CN102651102A - 一种基于产品全生命周期的协同环境下产品信息建模方法 - Google Patents

Abstract

一种基于产品全生命周期的协同环境下产品信息建模方法，该方法有四大步骤：步骤一、依据WBS即工作分解结构构建广义模型基础框架；步骤二、BOM即材料清单有更新时，抽取各视图BOM信息；步骤三、在统一产品信息模型中查找更新涉及的子信息模型：若查找到说明该子信息模型已存在；若未查找到则说明该子信息模型不存在；对已有子信息模型进行更新、升版，包括插入或删除新节点、变更节点间关系；对没有的子信息模型，查找其所属的上一级节点进行插入并创建，然后建立视图，建立关系；构建统一产品信息模型即UPIM；步骤4：继续判断BOM是否有更新，重复上述步骤。本发明在计算机辅助设计技术领域里具有较好的实用价值。

Description

一种基于产品全生命周期的协同环境下产品信息建模方法

技术领域

本发明涉及一种基于产品全生命周期的协同环境下产品信息建模方法，并且还涉及产品全生命周期的XBOM(各种材料清单的统称)，属于计算机辅助设计技术领域。

背景技术

随着国内中小企业群信息化建设的发展，对基于网络的异地、多学科协同仿真的需求也日益增加。通过网络环境下的协同仿真流程信息建模及数据维护，企业之间可以建立共同理解的产品数据和协同产品仿真工作模式，组织多个开发团队进行协同开发，发挥专业工或者互补的潜力，纠正开发周期过长、开发费用高等弊病，从而为提高企业及其联盟的整体竞争力创造必要的条件。目前，产品全生命周期管理已成为企业重要信息化战略，与其整体解决方案相关的技术和应用，如单一产品数据源技术(SSPD，Single Source of Product Data)(它将原来分布在多个数据库中的产品数据，经过组织形成一个逻辑上单一的数据库。)已成为产品生命周期管理(PLM，Product Lifecycle Management)的研究重点。单一产品数据源最早是由波音公司在实施确定与控制飞机布局/制造资源管理(DCAC/MRM，Defineand Control of Airplane Configuration/Manufacturing Resource Management)计划时提出的，它通过建立统一的逻辑联系，将物理上分布的产品数据和知识形成逻辑上的统一整体，为产品数据的访问与操作提供惟一的数据源。作为产品全生命周期管理的底层数据支持，单一产品数据源被企业的各部门作为数据访问目标，从中读取数据进行处理，并将生成的数据按要求存回其中。而构建基于产品全生命周期的协同环境下的产品信息模型是合理组织单一产品数据源的关键。

产品信息建模方法一直是机械产品计算机辅助设计领域研究的热点，特别是当前随计算机辅助设计手段的增强以及研制产品的复杂化，人们不再满足于从产品的某一个专业角度逐次开展产品的计算机辅助设计，而更关注整个产品的全生命周期的协同设计，进行产品全生命周期的协同设计的关键是构建产品信息模型。

目前国外有数种支持多领域协同仿真流程信息建模及维护的工具软件开发成功，但这些产品价格昂贵，且由于商业原因在支持多领域工具集成与协同上大多采用点对点的软件接口方式，在开发性、灵活性与通用性上均存在不足与局限，缺乏对不同仿真系统产生的仿真过程、数据、模型的有效与一致的管理。现有国内仿真流程信息建模及维护平台多为产品数据管理(PDM)系统的简单扩展，主要针对产品结构信息和文档等设计信息进行管理，仿真流程信息建模和管理类还是企业研发体系中的新课题。与传统PDM不同，仿真数据信息管理要求体现仿真行为与数据之间逻辑关系的一致性，须研究仿真流程信息专用的信息模型和管理模式，以实现对仿真流程和数据间逻辑关系进行管理和维护。另一方面现有仿真流程信息建模和维护方法不重视与PDM信息的集成，不能保证从PDM信息的集成，不能保证从PDM系统进入仿真分析流程信息与仿真数据库内的信息是可追踪的、一致的、连续的，而基于产品结构树的仿真流程信息建模可以有效解决这一不足。因此，设计一种有效的基于产品结构树的仿真流程信息建模及维护方法，实现低成本的仿真数据管理具有创新和实用意义，市场潜力巨大。

发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种基于产品全生命周期的协同环境下产品信息建模方法，它克服了现有技术的不足，为产品研制的各阶段、各协同单位、各学科提供单一产品数据源。

