（机械设计及理论专业论文）基于ap239的产品配置管理研究.pdf

哈尔滨l 。拌人学硕+ 学佛论文 摘要 随着计算机技术在制造企业中广泛应用，产生了大量的数字化信息，而 这些数字信息尚缺乏有效的管理，造成信息资源的再利用和查找困难，为此， 产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，p d m ) 技术应运而生。p d m 是用来 管理所有与产品有关的信息( 包括零部件信息、配置信息、文档、c a d 文件、 授权信息等) 和所有与过程有关的信息的技术。产品结构与配置管理是p d m 系统的重要组成部分，横跨产品的全生命周期，主要负责产品数据的组织与 管理。本文重点阐述了基于s t e p 应用协议中的a p 2 3 9 部分( 即产品生命周期 支持协议p l c s ) 对产品数据管理中的产品结构与配置管理模块提出了数据交 换接口的解决和实现方法并生成了产品结构树并对其进行配置。 本论文探索应用协议a p 2 3 9 中的产品数据对象到关系数据库接口的实现 方法，采用标准数据访问接口( s d a i ) 实现从一个应用协议到大型的关系数据 库的数据转换，数据提取和操作，生成符合应用协议a p 2 3 9 的产品数据库。 数据转换是利用s t e pt o o l s 公司提供的r o s e 工具和r o s ec + + 库实现的。使 用数据库系统管理比文件系统管理有更多的优点，便于将来在互联网上实现 数据共享。 由于船舶设计中涉及的数据量非常大，数据问的关系结构复杂，对数据 的共享性要求较高，而数据库是解决该问题的最好办法。所以本文采用基于 通用数据库系统的数据管理方法，进行了基于关系型数据库的设计。 本课题研究的主要内容是用c a t i a 软件绘制出产品的三维模型，并生成 s t e p 中性文件，然后通过v c 十+ 软件从文件中取出与产品装配相关的数据存储 在大型的关系数据库中，再从数掘库中提取相关数据显示在界面上生成产品 结构树，最后再对产品结构树根据用户定义好的符合a p 2 3 9 的产品配置规则 和需求进行配置。 关键词：产品结构；障! 置管理；p o s e ；p d m 堕尘鏊! ：型叁堂亟堂笪堡奎 a b s t r a c t w i t ht h eb r o a da p p l i c a t i o n so fc o m p u t e ri nt h em a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y , l a r g e n u m b e r so fi n f o r m a t i o nl a c k e do fe f f e c t i v em a n a g e dh a sc o m eo u t t h o s eb r i n g t h ed i f f i c u l t so fr e u s i n ga n df i n d i n gi n f o r m a t i o n ，s op r o d u c td a d am a n a g e m e n t f p d m ) h a sc o m eo u t t h ep d m i st h et e c h n o l o g yt h a ti ti su s i n gm a n a g i n ga l lt h e i n t e r r e l a t e di n f o r m a t i o no fp r o d u c t ( i n c l u d i n gp a r t si n f o r m a t i o n , c o n f i g u r a t i o n i n f o r m a t i o n ，d o c u m e n t , c a df i l e s ，a u t h o r i z ei n f o r m a t i o na n ds oo n ) a n da l lt h e i n t e r r e l a t e di n f o r m a t i o no fp r o c e s s p r o d u c ts t r u c t u r ea n d c o n f i g u r a t i o n m a n a g e m e n ti st h em o s ti m p o r t a n c ei np d mt h r o u g ha l ll i f ec y c l eo fp r o d u c t ， t a k i n gc h a r g eo r g a n i z a t i o na n dm a n a g e m e n tp r o d u c td a t a t h i sp a p e rf o c u s e so n r e s e a r c ha b o u tt h ew a y sf o rt h ee x c h a n g ea n dr e a l i z eo fp r o d u c td a t aa n da b o u t b