1 引言

    隨著集成技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、CAD/CAE/CAM技術(shù)的發(fā)展，在制造業(yè)，從設(shè)計到加工已經(jīng)基本實現(xiàn)無紙化。但在裝配環(huán)節(jié)，很大程度上都依賴裝配人員本身的經(jīng)驗、技巧和感覺來進行復雜的操作，因此產(chǎn)品裝配的質(zhì)量、效率和一致性會因裝配人員之間的熟練程度、身體情況、精神狀態(tài)而出現(xiàn)較大的差異。在航天產(chǎn)品的制造中，航天產(chǎn)品的成敗不僅關(guān)系到產(chǎn)品型號本身，更影響到后續(xù)型號和企業(yè)的發(fā)展。總裝作為航天產(chǎn)品生產(chǎn)過程的最后一個環(huán)節(jié)，為保證航天產(chǎn)品的零缺陷，僅僅從車間規(guī)章制度、教育培訓、后勤保障等方面提高操作人員的質(zhì)量意識和素質(zhì)水平是遠遠不夠的，更重要的是要通過總裝工藝的精細化來科學規(guī)劃裝配序列、規(guī)范操作動作及定量裝配指標。

    當前航天產(chǎn)品總裝工藝的編制還普遍采用二維CAPP系統(tǒng)，為解決總裝工藝缺乏三維可視化過程、直觀性差、文字描述不清楚等問題，前期試用了上海交通大學開發(fā)的以產(chǎn)品數(shù)字樣機平臺(Digital Mockup Simulation Platform，DMSP)為基礎(chǔ)，面向航天型號產(chǎn)品總裝的數(shù)字化三維總裝工藝設(shè)計系統(tǒng)(Digital Assembly Process Design System，DAPDS)。但由于DAPDS在工藝信息編輯、流程審批等方面功能有限，同時與CAPP數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的差異性使系統(tǒng)不能有效利用CAPP系統(tǒng)的知識積累，因此DAPDS在實際使用上有一定的局限性。為實現(xiàn)DAPDS和CAPP系統(tǒng)的優(yōu)勢互補，本文主要研究在模型驅(qū)動體系結(jié)構(gòu)(MDA)下的基于XML(The eXtensible Markup Language，可擴展標識語言)的航天產(chǎn)品總裝工藝信息交互技術(shù)，實現(xiàn)了把CAPP的總裝工藝信息進行抽取、轉(zhuǎn)換成結(jié)構(gòu)標準、通用的信息，并無縫集成至DAPDS等信息化系統(tǒng)中，使總裝工藝信息能夠在不同系統(tǒng)環(huán)境實現(xiàn)高效交換和集成。

2 XML技術(shù)

    XML為W3C開發(fā)的一種采用文本標記描述數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化組織文檔方法，是標準通用標記語言SGML(Standard Generalized Markup Language)的一個子集，現(xiàn)己成為WWW定義和共享數(shù)據(jù)的一種通用標準。

    XML作為一種可以用來定義其它語言的語法系統(tǒng)，是標記和內(nèi)容的組合，被設(shè)計用無格式文本來描述數(shù)據(jù)信息，其焦點是數(shù)據(jù)的內(nèi)容。用戶可根據(jù)自身需求創(chuàng)建符合規(guī)范的個性化標記來描述文檔中的數(shù)據(jù)元素及其涵義，利用簡單的嵌套和引用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)元素之間的關(guān)系。

