產(chǎn)品全生命周期信息模型

1、北京航空航天大學(xué)研究生課程論文目錄0引言11產(chǎn)品信息2.1.1產(chǎn)品信息2.1.2產(chǎn)品信息分類及特點(diǎn) 2.2產(chǎn)品全生命周期信息模型的概念及發(fā)展 32.1數(shù)據(jù)模型與信息模型 3.2.2產(chǎn)品信息模型發(fā)展過(guò)程.4.3產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn) 5.3.1 STEP體系結(jié)構(gòu).5.3.2 EXPRESS 語(yǔ)言構(gòu)造6.4產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn) 6.5產(chǎn)品生命周期模型體系結(jié)構(gòu) 7.5.1產(chǎn)品生命周期模型框架 7.5.2產(chǎn)品生命周期各階段模型 9.5.2.1產(chǎn)品需求模型9.5.2.2產(chǎn)品概念模型 9.5.2.3產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型9.5.2.4產(chǎn)品制造模型1.15.2.5產(chǎn)品服務(wù)模型1.15.3產(chǎn)品模型集成框架 12參考文獻(xiàn)1.

2、4北京航空航天大學(xué)研究生課程論文產(chǎn)品全生命周期信息模型摘要：產(chǎn)品模型可反映客戶需求、產(chǎn)品性能、功能技術(shù)、制造和管理等信息，本文分析了面向幾何、面向特征和集成產(chǎn)品信息模型的發(fā)展過(guò)程， 總結(jié)出產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換方法。 根據(jù) 產(chǎn)品生命周期的階段劃分，認(rèn)為產(chǎn)品生命周期階段模型是從產(chǎn)品需求模型開(kāi)始，逐漸演化到產(chǎn)品概念模型、設(shè)計(jì)模型、制造模型、服務(wù)模型。后階段的模型繼承了前階段模型的信息。最后運(yùn)用集成化思想，建立產(chǎn)品生命周期各階段之間的聯(lián)系，在產(chǎn)品模型框架體系下存放全部產(chǎn)品數(shù)據(jù)和知識(shí)，并實(shí)現(xiàn)信息的傳遞、處理。關(guān)鍵字：產(chǎn)品模型、數(shù)據(jù)交換、產(chǎn)品生命周期階段模型、產(chǎn)品模型集成框架0引言面對(duì)全球范圍的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)， 企業(yè)面

3、臨的難題是如何以最低成本來(lái)快速響應(yīng)多元化的客戶 需求和提供高質(zhì)量的產(chǎn)品?，F(xiàn)有的CAx、精益生產(chǎn)(Lean Product)、企業(yè)資源管理(EnterpriseResource Planning)、供應(yīng)鏈管理(Supply Chain Management)等制造模式和管理技術(shù)已在一 般企業(yè)系統(tǒng)中發(fā)揮出了重要作用。但對(duì)于生產(chǎn)制造飛機(jī)等大型復(fù)雜產(chǎn)品的企業(yè)來(lái)說(shuō)，上述技術(shù)和管理并不足以支撐該企業(yè)作為一個(gè)整體來(lái)獲得更高的效率、取得更多的創(chuàng)新和滿足客戶的特殊需求。我認(rèn)為要將企業(yè)作為一個(gè)整體系統(tǒng)來(lái)運(yùn)行，就得將單獨(dú)的系統(tǒng)結(jié)合在一起實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化。由于復(fù)雜產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造過(guò)程不僅需要企業(yè)內(nèi)各個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén)的協(xié)同，還需

4、要分布在不同區(qū)域的多企業(yè)間的協(xié)同合作。企業(yè)必須以集成的思想將產(chǎn)品的銷售、原材料供應(yīng)、工藝、設(shè)計(jì)制造、質(zhì)量等方面的數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周管理(Product LifecycleManagement)。產(chǎn)品全生命周期信息模型在分布式制造(幾乎所有航空企業(yè)采用這一制造模式)環(huán)境中支持產(chǎn)品數(shù)據(jù)的描述、傳遞和共享，解決了產(chǎn)品數(shù)據(jù)集成、共享問(wèn)題。同時(shí)，面向全生命周 期的產(chǎn)品模型由于信息的完備性，有助于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)兼容性分析及以此為基礎(chǔ)的面向裝配設(shè)計(jì)、面向制造的設(shè)計(jì)等的DFx，而DFx的設(shè)計(jì)將大大節(jié)省生產(chǎn)實(shí)物模型的資金投入因此，研究支撐整個(gè)產(chǎn)品全生命周期業(yè)務(wù)過(guò)程的、集成化的產(chǎn)品信息模型顯得尤為