u i l d i n go fp r o d u c ts t r u c t u r et r e e a n dc o n f i g u r a t i o nf o rt h em o d e lo fp r o d u c t s t r u c t u r ea n dc o n f i g u r a t i o nm a n a g e m e n ti np r o d u c td a t am a n a g e m e n ts y s t e m b a s e ds h i i p b u i l d i n gs t e pa p p l i c a t i o np r o t o c o l sa p 2 3 9 ( a p p l i c a t i o np r o t o c o l 2 3 9 i e ，p r o d u c tl i f ec y c l es u p p o r t ) t h i sp a p e rc r e a t e dan e wt h o u g h tf o rt h ed a t ai n t e r f a c ei m p l e m e n t a t i o nf r o m p r o d u c td a t ao b j e c t so ft h ea p p l i c a t i o np r o t o c o l sa p 2 3 9t o al a r g er e l a t i o n d a t a b a s e h e r eit a k et h ea d v a n t a g eo fs d a i ，e x c h a n g ed a t af r o mo n ea p p l i c a t i o n p r o t o c o l ( a p ) t ol a r g er e l a t i o nd a t a b a s e , r e t r i e v ed a t a a n dc r e a t eap r o d u c t d a t a b a s ew h i c hc o n f o r mt oa p 2 3 9 t h ed a t ai n t e r f a c e w a si m p l e m e n t e du s i n g r o s et o o l sa n dr o s ec + + l i bp r o v i d e db ys t e pt o o l sc o m p a n y d a t a b a s e m a n a g e m e n ts y s t e mh a sm o s ta d v a n t a g e st h a nf i l em a n a g e m e n ts y s t e m d a t a b a s e c a nm e e tt h er e q u i r e m e n to f s h a f i n gp r o d u c td a t ao ni n t e m e ti nt h ef u t u r e b e c a u s et h ed a t a b a s ei st h ev e r yp o p u l a ra n db e s tw a yt om a n a g ec a d s y s t e m sd a t ai nc u n e n tt i m e i t c a j ls o l v es u c hq u e s t i o n sa sd a t al 。c d u n d a n c y , c o m p l e x ( h i t as i n l c t u r ea n dd a t as h ：1 pi nn a x 7 a la r c h i t e c t u r es oi n1 h i si h e s i s d a l a 7 a sm a n a f e db ) c o i t i l u o nd ； t a b a s ei 川n ：i 苎c n l c n ls y s t e i na n d1 1 ( i s n c li i 哈尔滨l 群人学硕+ 学付论文 c o n t e n to ft h er e s e a r c hw o r ki sr e a l i z e dt od r a wt h e p r o d u c tb vc a t i a s o f t w a r e ，t og e ts t e pf i l e ，t og e ti n t e r r e l a t e dd a t aa b o u tp r o d u c ta s s e m b l ya n dt o s t o r et h o s ed a t at op r o d u c td a t a b a s e a n dt ob u i ro fp r o d u c ts t r u c t u r et r e eu s e d v c + + s o f t w a r e t h e nc o n f i g u