2、技术方案：本技术方案是基于异构分布式数据库系统、数字化产品协同研制平台提出的，提出基于产品全生命周期的协同环境下的产品信息模型信息数据构成，以及基于产品全生命周期的协同环境下产品信息建模方法，为产品研制的各阶段、各协同单位、各学科提供单一产品数据源。异构分布式数据库系统是一个逻辑上完整而又具有站点自治性，物理上分散在若干台互相连接着的计算机上的、具有相同或不同数据模型的数据库系统。在异构分布式数据库系统中，不同节点上的数据库系统具有独立性、自治性和分布透明性，用户对任何数据库的操作就如同在本地执行，不必关心其数据模型、物理位置等细节，它屏蔽了各种数据库在物理上和逻辑上的差异，使用户用自己所熟悉的一种数据操作语言(DML)就能够操纵任一种数据库。数字化协同产品开发平台的构建，不仅能够高效地管理产品全生命周期的数据，而且能够深入到产品开发过程的每一个环节，将分布式的资源、人员进行优化配置，使得异地分布的不同设计人员、应用系统能够基于统一的平台进行协同工作，从而在提高产品质量的同时，降低其成本，缩短其开发时间。单一产品数据源通过建立统一的逻辑联系，将物理上分布的产品数据和知识形成逻辑上的统一整体，为产品数据的访问与操作提供惟一的数据源。作为产品全生命周期管理的底层数据支持，单一产品数据源被企业的各部门作为数据访问目标，从中读取数据进行处理，并将生成的数据按要求存回其中。

基于产品全生命周期的协同环境下的产品信息模型信息数据构成包括三个部分：

(1)定义产品全生命周期信息模型的特征参数，作为该信息模型的属性域；

(2)记录产品全生命周期信息模型特征参数之间的关联关系，作为该信息模型的关系域；

(3)从一定的方向投影产品全生命周期信息模型所得到的投影，作为该信息模型的视图域；

本发明一种基于产品全生命周期的协同环境下产品信息建模方法。以产品生命周期各阶段划分，该方法在各阶段的具体步骤如下：

步骤1：依据WBS(工作分解结构)构建广义模型基础框架。

步骤2：BOM(材料清单)有更新时，抽取各视图BOM信息。

步骤3：在统一产品信息模型中查找更新涉及的子信息模型：若查找到说明该子信息模型已存在；若未查找到则说明该子信息模型不存在。对已有子信息模型进行更新、升版，包括插入或删除新节点、变更节点间关系等；对没有的子信息模型，查找其所属的上一级节点进行插入并创建，然后建立视图，建立关系。在产品生命周期的不同阶段，产品子模型表现为不同的形式，反映了产品开发的不同阶段的成熟度，统一产品信息模型(UPIM)的构建过程具体步骤分为六个阶段：

(1)产品需求分析阶段

根据同型号的飞机市场的外部信息(如客户、竞争者和供应商等)分析获得启发性事件和内部新产品研发设想；再根据时间和理由的分析，形成的新产品设想，确定产品的市场定位及总体设计参数。

(2)产品概念设计阶段

根据产品的总体参数进行产品的概念设计，主要是对产品总体进行大模块划分及CI选择，完成产品的顶层设计，最后对模块任务进行分发，最后对所有数据进行整理形成说明BOM。

(3)产品工程设计阶段

对下发的模块进行详细工程设计，必须保证技术上的先进性与经济上的合理性等，主要是对部件级的产品物理定义和功能模拟，最后对所有数据进行整理形成工程BOM。

(4)产品工艺设计阶段

对下发的模块进行详细的工艺设计，基本任务是保证生产的产品能符合设计的要求，制定优质、高产、低耗的产品制造工艺规程，制订出产品的试制和正式生产所需要的全部工艺文件，包括：对产品图纸的工艺分析和审核、拟定加工方案、编制工艺规程、以及工艺装备的设计和制造等，最后对所有数据进行整理形成工艺BOM。

(5)产品制造阶段

根据飞机制造单位的具体情况，制定零部件的生产流程，整理形成MBOM(制造材料清单)，并根据MBOM进行下发模块的零部件的生产制造。

(6)产品服务和支持阶段

主要是对产品的销售情况及售后维护进行管理，在增加产品使用数据和售后服务数据，如说明书、培训资料、备件、维修、履历表、通报等形成维护BOM。

步骤4：继续判断BOM是否有更新，重复上述步骤。

3)本发明的优点在于：

(1)协同设计数据信息管理要求体现协同设计行为与数据之间逻辑关系的一致性，须研究协同设计流程信息专用的信息模型和管理模式，以实现对协同设计流程和数据间逻辑关系进行管理和维护。

