一種基於產品全生命周期的協同環境下產品信息建模方法
2023-05-26 20:41:46
專利名稱：一種基於產品全生命周期的協同環境下產品信息建模方法
技術領域：
本發明涉及一種基於產品全生命周期的協同環境下產品信息建模方法，並且還涉及產品全生命周期的ΧΒ0Μ(各種材料清單的統稱)，屬於計算機輔助設計技術領域。
背景技術：
隨著國內中小企業群信息化建設的發展，對基於網絡的異地、多學科協同仿真的需求也日益增加。通過網絡環境下的協同仿真流程信息建模及數據維護，企業之間可以建立共同理解的產品數據和協同產品仿真工作模式，組織多個開發團隊進行協同開發，發揮專業工或者互補的潛力，糾正開發周期過長、開發費用高等弊病，從而為提高企業及其聯盟的整體競爭力創造必要的條件。目前，產品全生命周期管理已成為企業重要信息化戰略，與其整體解決方案相關的技術和應用，如單一產品數據源技術(SSPD，Single Source ofProduct Data)(它將原來分布在多個資料庫中的產品數據，經過組織形成一個邏輯上單一的資料庫。)已成為產品生命周期管理(PLM, Product Lifecycle Management)的研究重點。單一產品數據源最早是由波音公司在實施確定與控制飛機布局/製造資源管理(DCAC/MRM, Define and Control of Airplane Configuration/Manufacturing ResourceManagement)計劃時提出的，它通過建立統一的邏輯聯繫，將物理上分布的產品數據和知識形成邏輯上的統一整體，為產品數據的訪問與操作提供惟一的數據源。作為產品全生命周期管理的底層數據支持，單一產品數據源被企業的各部門作為數據訪問目標，從中讀取數據進行處理，並將生成的數據按要求存回其中。而構建基於產品全生命周期的協同環境下的產品信息模型是合理組織單一產品數據源的關鍵。產品信息建模方法一直是機械產品計算機輔助設計領域研究的熱點，特別是當前隨計算機輔助設計手段的增強以及研製產品的複雜化，人們不再滿足於從產品的某一個專業角度逐次開展產品的計算機輔助設計，而更關注整個產品的全生命周期的協同設計，進行產品全生命周期的協同設計的關鍵是構建產品信息模型。目前國外有數種支持多領域協同仿真流程信息建模及維護的工具軟體開發成功，但這些產品價格昂貴，且由於商業原因在支持多領域工具集成與協同上大多採用點對點的軟體接口方式，在開發性、靈活性與通用性上均存在不足與局限，缺乏對不同仿真系統產生的仿真過程、數據、模型的有效與一致的管理。現有國內仿真流程信息建模及維護平臺多為產品數據管理(PDM)系統的簡單擴展，主要針對產品結構信息和文檔等設計信息進行管理，仿真流程信息建模和管理類還是企業研發體系中的新課題。與傳統PDM不同，仿真數據信息管理要求體現仿真行為與數據之間邏輯關係的一致性，須研究仿真流程信息專用的信息模型和管理模式，以實現對仿真流程和數據間邏輯關係進行管理和維護。另一方面現有仿真流程信息建模和維護方法不重視與PDM信息的集成，不能保證從PDM信息的集成，不能 保證從PDM系統進入仿真分析流程信息與仿真資料庫內的信息是可追蹤的、一致的、連續的，而基於產品結構樹的仿真流程信息建模可以有效解決這一不足。因此，設計一種有效的基於產品結構樹的仿真流程信息建模及維護方法，實現低成本的仿真數據管理具有創新和實用意義，市場潛力巨大。
發明內容
I、目的本發明的目的是提供一種基於產品全生命周期的協同環境下產品信息建模方法，它克服了現有技術的不足，為產品研製的各階段、各協同單位、各學科提供單一產品數據源。2、技術方案本技術方案是基於異構分布式資料庫系統、數位化產品協同研製平臺提出的，提出基於產品全生命周期的協同環境下的產品信息模型信息數據構成，以及基於產品全生命周期的協同環境下產品信息建模方法，為產品研製的各階段、各協同單位、各學科提供單一產品數據源。異構分布式資料庫系統是一個邏輯上完整而又具有站點自治性，物理上分散在若干臺互相連接著的計算機上的、具有相同或不同數據模型的資料庫系統。在異構分布式資料庫系統中，不同節點上的資料庫系統具有獨立性、自治性和分布透明性，用戶對任何資料庫的操作就如同在本地執行，不必關心其數據模型、物理位置等細節，它屏蔽了各種資料庫在物理上和邏輯上的差異，使用戶用自己所熟悉的一種數據操作語言(DML)就能夠操縱任一種資料庫。