（机械工程专业论文）基于产品数据管理（pdm）的cadcappcam并行集成技术研究.pdf

哈尔滨理t 大学t 程碗卜学位论文 基于产品数据管理( p d m ) 的c a d c a p p c a m 并行集成技术研究 摘要 c a d 、c a p p 、c a m 系统经过多年的发展和在企业中的成功应用，分别在 产品设计自动化、工艺过程自动化和数控编程自动化方面发挥了很大的作 用，成为企业信息管理的重要组成部分。但这些系统各自独立，不能实现系 统之间的自动转换和共享。只有寻求一种高效安全地管理或控制相关数据和 过程的技术，才能较好的提高企业的运作效率、生产效益及企业的市场竞争 力。产品数据管理( p d m ) 技术正是在这种情况下产生与发展的。p d m 技术 对于提高产品全生命周期的异构数据管理效率、提高产品质量、完善售后服 务、降低成本、提高企业竞争力等能发挥重要作用。 本论文以p d m 技术为平台，对c a d c a p p c a m 的集成模式和集成过程以 及并行工程展开研究。 夺通过对p d m 与c a d c a p p c a m 的集成分析，探讨了p d m 与c a d 、 c a p p 、c a m 的集成模式，提出了p d m 与c a d 、c a p p ，c a m 的集成方案。 夺通过讨论s t e p 数据模型之日j 的映射技术，阐述了s t e p 模式间映射 的意义，并用e x p r e s s x 进行s t e p 模式映射，实现不同c a d 、c a p p 、c a m 与 p d m 系统的集成。 夺运用并行工程的思想，利用面向对象技术，根据本文提出的集成模 式和映射方案，详细设计出基于产品数据管理( p d m ) 的c a d c a p p c a m 集成 系统。 通过以上研究，形成了基于p d m 的一整套c a d c a p p c a m 并行集成技 术，为c a d c a p p c a m 并行集成技术的发展提供了一些新思路和实现技术。 关键词产品数据管理；c a d c a p p c a m ：并行工程；集成技术 哈尔演理t 大学t 程硕卜学位论文 r e s e a r c ho fc o n c u r r e n ti n t e g r a t i o nt e c h n i q u e sf o r c a d c a p p c a mb a s e do np d m a b s t r a c t a f t e rm a n yy e a r s d e v e l o p m e n ta n ds u c c e s s f u la p p l i c a t i o ni ne n t e r p r i s e s ，t h e s y s t e m so fc a d ，c a p p , a n dc a m h a v er e s p e c t i v e l yp l a y e da s i g n i f i c a n tr o l ei n t h ef i e l d ss u c ha sa u t o m a t i cp r o d u c td e s i g n ，a u t o m a t i ct e c h n i q u ep r o c e s sa n d a u t o m a t i cn u m e r i c a lc o n t r o lp r o g r a m m i n g t h e s es y s t e m sh a v eb e c o m et h e i n s e p a r a b l ep a r t s i nt h ea r e ao fi n f o r m a t i o na d m i n i s t r a t i o ni na ne n t e r p r i s e h o w e v e r , e a c ho ft h e s es y s t e m si si n d e p e n d e n ta n dc a n n o tr e a l i z ea u t o m a t i c t r a n s m i s s i o na n ds h a r ei n f o r m a t i o nw i t he a c ho t h e r t h e r e f o r e ，o n l yt h r o u g h s e e k i n gt of i n dak i n do ft e c h n o l o g yt h a ti sc a p a b l eo fn o to n l ys a f e l yb u ta l s o e f f i c i e n t l ym a n a g i n go rc o n t r o l l i n gr e l e v a n td a t aa n dp r o c e s s ，c a nw eb e t t e ra l l e n t e r p r i s e so p e r a t i n ge f f i c i e n c y , p r o