0 引言
可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性(Reliabitity，Maintainability，Tindemnificatory，Stestahility，Safety，RMTSS)是產(chǎn)品固有的設(shè)計屬性，近年來已成為并行工程考慮的重點。隨著產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計的發(fā)展，為使RMTSS工作更好地對產(chǎn)品設(shè)計過程產(chǎn)生影響、發(fā)揮作用，迫切需要將RMTSS特性融入到產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化環(huán)境中。
起源于20世紀80年代的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Product Data Management，PDM)系統(tǒng)，已經(jīng)成為構(gòu)建數(shù)字化環(huán)境的重要支撐。目前，單項RMTSS數(shù)字化設(shè)計已經(jīng)得到了很大發(fā)展，形成了較多的RMTSS計算機輔助設(shè)計(Computer Aided Design，CAD)商業(yè)化工具，但通常都游離于PDM系統(tǒng)之外，使得RMTSS工作不能取得理想效果，也無法有效地提升RMTSS的水平�，F(xiàn)有PDM/CAD信息集成技術(shù)的研究較多，主要分為文件集成和接口集成兩大類。由于可避免文件集成帶來的數(shù)據(jù)冗余及數(shù)據(jù)缺乏實時性與一致性等問題，接口集成技術(shù)被廣泛采用。其中，對CAD與多個PDM系統(tǒng)的文件集成技術(shù)做了一些研究，而關(guān)于跨平臺的接口集成技術(shù)則未見報導(dǎo)。
對數(shù)字化環(huán)境下的RMTSS信息集成技術(shù)進行了研究，為RMTSS數(shù)據(jù)建模和工具集成奠定了基礎(chǔ)。由于RMTSS工作存在參數(shù)多、耦合多、業(yè)務(wù)流程復(fù)雜等特點，且當前不同企業(yè)PDM系統(tǒng)的差別較大，現(xiàn)有集成技術(shù)仍無法有效支持RMTSS大量元數(shù)據(jù)和文檔的細粒度集成，并存在集成工作量大、開發(fā)難度高、工具的可重用性差等問題，從而影響了性能與RMTSS綜合設(shè)計理念的實施。本文從性能與RMTSS綜合設(shè)計的角度出發(fā)，針對RMTSS數(shù)據(jù)和流程集成的需求，提出一種基于Web service的跨平臺接口集成技術(shù)，并基于現(xiàn)有企業(yè)工程實際使用的兩類主流PDM產(chǎn)品進行實施，驗證了技術(shù)的正確性與有效性。
1 需求分析
現(xiàn)代產(chǎn)品日趨復(fù)雜，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、降低成本，以PDM平臺為支撐的數(shù)字化協(xié)同設(shè)計作為一種重要的設(shè)計模式，得到了廣泛應(yīng)用。RMTSS是產(chǎn)品固有的設(shè)計屬性，為使其發(fā)揮最佳成效，應(yīng)在設(shè)計過程中充分考慮RMTSS的特性與性能特性之間的內(nèi)在聯(lián)系，通過性能與RMTSS綜合設(shè)計，確保RMTSS工具與性能工作的同步開展和綜合優(yōu)化。為此，應(yīng)在企業(yè)現(xiàn)有數(shù)字化環(huán)境中構(gòu)建性能與RMTSS的綜合集成平臺，將RMTSS工具集成到數(shù)字化環(huán)境中，與其他性能工具形成有機運行的協(xié)調(diào)整體。性能與RMTSS綜合設(shè)計理念需在不同企業(yè)推行，以整體提升我國企業(yè)的RMTSS工程能力，但目前的集成技術(shù)不足以支撐復(fù)雜多樣的RMTSS-CAD工具與不同PDM平臺的集成，使得產(chǎn)品綜合設(shè)計理念難以推廣和實施。因此重點考慮以下三方面因素，改進集成技術(shù)，以支持綜合設(shè)計理念的實現(xiàn)。