5、重要。2北京航空航天大學(xué)研究生課程論文-6-1產(chǎn)品信息1.1產(chǎn)品信息產(chǎn)品是企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的源頭及終結(jié)。產(chǎn)品的信息模型簡(jiǎn)單來(lái)講就是反映產(chǎn)品信息系統(tǒng)的 概況，是對(duì)產(chǎn)品的形狀、功能技術(shù)、制造和管理等信息的抽象理解和表示。產(chǎn)品信息包括：產(chǎn)品定義知識(shí)；與產(chǎn)品定義相關(guān)的過(guò)程知識(shí)；產(chǎn)品定義的實(shí)現(xiàn)，即制造過(guò)程與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程相關(guān)的知識(shí)；產(chǎn)品檢驗(yàn)使用及維護(hù)的知識(shí)等2。因此，產(chǎn)品模型從其完備意義上來(lái)說(shuō)應(yīng)包含兩個(gè)相關(guān)的方面：產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型和過(guò)程鏈。產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型是按一定形式組織的產(chǎn)品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。 它能夠完整提供產(chǎn)品數(shù)據(jù)各應(yīng)用領(lǐng)域所要求的產(chǎn)品信息，也就是說(shuō)產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型將覆蓋產(chǎn)品生命周期各環(huán)節(jié)所需要的信息。過(guò)程鏈?zhǔn)侵府a(chǎn)品開(kāi)發(fā)工作

6、流程，包括一系列從原始思想到最終產(chǎn)品的技術(shù)和管理功能，它反映了產(chǎn)品周期的所有行為。1.2產(chǎn)品信息分類及特點(diǎn)產(chǎn)品中包含了大量的信息， 這些信息以不同的形式， 通過(guò)不同的載體存在表現(xiàn)出來(lái)。 信 息的存在形式與信息所在系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)、功能及組織形式緊密相關(guān)。為了描述信息的特性，常常需要對(duì)信息進(jìn)行合理的分類 。按產(chǎn)品的制造流程劃分為：功能信息：描述產(chǎn)品和零件的功能。結(jié)構(gòu)信息：描述產(chǎn)品的構(gòu)成元素及其構(gòu)成關(guān)系。設(shè)計(jì)信息：描述產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中所用到的信息。工藝信息：描述產(chǎn)品的工藝特征。制造信息：描述制造特征。裝配信息：描述產(chǎn)品零件之間的裝配特征。顧客信息：描述產(chǎn)品的使用對(duì)象的情況。市場(chǎng)信息：描述產(chǎn)品的市場(chǎng)分布

7、產(chǎn)品定貨等信息。維護(hù)信息：描述產(chǎn)品的售后服務(wù)維修等存在的優(yōu)勢(shì)和問(wèn)題。按照信息的結(jié)構(gòu)特征劃分為：結(jié)構(gòu)化信息：這類信息結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單， 可用關(guān)系模型來(lái)表示其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，完全可以在關(guān)系數(shù) 據(jù)庫(kù)中存放與管理。如一般的管理信息、質(zhì)量信息等。非結(jié)構(gòu)化信息：這類信息結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 一般無(wú)法用關(guān)系模型來(lái)表示， 用數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存放和管 理存在困難。如產(chǎn)品的幾何模型、工藝信息、數(shù)控程序、聲音圖像等。通過(guò)上述分析可知產(chǎn)品信息具有以下特點(diǎn)：信息結(jié)構(gòu)復(fù)雜，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)除結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)外還有圖形文字表格等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；產(chǎn)品信息有靜態(tài)的，也有動(dòng)態(tài)的，而且隨著產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的進(jìn)行，數(shù)量不斷增大，類型不斷增多，且要不斷修改和補(bǔ)充；產(chǎn)

8、品信息中存在著從產(chǎn)品的初始模型推導(dǎo)出的二次數(shù)據(jù)，一旦初始模型被修改，導(dǎo)出數(shù)據(jù)就失效，需要重新計(jì)算用新的數(shù)據(jù)取代失效的數(shù)據(jù)以保證產(chǎn)品信息的一致性。2產(chǎn)品全生命周期信息模型的概念及發(fā)展產(chǎn)品全生命周期信息模型是基于信息理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)，以一定的數(shù)據(jù)模式定義和描述在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、加工制造、檢驗(yàn)裝配、銷售維護(hù)直至產(chǎn)品消亡的整個(gè)生命周期中關(guān)于產(chǎn)品的數(shù)據(jù)內(nèi)容活動(dòng)過(guò)程及數(shù)據(jù)聯(lián)系的一種信息模型5。它由各活動(dòng)的定義及其全部過(guò)程實(shí)施的知識(shí)所構(gòu)成，包括與產(chǎn)品有關(guān)的所有幾何與非幾何信息，用來(lái)為產(chǎn)品全生命周期各個(gè)階段和各個(gè)部門(mén)提供服務(wù)。產(chǎn)品全生命周期信息模型將整個(gè)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)活動(dòng)和過(guò)程視為一 有機(jī)整體，所有的活動(dòng)和