(2)解决现有协同设计流程信息建模和维护方法不重视与异构PDM信息的集成的问题，保证从异构PDM信息的集成、保证从异构PDM系统进入协同设计数据库内的信息是可追踪的、一致的、连续的。

(3)基于产品全生命周期的协同环境下的产品信息建模可以有效解决现有协同设计流程信息建模没有包括全生命周期里的所有数据、没办法保证产品信息的完整性、对产品后期的维护不利这一不足。

附图说明

图1是异构分布式数据库系统构成；

图2是数字化产品协同研制平台；

图3是分布式单一产品数据源的组成结构；

图4是模型信息数据构成；

图5是一种基于协同环境下产品全生命周期的产品信息建模方法；

图6是民机研制的全生命周期。

图7是统一产品信息模型(UPIM)的构建过程。

图中符号说明如下：

SQL Server：微软开发的数据库管理系统，FoxPro：美国Fox公司开发的数据库；

SQLite：轻型的数据库管理系统，DB2：由IBM公司开发的数据库服务器；

Informix：由Informix公司开发的关系数据库，Access：由美国Microsoft公司开发的微机数据库管理系统；

MySQL：由瑞典MySQL AB公司开发的小型关系型数据库管理系统，PostgreSQL：关系数据库管理系统；

Oracle：由Oracle公司开发的关系数据库，Sybase：由Sybase公司开发的数据库；

WBS：工作分解结构，BOM：材料清单，CI：构型项。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。

见图1-图4，本发明构建基于产品全生命周期的协同环境下的产品信息模型，为产品研制的各阶段、各协同单位、各学科提供单一产品数据源。

本发明一种基于协同环境下产品全生命周期的产品信息建模方法，如图5所示。该方法具体步骤如下：

步骤1：依据WBS(工作分解结构)构建广义模型基础框架。

步骤2：BOM(材料清单)有更新时，抽取各视图BOM信息。

步骤3：在统一产品信息模型中查找更新涉及的子信息模型：若查找到说明该子信息模型已存在；若未查找到则说明该子信息模型不存在。对已有子信息模型进行更新、升版，包括插入或删除新节点、变更节点间关系等；对没有的子信息模型，查找其所属的上一级节点进行插入并创建，然后建立视图，建立关系。在产品生命周期的不同阶段，产品子模型表现为不同的形式，反映了产品开发的不同阶段的成熟度，统一产品信息模型(UPIM)的构建过程具体步骤分为六个阶段：见图7。

(1)产品需求分析阶段

根据同型号的飞机市场的外部信息(如客户、竞争者和供应商等)分析获得启发性事件和内部新产品研发设想；再根据时间和理由的分析，形成的新产品设想，确定产品的市场定位及总体设计参数。

(2)产品概念设计阶段

根据产品的总体参数进行产品的概念设计，主要是对产品总体进行大模块划分及CI选择，完成产品的顶层设计，最后对模块任务进行分发，最后对所有数据进行整理形成说明BOM。

(3)产品工程设计阶段

对下发的模块进行详细工程设计，必须保证技术上的先进性与经济上的合理性等，主要是对部件级的产品物理定义和功能模拟，最后对所有数据进行整理形成工程BOM。

(4)产品工艺设计阶段

对下发的模块进行详细的工艺设计，基本任务是保证生产的产品能符合设计的要求，制定优质、高产、低耗的产品制造工艺规程，制订出产品的试制和正式生产所需要的全部工艺文件，包括：对产品图纸的工艺分析和审核、拟定加工方案、编制工艺规程、以及工艺装备的设计和制造等，最后对所有数据进行整理形成工艺BOM。

(5)产品制造阶段

根据飞机制造单位的具体情况，制定零部件的生产流程，整理形成MBOM(制造材料清单)，并根据MBOM进行下发模块的零部件的生产制造。

(6)产品服务和支持阶段

主要是对产品的销售情况及售后维护进行管理，在增加产品使用数据和售后服务数据，如说明书、培训资料、备件、维修、履历表、通报等形成维护BOM。根据统一产品信息模型(UPIM)的构建过程，首先需要研究确定型号飞机的统一产品结构模型(UPSM)，在大型飞机研制的生命周期管理中，通过映射和增量等技术形成设计、制造、装配等结构树，逐步地集成飞机研制各阶段的信息(xBOM)，建立统一产品信息模型(UPIM)，且通过逆映射技术也可以生产xBOM，并在此基础上分别应用于不同阶段的软件系统。