(1)數(shù)據(jù)共享一致
數(shù)據(jù)共享一致是RMTSS工作集成的基礎(chǔ)，也是實現(xiàn)性能與RMTSS綜合設(shè)計的重要前提。當前面向RMTSS的綜合集成技術(shù)在數(shù)據(jù)共享一致方面已有一定基礎(chǔ)，如基于產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標準(STandard for the Exchange of Product model data，STEP)的PDM文件集成技術(shù)，以及基于模型驅(qū)動體系結(jié)構(gòu)(Model Driven Architecture，MDA)技術(shù)的信息建模技術(shù)。針對RMTSS特有的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點，需要基于已有的RMTSS信息建模研究成果，構(gòu)建RMTSS數(shù)據(jù)組織管理模型，以滿足RMTSS大量元數(shù)據(jù)和文檔交互的細粒度集成需求。
(2)協(xié)同任務(wù)分解
性能與RMTSS綜合設(shè)計的一個關(guān)鍵目的，就是要實現(xiàn)性能與RMTSS工作在數(shù)字化集成環(huán)境下的并行協(xié)同開展。因此，針對RMTSS業(yè)務(wù)流程協(xié)同需求大的特點，在PDM平臺數(shù)據(jù)共享與一致的前提下，對數(shù)據(jù)及任務(wù)進行合理的組織分解，以保證企業(yè)內(nèi)的多個部門、不同設(shè)計分析人員并行開展產(chǎn)品設(shè)計工作。
(3)跨平臺
由于不同企業(yè)的PDM平臺種類不同，再加上RMTSS工作項目相關(guān)的RMTSS-CAD工具種類多，要實現(xiàn)RMTSS-CAD工具與不同PDM平臺的集成，提高工具的可重用性，必須解決集成接口的跨平臺集成問題。既要實現(xiàn)對不同PDM系統(tǒng)的訪問支持，也要滿足對不同類型工具的功能支持。
目前，基于PDM的企業(yè)應(yīng)用集成中，廣泛采用分布式組件對象模型(Distributed Component Object Model，DCOM)、公共對象請求代理體系結(jié)構(gòu)(Common Object Request Broker Architecture，CORBA)及Web service等作為中間件集成技術(shù)的實現(xiàn)方法，并取得了良好的效果�？紤]到Web servlce具有平臺無關(guān)性、跨防火墻、松散耦合性等特點，避免了DCOM，CORBA等傳統(tǒng)技術(shù)跨防火墻的集成能力不足和系統(tǒng)維護修改困難等問題。為此，本文在兼顧集成技術(shù)先進性的基礎(chǔ)上，針對RMTSS特定的業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)模型特點，提出一種基于Web service的跨平臺接口集成技術(shù)，滿足了RMTSS-CAD工具與不同PDM系統(tǒng)的跨平臺集成需求，效益高，穩(wěn)定性好，同時避免了數(shù)據(jù)的冗余和缺乏實時性與一致性問題。
2 綜合集成接口設(shè)計
2.1 集成接口架構(gòu)設(shè)計
綜合考慮數(shù)據(jù)共享一致、協(xié)同任務(wù)分解以及跨平臺三方面的需求，給出了集成接口的總體架構(gòu)，包括PDM數(shù)據(jù)處理層、RMTSS業(yè)務(wù)邏輯層及RMTSS應(yīng)用接口層，如圖1所示。其中，PDM數(shù)據(jù)處理層用于訪問PDM服務(wù)器數(shù)據(jù)；RMTSS業(yè)務(wù)邏輯層則是跨平臺集成接口的核心，實現(xiàn)對綜合設(shè)計數(shù)據(jù)的組織管理；RMTSS應(yīng)用接口層被工具直接引用，為RMTSS-CAD工具與PDM交互提供各種應(yīng)用功能�；诮涌诘娜龑蛹軜�(gòu)，在面向不同PDM集成時，重用RMTSS業(yè)務(wù)邏輯層與RMTSS應(yīng)用接口層，僅需更改PDM數(shù)據(jù)處理層即可。從而保證了在數(shù)據(jù)共享一致、協(xié)同任務(wù)分解的前提下，實現(xiàn)RMTSS-CAD與不同PDM的跨平臺集成。