    XML現(xiàn)已成為最流行的數(shù)據(jù)交換格式之一，其優(yōu)勢主要有：

    a.可擴展性。用戶可自定義和使用具有意義的標記，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)層次清晰，適用于描述結(jié)構(gòu)化的信息，具有良好的可擴展性。

    b.數(shù)據(jù)獨立性。XML采用無格式文本流描述數(shù)據(jù)信息，而非專用的二進制文件，因此XML完全獨立于操作系統(tǒng)、軟件平臺、編程語言和傳輸協(xié)議。

    c.規(guī)范性。XML遵循嚴格的語法要求，采用文檔類型定義(DTD)或架構(gòu)(Schema)規(guī)定的關(guān)于標記符號的語法、語義規(guī)則約束XML文檔，準確地描述數(shù)據(jù)信息的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)和關(guān)系。

    d.自描述性。XML的自描述性使其非常適合用于異構(gòu)應用間的數(shù)據(jù)交換，而且這種交換不以預先規(guī)定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義為前提，具備很強的開放性、可移植性和互操作性。

    e.內(nèi)容與形式分離。XML的數(shù)據(jù)內(nèi)容和顯示數(shù)據(jù)的格式是分離的，不涉及文檔如何顯示，只表示文檔的結(jié)構(gòu)，可快速實施精確地查詢與模型抽取。

3 基于XML的航天產(chǎn)品總裝工藝數(shù)據(jù)交互框架

    數(shù)據(jù)交互是指在原有網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和信息化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過統(tǒng)一數(shù)據(jù)形式、結(jié)構(gòu)使異構(gòu)數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)（如：CAPP系統(tǒng)與DAPDS系統(tǒng)）能夠進行數(shù)據(jù)信息的共享。基于XML的數(shù)據(jù)交互將XML技術(shù)用于數(shù)據(jù)交互，克服了傳統(tǒng)EDI等數(shù)據(jù)交換技術(shù)的格式不靈活、可擴展性差、交互性差等缺點。

    基于XML的航天產(chǎn)品總裝工藝數(shù)據(jù)交互框架如圖1所示，底層是Intranet網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫環(huán)境，為異構(gòu)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息提供通訊與數(shù)據(jù)管理手段�；�于XML的總裝工藝數(shù)據(jù)模型接口為整個系統(tǒng)架構(gòu)的核心，是一套輕量級的數(shù)據(jù)整合解決方案，可以自動完成總裝工藝信息的抽取和轉(zhuǎn)化。根據(jù)總裝工藝數(shù)據(jù)模型，可生成和解析Intranet網(wǎng)絡(luò)上DAPDS等系統(tǒng)都兼容的總裝工藝實例文檔，實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)間總裝工藝信息交互的基礎(chǔ)。應用層是Intranet網(wǎng)絡(luò)上的各應用系統(tǒng)，通過加載總裝工藝實例文檔的解析數(shù)據(jù)，導入所需的航天產(chǎn)品總裝工藝信息，完成異構(gòu)數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。

    圖1 基于XML的總裝工藝數(shù)據(jù)交互框架

4 基于XML的航天產(chǎn)品總裝工藝信息描述

    為使航天產(chǎn)品總裝工藝信息具有高度的數(shù)據(jù)獨立性、規(guī)范性、數(shù)據(jù)兼容性和可擴展性，本文應用三層MDA元模型框架表達航天產(chǎn)品總裝工藝信息，如圖2所示。M2層定義了XML模式文檔的格式，為M1層提供定義模式的詞匯表；M1層定義了航天產(chǎn)品總裝工藝的平臺無關(guān)數(shù)據(jù)模型，規(guī)定了總裝工藝信息在異構(gòu)系統(tǒng)中交換的標準數(shù)據(jù)；M0層是符合M1層創(chuàng)建的航天產(chǎn)品總裝工藝數(shù)據(jù)模型的XML實例文件，該文件存儲了航天產(chǎn)品總裝工藝的具體數(shù)據(jù)。