d u c t i v eb e n e f i t 嬲w e l la st h ec o m p e t i t i v e a b i l i t yi nm a r k e t t h et e c h n o l o g yo fp d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) i sj u s t b o r na n dd e v e l o p i n gu n d e rs u c hc i r c u m s t a n c e s p d mh a sp l a y e da l li m p o r t a n t r o l ei nt h ef i e l d ss u c ha si m p r o v i n gt h ea b i l i t yo fm a n a g i n gi s o m e r o u sd a t a d u r i n gt h ep r o d u c t sf u l ll i f e ，r a i s i n gt h es t a n d a r do fp r o d u c t ，p e r f e c t i n ga f t e r s e r v i c e ，l o w e r i n gt h ec o s to fp r o d u c ta n dh e l p i n ga ne n t e r p r i s eo b t a i n i n g c o m p e t i t i v ea d v a n t a g e thed i s s e r t a t i o ni sb a s e do nt h et e c h n o l o g yo fp d m ，m a i n l yd i s c u s s i n ga n d r e s e a r c h i n go nt h ei n t e g r a t i o nm o d e so fc a d c a p p c a m ，t h e i rc o n c u r r e n t e n g i n e e r i n ga n dt h e i rp u t t i n gi n t op r a c t i c e 夺a f t e r a n a l y z i n g t h e i n t e g r a t i n gp r o c e s s b e t w e e np d ma n d c a d c a p p c a m ，t h ea u t h o rp r o b e di n t ot h ei n t e g r a t i n gm o d e sb e t w e e np d m a n dc a d c a p p c a m ，p u tf o r w a r dt h e i n t e g r a t i n gp r o j e c t f o rp d ma n d c a d c a p p c a m 夺t h r o u g hd i s c u s s i n gt h er e f l e c t i n gt e c h n i q u ea m o n gt h es t e pd a t am o d e l s ， t h ea u t h o ri l l u s t r a t e dt h es i g n i f i c a n c eo ft h i sr e f l e c t i o n , a n dc o n d u c t e dr e f l e c t i o n i nt h em o d eo fs t e pb yv i r t u eo fe x p r e s s - x ，f u l f i l l e dt h ei n t e g r a t i o nb e t w e e n 1 1 哈笨滨理t 大学 稃硕卜学伊论文 p d ma n dc d 怒a p p 汜a m 夺t h r o u g ha p p l y i n gt h ei d e ao fc o n c u r r e n te n g i n e e r i n gi n t ot h i sr e s e a r c h , u t i l i z i n gt h et e c h n o l o g yo ff a c i n go b j e c t s ，a n da c c o r d i n gt ot h ei n t e g r a t i o nm o d e s a n dr e f l e c t i o np r o j e c t sm e n t i o n e da b o v e ，t h ea u t h o ri nd e t a i ld e s i g n e da p r o t o t y p e f o rp d ma n dd i ds o m er e s e a r c ho nt h ec r o xt e c h n i q u e s0 nt h ew a yo fp u t t i n gi t