9、過(guò)程都圍繞一個(gè)統(tǒng)一的產(chǎn)品模型來(lái)協(xié)調(diào)進(jìn)行。2.1數(shù)據(jù)模型與信息模型數(shù)據(jù)模型是用來(lái)表達(dá)系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)，其功能僅面向計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。隨著信息系統(tǒng)復(fù)雜程度的增加，系統(tǒng)人員希望了解數(shù)據(jù)的含義，并將它封裝在數(shù)據(jù)庫(kù)模型中， 由此產(chǎn)生了語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型。但語(yǔ)義數(shù)據(jù)模型仍具有高度的結(jié)構(gòu)化，缺乏靈活性，難以表達(dá)真實(shí)世界的復(fù)雜程度。為了解決該問(wèn)題，產(chǎn)生了可以為用戶所理解的信息模型。信息模型和數(shù)據(jù)模型既有區(qū)別，又有聯(lián)系。二者表達(dá)了系統(tǒng)中同樣的數(shù)據(jù)，只是表達(dá)方式和目的不同。前者的表達(dá)是非結(jié)構(gòu)化的， 具有靈活性，目的是為了讓用戶更好地理解系統(tǒng)；后者的表達(dá)是結(jié)構(gòu)化的，缺乏靈活性，目的是為了方便計(jì)算機(jī)處理6。信息模

10、型是最高層次的邏輯數(shù)據(jù)模型，為了實(shí)現(xiàn)各應(yīng)用系統(tǒng)之間的信息共享，最好有共同的信息模型。建立在不同信息模型基礎(chǔ)上的信息共享是非常困難，甚至是不可能的。例如 面向幾何的CAD系統(tǒng)和面向特征的 CAD系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)信息交換是困難的。信息模型設(shè)計(jì)是準(zhǔn)確地定義應(yīng)用系統(tǒng)所反映的客觀世界的實(shí)體、屬性以及實(shí)體之間的關(guān)系和約束。一般采用IDEF1X、E-R圖、EXPRESS等信息建模語(yǔ)言來(lái)表達(dá)。CAD/CAM集成的領(lǐng)域，擴(kuò)展到整O2.2產(chǎn)品信息模型發(fā)展過(guò)程隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品模型的應(yīng)用突破了個(gè)制造自動(dòng)化系統(tǒng)，已經(jīng)成為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)般對(duì)產(chǎn)品信息模型及相應(yīng)建模技術(shù)的研究，經(jīng)歷了從簡(jiǎn)單到復(fù)雜、從局部到整

11、體、從8。單一功能到覆蓋整個(gè)產(chǎn)品生命周期內(nèi)各種活動(dòng)的發(fā)展過(guò)程。目前，產(chǎn)品信息模型主要可以概 括為面向幾何的產(chǎn)品信息模型、面向特征的產(chǎn)品信息模型和集成產(chǎn)品信息模型三類1）面向幾何的產(chǎn)品信息模型。產(chǎn)品模型經(jīng)歷了二維圖形、三維線框、表面模型和實(shí)體模型的發(fā)展過(guò)程，主要由線框、面、實(shí)體和混合模型表示。它們可以定義為計(jì)算機(jī)內(nèi)部模型， 其主要的目的是表達(dá)某產(chǎn)品的形狀，著重于產(chǎn)品的幾何構(gòu)成。由于幾何模型的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)是專門(mén)設(shè)計(jì)表達(dá)產(chǎn)品幾何拓?fù)潢P(guān)系的，對(duì)非幾何信息則無(wú)法合理表達(dá)，缺乏產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中所要求的工程信息。2）面向特征的產(chǎn)品信息模型。隨著人們對(duì)制造系統(tǒng)作為集成系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)的深入和信息技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)品建模進(jìn)入了

12、面向特征的階段。20世紀(jì)80年代后期出現(xiàn)了集幾何信息與非幾何信息于一體的基于特征的產(chǎn)品信息模型。這一模型在產(chǎn)品信息的局部層次上，通過(guò)一組預(yù)定義的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的幾何形狀、公差及表面粗糙度的描述，對(duì)于每個(gè)具體的生產(chǎn)活動(dòng)，都具有相應(yīng)局部信息的特征與之相對(duì)應(yīng)。該模型可以有效地描述局部信息，但是并不能完整地表達(dá)產(chǎn)品全局信息，例如產(chǎn)品的裝配關(guān)系信息、產(chǎn)品定義與產(chǎn)品制造間的關(guān)系等。因此，產(chǎn)品建模僅依靠特征還不能完全描述產(chǎn)品開(kāi)發(fā)活動(dòng)中的所有信息。3）集成產(chǎn)品信息模型。該模型是20世紀(jì)90年代后期提出的，它進(jìn)一步推廣了特征含義。廣義特征概念包含了產(chǎn)品生命周期內(nèi)各種特征信息，解決了 CAD/CAPP/CAM集成

