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      PDM的基本对象模型

      作为PDM系统的基本对象模型,要求支持上述基本管理功能,也是PDM系统的核心功能,包括系统管理功能、个人工作环境与数据共享环境、分布式文档管理功能等。与此对应的对象模型有

      1.基本对象模型的内容分析
            PDM系统要解决的首要问题是分布在不同地点、不同格式的数字化文件的有效管理问题,这一问题的主要内容有:
       
          (1)分布式、多类型的文件管理
          随着现代设计方法与技术的应用,产品开发往往是由团队协作完成的。这些团队在地理上往往是分散的,而他们参与设计时需要的信息是各种各样的,同时数据类型也是各异的。如果不对这些不同地域、不同结构的数据进行有效管理,就很难保证数据传递的一致性,造成误工、误事,甚至导致产品开发的失败。
       
          (2)满足工程需要的不同查询方式
          一个产品的开发往往会产生大量的文件和图纸。如设计一辆汽车会产生几千个文件、几千张图纸和大量数据。另一方面,开发一个新的系列产品必然会承袭大量原有产品的成果,因此,需要经常查阅原有产品的设计数据和图纸。所以,必须提供有效的查询环境与手段,以便能够根据项目、设计人员、文档类型、设计日期、工作阶段、审批状态等参数进行快速、有效的查询,保证用户得到所需要的资料。
       
          (3)数据的版本管理问题
          CAx(computer aided x)工具(指各种计算机辅助工具)使各种资料的修改变得十分方便,但是也带来了数据修改历史的记录问题。一个系列产品从产生到消亡需要经过反复的改进,因此,描述一个产品的数据可能有多个版本,每个版本应用于不同时期的产品之中。如何保证使用的是某个产品的正确版本将成为工程中一个至关重要的问题。这就要求计算机能够记录设计历史以及更改信息,用不同版本描述当前的有效资料,并提供版本管理机制。
       
          (4)数据的共享和安全性问题
          随着计算机技术、信息技术的发展,产品数据一般都存放在计算机中,原来资料室的借阅制度已经不适应技术发展的需要。而产品数据存放在文件系统中,仅依靠操作系统的安全性机制已无法保证这些数据不受到非法调用、修改和泄密。目前,产品开发更强调团队的工作方式,要求以电子文件形式在计算机网络上交流。因此,迫切需要解决数据的安全保存和保密的问题。这要求能够实现根据系统中各类人员所承担的不同职责,分别赋予不同的数据访问权利,处理不同范围的资料。同时,还要保证数据在权限许可的范围内,随时可以把正确的资料送到需要该资料的人手中,实现数据共享。
       
          作为PDM系统的基本对象模型,要求支持上述基本管理功能,也是PDM系统的核心功能,包括系统管理功能、个人工作环境与数据共享环境、分布式文档管理功能等。与此对应的对象模型有系统管理对象模型、被管数据类组成的文档管理对象模型以及与功能匹配的人机界面对象模型等,在系统管理对象模型中,主要涉及人员、设备、组、角色、数据存储与共享环境、数据操作权限以及消息、事件等类的定义;在被管数据类组成的文档管理对象模型中,主要涉及各种文件类的定义与文件组织方式—文件夹的定义;在人机界面的对象模型中,主要定义与浏览器的操作界面及操作对话框有关的类模型。
       
      2. PDM系统的基本对象模型
          图3-9给出了一个PDM系统的基本对象类分级图。在顶层对象类下包括了系统管理类、被管数据类以及表述对象之间关联的关系对象类和对话框类,图中凡需实例化的类均在相应类的图框的第二栏(属性栏)中用“实例化类”标识。
       
          在系统管理类中,主要概括了PDM系统中系统管理功能所需要的对象类。即与人员组织相关的对象类以及与工作环境配置相关的对象类。将与人员组织相关的对象类抽象成人员组织类及其子类人员类与角色类,人员类可以进一步分成用户类和用户组类;将工作环境配置抽象成属主空间类与受控文件系统类,属主空间类用于描述个人私有数据或共享数据存储环境的定义,其子类为面向个人私有工作环境的用户工作空间类与面向团队共享数据的电子仓库类。这两个类的实例和数据库的元类表共同构成编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,权图3-9基本对象类分级模型限管理的实现机制。
       
