PDM的系统集成框架

【导读】
【摘要】PDM系统作为一种系统集成框架,需要集成多类型跨平台的应用系统,能够支持分布式的制造系统。本文通过对目前成熟PDM产品的研究,同时结合企业应用,从制造系统环境的特
【摘要】PDM系统作为一种系统集成框架,需要集成多类型跨平台的应用系统,能够支持分布式的制造系统。本文通过对目前成熟PDM产品的研究,同时结合企业应用,从制造系统环境的特点出发,提出具备系统柔性的产品数据管理系统结构框架,为PDM系统的实施提供概念指导,为开发PDM产品提供参考。

 


 
一、制造系统环境的协同自治模式
    随着计算机网络技术的发展,由于制造企业中各种应用/系统的运行环境不同,必然带来异构分布式的工程数据集成的各种问题。由于系统部门内部的数据处理又各具复杂性,如果采用数据和功能集中的方式来解决问题,在技术上、性能上和资源上都存在难以解决的困难。寻求一种即能保持部门内处理问题灵活性又能提供协同手段的方法,是解决问题的理想途径。

    因此,有必要构筑具有协同自治模式的制造系统环境。这种系统的特点是:
    ☆具有可扩充性,能够动态适应制造系统规模的增长,能够接受部门的增长和加入新的部门。

    ☆同组织层次中要求各应用系统拥有独立性,并能自动进行各应用系统的全局性控制,保证工程数据的全局完整性、安全性,即具备协同和自治的双重特性。





二、基于PDM的协同自治集成框架
    1.自治信息与协同信息
    要构筑一个协同自治的集成框架,需要区分自治信息和协同信息。自治信息是在组织部门内部产生的,处于部门内部控制状态的数据(如设计数据、工艺数据和版本信息);协同信息是用于控制自治数据在全局和保持一致性、完整性的信息 (如过程信息和用户组织信息、系统资源信息、访问规则信息、主键信息),见图1所示。协同信息一方面在整个系统中通过配置、过程管理协调自治信息之间的关系;另一方面通过用户组织和数据识别权限维护系统的安全。 
 
图1 自治信息和协同信息


    2.PDM的特点
    (1)PDM技术支持跨平台数据访问。协同信息是具有系统全局性质的信息,各组织部门的应用系统具有多类型跨平台的特性,各应用系统要接受协同信息控制,必须有一个能够跨平台访问信息的系统来作为整个系统的支撑。

    (2)PDM系统中具备成熟的流程、产品结构配置、电子仓库等功能,这些都是适合协同控制的有力工具,成熟PDM系统的二次开发工具为定制企业过程和管理文档提供强大的适应性,使它完全可作 为集成框架的基础。

    本文构造了一种协同自治模式的PDM系统集成框架(如图2所示)。不同的应用系统运行在基于PDM的集成框架上,应用系统之间因此获得了相互之间的协同,同时应用系统内部保持自治。 
 
图2 基于PDM的集成系统


    3.搭建协同自治集成框架中的PDM系统
    (1)借鉴分布式数据库体系结构
    制造系统中的应用系统具有一定的复杂度,要满足协同自治的需求,一个体系结构不适应协同自治的PDM系统将不能胜任支撑集成框架的重任。系统的功能应包括:
   
    1)实现自治,各组织部门应具有自己的数据库;

    2)实现协同,应当把协同信息分布到各个部门;

    3)提高网络传输效率;

    4)维护网络可靠性,局部数据库出现故障,不能影响整体。分布式数据库技术可用来搭建PDM系统。

    分布式数据库是由一组数据组成的,这组数据分布在计算机网络的各节点上,每个节点具有独立处理数据的能力,称为场地自治,它可以执行局部应用,同时,每个节点也能通过网络通信子系统执行全局应用。分布式数据库的体系结构可作为协同自治的基础,在其上搭建PDM的系统集成框架。