i n t op r a c t i c e t h r o u g ht h ea b o v er e s e a r c h i n g ，t h ea u t h o r p r e s e n t e daw h o l es e to f c o n c u r r e n ti n t e g r a t i o nt e e h n i q u e sf o rc a d c a p p c a mb a s e do np d m a n d p r o v i d e ds o m ef r e s hi d e a sa n dr e a l i z i n gt e c h n i q u e sf o rt h ed e v e l o p m e n to f c o n c u l t e n ti n t e g r a t i o nt e c h n i q u e so fc a d c a p p ，c a m k e y w o r d s p r o d u c t d a t a m a n a g e m e n t ；c a d c a p p c a m ；c o n c u r r e n t e n g i n e e r i n g ；i n t e g r a t i o nt e c h n i q u e s i i i 哈尔演理t 大学t 挥硕+ 学位论文 1 1 课题背景 第1 章绪论 计算机技术的高速发展以及与此密切相关的各种新管理方法的不断涌现， 使得企业运营的计算机化程度越来越高。 经过多年的发展和在企业中的成功应用，c a d 、c a p p 、c a m 系统分别在产 品设计自动化、工艺过程自动化和数控编程自动化方面发挥了很大的作用，成 为企业信息管理的重要组成部分。但这些系统各自独立，不能实现系统之间的 自动转换和共享。例如用c a d 系统进行产品设计的结果只能输出图样和技术文 档，不能直接为c a p p 系统所利用，需要由人工将这些图样和文档转化成c a p p 系统所需要的信息输入，通过人机交互输入给c a p p 系统。同样，在c a m 系统 进行计算机辅助数控编程时，需要由人工将c a d 或c a p p 系统输出的纸介质转 化成c a l 系统需要的输入文件和数据，输入到c a m 系统中。这些系统之间的人 工转换不仅影响工程设计的效率，而且容易产生错误，导致数据的不一致，给 企业的全局信息管理带来问题。 只有寻求一种高效安全地管理或控制相关数据和过程的技术，才能较好的 提高企业的运作效率、生产效益及企业的市场竞争力。产品数据管理技术正是 在这种情况下产生与发展的。 产品数据管理( p d m ，p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) 最早原型出现在八十年 代初期，但真正引起我国企业界与学术界重视则是在近几年内。它是计算机技 术高速发展及c a d c l m 集成应用范围不断扩大的产物。p d m 技术对于提高产品 全生命周期的异构数据管理效率、提高产品质量、完善售后服务、降低成本、 提高企业竞争力等能发挥重要作用。按照国际权威咨询公司c l m d a t a 的总裁e d m i l l e r 在g p d mt o d a y 一文中给出了p d m 的简单定义，p d m 是用来管理所有 与产品相关的信息与过程的技术“1 。p d m 中的产品相关信息包括零部件信息、 配置信息、文档c a d 文件、授权等；产品过程管理包括过程的定义与管理，其 中有授权和分布信息的管理。p d m 系统包含如下几个基本功能：产品对象库 与文档库的管理，工作流管理、产品配置管理、分类与查询、项目管理等 2 1 1 3 1 1 4 1 s op d m 作为工业组织的一种技术，得到了各工业发达国家的藿视。 关于制造系统中工程信息集成技术，自八十年代以来，人们将注意力集中 哈尔浣理丁大学t 稗硕卜肇妒论文 到了数据库环境的建立上，实现了数据驱动的制造系统功能。到目前为止， 制造系统中的工程信息集成技术的研究已有了较大的进展。虽然基于p d m 工程 信息集成技术的研究取得了一定的成果，但由于工程信息集成应用系统非常复 杂及计算机技术的高速发展，这种集成技术无论在其理论上还是在其实际应用 上还不成熟或完善。主要体现在：( 1 ) 需要进一步完善其项目管理功能：( 2 ) 虽然商用p d m 系统在概念级具有面向对象系统的一些基本特征，但其内核一般 是基于传统的关系数据库基础之上的，研究如何提高p d m 系统的面向对象性能 与数据模型具有实际意义；( 3 ) 工程信息集成系统涉及的工程应用系统仍然面 临着进一步优化其集成控制策略，简化集成方法的研究任务。( 4 ) 以产品对象 为中心的工程信息集成系统建模技术还有待于进一步研究与完善；( 5 ) s t e p 标 准正在完善之中，基于s t e p 思想的p d i dt 程信息集成系统面向对象数据库实 现方法也有待于进一步完善。 1 2p d m 技术 1 2 1p 蹦的概念 产品数据管理( p d m ) 是一门管理所有与产品相关的信息和所有与产品相关 的过程的技术。