步骤4：继续判断BOM是否有更新，重复上述步骤。

实施例：

下面以民机生产的全生命周期为例，这种基于协同环境下产品全生命周期的产品信息建模方法。有图6可看出民机生产的全生命周期的各阶段。

在图中的最初阶段，产品信息建模是从市场调研开始的。根据同型号的飞机市场的外部信息(如客户、竞争者和供应商等)分析获得启发性事件和内部新产品研发设想；再根据时间和理由的分析，形成的新产品设想，确定产品的市场定位及总体设计参数。

在确定产品的市场定位及总体设计参数的随后阶段，进行的是是产品概念设计和优化、确定最佳方案，根据飞机的总体参数进行飞机的概念设计，主要是对飞机总体进行大模块划分及CI选择，完成飞机的顶层设计，最后对模块任务进行分发，最后对所有数据进行整理形成说明BOM。

根据之前形成的说明BOM，进行详细设计。对下发的模块进行详细工程设计，必须保证技术上的先进性与经济上的合理性等，主要是对部件级的飞机物理定义和功能模拟，最后对所有数据进行整理形成工程BOM。

详细设计还包括详细工艺设计，根据之前形成的BOM，对下发的模块进行详细的工艺设计，基本任务是保证生产的产品能符合设计的要求，制定优质、高产、低耗的产品制造工艺规程，制订出产品的试制和正式生产所需要的全部工艺文件，包括：对产品图纸的工艺分析和审核、拟定加工方案、编制工艺规程、以及工艺装备的设计和制造等，最后对所有数据进行整理形成工艺BOM。

详细工艺设计之后是研制生产环节，根据飞机制造单位的具体情况，制定零部件的生产流程，整理形成MBOM(制造材料清单)，并根据MBOM进行下发模块的零部件的生产制造。

民机生产的全生命周期的最后阶段主要是对飞机的销售情况及售后维护进行管理，在增加产品使用数据和售后服务数据，如说明书、培训资料、备件、维修、履历表、通报等形成维护BOM。

在此实例中，研制开始阶段对产品进行完整数字化定义，并在研制过程中不断完善，以建立协同研制各单位都易于理解和使用的数字化产品模型，提高大型飞机研制的协同水平。

Claims (2)

1.一种基于产品全生命周期的协同环境下产品信息建模方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：

步骤1：依据WBS即工作分解结构构建广义模型基础框架；

步骤2：BOM即材料清单有更新时，抽取各视图BOM信息；

步骤3：在统一产品信息模型中查找更新涉及的子信息模型：若查找到说明该子信息模型已存在；若未查找到则说明该子信息模型不存在；对已有子信息模型进行更新、升版，包括插入或删除新节点、变更节点间关系；对没有的子信息模型，查找其所属的上一级节点进行插入并创建，然后建立视图，建立关系；在产品生命周期的不同阶段，产品子模型表现为不同的形式，反映了产品开发的不同阶段的成熟度，构建统一产品信息模型即UPIM；

步骤4：继续判断BOM是否有更新，重复上述步骤。

2.根据权利要求1所述的一种基于产品全生命周期的协同环境下产品信息建模方法，其特征在于：步骤3中所述的构建统一产品信息模型即UPIM的构建，具体步骤分为六个阶段：

(1)产品需求分析阶段

根据同型号的飞机市场的外部信息分析获得启发性事件和内部新产品研发设想；再根据时间和理由的分析，形成的新产品设想，确定产品的市场定位及总体设计参数；

(2)产品概念设计阶段

根据产品的总体参数进行产品的概念设计，是对产品总体进行大模块划分及CI选择，完成产品的顶层设计，对模块任务进行分发，最后对所有数据进行整理形成说明BOM；

(3)产品工程设计阶段

对下发的模块进行详细工程设计，必须保证技术上的先进性与经济上的合理性，对部件级的产品物理定义和功能模拟，最后对所有数据进行整理形成工程BOM；

(4)产品工艺设计阶段

对下发的模块进行详细的工艺设计，基本任务是保证生产的产品能符合设计的要求，制定优质、高产、低耗的产品制造工艺规程，制订出产品的试制和正式生产所需要的全部工艺文件，包括：对产品图纸的工艺分析和审核、拟定加工方案、编制工艺规程、以及工艺装备的设计和制造，最后对所有数据进行整理形成工艺BOM；

(5)产品制造阶段

根据飞机制造单位的具体情况，制定零部件的生产流程，整理形成MBOM即制造材料清单，并根据MBOM进行下发模块的零部件的生产制造；

(6)产品服务和支持阶段

对产品的销售情况及售后维护进行管理，在增加产品使用数据和售后服务数据，如说明书、培训资料、备件、维修、履历表、通报形成维护BOM。

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