數位化協同產品開發平臺的構建，不僅能夠高效地管理產品全生命周期的數據，而且能夠深入到產品開發過程的每一個環節，將分布式的資源、人員進行優化配置，使得異地分布的不同設計人員、應用系統能夠基於統一的平臺進行協同工作，從而在提高產品質量的同時，降低其成本，縮短其開發時間。單一產品數據源通過建立統一的邏輯聯繫，將物理上分布的產品數據和知識形成邏輯上的統一整體，為產品數據的訪問與操作提供惟一的數據源。作為產品全生命周期管理的底層數據支持，單一產品數據源被企業的各部門作為數據訪問目標，從中讀取數據進行處理，並將生成的數據按要求存回其中。基於產品全生命周期的協同環境下的產品信息模型信息數據構成包括三個部分(I)定義產品全生命周期信息模型的特徵參數，作為該信息模型的屬性域；(2)記錄產品全生命周期信息模型特徵參數之間的關聯關係，作為該信息模型的關係域；(3)從一定的方向投影產品全生命周期信息模型所得到的投影，作為該信息模型的視圖域；本發明一種基於產品全生命周期的協同環境下產品信息建模方法。以產品生命周期各階段劃分，該方法在各階段的具體步驟如下步驟I :依據WBS (工作分解結構)構建廣義模型基礎框架。步驟2 :Β0Μ(材料清單)有更新時，抽取各視圖BOM信息。步驟3 :在統一產品信息模型中查找更新涉及的子信息模型若查找到說明該子信息模型已存在；若未查找到則說明該子信息模型不存在。對已有子信息模型進行更新、升版，包括插入或刪除新節點、變更節點間關係等；對沒有的子信息模型，查找其所屬的上一級節點進行插入並創建，然後建立視圖，建立關係。在產品生命周期的不同階段，產品子模型表現為不同的形式，反映了產品開發的不同階段的成熟度，統一產品信息模型(UPIM)的 構建過程具體步驟分為六個階段
(I)產品需求分析階段根據同型號的飛機市場的外部信息(如客戶、競爭者和供應商等)分析獲得啟發性事件和內部新產品研發設想；再根據時間和理由的分析，形成的新產品設想，確定產品的市場定位及總體設計參數。(2)產品概念設計階段根據產品的總體參數進行產品的概念設計，主要是對產品總體進行大模塊劃分及Cl選擇，完成產品的頂層設計，最後對模塊任務進行分發，最後對所有數據進行整理形成說明 BOM。(3)產品工程設計階段
對下發的模塊進行詳細工程設計，必須保證技術上的先進性與經濟上的合理性等，主要是對部件級的產品物理定義和功能模擬，最後對所有數據進行整理形成工程Β0Μ。(4)產品工藝設計階段對下發的模塊進行詳細的工藝設計，基本任務是保證生產的產品能符合設計的要求，制定優質、高產、低耗的產品製造工藝規程，制訂出產品的試製和正式生產所需要的全部工藝文件，包括對產品圖紙的工藝分析和審核、擬定加工方案、編制工藝規程、以及工藝裝備的設計和製造等，最後對所有數據進行整理形成工藝Β0Μ。(5)產品製造階段根據飛機製造單位的具體情況，制定零部件的生產流程，整理形成ΜΒ0Μ(製造材料清單)，並根據MBOM進行下發模塊的零部件的生產製造。(6)產品服務和支持階段主要是對產品的銷售情況及售後維護進行管理，在增加產品使用數據和售後服務數據，如說明書、培訓資料、備件、維修、履歷表、通報等形成維護Β0Μ。步驟4 :繼續判斷BOM是否有更新，重複上述步驟。3)本發明的優點在於(I)協同設計數據信息管理要求體現協同設計行為與數據之間邏輯關係的一致性，須研究協同設計流程信息專用的信息模型和管理模式，以實現對協同設計流程和數據間邏輯關係進行管理和維護。(2)解決現有協同設計流程信息建模和維護方法不重視與異構PDM信息的集成的問題，保證從異構PDM信息的集成、保證從異構PDM系統進入協同設計資料庫內的信息是可追蹤的、一致的、連續的。(3)基於產品全生命周期的協同環境下的產品信息建模可以有效解決現有協同設計流程信息建模沒有包括全生命周期裡的所有數據、沒辦法保證產品信息的完整性、對產品後期的維護不利這一不足。
圖I是異構分布式資料庫系統構成；圖2是數位化產品協同研製平臺；圖3是分布式單一產品數據源的組成結構；圖4是模型信息數據構成；