与产品相关的信息是指所有描述产品的各种信息，包括零部件 信息、结构配置、文件、c a d 档案、审批信息等；与产品相关的过程，即对这 些过程的定义和管理，包括信息的审批和发放过程、产品变更过程以及其它的 工作流程。 p d m 是为企业设计和生产构筑一个并行工作环境( 由供应、工程设计、制 造、采购、销售与市场、客户构成) 的关键使能技术。一个成熟的p d m 系统能 够使所有参与创建、交流以及维护产品设计意图的人员在整个产品生命周期中 自由共享和传递与产品相关的所有异构数据”“”，如图纸与数字化文档、c a d 文 件和产品结构等”1 。也可以这样说，p d m 是一个面向对象的电子资料室，它能 集成产品生命周期内的全部信息( 图、文、数等多媒体信息) ；它是一种管理软 件，它能提供数据、文件、文档的更改管理、版本管理、产品结构管理和工作 流程管理：它是在数据库基础上的一种软件技术，它是介于数据库和应用软件 问的一个软件开发平台，在这个平台上可以集成或封装c a d c a p p c a e 等多种 开发环境和工具；它能与制造资源管理和人、财、物管理系统集成，实现产品 生产过程的管理。 哈尔滨理t 大学t 程硕卜学伊论文 1 2 2p d m 的功能 p d m 系统为企业提供了一种宏观管理和控制所有与产品相关的信息的机 制和构架，主要包括以下功能”1 。 1 2 2 1 电子仓库它是p d m 中最基本、最核心的功能，它保存了管理数据的数 据( 元数据) 以及指向描述产品的相关信息的物理数据和文件的指针，它为用户 存取数据提供一种安全的控制机制，并允许用户透明地访问全企业的产品信 息，而不用考虑用户或数据的物理位置。 1 2 2 2 产品结构与配置管理以电子仓库为底层支持，以物料清单为其组织核 心，把定义最终产品的所有工程数据和文档联系起来，实现产品数据的组织、 控制和管理，并在一定目标或规则约束下向用户或应用系统提供产品结构的不 同视图和描述。 1 2 2 3 工作流或过程管理用来定义和控制数据操作的基本过程，它主要管理 当用户对数据进行操作时会发生什么，人与人之间的数据流向以及在一个项目 的生命周期内跟踪所有事务和数据的活动。它是支持工程更改必不可少的工 具。 1 2 2 4 查看和圈阅为计算机化审批过程提供支持。用户利用该功能可以察看 电子仓库中存储的数据内容( 特别是图象或图形数据) 。如果需要，用户还可以 利用图形覆盖技术对文件进行圈点和注释，这样做不会破坏原有文档或图纸内 容。 1 2 2 5 分类及检索功能对已有设计信息进行分类管理，以便最大程度地莺新 利用现有设计成果，为开发新产品服务。 1 2 2 6 项目管理项目管理是在产品开发( 项目实施) 过程中对其计划、组织、 人员、资金、设备等进行运行状态的监视，并且对计划的完成情况进行动态反 馈。项目管理是建立在工程流程管理基础之上。 1 2 2 7 工具与。集成件”为了使不同应用系统之r 日】能够共享信息以及对应用 系统所产生的数据进行统一管理，要求把外部应用系统“封装”和集成到p d m 系统中，并提供应用系统与数据库以及应用系统与应用系统之间的信息集成。 1 2 3p d m 在企业中的地位 1 2 3 1 p d m 是c a d c p p c 心的集成平台随着计算机技术的推广和应用，企 业自动化程度不断提高，国内许多企业已在产品设计、制造及管理方面使用了 哈尔滨理t 大学t 程硕十学付论文 c a d c a p p c a m 等技术。但在传统的企业中，这些系统各自独立、相互之间缺乏 信息的交流与共享。自七十年代起，人们就开始研究c a d c a p p c a i i 之问数据 和信息的自动化传递与转换问题。目前，p d m 系统足最好的c a d c a p p c a l l 集成 平台。它可以把与产品有关的信息统一管理起来，并将信息按不同的用途分门 别类地进行有条不紊的管理。不同的c a d c a p p c a m 系统都可以从p d m 中提取 各自所需要的信息，再把结果放回p d m 中，从而真正实现c a d c a p p c a m 集 成。 i 2 3 2 p i ) m 是产品信息传递的桥梁p d 是沟通产品设计工艺部部门和管理信 息系统及制造资源系统之间信息传递的桥梁，使信息管理系统m i s 和制造资源 规划m r p i i 从p d m 集成平台自动得到所需的产品信息，如材料清单b o m 等，而 无需再用人工重复输入。e r p 也可通过p d m 这一桥梁将有关信息自动传递或交 换给c a d c a p p c a i l 系统。 1 2 3 3i d m 是c i 船的集成框架随着c i m s 技术的不断深入，应用规模不断扩 大，企业的集成信息模型越来越复杂，对信息控制和维护的有效性、可靠性和 实时性要求越来越高，迫切需要寻求更高层次上的集成技术，提供高层信息集 成管理机制，提高c i m s 的运作效率。p d w 以如何管理好产品数据作为应用立足 点，在此基础上着手解决企业的功能集成、过程集成以及人与组织的集成，为 企业有效组织和管理整个企业的产品数据、企业经营过程提供有力的支持。 