    圖2 航天產(chǎn)品總裝工藝信息描述框架

    4.1 航天產(chǎn)品總裝工藝數(shù)據(jù)模型

    航天產(chǎn)品總裝工藝數(shù)據(jù)模型是描述航天產(chǎn)品總裝工藝信息的關(guān)鍵，總裝工藝數(shù)據(jù)包括產(chǎn)品型號信息、工藝文件信息、總裝工藝信息三類。產(chǎn)品型號信息主要包括產(chǎn)品類型、產(chǎn)品型號、階段和批次等信息；工藝文件信息包括工藝文件ID、文件編號、名稱、所屬零件圖號、工藝版本號、工藝狀態(tài)及審批流程等信息；總裝工藝信息是整個工藝數(shù)據(jù)模型的主體，包括裝配要求信息和工序信息兩大類。裝配要求信息主要是該工藝在產(chǎn)品裝配時對操作人員、場地溫濕度、廠房潔凈度、產(chǎn)品轉(zhuǎn)運、火工品裝配等需要特別注意的事項或裝配條件做了規(guī)定，以滿足某些產(chǎn)品裝配時的特殊要求；工序信息是指導操作人員裝配產(chǎn)品的依據(jù)，包括工序號、工序名稱、工序說明和工步信息。其中工步信息主要是在本工序中根據(jù)裝配操作對象的不同劃分，包括工步號、工步名稱、工步內(nèi)容、注意事項、檢驗點、所需的儀器設(shè)備和工藝裝備等信息。

    航天產(chǎn)品總裝工藝數(shù)據(jù)模型采用樹形結(jié)構(gòu)表示各數(shù)據(jù)節(jié)點的父子關(guān)系和并列關(guān)系，運用面向?qū)ο蟮哪�塊化思想將復雜的信息分解為相對獨立的數(shù)據(jù)節(jié)點，模型結(jié)構(gòu)見圖3。此方法能夠全面、清晰地描述航天產(chǎn)品總裝工藝所包含的各類信息，同時使數(shù)據(jù)模型具有良好的擴展性、繼承性和可讀性，可對數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)進行升級配置，具有一定的通用性和先進性。

    圖3 航天產(chǎn)品總裝工藝數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)

    4.2 基于XML的航天產(chǎn)品總裝工藝數(shù)據(jù)模型表達

    定義XML的模式包括DTD(Document Type Definition)和XML Schema。由于DTD自身的語法及文檔格式不同于XML，僅對屬性類型定義了幾種非常有限的數(shù)據(jù)類型，內(nèi)容模型固定且不可擴展，所以存在明顯的局限性。XML Schema是W3C推薦的XML標準模式，它在DTD的基礎(chǔ)上進行改進和擴充，將DTD重新使用XML語言規(guī)范來定義，以更高的精度描述XML數(shù)據(jù)，可以通過對元素及元素關(guān)系的定義來實現(xiàn)對整個文檔結(jié)構(gòu)和內(nèi)容的定義。因此，選用W3C XML Schema作為航天產(chǎn)品總裝工藝信息描述框架的M2層。

    根據(jù)XML語法規(guī)則，創(chuàng)建航天產(chǎn)品總裝工藝數(shù)據(jù)模型的XML模式文檔（見圖4），由數(shù)據(jù)模型根節(jié)點項展開，將其映射為元素(element)，其子項分別映射為相應的子元素或?qū)傩浴Ｔ诒磉_數(shù)據(jù)模型的各節(jié)點時，用name屬性描述元素名稱，用complexType或Type屬性描述元素類型，用maxOccur和mmOccur來限制元素的出現(xiàn)次數(shù)。