r a t i o nt h a tt r e eb a s e dp r o d u c tc o n f i g u r a t i o nr u l e s a c c o r d w i t ht h ea p 2 3 9d e f i n e db vu s e r sa n dr e q u i r e s k e y w o r d s ：p r o d u c ts t r u c t u r e ；c o n f i g u r a t i o nm a n a g e ；r o s e ；p d m 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导 下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文 献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已 注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ： 髫寥财 日期：加哕年月易e - t 哈尔滨i 。拌人学硕十学位论文 第1 章绪论 1 1 课题的研究背景及意义 1 1 1 课题的研究背景 制造业企业是工业化的基石，因此制造业企业的信息化建设已经成为中 国现代化进程中的重中之重。目前，在政府的宏观引导和企业自身实际需要 的双重作用之下，制造业信息化的需求和市场正在迅速膨胀，形成不可逆转 的趋势和潮流。而“产品设计”是企业实现社会化生产过程的重要环节，因 为企业所需要的整个数据主要部分在这里产生。它成为覆盖企业整个信息流 的“源头”。当前产品设计的显著特点是设计过程的各个阶段所采用的“手 段”和“方法”以及由此产生的“结果”( 如用于指导生产经营活动的产品 及相关对象的描述记录) 都是以各种各样的电子数据为载体的“信息”为基 础。这些“信息”又成为企业内部，也包括协调企业问各种功能进行通讯的 关键因素，但它们“来无影，去无踪”。信息的价值在于利用。因此确保由 c a d c a m c a p p c a e 等工程系统所描述的产品信息的可获取性、可重用性及可 处理性的能力就成为信息技术在产品设计和制造领域追求的主要目标，产品 数据管理( p d m ) 技术应运而生。 产品数据管理是以软件为基础的一种使能技术，它是帮助工程技术人员 或其他人员管理所有产品相关信息和所有与产品信息相关的丌发过程的工 具。它将数据库的管理能力、网络的通信能力和系统的控制能力相结合，提 供了产品全生命周期的信息集成化管理，并支持建立一个并行化运作的产牖 丌发协作环境。它可以将企业用于产品研发的c a d e d a c a e c a m 等软什统一 的集成起束，管理这些应用软件所卜成的产品数批，控制这些数的变化和 传递过程，并从c a d 软件所描述的产品结构中统计江：总出产品的符种物 ：l f 膏 心，返螳物料信息描述了产品制造完域状态的物料信息( 蔺称f t 1 m 1 j m ；可以将产品b o , i 传递给产晶研发部f i 所川l hr ：秽汁糸统f f f 【1 f 、) i ： 堕笙鎏! ：塑厶! ：亟堂垃迨塞 们描述出产品由原材料、外购件、外协件逐步制造为最终成品的物料变化过 程( 简称制造b o m ) ，然后组合为描述产品完整物料信息的b o m 提供给企业其 他信息化系统( 如e r p 等) 使用。这样不但为企业信息流打通了关键环节，也 可以使研发部门的工作科学化、有序化、自动化。同时p d m 系统中使用的很 多关键技术和所提供的基本功能在企业全面信息化中属于共性技术和共性功 能。并且，这些共性技术和功能完全可以为企业的其它业务部门所使用，帮 助企业全面实现业务流程的自动化。通过对这些共性技术和功能的进。一步应 用，就可以通过p d m 系统来为企业的完全信息化构筑出一个基础应用平台。 产品配置管理是p d m 系统中的一个很重要的组成部分。产品配置可以理 解为一个根据预定义的部件集和部件之间的相互约束关系，按照某种确定的 有效性规则，使产品属性与用户需求逐级匹配，通过零部件之间合理组合， 形成满足客户需求的产品设计过程。随着全球自由贸易体制的逐步建立，国 际问的经贸合作更加频繁，竞争只趋激烈。需求多样化个性化、产品生命周 期缩短、订货批量减小要求企业充分利用全球的制造资源，在尽可能短的时 间内，高效率低成本地为顾客提供个性化高质量产品。产品配罨用规模生产 的方式制造部件，并根据需求组合部件形成符合要求的产品，从而实现大规 模生产的效益和个性化生产的灵活的有机结合。但是在产品的整个生命周期 内如何对产品的结构化数据进行转换和对数据的共享能力进行管理是一个正 在探索的难题。而产品生命周期支持( p l c s ) 是工业和政府部门为加快发展能 确保产品和支持信息的转换标准的一个结合产物。这些支持信息是在维护复 杂产品时必需的。它是s t e p 标准中的应用协议中的一个部分。