圖1 通用跨平臺集成接口總體架構(gòu)
(1)PDM數(shù)據(jù)處理層
PDM數(shù)據(jù)處理層通過調(diào)用PDM底層接口，實現(xiàn)對PDM核心服務(wù)和數(shù)據(jù)的訪問，如綜合設(shè)計數(shù)據(jù)模型訪問、數(shù)據(jù)倉庫訪問，綜合設(shè)計流程控制以及狀態(tài)控制相關(guān)數(shù)據(jù)的訪問等。該層實現(xiàn)對PDM底層核心數(shù)據(jù)相關(guān)接口的二次封裝，并發(fā)布為Web service接口應(yīng)用程序服務(wù)。該層接口隨著PDM系統(tǒng)的變化需做相應(yīng)的更改。
(2)RMTSS業(yè)務(wù)邏輯層
RMTSS業(yè)務(wù)邏輯層用于對綜合數(shù)據(jù)的組織管理，是整個集成接口實現(xiàn)跨平臺集成的關(guān)鍵，如圖2所示。該層接口與不同PDM平臺及RMTSS-CAD工具無關(guān)，提供的數(shù)據(jù)模型是綜合設(shè)計數(shù)據(jù)的合集，可供不同工具使用，也可實現(xiàn)與多個PDM的映射，從而保證了該層接口的通用性以及數(shù)據(jù)的一致性。該層接口支持工具與PDM的細粒度集成。
圖2 RMTSS業(yè)務(wù)邏輯層數(shù)據(jù)組織管理模型
RMTSS業(yè)務(wù)邏輯層的數(shù)據(jù)組織管理模型以產(chǎn)品為核心，包括產(chǎn)品的公共屬性、多視圖信息、產(chǎn)品相關(guān)任務(wù)、RMTSS參數(shù)及各個工具的輸入、輸出參數(shù)配置等。
其中，產(chǎn)品作為數(shù)據(jù)組織管理的核心，關(guān)聯(lián)各類產(chǎn)品的公共屬性信息。同時，為滿足多領(lǐng)域設(shè)計分析的要求，將產(chǎn)品以樹形結(jié)構(gòu)表示為三類視圖，包括功能視圖、結(jié)構(gòu)視圖和區(qū)域視圖。此外，任務(wù)相關(guān)信息包括任務(wù)列表信息，與RMTSS設(shè)計分析相關(guān)的任務(wù)階段及所屬的任務(wù)剖面信息，在接口調(diào)用過程中，會根據(jù)任務(wù)要求對產(chǎn)品視圖進行拆分，從而滿足協(xié)同任務(wù)的分解需求。
RMTSS參數(shù)則可為設(shè)計分析過程中的數(shù)據(jù)交換提供支持，包括故障模式、可靠性參數(shù)、維修性參數(shù)、保障性參數(shù)、安全性參數(shù)和測試性參數(shù)。同時，針對不同的RMTSS-CAD工具的輸入輸出要求，為各個工具組織分配RMTSS參數(shù)，以滿足不同RMTSS-CAD工具的細粒度集成需求。
(3)RMTSS應(yīng)用接口層
RMTSS應(yīng)用接口層被RMTSS-CAD工具直接調(diào)用。根據(jù)RMTSS-CAD工具的使用過程，并考慮RMTSS業(yè)務(wù)邏輯層和PDM數(shù)據(jù)處理層的功能特點，將該層接口分解為人員權(quán)限驗證、產(chǎn)品數(shù)據(jù)構(gòu)建、產(chǎn)品相關(guān)RMTSS參數(shù)支持以及RMTSS參數(shù)和相關(guān)報告的提交等相關(guān)功能。該層接口可全面支持各種類型工具與PDM服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互，且不受RMTSS-CAD工具開發(fā)語言的限制，可供不同類型的工具調(diào)用。
2.2 集成接口調(diào)用過程