          这一分支中的所有类是面向系统管理的,其实例只能由具有“系统管理员”权力的用户才能创建和访间。被管数据类可细分为业务对象类、工作目录类和数据对象类,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为业务人员所熟悉的数据对象,包括任务、过程、零部件、文档、产品结构、零件分类、工程变更通知、工程更改指令等,都属于管理数据类,多为数据记录型;而数据对象类概括了企业中出现的通用产品数据具体对象.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:一种是与文件系统相关的对象,包括目录和数字化文件;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一个数据集合对象,在处理时又需将它们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,又将它们定义成两个类:纸质文件类和介质文件类。纸质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;介质文体类则实现存放在磁带、光盘上的归档数据的管理。
       
          除了对象类之间的层次关系外,另一方面的内容为不同对象类之间的关联关系。在基本对象模型中关联类的描述由图3-10给出。其中,图3-10(a)描述了顶层对象类之间的抽象关联,该抽象关联类对应系统类树中的一个分支—关系对象类,所有关联类都是该类的了类;图3-10(b)给出了工作对象临时版本导出关系和数据拷贝关系,临时版本导出的关系是线性关系,而拷贝关系为一对零或一对多的关系;图3-10(c)描述了业务对象正式版本的导出关系:图3-10(d)描述了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;图3-10(e)图描述了受控文件系统类与工作目录类之问的依赖关系,即只允许在被控制的文件系统下建立用户工作目录和共享工作目录;图3-10(f)描述了零部件类与文件夹类之间的描述关系,这种关系使产品结构构件与描述它的文档对象之间建立起联系,实现了以产品结构为骨架的文档管理机制;图3-10(g)描述了文件目录与文件、子目录之间的聚合关系;图3-10(h)描述了工作目录与在线数据之间的聚合关系;图3-10(i)描述了聚合文件类与数字化文件类之间的聚合关系;图3-10 (j)描述了用户与用户组之间的聚合关系,有关用户组可以由多个用户组成;图3-10(k)描述了角色类与人员类之间的关联关系,即一个角色可以由多个用户或用户组承担,而一个用户或用户组可以承担多个角色。

       基本对象类的关联图
      图3-10基本对象类的关联图
       

          类分级图和关联图描述了系统中类抽象的分级和关联关系。为了完整地描述系统,还需要类与关联的属性和操作的定义,以及对象的动态模型和功能模型的描述。限于篇幅,有关基本对象模型的动态模型与功能模型只能给出典型对象的描述。不能一一介绍。产品结构与配置管理模型的建立,也只能描述静态类分级图和类与类之间的关联图,其动态模型与功能模型不作详细介绍。
       
      3.基本时象模型时应的动态模型
          在上一节的基本对象模型中,给出了有关对象、属性和相互间连接的可能模式。下面将介绍有关对象的操作及其操作引起的变化。从系统外部(如用户执行操作)或从一个对象到另一对象所执行的激活操作称为一个“事件”,对一个事件的反应依赖于接受事件对象的状态,以及另一事件到原发送者或到第三个对象的发送变化。表3-1列出了对个人工作环境与对电子仓库环境的操作的部分事件。
       

      表3-1面向个人工作环境(用户工作空间)与电子仓库的操作事件列表
      面向个人工作环境(用户工作空间)与电子仓库的操作事件列表

          基于上述事件的描述,以用户工作空间与电子仓库两个对象为目标。通过图3-11与图3-12介绍其状态图。
       
          (1)个人工作环境(用户工作空间)的状态图
          图3-11给出了个人工作环境的状态图,个人工作环境是通过创建个人工作环境事件而创建的,当一个对象在个人工作空间中被创建(或注册)或从电子仓库中被拷贝/检出时,个人工作环境从“空”状态转换成“拥有对象”状态。

       个人工作环境的状态图
      图3-11个人工作环境的状态图

       
          (2)共享数据环境(电子仓库)的状态图
          图3-12给出了共享数据环境的状态图,当系统管理员或项目负贵人为团队创建一个共享数据环境后。与某个相关文件系统对应的电子仓库即被创建;电子仓库可随其项目活动或数据共享的需要进行分类,如面向设计的电子仓库、面向制造的电子仓库等。其存取权限可根据用户/角色的不同定义不同的操作权限。