13、化中數(shù)據(jù)共享和一致性等問(wèn)題。這種集成是語(yǔ)義上的集成，以特征為中心，缺乏面向?qū)ο笏枷?，所建立的模型缺乏層次性，特征間的關(guān)系不夠明確9。北京航空航天大學(xué)研究生課程論文-7-北京航空航天大學(xué)研究生課程論文-8-3產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)由前述的產(chǎn)品信息特點(diǎn)可知，尤其是復(fù)雜產(chǎn)品，其大量的產(chǎn)品信息需要在企業(yè)內(nèi)及企業(yè)內(nèi)部之間信息交換。產(chǎn)品數(shù)據(jù)的表述和傳遞成為大型復(fù)雜產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成敗的關(guān)鍵。3.1 STEP體系結(jié)構(gòu)STEP ( Stand for the Exchange of Product Model Data )是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制訂的一個(gè)產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)與交換標(biāo)準(zhǔn)，也稱為產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。在認(rèn)識(shí)到IGES不足之后

14、，美國(guó)決定放棄 IGES 而開(kāi)發(fā)新的 PDES( Product Data Exchange Specification )標(biāo)準(zhǔn)，即 STEP。其首要目的是能夠描述各種行業(yè)的產(chǎn)品生命周期中個(gè)階段的數(shù)據(jù),支持分布式計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的共享。STEP標(biāo)準(zhǔn)采用分層方法描述數(shù)據(jù)，該體系包含七大類內(nèi)容，如圖3-1所示。描述方法是通用的STEP數(shù)據(jù)構(gòu)件描述機(jī)制，它主要包括形式化數(shù)據(jù)描述語(yǔ)言EXPRESS。實(shí)施方法是實(shí)現(xiàn)STEP標(biāo)準(zhǔn)描述的信息結(jié)構(gòu)的方法。每個(gè)實(shí)施方法確定了STEP數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如何映射到實(shí)施過(guò)程，包括文件交換結(jié)構(gòu)、 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口和語(yǔ)言綁定。致性測(cè)試方法用于描述如何檢驗(yàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用是否符合

15、標(biāo)準(zhǔn)。STEP標(biāo)準(zhǔn)體系數(shù)據(jù)描述應(yīng)用協(xié)議應(yīng)用解釋構(gòu)件描述方法集成資源一致性測(cè)試方法應(yīng)用資源類資源實(shí)施方法圖3-1 STEP標(biāo)準(zhǔn)體系包數(shù)據(jù)描述是STEP標(biāo)準(zhǔn)體系結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)成部分10。它主要包括三部分：應(yīng)用協(xié)議、應(yīng)用解釋構(gòu)件和集成資源。應(yīng)用協(xié)議是可以實(shí)施的數(shù)據(jù)描述，它與實(shí)施方法相對(duì)應(yīng)。由于STEP北京航空航天大學(xué)研究生課程論文-12-是一個(gè)龐大的標(biāo)準(zhǔn)體系，研究人員和相關(guān)組織致力于開(kāi)發(fā)各種特定領(lǐng)域的應(yīng)用協(xié)議。應(yīng)用解釋構(gòu)件描述產(chǎn)品數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和語(yǔ)義，以便在多個(gè)應(yīng)用協(xié)議之間交換數(shù)據(jù)。它通過(guò)通用的產(chǎn)品數(shù)據(jù)描述方法，支持多應(yīng)用協(xié)議對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)源的互換。集成資源構(gòu)成一個(gè)完整的產(chǎn)品數(shù)據(jù)的概念模型，包括各種語(yǔ)義元素來(lái)