s t e p 标准是 i s o 正在开发和制定的国际标准，其f 式名称为产品数据表达与交换 ( p r o d u c td a t ar e p r e s e n t a t i o na n de x c h a n g e ) ，它提供了一种独立于任何 具体计算机环境的中性机制，来定义产品设计、开发、制造以至于产品全部 生命周期所需必要的信息定义和数搦交换的外部描述。但是它只是覆盖了产 品的概念，设计和制造的数据，而p i r s 将覆盖支持产品扶制造，使用剑最历 处理阶段的数据。由于产品生命周期爨穿予供应键上的各个环节，承找符，“ 品信息，质奄信息、业务信息和r l o a 因此基于产品生命周期支持的，”一 眦 甜倚耻将会准以后发腱的趋势。奉文将针对这一课题进行研究。 哈尔滨丁群人学硕十学忙论文 1 1 2 课题研究的意义 p d m 有十分广阔的应用领域，包括机械、电子、汽车、航空航天以及非 制造业( 如：交通、商业、电子出版社) 等，它不但用于文档管理、产品结构 与配置管理，变更管理、过程管理等方面，而且还可作为支持企业重组、协 同设计与制造、i s 0 9 0 0 0 认证、虚拟制造等方面的使能技术。p d m 是企业目前 信息管理的需要，更是企业赢得未来市场竞争的战略需要，所以，p d m 在美 国、日本等发达国家得到了广泛的应用，在发展中国家的应用也在持续增长。 在我国，随着c i 赆工程、并行工程、敏捷制造等的应用和推广，p g m 已在相 当多的企业得到了应用，并正受到越来越多的关注。p d m 的实施已经不是一 个要不要的问题，而是何时进行的问题。p d m 关键的技术问题之一是如何组 织产品和设计，并根据个性化要求来快速地实现最终符合要求的产品。产品 配黄则是解决这一问题的重要技术。同时本课题是基于产品生命周期支持 ( a p 2 3 9 ) 的产品配置管理研究，它将产品配置管理引入到数据交换技术中( 主要 是指：a p 2 3 9 ，p r o d u c tl i f ec y c l es u p p o r t ) 或者说将a p 2 3 9 引入到产品配 置管理中。前者是指在产品数据交换中用产品配置管理提供数据的存储、组 织、查询等功能，而后者是指产品配置管理系统将a p 2 3 9 作为产品支持信息 数据的标准，使产品配置管理的内容得到统一，而且，本课题将采用s t e p t o o l s 工具把从其它应用工具中生成的s t e p 中性文件中的相关数据存储到大 型的关系数据中，供以后的查询和应用。这样使产品配置管理的范围延伸到 产品模型数据的内部，使产品配黄管理系统成为一个真j 下的标准的统一的企 业信息的集成框架。 产品，主命周期支持( a p 2 3 9 ) 是s t e p 标准中应用协议的一部分，它是一个 国际的工业和政府部门主动联合起来去发展的一个产品支持信息的转换的标 准。它的目标是在产品全生命周期内确保支持信息与不断演化的产品定义相 一致。在产品尘命周期管理( p l m ) 迅速发展的今天。研究基于a p 2 3 9 的产捌r 配 胃管理是非常重要的! 哈尔滨1 拌人宁硕十学忙论文 1 2 国内外产品配置和a p 2 3 9 的研究和应用概况 1 2 1 产品配置历史与现状 产品配置最早是1 9 7 1 年提出来的，到现在为止获得了广泛应用，这三十 多年的发展历程，大约可以分为三个阶段：探索期、研究期和活跃期。 从1 9 7 1 年开始到2 0 世纪8 0 年代术，产品配置经历了一个漫长的探索期， 期间主要是以行业领域配置系统实现为主。1 9 7 1 年产品配置思想由f r e e m a n 和n e w e l l 在伦敦举行的第二届i n t e r n a t i o n a lj o i n tc o n f e r e n c eo n h r t i f i c a li n t e l l i g e n c e ( i j c a i ) 会议上提出。f r e e m a n 从产品设计中的功能 推理入手分析，将产品设计过程分为识别问题和选择问题两个阶段。识别问 题阶段说明要设计对象的功能和其可能的结构，选择阶段则挑选现有的组件 构成所需功能模块。尽管没有提出配置( c o n f i g u r a t i o n ) 这个词，但可以认为 f r e e m a n 和n e w e l l 已经有了产品配置的思想。1 9 8 9 年m i t t a l 和f r a y m a n 在 底特律举行的第十一届i n t e r n a t i o n a lj o i n tc o n f e r e n c e0 na r t i f i c a l i n t e l l i g e n c e ( i j c a i ) 会议上提出现今被引用最多的产品配置描述性定义中 将产品配置设计任务描述为：给出预定义的组件集合、配置需求和优化配置 规则，构建一个满足所有要求的配置结果集合。但该定义和其研究项目 c o s s a c kx e r o x 的个人计算机配置结合过于紧密，应用于其他领域时端口、 连接等衍生于个人计算机组件关系的概念很难直观描述其他配置对象。在这 个阶段中出现不少有名的配置系统，如h t ，m i ，c o s s a c k ，s a l e s b u i l d e r ，p l a k o n ，x c o n 等。