       共享数据环境的状态图
      图3-12共享数据环境的状态图

       
      4.基本叶象模型对应的功能模型
          功能模型用于指明对象模型操作与约束的涵义和动态模型中活动的涵义,它由多个数据流图组成。这些数据流图直接说明操作、约束和活动的涵义。数据流图表明了由系统计算的值的功能关系,包括输人值、输出值和内部数据结构。数据流图包含转换数据的过程、移动数据的数据流、产生和消耗数据的施动对象以及被动存储数据的数据存储。受到篇幅的限制,无法一一介绍每一操作实现的数据流图。下面针对个人工作环境给出文件“注册”操作的数据流图。
       
          当在PDM系统中创建一个用户后,该用户就可利用其创建个人工作环境的方法,创建其用户工作空间,并指定其对应的文件系统(一般文件系统由项目负责人或系统管理员创建),该个人工作环境由系统管理模块管理。在个人工作环境中涉及的主要操作有产品或过程对象的创建、删除、注册或检入到电子仓库中等。图3-13说明了文件“注册”的数据流图。

       注册文件对象的功能模型
      图3-13注册文件对象的功能模型

       
      产品结构与配置管理的对象模型
      产品结构与配置管理对象模型的内容分析
          产品开发过程中另一个核心问题是如何描述产品及其组成关系。在工程领域中,存在着不同的产品结构模型,有的是显式的,即指已经给出产品零部件分级关系,如装配说明书、材料明细表等;有的则是隐式的,即指产品零部件分级关系隐藏在图形内部,如工程图纸等。在许多CAD和MRP Ⅱ系统中,保存和维护这些产品结构资源变得越来越必要。目前,企业中由于缺乏统一的产品结构描述,带来了数据不一致,急待解决以下问题:
       
          (1)统一的产品结构描述
          一个产品由多个零部件组成,而且有的产品的零部件数有成千上万种。面对如此巨大的零部件数量,产品开发人员要查询相关零部件信息就需要花费大量的时间。提供一个产品模型能够清晰地描述产品全部数据的相互关系,使得产品各分系统之间、分系统内部各部件之间、零部件与描述产品的数据之间的约束关系一目了然。
       
          (2)统一的材料明细表
          不同部门有着不同形式的材料明细表,企业需要花大量的时间和成本来对其进行维护,而且还常常难于保证材料明细的一致性。如果设计和制造的材料明细表不一致,就会造成返工和浪费。因此,要求在计算机中能够保存产品生命周期不同阶段的产品结构视图,并能够生成满足不同需要的材料明细表。
       
          (3)系列产品管理
          对每一个产品,用户往往会提出一些特殊的使用要求。而且一个企业对产品的设计也存在着逐步发展和完善的过程。承袭老产品,开发新产品,都需要构造新的约束关系。同一个零件有不同的版本保存在计算机内,分别对应着系列产品中不同型号的产品。为了维护这些不同时期的产品结构视图需要花费大量的人力和物力,而且经常发生错误,延误产品上市时间。怎样能够快速和完整地构造出适合某个用户需求的某个产品的结构视图,输出产品零部件的明细表给销售部门或制造部门作为产品报价或制造的依据,并快速响应市场成为当今企业追求的一个重要目标。
       
          从模型内容上看,首先要解决产品之间的构成关系,即产品结构书其次要解决基于产品结构的产品数据组织管理问题,即与文档对象之间的关系以及自身的版本问题等。而从配置管理角度考虑,首先要解决多结构的复合管理问题;其次要解决产品结构复合管理下的多视图显示问题以及配置管理技术。
       
      2.产品结构与配置管理的对象模型
          针对上述内容分析,产品结构与配置管理对象模型首先分成产品结构管理对象模型与产品配置管理对象模型两部分,但是这两者又是紧密关联的。从产品结构角度看,涉及零部件的层次关系、零部件对象的版本问题以及零部件对象与描述零部件对象的产品数据的关联问题。从产品配置管理角度考虑,涉及有关有效性、配置项及其多视图管理问题。
       