圖5是一種基於協同環境下產品全生命周期的產品信息建模方法；圖6是民機研製的全生命周期。圖7是統一產品信息模型(UPM)的構建過程。圖中符號說明如下SQL Server :微軟開發的資料庫管理系統，FoxPro :美國Fox公司開發的資料庫；SQLite :輕型的資料庫管理系統，DB2 :由IBM公司開發的資料庫伺服器；Informix:由Informix公司開發的關係資料庫，Access :由美國Microsoft公司開發的微機資料庫管理系統；MySQL :由瑞典MySQL AB公司開發的小型關係型資料庫管理系統，PostgreSQL :關係資料庫管理系統；Oracle :由Oracle公司開發的關係資料庫，Sybase :由Sybase公司開發的資料庫；WBS :工作分解結構，BOM :材料清單，Cl :構型項。
具體實施例方式下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。見圖I-圖4，本發明構建基於產品全生命周期的協同環境下的產品信息模型，為產品研製的各階段、各協同單位、各學科提供單一產品數據源。本發明一種基於協同環境下產品全生命周期的產品信息建模方法，如圖5所示。該方法具體步驟如下步驟I :依據WBS (工作分解結構)構建廣義模型基礎框架。步驟2 :Β0Μ(材料清單)有更新時，抽取各視圖BOM信息。步驟3 :在統一產品信息模型中查找更新涉及的子信息模型若查找到說明該子信息模型已存在；若未查找到則說明該子信息模型不存在。對已有子信息模型進行更新、升版，包括插入或刪除新節點、變更節點間關係等；對沒有的子信息模型，查找其所屬的上一級節點進行插入並創建，然後建立視圖，建立關係。在產品生命周期的不同階段，產品子模型表現為不同的形式，反映了產品開發的不同階段的成熟度，統一產品信息模型(UPIM)的構建過程具體步驟分為六個階段見圖7。(I)產品需求分析階段根據同型號的飛機市場的外部信息(如客戶、競爭者和供應商等)分析獲得啟發性事件和內部新產品研發設想；再根據時間和理由的分析，形成的新產品設想，確定產品的市場定位及總體設計參數。(2)產品概念設計階段根據產品的總體參數進行產品的概念設計，主要是對產品總體進行大模塊劃分及Cl選擇，完成產品的頂層設計，最後對模塊任務進行分發，最後對所有數據進行整理形成說明 BOM。(3)產品工程設計階段 對下發的模塊進行詳細工程設計，必須保證技術上的先進性與經濟上的合理性等，主要是對部件級的產品物理定義和功能模擬，最後對所有數據進行整理形成工程Β0Μ。
(4)產品工藝設計階段對下發的模塊進行詳細的工藝設計，基本任務是保證生產的產品能符合設計的要求，制定優質、高產、低耗的產品製造工藝規程，制訂出產品的試製和正式生產所需要的全部工藝文件，包括對產品圖紙的工藝分析和審核、擬定加工方案、編制工藝規程、以及工藝裝備的設計和製造等，最後對所有數據進行整理形成工藝Β0Μ。(5)產品製造階段根據飛機製造單位的具體情況,制定零部件的生產流程，整理形成ΜΒ0Μ(製造材料清單)，並根據MBOM進行下發模塊的零部件的生產製造。(6)產品服務和支持階段主要是對產品的銷售情況及售後維護進行管理，在增加產品使用數據和售後服務數據，如說明書、培訓資料、備件、維修、履歷表、通報等形成維護Β0Μ。根據統一產品信息模型(UPM)的構建過程，首先需要研究確定型號飛機的統一產品結構模型(UPSM)，在大型飛機研製的生命周期管理中，通過映射和增量等技術形成設計、製造、裝配等結構樹，逐步地集成飛機研製各階段的信息(xBOM)，建立統一產品信息模型(UPM)，且通過逆映射技術也可以生產xBOM，並在此基礎上分別應用於不同階段的軟體系統。步驟4 :繼續判斷BOM是否有更新，重複上述步驟。實施例下面以民機生產的全生命周期為例，這種基於協同環境下產品全生命周期的產品信息建模方法。有圖6可看出民機生產的全生命周期的各階段。在圖中的最初階段，產品信息建模是從市場調研開始的。根據同型號的飛機市場的外部信息(如客戶、競爭者和供應商等)分析獲得啟發性事件和內部新產品研發設想；再根據時間和理由的分析，形成的新產品設想，確定產品的市場定位及總體設計參數。在確定產品的市場定位及總體設計參數的隨後階段，進行的是是產品概念設計和優化、確定最佳方案，根據飛機的總體參數進行飛機的概念設計，主要是對飛機總體進行大模塊劃分及Cl選擇，完成飛機的頂層設計，最後對模塊任務進行分發，最後對所有數據進行整理形成說明Β0Μ。根據之前形成的說明Β0Μ，進行詳細設計。對下發的模塊進行詳細工程設計，必須保證技術上的先進性與經濟上的合理性等，主要是對部件級的飛機物理定義和功能模擬，最後對所有數據進行整理形成工程Β0Μ。