基于PLM的工程资源管理系统研究与实现

1、引言

近两年，PLM发展十分迅速，已成为全球制造业关注的焦点。但是，在我们实施PDM、PLM系统的过程中发现下列问题:缺少方便的电子设计资源:不能方便地取得其它系统的数据:不能规范物料选用:资源数据内容信息量大、牵涉面广、数据类型及数据关系复杂。如何对PLM中的工程资源进行有效的管理，使复杂的资源数据便于使用、维护和扩充，最终适用于各种不同的企业和产品，是当今系统迫切需要解决的问题。

本文对工程资源管理方法进行了研究，给出了体系结构框架、元模型定制方法以及系统集成方案，设计和实现了工程资源管理系统，通过资源约束来规范物料选用。

2、相关概念

2.1产晶全生命周期管理

产品全生命周期管理(product lifecycle management,PLM)是指管理产品从需求分析、规划、设计、制造、销售、售后服务到产品报废回收的全生命周期中的信息与过程，它描述和规定了产品生命周期中产品信息的创建、管理、分发和使用的过程与方法，利用一个信息基础框架，来集成和管理相关的技术与应用系统，使用户可以在产品生命周期过程中协同地开发、制造和管理产品。

从宏观上看，采用PLM使产品开发周期越来越短，企业也越来越重视产品设计，PLM将是一种必然趋势。在众多与PLM有关的研究项目和发展计划中具有代表性的有ICP-35K项目、JSF项目、AdCoMS项目、Enhance项目和PLCS计划等。目前，在制造领域，比较优秀的PLM解决方案包括PTC的Windchill、EDS的TeamCenter、IBM!达索公司的ENOVIA、QAD的UPLM、SAP的mySAPPLM以及Baan的iBaanPLM。因内许多学者对PLM的各方面进行了研究，介绍了PLM的概念、发展和研究状况，分析了PLM包括的功能和关键技术以及今后的发展趋势，对产品生命周期管理系统的系统框架、关键技术、开发技术进行了研究。但是，如何对贯穿整个产品生命周期的工程资源进行管理和描述，国内还缺少研究。

2.2工程资源

制造资源往往是指机床、刀具、夹具、量具等物料资源以及工艺设计所要求的工艺数据和规则，而不包括其它供应商或者系统提供的工程数据。本文所讨论的工程资源不仅包括物料资源、工艺资源，还包括其它供应商或者系统提供的工程数据。为了实现统一管理和软件复用，对PLM系统中公用的一些数据也通过工程资源管理系统进行管理，如计量单位、图片资源、特殊符号等。

对资源的管理，目前国内主要集中于工艺资源管理或者制造资源管理，如武汉开目的工艺资源管理器、武汉天喻的可扩充的工艺资源库等。对工艺资源和制造资源概念、数据模型定制、框架设计与系统实现方法等进行了论述。

这些资源管理系统具有如下一些特点:①管理内容集中在工艺资源、制造资源;②没有实现外部数据源资源管理，也就是说没有解决"不能取得其它系统数据"的问题:③对于资源对象关联的文件的管理不完善;④有系统提到"利用一定的规则，智能地推理到知识数据库中的相关的工艺决策"ISI，但是对推理规则没有深入讨论，也就是说对资源与PDM、PLM等系统的集成研究不够。

3、基于PLM的工程资酒管理

为实现对工程资源的有效管理，本文采用文件服务器和数据库分离技术:文件服务器主要用于存储非结构化的文档资料，关系数据库用于存储结构化的数据记录资料。采用多粒度划分的方法:资源类与资源数据分离、计量单位组和单位数据分离等，这样有利于资源信息的获取和表达以及资源数据的及时反馈。本文对资源的管理主要分为资源元模型定制、系统管理、资源数据维护和资源数据集成4大模块，实现资源对象的创建、资源数据的维护以及资源数据的共享。

3.1工程资源管理系统多层分布式应用体系结构

基于3层/多层分布式计算结构成为当今企业应用的主流模式，本文采用如图l所示的多层体系结构。

客户端负责用户与系统的交互，数据层包括各种数据源和企业遗留的信息系统。服务器方分为3层:业务外观层、业务规则层、数据访问层。其中数据访问层，封装访问数据库的各种方法:业务规则层，封装实现资源管理等功能的各种方法;业务外观层，简单地封装业务规则层的公共方法:数据实体层，封装系统中的数据对象。这种分层方法可以有效地将企业业务逻辑与客户视图分开，体现界面、逻辑、数据分开的原则。将分布式计算技术与面向对象技术结合，可以对工程资源进行分布式管理。

3.2动态定制的元模

工程资源数据静态与动态并存、图文并茂，资源种类庞杂，类型定义千差万别，数据量非常大，一假的系统只能管简单的结构化数据，有些系统通过所谓"模板'刷的方式实现对资源库的定制，对于复杂的非结构化数据及其复杂的联系难以实现更为细致和灵活的管理，例如:细化到数据字段的权限管理、图标的显示、数据的约束等。基于PLM的数据模型定制方法〈如图2所示)，构造可扩充、由用户个性化定制的资源库，不仅能实现资源类型的动态创建，对资源类之间的关系也能很好地处理。