    圖4 航天產(chǎn)品總裝工藝數(shù)據(jù)模型

    XML模式文檔（局部）

5 航天產(chǎn)品總裝工藝數(shù)據(jù)模型接口的任務流程

    航天產(chǎn)品總裝工藝數(shù)據(jù)模型接口是解決異構(gòu)系統(tǒng)間信息交互障礙的關(guān)鍵，其主要功能是從源數(shù)據(jù)庫中抽取數(shù)據(jù)，輸出兼容的航天產(chǎn)品總裝工藝數(shù)據(jù)。接口的任務流程如圖5所示，主要分為：a.在連接源數(shù)據(jù)庫后，接到工藝信息交互請求，根據(jù)數(shù)據(jù)抽取SQL文件自動對源數(shù)據(jù)庫中總裝工藝的各項數(shù)據(jù)進行抽取，形成原始數(shù)據(jù)池；b.根據(jù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換條件RE文件，對抽取的原始數(shù)據(jù)進行清洗、拆分和集成，生成中間數(shù)據(jù)池；c.根據(jù)總裝工藝數(shù)據(jù)模型XSD文件，采用DOM技術(shù)將中間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標準的總裝工藝XML實例文件；d.在接收端獲取XML實例文件后，根據(jù)總裝工藝數(shù)據(jù)模型XSD文件對標準的總裝工藝XML實例文件進行驗證、解析；e.根據(jù)與輸出的目標數(shù)據(jù)庫對應的數(shù)據(jù)交換規(guī)則文件，將已解析的總裝工藝信息加載集成到目標系統(tǒng)中。

    圖5 航天產(chǎn)品總裝工藝數(shù)據(jù)模型接口的任務流程

6 應用實例

    在航天產(chǎn)品總裝工藝信息描述框架下，通過航天產(chǎn)品總裝工藝數(shù)據(jù)模型接口，給出CAPP與DAPDS兩個系統(tǒng)間某型號航天產(chǎn)品總裝工藝信息的交互實例。

    根據(jù)航天產(chǎn)品總裝工藝數(shù)據(jù)模型接口任務流程，首先根據(jù)航天產(chǎn)品總裝工藝數(shù)據(jù)模型，從CAPP源數(shù)據(jù)庫中生成某型號航天產(chǎn)品總裝工藝XML實例文檔，DAPDS載入該XML實例文檔，實現(xiàn)集成某型號航天產(chǎn)品總裝工藝信息，總裝工藝人員在總裝工藝信息的基礎(chǔ)上完成某型號產(chǎn)品總裝的三維模型配置、裝配仿真等任務，最后裝配人員通過數(shù)字化三維裝配工藝指導系統(tǒng)可以在工位學習和查看集二維工藝、三維模型、裝配仿真動畫等信息于一體的可視化總裝工藝。圖6為航天產(chǎn)品總裝工藝信息的XML實例文檔（限于篇幅，只截取局部文檔），圖7為通過XML實例文件集成至DAPDS的航天產(chǎn)品總裝工藝信息，圖8是與DAPDS中航天產(chǎn)品總裝工藝信息相關(guān)聯(lián)的三維裝配工藝指導實例。

    圖6 航天產(chǎn)品總裝工藝信息的XML實例文檔（局部）

    圖7 集成至DAPDS的總裝工藝信息

    圖8 數(shù)字化三維裝配工藝指導實例

7 結(jié)束語

    航天產(chǎn)品總裝工藝信息是航天產(chǎn)品生產(chǎn)的重要信息，在總裝過程中有多個信息系統(tǒng)需要用到該信息，而異構(gòu)系統(tǒng)間的信息交互障礙嚴重影響產(chǎn)品的總裝生產(chǎn)。為解決航天產(chǎn)品總裝工藝信息在異構(gòu)系統(tǒng)的共享和交互，本文構(gòu)建了符合MDA的航天產(chǎn)品總裝工藝信息表達架構(gòu)以及數(shù)據(jù)模型接口的任務流程，并通過CAPP與DAPDS的航天產(chǎn)品總裝工藝信息交互實例對提出的交互方案進行了驗證。結(jié)果表明，基于XML的航天產(chǎn)品總裝工藝信息框架及數(shù)據(jù)模型層次清晰、結(jié)構(gòu)合理，有良好的兼容性和擴展性，其數(shù)據(jù)接口能在異構(gòu)系統(tǒng)間快速、高效地實現(xiàn)裝配工藝信息交互與共享，有利于縮短航天產(chǎn)品總裝周期，提高裝配效率和裝配質(zhì)量，進而提升航天產(chǎn)品總裝生產(chǎn)能力。

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本文標題：基于XML的航天產(chǎn)品總裝工藝信息交互技術(shù)研究

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