    (2)适应协同自治集成的PDM系统
    采用协同控制、分散管理模式。这种模式的特征是:协同信息的控制模块分散在网络的每个节点上,数据字典也在每个节点上存放一份。控制模式的优点是加强了节点的独立性和自治性,单个节点退出或进入系统不影响整个系统的运行,但全局控制的协调机制和一致性的维护比较复杂,应该进行严密的控制。 在分布式数据库的基础上,建立的协同自治环境的PDM系统的服务器和数据库分布模式如图3所示。 
 
图3 基于PDM的系统集成框架数据厍和服务结构

    可以看出,所建立的PDM系统与分布式数据库结构是有差别的。在这个系统中,多了一个协同服务器和协同数据库,这与分布式数据库中各节点地位等同的模式是不同的。这是因为PDM系统虽然利用了分布式数据库的结构和思想,但PDM除了要控制数据库级别上的协同,其自身的功能结构要求同时保持全系统的协调一致,因此,PDM系统的协调控制相对来说更加复杂。

    有些协同控制功能从系统性能优化的角度和便于协同的角度考虑,放在一个单独的协同服务器上更合理,协同服务器与部门服务器在基本功能上的区别不是太大,部门服务器的主要作用是将PDM的服务复制到本地网络,从而减轻协同服务器和网络传输的负担。

    (3)服务结构
    以服务的方式实现PDM的功能,可以达到模块化的目的,用不同的服务器配置不同的服务,从而灵活构筑不同类型的服务器。按照一般企业级的PDM系统,PDM的服务构成如图4所示: 
 
图4 PDM服务结构

    1)操作系统服务提供PDM上层对计算机操作系统的访问服务,管理系统中的计算机和文件系统资源,PDM用户对操作系统的操作与站点无关也一与平台无关,不必关心操作源和目的地的平台类型,能够实现操作系统和硬件平台的透明性。

    2)数据库服务提供系统内数据库访问服务,根据配置好的数据库模式对用户发出的数据库操作请求自动作出一致性的操作,用户不必关心数据库是怎样分布的,即实现分布的透明性。

    3)通讯服务负责在网络环境之间和系统进程之间传送消息和数据。

    4)用户接口服务(UI)是与用户发生交互的接口。

    5)对象服务支持PDM系统中的对象和关系操作,对象服务和操作系统服务、数据库服务一起实现PDM系统中的电子仓库功能。

    6)LCM服务生命周期服务,提供产品开发过程的管理操作。

    7)PSM服务产品结构管理,提供建立和维护产品结构的服务。

    8)APC服务产品结构配置服务,提供对产品结构进行配置的功能。

    9)PFM服务零件分类管理,可以建立企业自己的零件族。

    10)CCM服务变更控制管理,对于工程设计过程中的修改行为的控制。
 

    不同的服务器需要配置的服务如下:
    1)协同服务器通讯服务、对象服务、操作系统服务、数据库服务、用户接口服务。它与协同服务器的区别在于协同服务器上为整个PDM系统网络提供一些一致性检验,并为系统管理员的操作提供数据库服务。

    2)部门服务器为不同网段的物理分布的局域网提供服务,将服务安装在网段内部,可以提高执行效率,部门服务器驻载的服务与协同服务器基本相同,部门服务器不具备协同服务器的全局一致性检验和管理信息方面的维护。如果一个部门内部的用户访问过于频繁,造成一个部门服务器处理用户请求时的负担过重,可以增加一个部门服务器。

    3)工作组服务器是部门内部按照应用系统使用状况或者职能来划分的服务器。为工作组用户提供用户数据库服务,并完成与协同/部门服务器的通讯服务,同时根据工作组需要配置对象的服务。

    (4)数据库结构由于数据的分布会增加系统一致性维护的复杂程度,在一个地点对数据进行的修改应该同时更新系统中所有的相关数据。所以,哪些数据需要在各地复制,哪些数据需要集中,需合理规划。


    对于分布式网络,将数据进行分布的原则是:
    ☆对于查询操作远远大于修改、删除、增加操作的数据,将它存储在本地;对于修改、删除、增加操作远远大于查询操作的数据,适合集中存放在协同服务器。