p d m 支持并行工程，不仅向m i s 系统和m r p i i 系统传递所需的产品信息，而且 m i s 系统、m r p i i 系统中与产品有关的信息也可由p d m 来统一管理和传递。因 此，p d m 在突出产品数据的管理基础上，正在逐步完善其作为制造业领域框架 的功能8 ”1 。 1 3 并行工程概述 并行工程是市场的竞争日趋激烈的产物。从七十年代末起，为了在激烈的 市场竞争中占有一席之地，必须不断、快速地推出新产品，许多企业纷纷借助 各种计算机辅助工具在企业内部实施c i m s ( c o m p u t e ri n t e r g r a t e d m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ) ，并取得了显著的经济效益。但是，人们发现，企业 中不同的部门引进新技术后，虽然提高了工作效益，但部门之间的信息却缺乏 有效的沟通，从而形成一个个所谓的“自动化孤岛”，企业的整体裁益并没有 达到人们所期望的程度。为此，许多学者对国内外企业进行调查和研究，结果 表明企业从新技术的应用中获取更大效益的关键足改进企业组织结构，改进产 - 4 一 哈尔滨理t 大学t 擢硕+ 学位论文 品开发过程明显可以提高效益“”1 。基于这一认识，八十年代末出现了并行工 程这一产品开发思想。并行工程作为一种产品开发哲理，它的核心内容是对产 品开发过程进行安排和重组，实现产品开发并行化，以便在产品设计的初期就 充分地考虑产品整个生命周期，达到快速地开发高质量、低成本、满足用户所 需的产品，并确保产品开发一次性成功“”。 并行工程是以过程集成为核心，它站在整个产品设计、制造过程的高度， 打破传统的组织结构带来的各部门之间分割封闭的观念，强调协同工作，以 c i m s 信息集成为基础，把先进的管理思想和自动化技术结合起来，采用多功能 产品开发团队，利用各种工具，实现产品开发过程的集成和并行，在产品设计 阶段就充分考虑到产品生命周期中的各种因素，包括：设计、分析、制造、装 配、检验、维护、可靠性，成本、质量等，确保产品设计的一次性成功，从而 大大缩短产品开发周期、降低成本，增强企业的竞争能力”。 并行工程作为一种产品开发哲理，它强调信息集成，强调功能上和过程上 集成，并在优化和重组产品开发过程的同时，实现多学科领域专家群体的协同 工作，因此并行工程对产品信息的定义、描述、管理和传递提出了更高的要 求。首先是对异构数据管理的要求，由于产品设计所涉及的知识构成越来越复 杂，不同领域借用的设计工具各异，从而产生多种异构数据；其次是对异地数 据管理和组织的要求，由于参与设计的成员来自不同的部门甚至不同的地域， 设计活动分散，因此，对信息的正确管理和组织变得相对复杂；第三是对过程 控制下协同工作的要求，并行工程强调产品开发过程中的多功能开发小组的协 同工作，在优化重组流程的基础上把产品信息和流程有机的结合起来，实现在 正确的时间以正确的方式把正确的信息、传递给正确的人“。 由上可知，成功的实施并行工程必须有能实现企业内各类应用的信息集 成、功能集成和过程集成的集成框架支持。所谓“集成框架”，是在异构、分 布式的计算机环境中能使企业内各类应用系统实现信息集成、功能集成和过程 集成的软件系统，目前广泛应用于支持并行工程的集成框架是产品数据管理 p d m 。 1 4 论文来源和主要研究内容 1 4 1 论文的来源 课题来源于黑龙江省自然科学基金资助项目。 一5 - 哈尔滨理 大学t 程碗卜学位论文 1 4 2 论文的主要研究内容 产品数据管理( p d m ) 在实现企业的信息集成、提高企业的管理水平及产品 开发效率等方面的意义是潜在而巨大的，我国许多大中型企业都已充分认识到 了这一点。但随着信息化进程的推进，越来越多的企业将意识到采用p d m 技术 来提高企业的管理水平和产品开发效率，p d m 技术在我国企业中有着非常广阔 的应用前景。但目前国内p d m 的应用还比较薄弱，在我国的应用仅仅是开始探 索，其应用的深度和广度都有待提高。 本论文建立了基于p d m 的信息模型，全面阐述了c a d c a p p c a m 与p d m 间 的集成模式与方法，并利用中性文件交换方式的接口技术基于s e t p 的文 件交换方式进行了c a d c a p p c a m 与p d m 间的集成，最后详细设计出基于p d m 的c a d c a p p c a m 集成模型。 1 5 论文结构 本论文分为六部分，各部分内容简述如下： 第1 部分：阐述本文研究的背景、来源，并行工程、p d m 的功能和论文 框架。 第2 部分：阐述面向对象的概念和特点，提出面向对象的建模方法。设计 基于p d m 的对象模型。 第3 部分：通过对p d m 与c a d c a p p c a m 的集成分析，探讨了p d m 与 c a d 、c a p p 、c a m 的集成模式。 第4 部分：通过讨论s t e p 数据模型之间的映射技术。阐述了s t e p 模式问 映射的意义，并用e x p r e s s x 进行s t e p 模式映射，实现不同c a d 、c a p p 、c a m 与p d m 系统的集成。 