其中最著名的商业应用是d e c 公司用于计算机配 置的x c o n 。 2 0 世纪9 0 年代初的6 年是产品配置的研究期。在这个阶段，针对配置 系统应用中出现的问题，众多学者进行了大量的研究。倒如最著名的x c o n 系统从1 9 8 2 年到1 9 8 9 年存储了3 1 0 0 0 个部件和1 7 5 0 0 条规则，而n 部什平 规则的数量以每年4 0 的速度增长，配置结果集生成速度逐年下降，为维护 系统的m 常运作不得不花费大量的人力物力进行维护和修改。d ix i e 人f j 对 产，i m c 胃的符个方丽进行研究，如：配置问题f f j 造、配肾建1 ：c ! 、眦竹ld 题求 斛力法、配霄嚣、配竹1 ：具阳配浅z n i 表达。其r ；以配冒如u f 、。i ln i 阢1 n 叫 哈尔滨i 徉人学硕十学何论文 题求解方法p s m ( p r o b l e ms o l v i n gm e t h o d ) 最受研究者关注。 1 9 9 6 年后至今，产品配置进入了一个相对较活跃的时期。a a a i1 9 9 6 f a l ls y m p o s i u mo nc o n f i g u r a t i o n 研讨会的召开标志着活跃期的丌始，此 后t h e 从a i 9 9w o r k s h o po nc o n f i g u r a t i o ，e c a l 2 0 0 0 ，i j c a i2 0 0 1 ，e c a i2 0 0 2 ， i j c a i2 0 0 3 ，a i e d a m2 0 0 3 ，a i e d a m9 8 ，i e e ee x p e r t9 8j o u r n a l s 0 1 1 c o n f i g u r a t i o n 众多研讨会相继召开。议题逐渐从配置知识表达、配置问题 构造、配置问题求解，拓展到推理方法、模糊知识和非完整知识处理、配置 优化、推理过程的可读解释生成。自2 0 0 0 年来随着网络技术的飞速发展，又 增加配置系统互操作、电子商务和网络化配置服务等议题。配置问题的外延 也扩大到软件产品、新闻、医疗等。 产品配置研究在国内起步较晚，相应的研究文献和应用报道也不多。清 华大学的阴向阳从产品配置、产品结构和版本管理三个方面分析产品配置和 产品结构的联系与区别。浙江大学的谭建荣教授针对大批量定制生产的特点， 提出基于产品功能结构单元的产品配置模板和求解策略，实现对客户配置需 求的快速响应。浙江大学的罗尚虎从知识本体的角度出发，构建了一个描述 产品配黄领域知识的基本概念集，并提供一种产品配置任务的问题求解方法， 使之具有较好的通用性和较高的求解效率。华中科技大学的张劲松提出基于 本体的产品配置建模研究，提出基于模型的产品智能化配置研究。东南大学 机械系的汤文成针对敏捷制造提出面向敏捷制造的产品配置管理。 1 2 2 目前产品配置的主要研究方向 产品配置是许多领域中广泛存在的问题，目前对产品配置的研究集中在 以下几个方面 ( i ) 配置问题表达及配置模型：产品配置问题分类，产品配置知识表达 和获取，模糊及不完全产品配置知识，基于产品配置知识的有效性俭验和分 析，产品配置系统与p d m 系统的集成，空问配置问题，布局问题，= ! 维眦簧 问题，- 日，配置产品建模，再配旨问题等。 ( 2 ) 配置问题的求解方法毋j 征娌技术：约束满足及其相关问题，：6 效的 配鬻问题求解方；上，配钱问题求解疗法的复杂性、可行性研究，配n 求斛过 哈尔滨i ：拌人辱：硕十学何论文 程的分析和一致性判别，基于推荐的推理，基于描述逻辑的推理，基于规则 的推理，基于案例的推理，本地搜索、遗传算法、神经网络方法在推理中的 应用，产品配置问题分解，产品配置推理优化，多目标优化，分布式产品配 置推理过程，配置过程可读性解释生成，多智能主体的协同配置等。 ( 3 ) 配置器实现：配置器如何利用各种问题求解方法进行高效率的求解， 配置知识的演化和维护，实现配置器的各种软件技术，支持产品配置的产品 数据管理的实现等。 ( 4 ) 与其他系统的集成：产品配置与p d m 的集成，产品配置与c a d 的集 成与评估系统的集成，与e r p 系统的集成等。 ( 5 ) 互操作和电子商务：个性化产品配置，产品配置领域本体论，智能 交互配置，产品配置领域的机器学习，c s 架构和配置服务器，产品配置w e b 服务分布式配置服务器，配置问题的人机交互技术等。 ( 6 ) 配置与产品设计：如何在设计过程中合理使用配黄知识，配置和设 计的相互关系，面向配置的设计等。 ( 7 ) 产品生命周期中配置知识的应用：面向销售的配置，面向工程的配 置，面向工艺的配置，面向生产调度的配置，面向制造的配置，面向装配的 配置。 可以看出配置管理技术的研究是一个涉及多学科的，多层次研究课题。 而本课题研究的主要是最后一个方面中的基本a p 2 3 9 的面向装配的产品配置 管理。在本文的后面几章有详细的介绍。 1 2 3a p 2 3 9 发展状况 s t e p 标准的丌发在国际范围内由i s o t c l 8 4 s c 4 组织实施，此外为此做 出贡献的还有大量的工厂企业、国际和国家的丌发项目组及机构，主要有 c a d d e t c ( 英国) 、g o s e t ( 法国) 、n i s t ( 美国) 和p r o s t e p ( 德国) 等，尤其存近 儿， ! 