詳細設計還包括詳細工藝設計，根據之前形成的Β0Μ，對下發的模塊進行詳細的工藝設計，基本任務是保證生產的產品能符合設計的要求，制定優質、高產、低耗的產品製造工藝規程，制訂出產品的試製和正式生產所需要的全部工藝文件，包括對產品圖紙的工藝分析和審核、擬定加工方案、編制工藝規程、以及工藝裝備的設計和製造等，最後對所有數據進行整理形成工藝Β0Μ。詳細工藝設計之後是研製生產環節，根據飛機製造單位的具體情況，制定零部件的生產流程，整理形成MBOM (製造材料清單)，並根據MBOM進行下發模塊的零部件的生產制 造。民機生產的全生命周期的最後階段主要是對飛機的銷售情況及售後維護進行管理，在增加產品使用數據和售後服務數據，如說明書、培訓資料、備件、維修、履歷表、通報等形成維護BOM在此實例中，研製開始階段對產品進行完整數位化定義，並在研製過程中不斷完善，以建立協同研製各單位都易於理解和使用的數位化產品模型，提高大型飛機研製的協同水平。
權利要求
1.一種基於產品全生命周期的協同環境下產品信息建模方法，其特徵在於該方法具體步驟如下 步驟I :依據WBS即工作分解結構構建廣義模型基礎框架； 步驟2 =BOM即材料清單有更新時，抽取各視圖BOM信息； 步驟3 :在統ー產品信息模型中查找更新涉及的子信息模型若查找到說明該子信息模型已存在；若未查找到則說明該子信息模型不存在；對已有子信息模型進行更新、升版，包括插入或刪除新節點、變更節點間關係；對沒有的子信息模型，查找其所屬的上一級節點進行插入並創建，然後建立視圖，建立關係；在產品生命周期的不同階段，產品子模型表現為不同的形式，反映了產品開發的不同階段的成熟度，構建統一產品信息模型即UPIM ; 步驟4 :繼續判斷BOM是否有更新，重複上述步驟。
2.根據權利要求I所述的ー種基於產品全生命周期的協同環境下產品信息建模方法，其特徵在於步驟3中所述的構建統ー產品信息模型即UPIM的構建，具體步驟分為六個階段 (1)產品需求分析階段 根據同型號的飛機市場的外部信息分析獲得啟發性事件和內部新產品研發設想；再根據時間和理由的分析，形成的新產品設想，確定產品的市場定位及總體設計參數； (2)產品概念設計階段 根據產品的總體參數進行產品的概念設計，是對產品總體進行大模塊劃分及Cl選擇，完成產品的頂層設計，對模塊任務進行分發，最後對所有數據進行整理形成說明BOM ； (3)產品工程設計階段 對下發的模塊進行詳細工程設計，必須保證技術上的先進性與經濟上的合理性，對部件級的產品物理定義和功能模擬，最後對所有數據進行整理形成工程BOM ； (4)產品エ藝設計階段 對下發的模塊進行詳細的エ藝設計，基本任務是保證生產的產品能符合設計的要求，制定優質、高產、低耗的產品製造エ藝規程，制訂出產品的試製和正式生產所需要的全部エ藝文件，包括對產品圖紙的エ藝分析和審核、擬定加工方案、編制エ藝規程、以及エ藝裝備的設計和製造，最後對所有數據進行整理形成エ藝BOM ； (5)產品製造階段 根據飛機製造単位的具體情況，制定零部件的生產流程，整理形成MBOM即製造材料清単，並根據MBOM進行下發模塊的零部件的生產製造； (6)產品服務和支持階段 對產品的銷售情況及售後維護進行管理，在增加產品使用數據和售後服務數據，如說明書、培訓資料、備件、維修、履歷表、通報形成維護Β0Μ。
全文摘要
一種基於產品全生命周期的協同環境下產品信息建模方法，該方法有四大步驟步驟一、依據WBS即工作分解結構構建廣義模型基礎框架；步驟二、BOM即材料清單有更新時，抽取各視圖BOM信息；步驟三、在統一產品信息模型中查找更新涉及的子信息模型若查找到說明該子信息模型已存在；若未查找到則說明該子信息模型不存在；對已有子信息模型進行更新、升版，包括插入或刪除新節點、變更節點間關係；對沒有的子信息模型，查找其所屬的上一級節點進行插入並創建，然後建立視圖，建立關係；構建統一產品信息模型即UPIM；步驟4繼續判斷BOM是否有更新，重複上述步驟。本發明在計算機輔助設計技術領域裡具有較好的實用價值。
文檔編號G06Q10/06GK102651102SQ20121010155
公開日2012年8月29日 申請日期2012年4月9日 優先權日2012年4月9日
發明者呂炎傑, 吳彬彬, 趙罡, 郭春英, 閆光榮, 韓冬 申請人:中航沈飛民用飛機有限責任公司, 北京航空航天大學