16、描述產(chǎn)品生命周期各階段數(shù)據(jù)。3.2 EXPRESS語(yǔ)言構(gòu)造在上一節(jié)中已提到，STEP主要采用EXPRESS描述產(chǎn)品數(shù)據(jù)。它是一個(gè)形式化數(shù)據(jù)描 述語(yǔ)言，其設(shè)計(jì)目標(biāo)要求這類形式化的描述不僅能被人們理解和能用計(jì)算機(jī)處理，而且能夠全面描述出客觀現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的形式和結(jié)構(gòu)。EXPRESS吸收了多種語(yǔ)言的基本特點(diǎn)，具有類型、表達(dá)式、語(yǔ)句、函數(shù)、過(guò)程等功能，又采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)中的繼承機(jī)制等技術(shù)。但是， EXPRESS不是一種編程語(yǔ)言，只作為一種形式化描述語(yǔ)言來(lái)描述數(shù)據(jù)，不存在輸入輸出、 數(shù)據(jù)處理、異常處理等語(yǔ)言元素。EXPRESS語(yǔ)言通過(guò)一系列的說(shuō)明來(lái)建立產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型。這些說(shuō)明包括類型（TYPE ）、實(shí)體（EN

17、TITY ）、模式（SCHEMA ）、常數(shù)（CONSTANT ）、規(guī)則（RULE ）、函數(shù)（FUNCTION） 和過(guò)程（PROCEDURE ）等。其中實(shí)體是 EXPRESS語(yǔ)言對(duì)建模對(duì)象的基本定義。一個(gè)建模 對(duì)象的信息在實(shí)體中用屬性及其屬性上的約束來(lái)表達(dá)。4產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換的實(shí)現(xiàn)目前，STEP標(biāo)準(zhǔn)為用戶提供數(shù)據(jù)交換的實(shí)施分為四個(gè)級(jí)別：文件交換、工作格式交換、數(shù)據(jù)庫(kù)交換、知識(shí)庫(kù)交換11。產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的方法與產(chǎn)品模型是相適應(yīng)的，各產(chǎn)品模型對(duì) 應(yīng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換方法見(jiàn)表4.1。表4.1不同產(chǎn)品模型的數(shù)據(jù)交換方法產(chǎn)品模型產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換方法幾何模型直接父換、間接父換、公共數(shù)據(jù)庫(kù)特征模型特征識(shí)別、特征變換集成

18、化模型文件交換、應(yīng)用編程接口、數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)以上各方法，可歸納為三種：直接交換、間接交換和數(shù)據(jù)庫(kù)方式。在交換的兩個(gè)系統(tǒng)間或功能模塊間，通過(guò)確定相互間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和建立一對(duì)一的信息轉(zhuǎn) 換機(jī)制，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換稱為直接交換。 采用直接交換方式的除了基于幾何的模型不同系 統(tǒng)之間的專用接口外， 特征識(shí)別也是直接交換。 特征識(shí)別技術(shù)直接將設(shè)計(jì)模型識(shí)別或轉(zhuǎn)換成 應(yīng)用模型，因此可歸為直接交換。每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)具有各自獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫(kù)/文件系統(tǒng)，應(yīng)用間的信息通過(guò)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的交換方式稱為間接交換。由于各 CAD/CAM系統(tǒng)所配置的前后處理器基本上都僅實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī) 范（如IGES）的一個(gè)子集，而且是互不相同的子集，因此通過(guò)數(shù)據(jù)

19、標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換在交換過(guò) 程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤或信息丟失的現(xiàn)象。基于STEP的文件交換也屬于應(yīng)用數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)的間接交換，但它與基于幾何的產(chǎn)品模型的間接交換的區(qū)別是：STEP中制定有應(yīng)用協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)；STEP文件是集成產(chǎn)品模型按應(yīng)用 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行產(chǎn)品信息映射產(chǎn)生的， 具有共同的表示方法，從而使不同應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用模 型相統(tǒng)一并具有相容性。雖然STEP文件不會(huì)引起類似于IGES數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的信息丟失等情況， 但成熟的集成產(chǎn)品模型的公布與應(yīng)用還需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。通過(guò)統(tǒng)一的產(chǎn)品模型和公共數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn)信息交換的方式稱為基于公共數(shù)據(jù)庫(kù)的信息交 換?；诠矓?shù)據(jù)庫(kù)的信息交換有兩類。一類是目前的基于幾何的產(chǎn)品模型的多功能集

20、成系統(tǒng)，系統(tǒng)多功能模塊之間在公共數(shù)據(jù)庫(kù)支持下共享統(tǒng)一的產(chǎn)品模型。它們以基于統(tǒng)一的產(chǎn)品模型的數(shù)據(jù)庫(kù)為核心，將產(chǎn)品開(kāi)發(fā)所需的設(shè)計(jì)、分析、測(cè)試和加工等集成于一體。信息在多功能模塊之間快速、雙向、連續(xù)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)充分的信息共享以支持產(chǎn)品的全生命周期活動(dòng)。 另一類就是基于集成產(chǎn)品模型STEP的公共數(shù)據(jù)庫(kù)的信息共享。5產(chǎn)品生命周期模型體系結(jié)構(gòu)5.1產(chǎn)品生命周期模型框架產(chǎn)品生命周期概念指從產(chǎn)品的構(gòu)思開(kāi)始，經(jīng)歷設(shè)計(jì)制造、市場(chǎng)銷售、使用和報(bào)廢的連續(xù)時(shí)間過(guò)程。由于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和使用過(guò)程十分復(fù)雜，不可能采用一個(gè)模型來(lái)描述產(chǎn)品生命周期，必須采用一組模型分階段和方面進(jìn)行描述12。產(chǎn)品全生命周期建模應(yīng)解決三個(gè)問(wèn)題：確定建立和維