通過PDM數(shù)據(jù)處理層的面向不同PDM平臺的可變性和RMTSS業(yè)務(wù)邏輯層的可重用性，通用跨平臺集成接口，可實現(xiàn)RMTSS-CAD工具與不同PDM的跨平臺集成。集成接口在應(yīng)用中的調(diào)用過程如圖3所示，主要包括登錄工具、產(chǎn)品構(gòu)建、設(shè)計分析和提交數(shù)據(jù)四個階段。
圖3 通用跨平臺集成接口調(diào)用過程
(1)登錄工具階段設(shè)計分析人員輸入用戶名和密碼后，通過應(yīng)用層調(diào)用Web service中的人員權(quán)限驗證接口（在后臺調(diào)用PDM底層數(shù)據(jù)接口），訪問PDM中的人員管理信息，進行人員權(quán)限驗證。驗證通過之后，由PDM數(shù)據(jù)處理層獲取與任務(wù)相關(guān)的產(chǎn)品、任務(wù)階段、任務(wù)剖面以及RMTSS參數(shù)信息，并保存為可擴展標記語言(eXtensible Markup Language，XML)格式的中間文件。
(2)產(chǎn)品構(gòu)建階段通過應(yīng)用層調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層接口，解析PDM數(shù)據(jù)處理層生成的XML中間文件，從中提取產(chǎn)品的XML對象。根據(jù)獲取的任務(wù)列表信息，將產(chǎn)品的XML對象拆分為設(shè)計分析所需的子產(chǎn)品XML對象，從而支持工具的產(chǎn)品數(shù)據(jù)構(gòu)建，滿足協(xié)同任務(wù)的分解需求。
(3)設(shè)計分析階段結(jié)合分析的產(chǎn)品對象及相關(guān)的RMTSS參數(shù)要求，應(yīng)用層通過調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層解析相關(guān)RMTSS參數(shù)的XML中間文件，提取各個分析工具所需的RMTSS參數(shù)信息，為設(shè)計分析過程中的數(shù)據(jù)交互提供支持。
(4)提交數(shù)據(jù)階段應(yīng)用層再次通過調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層，將RMTSS分析結(jié)果轉(zhuǎn)化成業(yè)務(wù)邏輯屬性，并更新產(chǎn)品相關(guān)的RMTSS參數(shù)的XML對象，最后通過底層數(shù)據(jù)接口，將XML對象中的有效信息及相關(guān)報告提交到PDM系統(tǒng)中，從而完成接口的整個調(diào)用過程。
3 綜合集成接口實現(xiàn)
PDM系統(tǒng)的集成功能是通過底層接口調(diào)用PDM提供的應(yīng)用程序接口(Application Programming Interface，APD)來實現(xiàn)系統(tǒng)與PDM的數(shù)據(jù)交互。以TeamCenter和ENOVIA LCA兩大主流PDM系統(tǒng)為例，逐層給出實現(xiàn)通用跨平臺集成接口組件集的實現(xiàn)過程。
(1)PDM數(shù)據(jù)處理層
通用跨平臺集成接口組件集的PDM數(shù)據(jù)處理層實現(xiàn)對PDM底層數(shù)據(jù)對象的訪問，是整個接口架構(gòu)實現(xiàn)的關(guān)鍵。根據(jù)TeamCenter與ENOVIA LCA底層接口的開放程度及開發(fā)環(huán)境的限制，對平臺提供的底層接口進行不同程度的二次封裝，表1和表2為封裝后的部分函數(shù)接口說明。
表1 TeamCenter部分底層接口函數(shù)說明
表2 LCA部分底層接口函數(shù)說明
利用以上封裝后的接口，將PDM數(shù)據(jù)處理層對外提供的接口分解為任務(wù)信息、產(chǎn)品數(shù)據(jù)、指標參數(shù)及人員信息等功能，進一步將這些接口分別封裝成動態(tài)鏈接庫(Dynamic Link Lirary，DLL)和可執(zhí)行程序。最后以Web service應(yīng)用程序接口發(fā)布，供上層接口進行網(wǎng)絡(luò)調(diào)用。
