CN115659993B - 一种基于联邦语义模型驱动的产品数字主线实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数字制造领域，具体公开了一种基于联邦语义模型驱动的产品数字主线实现方法。包括建立领域内语义模型、领域间语义模型、联邦语义抽象模型，基于联邦语义抽象模型创建产品数据的跨领域外部关系，并通过语义表达建立产品数据的可追溯性，实现端到端的产品数据语义网络，以实现产品数字主线。本申请基于联邦语义模型驱动的产品数字主线实现方法通过联邦语义抽象模型驱动连接产品数字工程和数字制造产品过程中产生的所有数据，通过建立端到端的产品数据语义关系，包含产品需求、系统工程模型、仿真模拟数据、CAD数据、产品研发数据、产品工艺、测试数据，从而实现产品数据端到端的可追溯性。
Description
技术领域
本发明涉及数字制造领域，特别涉及了一种基于联邦语义模型驱动的产品数字主线实现方法。
背景技术
近年，企业持续加大数字化转型的投资，产品数字主线在数字工程和数字制造领域将得到大量的应用。产品数字主线为复杂系统、产品研发和制造提供了巨大的潜力和创新机会，但能够使用、处理分布在各领域的产品数据至关重要。业界深知产品数字主线重要性，大家都在积极的探索，目前业界探索建立产品数字主线的方法如下：
生命周期协作服务(Open Service ForLifecycle Collaboration)，简称OSLC：OSLC实质上是一种API规范协议，OSLCAPI是一种超媒体API，类似HTML中的web资源，即API所返回的资源带有超级连接，可以通过此链接访问其他资源；OSLC API所返回的资源必须以资源描述框架(Resource Description Framework，简称RDF)结构描述资源内容，即API返回资源通过语义描述框架进行描述。从业界实践来看，OSLC更多是解决系统间集成问题，通过RDF描述API返回资源以便API可以重用。
数据中台：数据中台强调通过技术手段聚合数据，将数据汇聚在数仓，但数仓中的数据并不能成为资产，往往需要数据科学家发现数据之间的内在联系和价值，通过对数据本身的分析进行抽象建模，再借助机器学习和人工智能等大数据处理机制挖掘数据价值。但在数字工程和数字制造领域，产品生命周期不同的阶段都存在产品数据描述通用标准和语义描述，但按照业界的通用标准和语义描述链接各领域的产品数据在数据中台中并未得到解决，以至于数据仓中的数据不能有效的成为企业知识，不能加速产品的研发和制造过程。
PaaS平台：近年来，许多产品研发企业和制造型企业大力发展公司级的PaaS平台，希望通过PaaS平台的建设实现产品数据价值链，但其PaaS平台解决的是企业IT信息化建设效率和复用的问题，并未从数据维度解决产品生命周期过程的血缘关系；同时PaaS平台的投入巨大。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种通过统一的联邦语义模型表达、治理产品数据并形成产品E2E的语义网络，从而实现产品数字主线的基于联邦语义模型驱动的产品数字主线实现方法。
本发明所采用的技术方案为：
一种基于联邦语义模型驱动的产品数字主线实现方法，包括：
建立领域内语义模型，领域内语义模型用来表示产品研发和制造过程中的各个工具或系统中的产品数据及产品数据之间的语义关系；
建立领域间语义模型，领域间语义模型用于建立实现多个领域内语义模型的跨领域语义关系，并将多个领域内语义模型绑定；
建立联邦语义抽象模型，联邦语义抽象模型用于存储、表达和展示领域内语义模型和领域间语义模型；
基于联邦语义抽象模型创建产品数据的跨领域外部关系，并通过语义表达建立产品数据的可追溯性，实现端到端的产品数据语义网络，以实现产品数字主线。