21、產(chǎn)品模型所要描述的要素；劃分產(chǎn)品生命周期的階段和建立階段性產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型;護(hù)產(chǎn)品生命周期階段模型之間的聯(lián)系，根據(jù)模型對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式存儲(chǔ)、訪問(wèn)和處理。如圖5-1所示，產(chǎn)品生命周期模型所涉及的要素可以分為四個(gè)層次：組織要素、應(yīng)用服務(wù)要素、信息要素和概念要素。產(chǎn)品生命周期模型必須滿足全部用戶（如銷售員、設(shè)計(jì)工程師和質(zhì)量檢驗(yàn)員等）對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)獲取和處理的要求。對(duì)應(yīng)用信息的描述能夠使人們清楚地 了解在分布式制造環(huán)境中有多少信息系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)和處理。決策人員制造計(jì)劃員物料米購(gòu)員庫(kù)存管理員質(zhì)量檢驗(yàn)員（企業(yè)組織模型層客戶銷售員設(shè)計(jì)工程師制造工藝師制造工藝師安裝工程師售后服務(wù)人員1機(jī)接口人客戶關(guān)系管理

22、系統(tǒng)企業(yè)制造資源規(guī)劃系統(tǒng)質(zhì)量控制系統(tǒng)質(zhì)量執(zhí)行系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)層辦公系統(tǒng)CAD系統(tǒng)CAPP系統(tǒng)CAE系統(tǒng)CAM系統(tǒng)服務(wù)支持系統(tǒng)Multi-Agent_J7VV數(shù)據(jù)通信機(jī)制信息集成平臺(tái)7V /JDBCADOXSLSTEP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換機(jī)制北京航空航天大學(xué)研究生課程論文-#-北京航空航天大學(xué)研究生課程論文-#-數(shù)據(jù)存放形式設(shè)計(jì)說(shuō)明行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)客戶需求概念方案成本估計(jì)性能評(píng)價(jià)產(chǎn)品幾何數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗(yàn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品安裝記錄產(chǎn)品公差數(shù)據(jù)加工裝配指令產(chǎn)品運(yùn)行記錄產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)制造裝配工藝維修記錄Office文檔XML文件CAD文件關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù) VRML文件多媒體文件7V_嚴(yán)卞. 全生命周期模型 北京航空航天大學(xué)研究生課程論文-17-V

23、: _產(chǎn)品制造階段維護(hù)支持階段需求分析階段概念設(shè)計(jì)階段產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段時(shí)間圖5-1產(chǎn)品生命周期模型框架產(chǎn)品數(shù)據(jù)要素是產(chǎn)品生命周期建模和管理的核心，產(chǎn)品數(shù)據(jù)按照多種編碼格式進(jìn)行存儲(chǔ)。在分布式制造環(huán)境中，一般存在Office文檔、XML文檔、關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)、多媒體文件等存儲(chǔ)格式。概念要素是人們對(duì)具體物理數(shù)據(jù)和聯(lián)系的抽象，包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)分類、產(chǎn)品數(shù)據(jù)對(duì)象設(shè)計(jì)、對(duì)象關(guān)系和管理的原則等。概念要素建立抽象數(shù)據(jù)和物理數(shù)據(jù)之間的映射，形成產(chǎn)品生命周期的元模型。圖5-1中，概念映射機(jī)制將產(chǎn)品模型的概念映射到具體的物理數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)訪問(wèn)機(jī)制用 于確定企業(yè)員工和計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)對(duì)物理數(shù)據(jù)的訪問(wèn)范圍、權(quán)限。數(shù)據(jù)訪問(wèn)機(jī)制針對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)訪