(2)RMTSS業(yè)務(wù)邏輯層
RMTSS業(yè)務(wù)邏輯層具有通用性，對于不同PDM平臺和工具是一致的，也是整個跨平臺集成接口的核心。該層接口通過調(diào)用Web service獲取綜合數(shù)據(jù)，以產(chǎn)品為核心組織來管理產(chǎn)品、任務(wù)及產(chǎn)品相關(guān)的RMTSS數(shù)據(jù)信息。根據(jù)各工具的輸入、輸出要求配置產(chǎn)品對象及RMTSS指標，為工具設(shè)計過程中的數(shù)據(jù)交互提供支持。RMTSS業(yè)務(wù)邏輯接口層函數(shù)類視圖如圖4所示。
圖4 RMTSS業(yè)務(wù)邏輯層函數(shù)類視圖
(3)RMTSS應(yīng)用接口層
RMTSS應(yīng)用接口基于PDM數(shù)據(jù)處理層及RMTSS業(yè)務(wù)邏輯層，為工具提供人員權(quán)限驗證、任務(wù)列表獲取、產(chǎn)品數(shù)據(jù)構(gòu)建、RMTSS數(shù)據(jù)分配及結(jié)果提交接口功能，通過被各種RMTSS-CAD工具直接調(diào)用，與PDM實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。
通過面向TeamCenter和ENOVIA LCA的集成接口實現(xiàn)可知，在面向不同的PDM集成時，由于PDM提供的API不一致，且開放性差別較大，需要結(jié)合PDM二次開發(fā)的特點合理地設(shè)計底層接口的實現(xiàn)方法。
4 案例分析
為驗證上面提出的綜合集成技術(shù)，分別以TeamCenter和ENOVIA LCA為例，構(gòu)建綜合設(shè)計集成平臺，主要工作包括：
①基于TeamCenter和ENOVIA LCA擴展RMTSS數(shù)據(jù)元模型，將RMTSS的相關(guān)對象集成到PDM中，實現(xiàn)統(tǒng)一管理；
②基于通用跨平臺集成接口，集成RMTSS相關(guān)工具，如可靠性建模、可靠性預(yù)計、可靠性分配和FMEA等工具。
以某型號導(dǎo)彈的RMTSS設(shè)計分析為例，在集成平臺中進行項目、人員權(quán)限、產(chǎn)品構(gòu)建及工作流程等的基礎(chǔ)配置工作。之后，由設(shè)計分析人員登錄RMTSS工具，從集成平臺獲取任務(wù)列表、產(chǎn)品樹及相關(guān)的RMTSS信息，開展設(shè)計分析工作。完成工作之后，將設(shè)計結(jié)果提交到PDM中進行查看，如圖5和圖6所示。
圖5 TeamCenter中查看可靠性預(yù)計結(jié)果信息
圖6 LCA中查看可靠性預(yù)計結(jié)果信息
5 結(jié)束語
本文從數(shù)據(jù)共享一致、協(xié)同任務(wù)分解以及跨平臺三個方面，綜合分析了當前集成技術(shù)的不足。提出了基于Web service的通用跨平臺集成接口組件集，改進了當前集成技術(shù)對不同工具和不同PDM系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交互的支持能力，實現(xiàn)了RMTSS-CAD工具與不同PDM系統(tǒng)的跨平臺集成，利用該集成技術(shù)，已將多個RMTSS工具集成到TeamCenter和ENOVIA LCA平臺，驗證了上述通用跨平臺集成接口組件集的可行性。
本文通過對跨平臺集成接口的研究得知，集成接口研究的重點及難點在于底層接口（PDM數(shù)據(jù)處理層）的實現(xiàn)。同時，隨著未來對產(chǎn)品的設(shè)計分析的逐步深入，設(shè)計相關(guān)的參數(shù)種類以及工具的數(shù)據(jù)訪問量會逐漸增多，因此，將來關(guān)于底層接口的健壯性設(shè)計以及數(shù)據(jù)的處理效率需要更深入的研究，從而滿足未來工具集成的新需求。
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