本申请旨在通过“统一的联邦语义网络模型”表达、治理产品概念、概要设计、详细设计、工艺研发、试制、制造和售后阶段产品数据之间的血缘关系。联邦语义包含领域内语义模型(intra-model Relations)和领域间语义模型(inter-model Relations)，领域内语义模型表示驻留在产品研发和制造过程中各个工具和系统中元素之间的语义关系，每个领域的存储库都包含元素(Element)和关系(Relationship)，同时包含元素属性(Properties)，这些数据通常由各领域工程师(如：系统工程师、结构工程师、硬件工程师等)在专业的工具和系统中创建、管理和使用；领域间语义模型关系通过语义建模工具实现领域间模型和数据的语义关系。所有这些领域内元素、领域内关系、元素属性、跨领域关系连接在一起，组成产品端到端(E2E)的语义网络，从而实现产品数字主线。
在一些实施方式中，所述产品数据包括元素、元素之间的关系和元素属性。
在一些实施方式中，建立联邦语义抽象模型的同时，形成联邦语义模型索引，通过联邦语义模型索引实现领域内和领域间的探索功能。
在一些实施方式中，所述联邦语义抽象模型以图模式展示，图模式的连接指向联邦语义模型索引。
在一些实施方式中，通过微服务的方式面向第三方提供调用服务，并支持Oauth2.0安全认证。
在一些实施方式中，采用通用的语义操作工具通过联邦语义模型索引探索数据，支持命名行的方式探索数据。
在一些实施方式中，还包括注册产品数据存储库，通过领域内语义模型驱动连接分布在领域内的产品数据。
在一些实施方式中，所述联邦语义抽象模型用于驱动连接分布式的产品数据，产品数据包括需求管理、产品功能模型、产品逻辑模型、产品机械数据、产品硬件设计数据，产品设计BOM。
本发明的有益效果在于：
本申请基于联邦语义模型驱动的产品数字主线实现方法通过联邦语义抽象模型驱动连接产品数字工程和数字制造产品过程中产生的所有数据，通过建立端到端的产品数据语义关系，包含产品需求、系统工程模型、仿真模拟数据、CAD数据、产品研发数据、产品工艺、测试数据，从而实现产品数据端到端的可追溯性；
联邦语义抽象模型无缝的整合跨学科、组织和数据存储库；
数据实时开放，帮助工程师完成任务，允许监控、审查和记录端到端的模型和数据；
持续跟踪模型和数据演变，多分支记录历史，支持变型配置；
安全可靠，防止未经授权的产品数据访问；
可扩展，数据科学驱动智能数据服务，为产品数字工程和数字制造带来创新性应用，如端到端的变更影响分析、产品制造方法推荐等服务。
附图说明
图1为本发明的联邦语义抽象模型的框架示意图；
图2为基于PPR的产品工艺领域内语义模型示意图；
图3为产品设计和产品工艺领域的领域间语义模型示意图；
图4为企业PDM系统和MPM系统中数据可追溯性展示示意图；
图5为联邦语义抽象模型驱动跨专业、数据存储卡连接的展示示意图；
图6为跨领域关系建立示意图；
图7为图模式展示联邦语义抽象模型结构示意图；
图8为基于图模式创建产品数据领域间关系的展示示意图；
图9为通过微服务的方式面向第三方提供调用服务的展示示意图；
图10为本实施例中PDM与MPM系统集成架构示意图；
图11为需求、设计、工艺的跨领域关系语义实现示意图；
图12为产品需求-设计数据-产品工艺联邦语义模型图展示示意图；
图13为领域内语义模型驱动连接领域内产品数据的展示示意图；
图14为基于需求领域内语义模型进行探索数据的展示示意图；
图15为建立数据的跨领域外部关系的展示示意图；
图16为语义操作工具支持命名行的方式探索数据的展示示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本申请数字主线实现方法首先必须聚焦在产品数字工程和数字制造领域的语义模型建设，我们需要定义如图1中的联邦语义抽象模型已存储、表达和展示领域内语义模型和领域间语义模型。
如图2为基于PPR的产品工艺领域内语义模型，建立领域内语义模型(IntraModeling)是固化、转换数字工程和数字制造相关标准，将产品数字工程领域的需求描述、系统工程数据、机械、电子、电气，BOM数据结合行业标准进行抽象，即将REQIF(产品需求交换框架)、SysML2.0(产品系统工程建模语言)、STEP(机械设计交换标准)、ODB++(电子设计交换标准)、PLMXML(Product Lifecycle ManagementXML产品生命周期数据管理交换)、PPR(Product Process Resource-产品工艺资源模型)等标准语义化，并将语义字典库化到产品数字主线平台中。