24、問(wèn)請(qǐng)求，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，檢索數(shù)據(jù)的物理路徑和輸出方式。人機(jī)交互實(shí)現(xiàn)企業(yè)組織層與信息系統(tǒng)間的動(dòng)態(tài)交互。綜上所述，產(chǎn)品生命周期模型框架應(yīng)該包括對(duì)組織要素的描述，建立組織視圖模型，對(duì)各階段的產(chǎn)品模型概念映射后實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)、共享、處理和與企業(yè)人員的交互。5.2產(chǎn)品生命周期各階段模型我們宏觀上將產(chǎn)品生命周期劃分為五個(gè)階段：需求分析、概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工制造和維護(hù)支持3。按照所劃分的階段，我們建立產(chǎn)品需求模型、概念模型、設(shè)計(jì)模型、制造 模型和維護(hù)支持模型，同時(shí)需要有機(jī)地實(shí)現(xiàn)各階段模型之間的轉(zhuǎn)換、集成、操作。因此，我 們有必要了解各階段的產(chǎn)品模型是怎樣的。5.2.1產(chǎn)品需求模型產(chǎn)品建模

25、總是從客戶需求模型或概念模型開(kāi)始的。由于客戶需求一般用口頭語(yǔ)言、文字或草圖描述，因此，獲取、表達(dá)、分析客戶需求信息成為建立需求模型應(yīng)解決的主要問(wèn)題。由于XML在結(jié)構(gòu)化文檔處理和集成方面的優(yōu)越性，基于XML的需求模型可以結(jié)構(gòu)化地表達(dá)客戶需求等信息，同時(shí)支持對(duì)需求信息的評(píng)價(jià)、分析和完善。需求模型的作用在于可 以實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息從客戶角度向設(shè)計(jì)者角度的轉(zhuǎn)換，借助QFD (Quality Function Deployment )將客戶需求轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的面向設(shè)計(jì)制造等環(huán)節(jié)的工程技術(shù)需求。522產(chǎn)品概念模型產(chǎn)品概念模型分為四部分。第一部分主要描述產(chǎn)品概念設(shè)計(jì)參數(shù)，如產(chǎn)品的工作原理、功能、性能和外觀等。第二部分

26、描述產(chǎn)品的概念結(jié)構(gòu)，如關(guān)鍵的裝配件、零件、裝配關(guān)系等。第三部分體現(xiàn)了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和使用對(duì)環(huán)境的影響。第四部分描述了所應(yīng)用的方法和產(chǎn)品的成本信息。5.2.3產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型用于表現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的結(jié)果。它應(yīng)包括產(chǎn)品的幾何圖形描述、文本描述，并建立幾何實(shí)體和文本實(shí)體之間的關(guān)聯(lián)。作為產(chǎn)品生命周期中的核心模型，產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型的主要任務(wù)是將概念產(chǎn)品轉(zhuǎn)化成設(shè)計(jì)方案。在此階段，一般采用面向?qū)ο蟮恼Z(yǔ)言（UML或EXPRESS等）建立產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型。圖5-2是一個(gè)通用的基于 UML的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型。在該模型中，產(chǎn)品類由標(biāo)準(zhǔn)件類、零件類和裝配件類組成，同時(shí)裝配類由標(biāo)準(zhǔn)件類、零件類組成。產(chǎn)品功能要求和裝配方案制約著零件結(jié)構(gòu)

27、，而零件結(jié)構(gòu)又反作用于產(chǎn)品的裝配方案。產(chǎn)品類代表基本產(chǎn)品類型， 為了滿足特定客戶需求產(chǎn)品可以變型。因此，產(chǎn)品類與變型產(chǎn)品類之間存在一種泛化關(guān)系（也可稱為繼承）。5-2基于UML的產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型對(duì)于每個(gè)產(chǎn)品基類， 設(shè)計(jì)BOM采用屬性結(jié)構(gòu)表示零部件之間的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系，節(jié)點(diǎn)和 分支分別代表項(xiàng)目及關(guān)系。產(chǎn)品類與產(chǎn)品設(shè)計(jì)BOM類之間是一種雙向關(guān)聯(lián)關(guān)系，同樣，變型產(chǎn)品類與變型產(chǎn)品設(shè)計(jì) BOM類之間也是這種關(guān)系。在上一小節(jié)中已提到，概念模型描述了產(chǎn)品的成本信息，其后繼模型（即產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型）繼承了成本信息，并進(jìn)一步體現(xiàn)了成本規(guī)劃信息，使得企業(yè)準(zhǔn)確地了解產(chǎn)品生命周期中各種業(yè)務(wù)活動(dòng)的費(fèi)用和資源消耗。成本信息可以幫助