第5 部分：运用并行工程的思想，利用面向对象技术，根据本文提出的集 成模式和映射方案，详细设计出基于p d m 的c a d c a p p c 堋集成模型。 第6 部分：总结本研究的成果，并对进一步研究做出展望。 晴尔演理丁大学t 程硕卜学付论文 第2 章基于p d m 系统的信息建模 2 1 面向对象的建模方法 2 1 1 面向对象的概念 对象就是描述客观世界的实体。每个自然对象都有它自己的属性，自然对 象的属性值可因施加于该对象上的行为动作而变更。自然实体对象在计算机系 统中的内部表示被称为软件对象，简称对象。在面向对象的系统中，对象是外 部属性数据和这些属性数据上容许操作的抽象封装”“”。 2 1 2 面向对象的特点 在面向对象系统中，人们并不去描述单个对象，而是将注意力集中于具有 相同属性的一类对象，抽象出这样一类对象的共同的结构与行为。具有相同属 性和允许操作的一组对象的一般描述，称之为对象类。类中的每个对象都是该 类的对象实例。或者说，对象类给出同类的一组对象的定义。 系统运行时通过这种类定义中属性初始化可以生成该类的对象实例。一个 完全孤立的对象足没有用处的，系统运行时对象之间要有相互作用。对象之间 的相互作用是通过消息传送来进行的。一个消息是由发送对象向接受对象发出 的调用某个对象操作的请求消息，必要时还包括适当的参数传送消息。接受对 象收到请求消息后，就按请求消息中指定的操作和参数来执行。 对象间传送的消息一般由三部分组成，即接受对象名、调用操作名和必要 的参数。对象操作执行的结果输出，可能还要返回给发送对象。 对象类的第一个特点是它的继承性，对象类定义了具有相同结构和操作的 一组对象，继承是对象类实现可莺用性和可扩充性的重要特征。一个对象类可 以定义为另一个更一般的对象类的特殊情形，这个一般对象类足特殊对象类的 父类或超类，或者说，特殊对象类足这一一般对象类的子类。子类继承父类的 所有属性和操作，同时子类还可以定义它自己特有的属性和操作。如果子类只 有唯一一个父类，这是单一继承：如果子类有多个父类，则称为多霞继承，在 多重继承中，子类继承所有父类的属性与操作。 晴尔泞理t 大学t 稗硕十学竹论文 对象类的第二个特点是它的多态性。多态性足指用相同的接口形式表示不 同对象类中的不同实现的能力。类似于操作重载的概念，相同的对象操作在不 同对象中可以有不同的解释而产生不同的执行结果。可以认为这足多态性的一 种最简单的形式。 对象类的第三个特点是它的动态联编。在面向对象的语言中，联编是把一 个消息和一个对象相结合，在程序运行时，对象接受到消息，处理消息的方法 ( 过程) 常常存储在高层次的类中，通常要动态地找到方法的地址，然后把方法 和对象中的数据加以结合。联编可以在编辑和链接时进行，叫做静态联编或编 译时联编；也可以在运行时进行，叫做动态联编或运行时联编：一般面向对象 语占支持动态联编”。 2 1 3 面向对象建模方法 面向对象方法包括面向对象分析、面向对象设计以及面向对象编程。面向 对象分析包括静态结构分析与动态行为分析。静态结构描述对象、类以及类之 间的相互关系。它首先要确定对象和对象类，其次要确定对象类之日j 的关系， 对象类之间的关系主要有一般化与特殊关系、聚合关系以及关联关系等。一般 化与特殊化足面向对象分析的基本概念，在分析过程中，根据类的共性及个性 将类组织成不同层次。高层次的类表示共性，形成父类；低层次的类表达个 性，形成子类。子类通过继承机制来获取父类的属性和操作；聚合关系是对象 之间的组合构造关系，根据这种关系可以将对象组织成不同层次。高层次的对 象是容器对象，称为聚合对象，低层次的对象是内含对象，称为组成对象。聚 合对象通过组成对象的操作来实现自身的操作“”。 关联关系衷达了对象之间的引用关系和消息传递关系等，关联有其多重 性，包括一对一、一对多和多对多等”。动态行为描述了系统中对象的合法状 态序列。对象的动态行为通常用动态模型来表示，它包括两个方面的内容：一 是荤个对象自身的生命周期演化；二足整个对象系统中对象间的消息传递和协 同工作。对象生命周期演化主要包括三个组成部分：一是对象在生命周期中可 能的状态；二足对象发生状态转换时要执行的动作，动作的效果不仅依赖于对 象的操作，而且依赖于对象的状态；三是导致对象从一个状态到另一个状态转 换的事件，事件是控制状态转换的条件。这三个部分一起构成了对象生命周期 中的状态转换图，描述对象内部的动态行为。 对象的动态行为可以通过继承关系由子对象继承。子对象继承祖先的状态 哈尔滨理t 大学 程硕十学位论文 和转换。子对象状态图是父对象状态图的细化。在对象系统中，对象之间通过 消息传递来协同工作，对应于系统的每一项任务，都有一组对象上的一组消息 传递及动作来完成该任务。每个对象系统都要完成一组任务，而每个任务都有 一个事件序列与之对应”9 。因此，系统中对象协作的动态性质可以由一组 事件序列来描述。 面向对象设计包括系统设计与对象设计。系统设计是为实现需求目标而对 软件的系统结构进行的总体设计，包括系统层次结构设计、系统数据存储设 计、系统资源访问设计、网络与分布设计、并发性设计、对象互操作方式设计 等；对象设计是根据具体的实施策略，对分析模型进行扩充的过程。