发展非常迅速，当前已山原理研究阶段向实践应用阶段发展。应j h 协议 的j 体制定工作毛要是以欧洲和美国的一些组织来制定的。其小比较腆j 但的 代表仃欧洲海洋s t e p 协会椰荚j i j 的海军工业数字数掘交换丰，j 、准委贝公 ( j i ：s c ) 。关j 。e 们的发展状；兄j 疗参见文i 敞 2 。 哈尔滨l 样人导：硕卜导：付论文 在1 9 9 9 年1 1 月包括美国、英固、芬兰及挪威等国的幽防部、波音匕机 公司、劳斯莱斯汽车公司及d n v 验船协会等，组成产品生命周期支持( p l c s ) 系统促进会，准备以四年的时自j 建构产品生命周期支持系统的标准，并将写 入国际标准组织s t e p 的规范中，成为编号为a p 2 3 9 的标准。到目前为止，p l c s 活动模型已经出版，并已经被接受作为i s o 技术规范。a p 2 3 9 信息模型也被 接受作为i s o 技术规范。在a p 2 3 9 的1 3 0 个应用活动模型中定义了1 7 5 0 个需 求。 2 0 0 2 年p l c s 首先发展的八个数据交换集( d e x ) 已经接近尾声。数据交换 集是p l c s 信息模型的一个子集，包含一个或多个数据模型。它是为某一专门 的需求而设计的一个数据集，用于产品数据之间的交换。a p 2 3 9 的数据交换 集( d e x s ) 为使用向导，总规则和参考数据所支持。d e x s 可以在任何层次( 工 作组，公司，工程，组织，国家，互联网) 上标准化。p l c s 技术委员的申请 人已经给出了超过3 0 种的候选d e x 列表，以适应专门的工业需要。现在已经 完成的八个数据交换集是： 1 面向支持的产品分类 2 产品失效 3 任务集 4 工作进度表 5 维护计划 6 支持驱动 7 故障反馈 8 制造条款 面向支持的产品分类数据交换集是根掘配置系统的零件装配结构关系对 产品进行分类，然后与相关的文档进行链接与交换。产品失效数据交换集是 从失效分析程序中输出一个表格，这个表格定义了诊断和维护任务的需求并 且提供了一致性失效报告。任务集数据交换集是从任务拙述集到支持一个下 作汁划或多个支持解决方案定义的使用。其它的数掘交换集就不，介 “了。 其它可能的d e x s 包括：产- 钴设计产品信息定义，产品状念，产，1 抖i f ；f 个 ! i ；l j 产舰! j j l j 变地，交换礼度，产一锚 j ：为，产品状态报告，m “j 出。，i 怍 p 弘丁作要求，工1 1 j i 欠f i 1 。：f 1 ：j t 义，谈m 进度，自敬资，豫 竹一争 哈尔滨￥人学硕十学侍论文 反馈报告，行为报告，资源报告，工作缘故，估价影响，估价风险，预期产 品使用，实际产品使用，支持资源，支持人员，支持组织，支持设备补助， 支持机会，产品行为，实际支持机会。 d e x s 的使用将推动a p 2 3 9 模块的实施。不同的类别有不同的d e x s ，有下 列方式：( 1 ) d e x s 被定义去支持专业的商业行为。( 2 ) d e x s 从p l c s 的生命 周期核心定义了一个单独文档。( 3 ) d e x s 可能增加限制。( 4 ) d e x s 可能列出 专门参考数据的使用。 到2 0 0 3 年7 月，3 3 个d e x 已经定义了，包括以下几个主题：需求( 1 ) ， 产品设计与行为( 9 ) ，零件( 1 0 ) ，支持环境( 8 ) ，支持系统( 5 ) 。每个d e x s 都 得到支持，通过描述定义它的范围和单个模型之间的关联( 要求提供的转换能 力) 。图1 1 列出了定义的八个数据交换集的初始化及其相互关系9 1 。d e x l 面 纠1 1i 1c s ij fx | j j 好f 他乏填 f 丌廷系 堕笙堕! ：壁厶! ：堡：! ：堂生迨皇 向支持的产品分类是根据产品的装配结构关系信息束给产品分类的它只涉 及到了零件i d 和功能i d 。而如d e x 2 产品失效除了与零件i d ，功能i d 有关 外还与失效i d 有关。又如d e x 7 故障反馈与失效i d 和行为i d 有关。 在应用协议a p 2 3 9 的研究上，只有国际标准委员会提供了一些参考资料， 还未见有哪个机构或科研小组作出研究报告，这给课题的研究带来了一定的 难度。 1 3 课题所作的主要工作 整个论文所做的工作分四个阶段进行： 第一阶段：理论上的丰富和完善。 1 学习s t e p 标准及其方法学，重点熟悉、理解s t e p 标准中的应用协议 a p 2 3 9 。 2 了解p d m 的原理、方法和主要内容，特别是产品结构与配置管理功能 模块。 第二阶段：软件的学习和编程的准备工作。 1 学习绘图软件c a t i av 5 ，s t e p 工具s t - d e v e l o p e r 和r o s ec + + 库。 2 学习v i s u a lc + + 6 o ，掌握必要的编程技巧和技能，学习s o l s e r v e r 7 0 数据库的管理与应用。 