28、企業(yè)提升利潤(rùn)空間和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。524產(chǎn)品制造模型在產(chǎn)品的制造過(guò)程中，原材料經(jīng)過(guò)加工成為零件，并與采購(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)件、外協(xié)廠家的 零部件等裝配形成產(chǎn)品。 產(chǎn)品制造模型應(yīng)該在產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上，添加相應(yīng)的產(chǎn)品制造信息，支持工藝規(guī)劃、資源配置、生產(chǎn)計(jì)劃、庫(kù)存管理、加工裝配等活動(dòng)。根據(jù)產(chǎn)品的加工和裝配關(guān)系，改變產(chǎn)品的設(shè)計(jì)BOM，形成制造 BOM，側(cè)重表達(dá)加工和裝配操作的時(shí)間順序。制造 BOM首先確定哪些零部件需要自制，哪些可從外部采購(gòu)。其 次，確定加工裝配過(guò)程中的順序約束，提供工藝規(guī)程、材料和裝配指令等信息，描述零件信 息、零件之間的層次關(guān)系、零件位置和方向、配合關(guān)系等。產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型體現(xiàn)了產(chǎn)品功能需求對(duì)零

29、件結(jié)構(gòu)的制約，同樣，在產(chǎn)品制造模型中， 產(chǎn)品的功能需求和體現(xiàn)于零件的具體幾何結(jié)構(gòu)，特別是零件間的連接和裝配關(guān)系。裝配工藝可以采用兩種方式，即自頂向上和自頂向下兩種方式。前者是在整體方案確定后，設(shè)計(jì)人員利用CAD工具分別進(jìn)行各個(gè)零件的詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后定義這些零件之間的裝配關(guān)系，形成產(chǎn) 品裝配模型。后者首先建立產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)表達(dá)，然后不斷細(xì)化零部件的幾何結(jié)構(gòu)，以保證零件結(jié)構(gòu)滿足產(chǎn)品功能需求，最終建立產(chǎn)品裝配模型。5.2.5產(chǎn)品服務(wù)模型產(chǎn)品服務(wù)可以分成三個(gè)階段：交付前服務(wù)、運(yùn)行維護(hù)和回收處理。 產(chǎn)品服務(wù)模型應(yīng)包括四部分信息：客戶信息、產(chǎn)品交付信息、產(chǎn)品運(yùn)行維護(hù)信息和回收處理信息，如圖5-3所示。圖

30、5-3基于UML的產(chǎn)品服務(wù)模型客戶信息主要包括客戶數(shù)據(jù)、合同信息、使用人員信息和培訓(xùn)信息等。客戶信息可以支持產(chǎn)品的銷售工作。產(chǎn)品交互信息主要包括產(chǎn)品運(yùn)輸數(shù)據(jù)、產(chǎn)品安裝數(shù)據(jù)、產(chǎn)品交付狀態(tài)、 客戶驗(yàn)收意見(jiàn)和技術(shù)手冊(cè)。產(chǎn)品交付信息的初始來(lái)源是產(chǎn)品的制造模型，同時(shí)附加挨了產(chǎn)品安裝信息。產(chǎn)品運(yùn)行維護(hù)信息包括產(chǎn)品運(yùn)行狀況、故障記錄、維修記錄和技術(shù)支持。產(chǎn)品回收處理信息包括報(bào)廢處理單、拆卸工藝和材料分解工藝等。5.3產(chǎn)品模型集成框架在上一節(jié)中詳細(xì)介紹產(chǎn)品生命周期各階段模型，中間階段的模型集成了錢(qián)階段模型的信息，體現(xiàn)出簡(jiǎn)單的集成關(guān)系。產(chǎn)品模型集成將建立它們間的聯(lián)系（不僅僅是繼承），支持建立邏輯上唯一的數(shù)據(jù)源，

31、 存放全部產(chǎn)品數(shù)據(jù)和知識(shí)， 維護(hù)產(chǎn)品生命周期中數(shù)據(jù)的一致性，降低數(shù)據(jù)量和制造復(fù)雜性。產(chǎn)品生命周期模型的操作框架通常采用客戶/服務(wù)和瀏覽器/服務(wù)器混合結(jié)構(gòu)。前者用于內(nèi)部信息處理和管理功能，后者用于外部信息處理。由于后者的跨平臺(tái)性較好，并且能使開(kāi) 發(fā)人員能夠?qū)㈤_(kāi)發(fā)重點(diǎn)放在服務(wù)器端，逐有全面取代前者的趨勢(shì)。產(chǎn)品模型集成框架結(jié)構(gòu)分為三層：應(yīng)用層、服務(wù)層和數(shù)據(jù)層。應(yīng)用層有五個(gè)應(yīng)用代理， 分別是需求代理、概念代理、設(shè)計(jì)代理、制造代理和服務(wù)代理，分別對(duì)應(yīng)產(chǎn)品生命周期模型的五個(gè)子模型。應(yīng)用代理通過(guò)各種通信協(xié)議（如TCP/IP等）來(lái)訪問(wèn)服務(wù)層中的基本服務(wù)大力，如圖形代理、安全代理、協(xié)調(diào)代理、查詢代理、資源代理等。圖形