对象设计 包括静态结构设计，即人机界面的对象模型、资源访问和数据存取的对象模 型、网络访问支持的对象模型以及应用系统功能模型对应的对象模型，所有这 些对象模型的总体构成静态结构；动态行为模型设计，即根据设计时获得的静 态结构，设计者需要对动态行为分析模型进行相应的扩充，获得完整的动态行 为模型。然后，设计者必须按照设计策略将动态行为模型转换为对象模型中的 操作来实现。通过系统设计及对象设计就可以获得设计模型，这是进一步完成 系统实现的基础。 2 2 基于p d m 系统的对象模型 2 2 1 对象模型中类与类问层次关系 p d m 系统的对象模型类与类间的层次如图2 1 所示。图中不带圆角的方框 表示该类为抽象类，带圆角的方框表示该类为可实例化类。它包括系统管理类 和被管数据类，被管数据类又可分为通用数据类和通用业务类，通过通用业务 类对通用数据类进行管理。 图2 1 中，把所有产品数据的对象类划分成管理对象类和拥有对象类，管 理对象类主要概括了p d m 系统中系统管理功能所要求的类，包括设备类、属主 类和控制文件系统类，这一分技中的所有类的实例只能由具有。系统管理员” 权利的用户才能创建和访问。属主类又可具体化为用户工作空问类和共享工作 空间类。拥有对象类抽象了所有能够为用户所拥有的类，这一分枝中的所有类 的实例则可以由具有一般权利的用户来创建和访问。它可以划分成工作对象类 和工作目录类，工作对象类包括业务对象类和数据对象类。业务对象类是对企 业业务过程中用到的一些对象的抽象，这些业务对象是参与到企业业务过程中 哈尔滨理t 大学t 辉谛i 仁学懂论文 图2 - 1 对象模犁中类分级图 f i g 2 - 1i nt h eo b j e c tm o d e lar a t i n g sd i a g r a m 为业务人员所熟悉的数据对象，包括过程、任务、产品结梅、零部件、文档、 一l o - 哈尔滨理t 大学t 程硕卜学位论文 工程更改单、工程更改指令等。 通用数据对象类则概括了企业中出现的通用的产品数据对象，包括在线数 据和离线数据。在线数据指的是保存在计算机内的数据，它可表现为两种形 式：一种是文件系统，包括目录和文件，文件还可进一步分为二进制数据文件 和文本文件，二进制文件可以具体化为独立于操作系统的二进制文件和依赖于 操作系统的二进制文件1 ，文本文件可以分为可用通用文本编辑器编辑的文件 和可用特殊的应用软件编辑而不能用文本编辑器编辑的文件；另一种为聚合文 件，这种对象把文件系统中描述同一个客观事物的不同方面信息的文件打包形 成的一个数据集合对象，在处理时它们又需要当作一个对象来处理才能保证信 息的完整性。离线数据是指没有放在计算机中的数据，对离线数据的管理在企 业中也是必不可少的，因此，定义了两个类：纸文件类和介质文件类。纸文件 类负责对纸类文档的管理，它记录了文档存放的地点和一些管理属性。介质类 则实现存放在磁带、光盘上的归档数据的管理。 工作目录类可以具体化为用户工作目录和共享工作目录，这两个类的实例 和数据库的元类表共同构成逻辑的用户工作空间和共享工作空间，实现各种数 据类型的存储，并提供了数据对象版本管理、权限管理的实现机制”1 。 2 2 2 对象模型中类与类的关联 对象模型中类与类的关联如图2 2 所示。a ) 图为对象类之间抽象关联，该 抽象关联类足系统类树中的一个分枝，所有关联类都是该类的子类。b ) 图为工 作对象临时版本导出关系和数据拷贝关系。临时版本导出关系是线性关系，而 拷贝关系为一对零或多的关系。c ) 图为业务数据对象正式版本的导出关系。d ) 图为业务对象与数据对象之间的附属关系。这种关系可用一个简单的比方来形 容，业务对象比作一个卷宗，而数据对象类的实例比作卷宗中的具体文件，这 种关系把数据对象与业务对象联系起来，允许通过业务对象来管理数据对象， 这种关联也把文档管理与过程管理结合起来。e ) 图为控制文件系统与工作目录 之间的依赖关系，即只允许在控制的文件系统下建立用户工作目录和共享工作 目录。f ) 图为零部件类与文档之间的描述关系。这种关系建立了产品结构构件 与描述它的文档之间建立起联系，实现了以产品结构为骨架的文档管理机制。 g ) 图为文件目录与文件、子目录之f b j 的聚合关系。h ) 图为工作目录与在线数据 之日】的聚合关系。i ) 图为聚合文件类与文件类之间的聚合关系。 哈尔滨理t 夫学t 程碗卜学位论文 e ) 图2 - 2 对象模犁中类与类之问的笑联图 f i g 2 - 2i nt h eo b j e c tm o d e lo o n n e c t i o nd i a g r a mb e t w o c nt y p ea n dt y p e - l2 哈尔演理丁大学t 程碗卜学位论文 2 3 本章小结 本文对面向对象的概念和特点作了阐述，提出了面向对象的建模方法。面 向对象方法包括面向对象分析、面向对象设计以及面向对象编程。设计了基于 p d m 的对象模型：对象模型中类与类日】层次关系模型和关联模型。 哈尔滨理t 大学t 程鲕十学位论文 第3 章基于p d m 系统的并行集成模式研究 并行工程的核心内容包括四个方面：第一是产品开发过程重组，把传统的 串行产品开发过程转变成集成的、并行的产品开发过成；第二是产品开发过程 重构，即将传统的部门制或专业组变成以产品开发为中心的多功能集成产品开 发团队；第三是数字化产品定义和c a x d f x 工具的应用；第四是协同工作环 境，用于支持集成产品开发团队协同工作网络与多媒体通信环境等。