由于资源种类很多，应该根据资源类的不同特点对其进行相应的管理。其中相对稳定、相对独立的资源，可以不用动态定制，如计量单位。对外部数据源资源以及机床、材料等在不同企业有区别的资源，就通过模型定制工具创建。

数据模型定制操作，实质上是维护类的元模型信息，通过工程资源数据模型定制工具实现对工程资源对象类、工程资源对象属性以及与PLM系统其它数据类的关系进行动态定制，动态创建和修改数据表。对资源元模型的定制为以后维护数据以及数据共享提供了条件。

图3所示的是资源类的数据库模型图，对资源类的定义主要通过类的元信息表、属性的元信息表、属性连接到资源类的关系表3个表实现。资源类对象表保存该类的数据，资源类的基本信息保存在类的元信息表中，属性保存在属性的元信息表中。由于外部数据源资源与外部数据源相关，所以类的定制比一般的资源类的定制复杂，需要维护数据源连接信息、外部数据源数据表信息，以及外部数据源字段信息。

3.3复杂资源数据维护

工程资源是功能密集型、数据密集型的，不同资源的管理方法不同。比如对计量单位可以采用下列方法管理数据:

(l)用户分组定义计量单位，并维护不同计量单位组中的计量单位;

(2)同一单位组中的计量单位分为标准单位和非标准单位两种，标准单位有且只有一个:用户可以设置非标准单位与标准单位之间的换算关系。

对外部数据源资源：可以分3种数据更新方式，即实时引用、手动更新、自动更新。对于实时引用的资源，本地不维护其数据，但是需要管理数据源连接信息:对于手动更新、自动更新的资源，需要手动、自动地将其数据从指定的数据库导入到数据元模型定制时设置的对应的数据表中。

总体原则是:非结构化的数据存放到文件服务器上，保证其完整性和数据一致性:结构化的数据存放到关系数据库中。在系统客户端提供可视化的方便的数据录入、编辑接口。

3.4基于元模型的资源数据集成

为了实现资源约束下的物料选用以及资源数据的共享，达到为PLM系统提供方便的电子设计资源的目的，需要实现工程资源管理系统与PLM系统的集成。资源数据是不断变化的，追溯资源数据的全部变化过程没有必要，因此对资源数据不需要进行版本管理。对资源数据的集成，仅需通过检入、检出操作进行时效性、安全性和完整性控制即可。

由于工程资源涵盖了PLM系统可利用的工程数据，与PLM系统的集成必须保持两者的资源信息完整一致，并实现资源统一调配，也就是要解决工程资源和PLM的资源信息一致性和资源统一调配问题。本文采用单一的资源数据源，通过统一数据建模，这个单一的资源数据源存放于资源相关的表中，PLM通过资源集成接口使用资源数据。资源数据由资源维护模块进行增删改等维护操作，PLM系统不对资源数据进行维护。

图4为系统集成框架，与PLM系统的集成可以通过3部分实现:数据关联绑定、资源节点树、资源控件集成。①由于工程资源管理系统采用了PLM统一数据建模，所以通过在数据模型工具中进行属性关联绑定设置，可以在PLM系统中通过预先绑定关系，对资源数据进行浏览和使用，数据的查询和过滤操作可以在底层自动实现:②通过维护一棵资源节点树，对用户在PLM系统中可以浏览和使用的资源进行管理和限制，不仅方便用户使用资源，避免用户在大量的数据中查找自己需要的资料，也有利于系统的数据安全。树的节点包括节点夹和类对象节点两种类型。对节点夹可以设置权限，对类对象节点可以设置权限和数据过滤条件:③通过实现资源自定义控件，供PLM系统开发人员直接使用，从而实现工程资源的共享，也为系统提供二次开发接口。

4、系统实现

基于文章的思想，针对北京清软英泰信息技术有限公司的PLM系统——TiPLM，实现了工程资源管理系统。该系统包括3个组成部分：①TiPLM的统一数据建模:②工程资源数据维护模块;③系统集成接口。图5是工程资源数据维护界面，图6是TiPLM系统调用资源的一个界面。该系统建立在Microsoft.NET平台上，采用了面向对象技术、分布式计算技术，主要用C#语言开发实现，支持Oracle、SQLServer等主流数据库。目前，该系统己在厦门金龙联合汽车工业有限公司、石家庄6410机械制造总厂等企业实施使用。

5、结论

针对国内缺少对贯穿整个产品生命周期的工程资源进行管理和描述的现状，本文讨论了基于PLM的工程资源的管理方法，对PLM系统用到的工程数据以结构化的方式进行建模和管理，以方便工程活动的参考和引用。通过PLM系统统一数据建摸，实现了资源元模型的动态定制、资源类与其它对象的关系的动态设置:通过资源维护模块，对不同资源类型采用不同的数据维护方法g通过与PLM系统集成，实现资源约束下的物料选用，方便工程活动的参考和引用。采用多层模式体系结构以及存储过程，提高了系统的运行效率。