多個子Item，用BOMcomponent對象來表示，BOM是Item和它們所需的數量的集合，通過BOM component對象就可以構成一個完整的產品Item結構樹。
圖2 產品數據模型對象關系圖
Item有兩種狀態：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系統保護起來，這就使得在必須對Item或Item的任一組成部分工作時保持Item的穩定性，或稱為Item的一個凍結版本。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一個文檔的多個不同的設計級別。當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，從而可以跟蹤在設計階段建立的許多不同版本的文檔。
3 基于XML的產品數據交換表示技術
在建立異構PDM系統產品數據交換數據模型后，需要采用文檔定義語言(Document Type Defirution，DTD)建立基于XML的產品數據表示模型。首先，我們對分布式企業PDM之間的數據交換的具體形式進行了分類：
●基于文檔的交換：這種數據交換只關注某個具體的物理文件，在接收企業PDM系統中需要手工操作來建立與相應產品ITEM的引用關系。
●基于ITEM的交換：這種數據交換通常發生在設計階段的初期，任何接收企業PDM系統都可以對該ITEM進行修改，不保證該IrIEM在各個企業PDM系統中的數據一致性。
●基于EC的交換：這種數據交換通常發生在設計數據審評發放后的設計更改，只有對該ITEM建立EC約束的企業PDM系統才有權對該ITEM進行修改，其他企業PDM系統只能使用，不能修改，這樣保證了該ITEM在各個企業PDM系統中的數據一致性和完整性。
以上三種數據交換形式由低層到高層可以構成一個復雜的樹型數據結構，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。通過對以上三種數據交換內容的分析，我們可以制定出相應的使用XML來表示的產品數據交換的數據表達模型。首先要按照產品數據交換的對象參考模型框架，確定交換的數據對象和內容，按照一定的映射規則，用XML標記直接與產品數據模型對象和屬性相對應，然后分別基于XML制定通用的文檔類型定義(DTD)，即定義XML文檔的數據結構和使用的標記，在此基礎上就可以構造出符合規范的、包含具體產品數據交換內容的XML文件，它不依賴任何具體的PDM系統。PDM產品數據到XML相應的映射規則如下：
●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)”標記內容；
●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“實體( ENTITY)”，即在EC交換中，ITEM對象映射為DTD中的實體；在ITEM交換中，文檔對象映射為DTD中的實體。
依據上述規則，圖3～5分別是基于上述三種數據交換內容轉換的DTD范例：
圖3～5只是產品協作開發過程中三種主要數據交換形式的DTD規范示例，提供了產品數據XML表達的一般方法，根據具體使用的PDM系統對產品數據內容管理要求的不同，相應XML的DTD文件會需要進行適當的重新定義。
圖3 文檔交換數據類型定義文件
圖4 ITEM交換數據類型定義文件
圖5 EC交換數據類型定義文件
4 基于XML的產品數據交換實現技術
為了滿足分布PDM系統之間產品數據交換的需要，除了建立統一標準的產品數據信息XML描述外，還必須建立實現不同PDM系統產品數據輸入和輸出的接口程序，以及基于統一集成平臺的數據傳輸服務，如圖6所示。圖中的PDI/XML格式文件記錄了被交換數據對應的管理信息，即產品結構信息、零部件屬性信息（如名稱、標號、類型、下屬零部件關系等）、零部件與物理文件的對應關系、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（如更改標號、有效性等）。圖中的產品數據物理文件是廣義的文檔，包括產品整個生命周期中與產品有關的所有產品數據，如產品的三維幾何模型、二維工程圖紙、各種技術報告等等。圖中輸入/輸出程序接口是針對不同PDM系統的與標準產品數據交換文件的接口轉換程序，它負責將各異構數據源的數據轉換成可以交互的格式，即XML格式。由于采用標準的XML接口，一方面使得開發者不必再去為各種數據格式開發不同的應用程序，只要統一的針對XML方式進行開發即可；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數據交互的應用程序開發就會變得非常簡單。
圖6 分布PDM系統產品數據交換
圖7 基于工程更改的數據交換XML文件
圖中集成框架的數據傳輸服務為分布PDM系統之間的數據交換提供數據傳輸與管理。通過制定標準的產品數據接口文件規范和開發相應的分布PDM系統輸入、輸出接口程序，利用集成框架的數據傳輸服務功能，能夠實現分布式PDM系統之間產品數據的交換與共享。
5 應用實例
基于XML的產品數據交換技術為航空工業廠、所之間不同PDM系統實現數據交換與共享提供了應用基礎，解決了不同企業的PDM系統之間無法相互交換和共享設計數據的問題。通過應用統一的產品數據交換DTD模型，與PDM系統輸入、輸出的XML文件綁定，實現了合作企業之間產品數據的共享。圖7是基于工程更改數據交換的一個實例。
6 結束語
由于XML是開放的國際標準，不受某一公司的壟斷，而且有許多現成的工具可以使用，因此利用XML技術來實現異構PDM系統之間產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系統產品數據交換進行了數據分析和建模，提供了相應的XML表示方法和實現途徑。目前XML理論和技術還在不斷發展之中，雖然本文定義了簡單的XML產品數據交換規范（DTD文檔），但要形成行業應用的規范，還需要各個方面的努力。
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