    ☆用户自己的数据可以存储在本地,这些数据对网络中其他节点的运行没有影响。

    将系统中的数据按存储方式进行分类,以便决定数据的分布模式。

    自治信息是组织部门内部的数据,一般存放在部门内部的数据库服务器上,不在系统中进行复制。

    协同信息中的数据如过程信息、用户组织信息、系统资源信息、访问规则信息,这些信息的访问方式多数是查询,修改、删除、创建的操作都比较少。这类数据可以在系统中进行分布,可以减轻网络传输信息量,提高效率。这些信息我们称为“分布协同数据”。

    协同信息中的数据(如数据库的键属性数据),由于对它的访问主要发生在创建/删除对象的时候在系统中进行键约束检测查询;创建/删除对象的时候对主键数据的记录添加/删除。操作较少的发生在对键数据的更新。针对这样的特殊情况,考虑将键数据从用户数据和协同数据中分离出来,用户数据(一般为自治信息)存放在本地,不在系统中进行分布复制,而键数据的检验需要在整个系统进行,因此需要把用户数据中的键数据分离出来;键数据要在全局进行检验,且创建、删除操作较多,因此适合集中存储,将它集中放在协同服务器上。这类数据称为“集中协同数据”。

    PDM系统中的产品生命周期数据关系到产品开发的全过程,涉及产品开发的各个部门,数据的特点是建模之后的修改较少,此类数据如同分布协同数据的存储方式,称为“流程数据”。

    PDM系统运行过程中产生和处理的数据(如以事件驱动的服务)如果来不及处理用户发出的请求,这些请求就会作为待处理的事件按照重要程度和先后次序排成队列,产品生命周期的运行过程也是一队等待运行条件满足的事件,这些在系统中来不及处理的请求会保存在一个临时性的数据库中,处理后系统将其从事件数据库的队列中删除。

    另外,系统运行产生的日志信息、邮件信息等也在系统的数据库中保存。这类数据称为“运行数据”。对这类数据应该分隔到各部门服务器上。因为运行数据库具 有大量的创建、删除等操作,许多服务要访问其中的事件列表。

    将运行数据库放在部门服务器上有利于提高性能。如果事件日志、邮件日志及事件本身都保存在同一个表里,事件日志、邮件日志都是永久对象,会使表不断增大,系统向事件列表插入删除对象的性能将受到该表大小的影响。因而事件列和日志数据最好也在不同的表内存储。如表l所示,形成的服务分布见图3。 
 
 
    数据库的分布模式(schema)存放在协同服务器上,各部门、工作组服务器启动后从协同服务器上载入分布模式,各服务器上的数据库服务将按照分布模式响应用户发出的数据库操作请求。

    最后,举一个小例子,如上面的数据库模式中:KeyTbl定义在协同服务器上,不进行分布,用户组的分布描述为:
    define replica set OrgRS across adminindb;//定义复制数据库结构admindb
    replicate UserTbl in OrgRS;//定义在各服务器中复制用户表中的数据
    replicate GroupTbl in 0rgRS;//定义在各服务器中复制组的数据

    例如,建立一个系统用户的操作。系统管理员在系统中任何一个工作站上发出建立系统用户的操作,通过UI服务输入新建用户的信息,提交数据后系统查询协同服务器上的键数据库,分析输入的用户ID是否重复;如果键没有重复,则产生一个事务,事务的第一项是在本地的部门服务器中的admindb数据库中的UserTbl中添加该用户的记录,第二项是根据分布模式文件,在系统中复制用户记录,然后,在系统中各部门数据库中的admindb中的USerTbl中添加该用户记录,最后提交事务。


三、结论
    本文介绍了制造系统协同自治的特点,并根据这种特点,构造了一种适应协同自治的系统集成模式。然后,分析了PDM系统在这个系统中的作用,并由此构筑了协同自治集成模式下的PDM系统的体系结构。 




  • 2019-08-05 09:21
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