第三阶段：a p 2 3 9 模型中产品结构与配置管理的研究。 1 产品结构与配置管理的应用研究。 2 建立基于a p 2 3 9 的产品结构与配置管理的体系结构。 3 a p 2 3 9 模型中产品结构与配置管理的研究与分析。 第四阶段：产品结构与配置管理系统的设计、编程与调试。 1 设计产品结构与配置管理数掘库。 2 划定系统模块，对模块的总体方案设计、规划及实现进行具体实施。 3 基于r o s e 的数据接口的程序编制与调试。 4 关系数据库的生成与管理，在界面上生成产品结构树。 5 根搦符合a p 2 3 9 的产品配置觇则对生成的产。一锗结构树进行眦坩。 哈尔滨程人学硕十学帝论文 1 4 课题使用软件工具选择 本课题研究过程中采用w i n d o w sx p 系统平台和多种工具软件，各个工具 软件都有各自的作用。这些工具软件有： 1 s t d e v e l o p e r 工具软件 2 c a t i a 绘图软件 c a t i a ( c o m p u t e r g r a p h i c s a i d e dt h r e e d i m e n s i o n a l i n t e r a c t i v e a p p l i c a t i o n ) 是法国d a s s a o l t 公司于1 9 7 5 年起开始发展的一套完整的3 d c a d c a m c a e 一体化软件。它的内容涵盖了产品从概念设计、工业设计、三 维建模、分析计算、动态模拟与仿真、工程图的生成到生产加工成产品的全 过程，其中还包括了大量的电缆和管道布线、各种模具设计与分析、人机交 换等实用模块。有关c a t i a 的更详细的介绍请参考文献 4 】。 3 s o ls e r v e r 数据库 4 v i s u a lc + + 6 0 编程软件 v i s u a lc + + 6 0 作为软件编程的主体，与s t d e v e l o p e r 工具和s o ls e r v e r 数据库都是通过相应接口进行信息交换。对s t d e v e l o p e r - i - 具的操作采用 r o s e c + + 接口，而对s o ls e r v e r 数据库采用a d o 接口进行信息交换。v i s u a l c + + 6 0 强大的面向对象功能能方便软件的编写，使得数据流容易控制，软件 模块可以被复用。 哈尔滨i + 样人学硕十学伊论文 第2 章s t e p 标准和a p 2 3 9 简介 2 1s t e p 标准概述 产品在其设计、制造、使用、维护和处理时产生的信息在它的生命周期 中将用于很多目的。其使用可能涉及很多计算机系统，包括那些设在不同机 构的计算机系统。为了支持这种环境，每个机构都要把自己的产品信息用可 由计算机解释的通用格式进行表达，因为，在不同的系统之间进行交换时为 保证完整性和连续性，这种格式是必要的。 s t e p 标准是针对产品数据进行计算机可解释的表达与交换的国际标准。 s t e p 标准的目的是为了规定贯穿产品整个生命周期的无二义性表达和可由 计算机解释的产品数据格式。这种格式独立于任何具体的计算机系统，允许 一致的实现横跨多种应用和系统。s t e p 标准允许用不同的实现方法对产品数 据进行存储、访问、传送和存档，对实现能够进行一致性测试。 s t e p 标准采用了类似于数据库三级模式结构( 外模式、概念模式和内模 式) 的三层结构，即应用层、逻辑层和物理层。这三层结构之问的关联和主要 内容请参见文献 5 。 s t e p 标准共分成六个系列，每个系列( p a r t ) 都有唯一的功能。每个系列 都由一个或多个部分组成。这六个系列是： 1 描述方法( p a r t1 1 一p a r t1 9 ) ； 2 集成资源又分为通用资源( p a r t4 l p a r t9 9 ) 和应用资源( p a r t1 0 1 一p a r t1 9 9 ) 两个部分； 3 应用协议( p a r t2 0 1 一p a r tl1 9 9 ) ； 4 一致性测试方法与框架( p a r t3 1 一p a r t3 9 ) ； 5 抽象测试套件( p a r t1 2 0 l p a r t2 i 9 9 ) ； 6 实现方法( p a r t21 一p a r t2 9 ) ； 它们的组织结构图请参考文献 6 。有关s t e p 标准的概念j j 发j 现状，乏 它的f # 乐i i 白的i f 细仿息清参考义献 7 f 内萄1 i u 一( ；贝。 哈尔滨i 稃人学硕十学付论文 2 2a p 2 3 9 ( p l c s ) 简介 ， 产品生命周期支持a p 2 3 9 ( p l c s ) 标准是s t e p 标准中应用协议的一个部 分，由工业和政府部门支持，它们的目标是加速发展一个新的产品支持信息 交换的国际标准。这个标准是现有的产品数据交换标准i s o 的一个扩展，将 支持数据的交换，共享和存档。