结合图1，产品工艺领域领描述“产品”映射为存储库，使用Type描述标识，或继承存储库Repository，工艺规程、工序、工步和资源继承元素Element；系统架构领域项目和包继承存储库Repository，需求、块、用例、活动、参数继承元素Element，泛化、包含、继承、实现等继承Relation，实现分层语义模型定义(如图2展示的基于PPR的产品工艺领域语义模型)。
如图3为产品设计和产品工艺领域的领域间语义模型，建立领域间语义模型(InterModeling)，即在不同领域内语义模型的元素上建立跨领域语义关系，从而将多个领域内语义模型绑定在一起，产品数字主线平台同时记录跨领域关系的索引，通过索引机制获取领域与领域之间的关系。
如图4为企业PDM系统和MPM系统中数据可追溯性展示，基于联邦语义抽象模型创建产品数据的跨领域关系，从而建立产品数据的可追溯性。
如图5所示为联邦语义抽象模型驱动跨专业、数据存储卡连接的展示，联邦语义抽象模型驱动连接产品数字工程和数字制造产品过程中产生的所有数据，通过建立端到端的产品数据语义关系，包含产品需求、系统工程模型、仿真模拟数据、CAD数据、产品研发数据、产品工艺、测试数据，从而实现产品数据端到端的可追溯性，如图中展示的系统工程领域、产品需求领域、产品制造领域、产品工艺领域、硬件设计领域、软件设计领域、结构设计领域、产品仿真领域，这些领域均可通过联邦语义抽象模型实现端对端的产品数据可追溯性。
如图6所示，通过联邦语义抽象模型中的跨领域元素(Inter Element)和跨领域关系(Inter Relation)存储、表达、展示跨领域关系，同时形成联邦语义模型索引，实现跨领域关系建立。
如图7所示，本实施例中通过图模式(Graph Schema)展示联邦语义抽象模型，图模式的连接指向联邦语义模型索引。
如图8所示，基于图模式创建产品数据领域间关系，使得分布在各数据存储或系统中的产品数据建立关联，同时保证数据关系满足设计模式和约束。
如图9所示，通过微服务的方式面向第三方提供调用服务，并支持Oauth2.0安全认证，如图中API清单，支持第三方获取领域数据，以及数据的跨领域外部关联数据。
本实施例中以产品需求、产品设计数据和产品工艺数据为例描述如何构建联邦语义模型，实现产品需求数据、产品设计数据和产品工艺数据的语义连接，并通过数字主线平台提供的语义数据分析工具进行语义探索。
如图10所示，固化领域内语义模型，基于REQIF(产品需求交换标准)固化产品需求领域语义模型，如图中所示：项目(Project)继承存储库(Repository)，原始需求(OriginalRequirement)继承元素(Element)，产品需求(Product Requirement)和技术指标/规格(Specification)继承元素(Element)，项目中包含(CONTAIN_OF)多条原始需求，原始需求被产品需求所描述(DESCRIBED_BY)，产品需求包含(CONTAIN_OF)多条技术指标/规格。依次采用STEP标准构建结构设计领域语义模型(3DX)，使用ODB++、Gitflow分支模型固化软件和电子设计领域语义模型(PDM)，采用PPR模型构建产品工艺领域语义模型(MPM)。
如图11所示，建立领域之间的语义关系，即建立需求、设计、工艺的跨领域的元素与元素之间的关系。产品需求通过设计领域(3DX、PDM)的组件或零件来满足和实现，则按图中的方式创建需求领域的产品需求(Product Requirement)被PDM领域的组件/零件(PartIteration)之间的被实现关系(IMPLEMENTED_BY)。依次构建设计领域组件/零件元素与产品需求和规格的被实现语义关系；以及工艺领域工艺规程和设计领域组件/两件的被制造语义关系