          图3-14给出了产品结构与配置管理的静态类分级模型图。为了有效地描述产品的分级结构.把产品结构中的部件或零件抽象成零部件类,而将零件和部件作为它的子类,以此描述产品结构基本构件的摹本属性和行为。部件类定义了由两个或多个零部件组成的产品结构对象,零件类定义了一个为某一目的不可再分的物理对象.一个企业的产品可以是部件,也可以是零件。

       产品结构与配置管理类分级模型
      图3-14产品结构与配置管理类分级模型

          部件可以进一步分解为两个以上的子部件或零件.产品结构中的零件与部件由于涉及多版本问题,将零部件对象按版本无关与版本有关两方面进行属性分解,形成两个分支.依据版本无关性.抽象出惟一标识类,这一抽象类的子类为零部件惟一标识类,又可分为部件惟一标识类或零件惟一标识类,它们的属性在对象创建时惟一确定,不随对象版本变迁而改变;而另一分支是从基本对象模型中“被管数据类”下的子类零部件类派生而来的,这里的零件类和部件类是与对象版本密切相关的。一般在创建零件或部件类的初始对象版本时一同创建零件或部件的惟一标识对象,而在更新版本时,不改变零件或部件的惟一标识对象。
       
          为了实现配置管理,在系统管理对象类下添加了配置项类、可选项类。配置项类是对产品结构配置规则集的抽象;可选项类则是定义了另外一种产品结构选择约束集。供应商类则定义了产品零部件的供应商情况。

       产品结构与配置管理模型中类与之间的关联图
      图3-15产品结构与配置管理模型中类与之间的关联图

       
          图3-15给出了产品结构与配置管理模型中类与类之间的关联图。其中,图(a)描述了产品结构构件之间的聚合关系,部件可以分解为子部件或零件,子部件可以进一步分解,直至不能分解为止。图(b)描述了部件惟一标识类与部件类之间的等价关系,部件惟一标识类可以惟一地标识产品结构层次中的构件,而且部件惟一标识类对象实例与部件类对象实例同时产生。图(C)描述了零件惟一标识类与零件类之间的等价关系。
       
          图(d),(e)描述了部件类和零部件类之间的关系。这两个类之间存在两种关联:一种是描述结构关系的聚合关联,它描述了部件对象与组成这个部件的零部件惟一标识类对象之间的结构分级关系;另一种关联则是和配A项类与部件类之间的动态结构有效性相对应的结构有效性关联类,它表征不同装配体结构分解的有效性约束。
       
          图(F)描述了零部件惟一标识类与零部件类之间的版本有效性约束,它对应于配置项类与零部件类之间的动态版本有效性关联。图(g), (h)描述了产品结构分解中出现的产品零部件惟一标识类之间的互换和替换关系,表征了企业中经常用到的互换件和替换件的关系。图(i)描述了配置项类与零部件类之间的动态版本有效性关系,它表征了产品结构分解时的版本有效性约束,这个关系为动态关系,只在内存中实现,这种约束关系持久保存在图(f)中零部件惟一标识类与零部件类之间的版本有效性类中。
       
          图((j)描述了配置项类与部件类之间的动态结构有效性约束关系,它表征了产品结构分解时的结构有效性约束,同样,这也为一动态关系,只在内存中实现,这种约束关系持久保存在图(e)中的部件类与零部件惟一标识类之间的结构有效性类中。图(k)描述了部件在产品结构分解中存在的结构可选件约束关系。图(l)描述了零部件类与零部件供应商类之问的关系,以便方便用户对零部件产地信息的管理和访问。
       
          在这一模型中,实现产品结构配置可以通过两种方式。一种方式是按照产品的版本有效性实现产品结构配置,即配置项设计在零部件的不同版本上。通过配置设计,配置项可与产品零部件的某个版本联系起来,这种联系具有一定的时间或序列号约束,这种约束实施在零部件惟一标识类对象与该零部件对象(即零部件的某个版本)之间,通过在零部件类和零部件惟一标识类之间定义版本有效性关联类来实现版本的有效性控制。另一种方式则可按照产品结构的有效性来配置,即把配置项设计在部件的结构关系上。

       

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