p l c s 标准( a p 2 3 9 ) 和s t e p 的兼容性使得p l c s 的有效性得以增强，特别是在那些已经由s t e p 支持设计，分析和制造的企业， 如汽车和飞机产业。a p 2 3 9 也提供了a p 2 0 3 ( 配置控制设计) 和a p 2 1 4 ( 自动设 计进程) 的扩展能力。p l c s 标准将成为一种机制，这种机制能确保产品支持 信息在产品的整个生命周期( 从设计到报废) 中发展产品的定义。 a p 2 3 9 这一部分应用协议定义了产品生命周期支持的内容和范围，并且 涉及到了专门的为产品生命周期支持的信息需求，并为满足这些需求的必需 的集成资源的应用协议模型。这一部分还提供了一个全面去描述产品需求支 持的设嚣和在一个运行条件下的支撑这些产品的工作需求的能力。它也提供 了记录的能力，能及时记录装配、工作情况和资源使用的历史，产品使用历 史，产品的区域，状态和属性的历史，资源的区域，状态和属性的历史等。 这一部分能创建和管理确定产品支持信息的整个时期的设簧。确定产品支持 信息能指定和控制整个产品生命周期所需的支持行为，包括能描述提供支持 的资源需求。这些信息被假定从属于配置交换管理，应用于当交换发生在整 个生命时的维持合法性。p l c s 技术委员会的商业目标是满足复杂产品和系统 如飞机、船舶、动力设备的业主操作者的三个重大的需求：减少业主的整个 花费；增加有效的资产；在产品生命周期内的有效的环境管理。 下列功能是a p 2 3 9 标准中要求达到的： i 行为管理：在行为和相关资源上要有请求，定义，合法性，批准，进 度表，捕获反馈的能力。 2 产品定义( 描述) ：有定义产品需求和配置的能力，包括在多样产铺结 构( 设计，建造，维护) 中零件和装配矧的关系。 3 运行反馈( 属性，状态，行为) ：描述干捕获有关产品堰们：，上耋fj ：队惠， fj ：勺和吲法的j 置馈竹息的能) 。 】支持t 向n ￥j ir f ! ：提供定义在特宦：埒，i ，给定y ! 臀f q 出i 扑i j ! iz ”的 堕自! 堡! ：塑厶竺亟三i ! 丝堡皇 能力和定义支持机会，设备，个人和组织的能力。 a p 2 3 9 中与产品结构与配置相关的集成资源主要有：产品描述与支持原 理( p a r t4 1 ) 嘲、表达结构( p a r t4 3 ) 柳、产品结构配置( p a r t4 4 ) ”等：相关 的应用协议主要有配置控制设计( p a r t2 0 3 ) ”等。 p a r t4 1 中包括了通用产品描述资源( g p d r ) 、管理资源( m r ) 以及支持资 源( s r ) 的相关描述。g p d r 为s t e p 中其他部分所给出的集成资源提供一个总 体的组织，支持为所有产品通用的、与应用无关的事实的描述；m r 支持用于 管理和控制产品数据的信息的描述；s r 是一组由s t e p 集成资源使用的共享 资源构造，为s t e p 的交叉资源引用提供基本的一致性。 p a r t4 3 规定了从一种表达到另一种表达的变换结构，把表达元素联结 成不同的集成通用资源。它提供在一组这样的元素中区别哪些元素相关，哪 些元素不相关的基础。在构造变换规范时，可以认定这些变换是现有表达之 间关系的定义，通过应用对另一种表达的变换可提供定义一个新的表达的能 力。 p a r t4 4 中包括了产品结构模式( p s s ) 、产品概念模式( p c s ) 以及配置管 理模式( c m s ) 的相关描述。p s s 根据产品的构成把它定义为一个构成部分和所 用产品的集合，并定义表示构成关系的机制；p c s 把产品的概念标识为出客 户的产品需求分析导出产品的一组规范，给出基于客户需求的产品概念，而 不是产品的设计或制造；c m s 标识参与另一个产品制造的那些产品，这些配 置是在一个机构的直接控制下进行的。 p a r t2 0 3 定义了具有三维形状表示的产品定义的交换和定义及控制那些 产品定义的配置数据。该标准仅与产品生命周期的设计阶段有关，规范了p d m 系统产品结构管理的对象范围，提供与合作者、销售商和用户共享产品数据 的手段。 2 21 p l c s 总体结构及主要内容 p l c s 的总体结构如图2 1 所示”二。目前s t e p 标准根据4 ；断变化的f “：i 信息来管理产品全生命周期数掘，它涉及到的范m 有产品结构，产- 1 戎述和 产品性能方面。而明在我们所研究伊啪的 ) i ，髑则包含了弓产d 伞乍命j 州! t jj & z 哈尔滨i + 拌人学硕十学付论文 据相关的所有方面，包括产品的支持性能，产品的支持环境，产品的失效分 析，产品的维护分析，产品的任务源数据和产品的使用，维护与报废等。产 品的支持性能和支持环境主要定义了产品的性能和应用环境的支持信息。失 效分析主要是针对产品在生命周期的某一阶段是如何失效，什么时候失效， 为什么失效进行分析。维护分析是对产品在全生命周期中进行维护以使产品 能发挥它的最大价值。应用者能够维护这些产品数据并且其它的支持组织能 够查询所需要的产品数据。他们得到的有关查询的响应包括产品数据的使用 和获得产品的报废处理数据等。生命周期数据提供了一个支持与运行反馈模 块，把所有经过处理的数据的反馈信息都传送给它们的提供者，以便让他们 能根据反馈