如图12所示，通过领域内语义模型构建和领域间的语义关系的建立，我们可以将所有领域的语义模型组织成有效的网路图谱结构，即“联邦语义模型”。通过浏览完整的语义网络拓扑图，如图中查看产品需求-设计数据-产品工艺联邦语义模型的完整性；
如图13所示，我们可以将各领域的存储库，即各领域的数据或数据库注册到领域内模型下。如图中所示输入数据数据库的访问地址、端口和认证信息，在此我们已经完成“联邦语义模型”驱动数据连接的所有准备工作；
如图14所示，在存储库中以元素为中心开始探索产品数据，所探索的数据必须在语义模型已定义，未定义的元素不能被探索，即通过领域内语义模型的定义完成了数据的掩码和安全访问控制，如图中所探索的需求领域的产品需求；
如图15所示，追踪产品数据血缘，即产品数据主线的可追溯，通过领域内关系数据和外部关系数据的探索能力获取语义相关的数据，如图中不同的颜色表示不同的领域数据，不同的领域数据之间存在关系和方向的描述。还可以动态的建立数据的跨领域外部关系，并通过外部关系探索功能获取领域间关联数据，而非数据融合的方式。
如图16所示，通过语义探索工具，支持标准的Open Cypher的脚本，如需获取产品组件结构关系，通过命名行(Match(p:Part)-[r]->(pi:PartIteration)Where p.oid＝'c9f52c9e-e4e4-4576-a043-4d52a96c6232'Return p,r,pi)，结构展示如图所示。
以上即实现完成本申请的数字主线实现方法。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于联邦语义模型驱动的产品数字主线实现方法，其特征在于，包括：
建立领域内语义模型，产品研发和制造过程中的各个工具或系统中存在产品数据，产品数据包括元素、元素之间的关系和元素属性，领域内语义模型表示驻留在产品研发和制造过程中各个工具和系统中元素之间的语义关系；
建立领域内语义模型是固化、转换数字工程和数字制造相关标准，将产品数字工程领域的需求描述、系统工程数据、机械、电子、电气、BOM数据结合行业标准进行抽象；
建立领域间语义模型，领域间语义模型用于建立实现多个领域内语义模型的跨领域语义关系，并将多个领域内语义模型绑定；
建立联邦语义抽象模型，联邦语义抽象模型用于存储、表达和展示领域内语义模型和领域间语义模型；
基于联邦语义抽象模型创建产品数据的跨领域外部关系，并通过语义表达建立产品数据的可追溯性，实现端到端的产品数据语义网络，以实现产品数字主线；
所述联邦语义抽象模型用于驱动连接分布式的产品数据，分布式的产品数据包括需求管理、产品功能模型、产品逻辑模型、产品机械数据、产品硬件设计数据、产品设计BOM；
所述领域为流程领域，包括系统工程领域、产品需求领域、产品制造领域、产品工艺领域、硬件设计领域、软件设计领域、结构设计领域、产品仿真领域。
2.根据权利要求1所述的基于联邦语义模型驱动的产品数字主线实现方法，其特征在于，建立联邦语义抽象模型的同时，形成联邦语义模型索引，通过联邦语义模型索引实现领域内和领域间的探索功能。
3.根据权利要求2所述的基于联邦语义模型驱动的产品数字主线实现方法，其特征在于，所述联邦语义抽象模型以图模式展示，图模式的连接指向联邦语义模型索引。
4.根据权利要求1所述的基于联邦语义模型驱动的产品数字主线实现方法，其特征在于，通过微服务的方式面向第三方提供调用服务，并支持Oauth2.0安全认证。
5.根据权利要求2所述的基于联邦语义模型驱动的产品数字主线实现方法，其特征在于，采用语义操作工具通过联邦语义模型索引探索数据，支持命名行的方式探索数据。
6.根据权利要求1所述的基于联邦语义模型驱动的产品数字主线实现方法，其特征在于，还包括注册产品数据存储库，通过领域内语义模型驱动连接分布在领域内的产品数据。
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