利用 p d m 技术，广义产品数据的分布式管理，为用户的查询与共享提供了极大的 方便，其次，可以在计算机环境中组织集成产品歼发团队，规定其任务和权 限，另外，能够方便的实现对应用工具的封装，并能进一步实现接口集成与紧 密集成：最后，可以提供过程的管理与监控，为并行工程中的协同工作与过程 集成提供必要的支持。 3 1p d m 与c a d c a p p c a m 的集成分析 随着c a x 技术在企业的推广和利用，产品信息分别存放于c a d 、c a p p 、 c a m 等系统中，由于各部门所采用的应用软件、操作系统及硬件平台不同，产 生大量的分布式异构数据。同时企业中对这些数据缺乏有效的管理和控制机 制，造成数据十分混乱，如何使数据共享、数据交换通畅是3 c 集成中急待解 决的问题。作为3 c 的集成平台，p d m 不仅为c a d 、c a p p 、c a m 系统提共数据管 理和协同工作的环境，同时还要为c a d 、c a p p 、c a m 系统的集成运行提供支 持。 作为数据管理的仓库( 电子资料室) ，p d m 系统中建立了企业基本信息库 和产品基本信息库，存储了大量产品生命周期内的全部信息，包括产品对象 库、文挡对象库、零部件库，设备资源库、典型工艺库、工艺规则库、原材料 库等。c a d 与p d m 间的信息流如图3 一i 所示。 p d m 系统管理来自c a d 系统的产品设计信息，包括图形文件和属性信息。 这些图形文件既可以是零部件的三维模型，也可以是二维工程视图，如产品的 二维设计图样、三维模型( 零件模型和装配模型) 、产品数据版本及状态等； 属性信息指零部件及装配关系、产品明细、使用材料等。c a d 系统也需要从 p d m 系统的相关数据库中获取包括设计任务书、技术参数、原有零部件资料以 及更改要求等产品设计方面的信息“。 哈尔淳理丁夫学t 程硕卜学位论文 图3 - 1c a d c a p p c a m 与p d m 间的信息流 f i g 3 。li n f o r m a t i o nf l o w m t w e e np d m a n dc a d c a p p c a m 由于p d m 系统中已建立了企业的基本信息库，如材料库、刀具库、典型工 艺库、工艺规则库等与产品有关的基本数据。因此在p d m 环境下c a p p 系统无 需直接从c a d 系统中获取产品的模型信息、原材料信息、设备资源等信息，而 是从p d m 系统相关库存文档中获取正确的模型信息和加工信息。根据零部件的 相似性，从标准工艺库存文档中获取相近的标准工艺，快速生成该零部件的工 艺文件，从而实现c a d 系统与c a p p 系统的集成。同样，c a p p 系统产生的工艺 信息，如工艺路线、工序、工装夹具要求，以及对设计的修改意见等，也要送 回给p d m 系统中的相关文件进行管理。c a p p 与p d m 间的信息流。1 如图3 1 所 示。 c a d 系统也通过p d m 系统从相关文档和数据库中及时准确地获得需要加工 产品及零部件的模型信息、加工工艺要求和相应的加工属性。c 删系统则将产 生的刀具轨迹和n c 代码存储于p d m 系统中。c a m 与p d m 阃的信息流如图3 1 所示。 由于p d m 系统的数据具有一致性，能确保c a d 、c a p p 和c a m 数据得到肓效 的管理，从而实现3 c 系统的集成。因此，p d m 系统是c a d c a p p c a m 集成的平 台。如图3 2 所示。 哈尔泞理t 大学工程碗卜学位论文 图3 - 2 集成化p d m 系统 p d m 系统与c a x 的接口，至少应该具有在p d m 系统中注册、加载阅览和 编辑c a x 文档的功能。 3 2p d m 与c a d 、c a p p 、c a m 的集成模式 基于以上对p d m 与c a d 、c a p p 、c a m 之间信息流的分析，以下讨论c a d 、 c a p p 、c a m 各自与p d m 之间的集成模式。 3 2 1 p d m 与c a d 的集成 c a d 系统的信息足产品信息的源头，其信息量大、类型多。因而，c a d 系 统与p d m 的集成是用户最关心，也是3 c 与p d m 集成中难度最大的环节。p d m 与 c a d 集成的关键在于保证两个系统数据变化的一致性，同步或异步一致。由于 c a d 系统中产生的数据既有二维模型，也有三维模型、零部件属性以及产品结 构关系等多种类型，不同的数据要求不同的集成模式。因此，c a d 系统与p d m 系统的集成包括三种模式，即封装，接口和紧密集成。 封装模式适用于p d m 系统与二维c a d 软件的集成，解决p d m 环境下对c a d 系统产生文档的管理问题。在集成设计中，系统管理人员需要定义c a d 文件的 属性。使用人员需要用手工方式在p d m 系统工程中建立维护产品结构树，才可 实现简单的集成。封装模式自动化程度较低，容易实现”“。 哈尔滨理t