1 引言 随着信息技术的发展，制造业日益走向数字化，各种先进的制造系统和制造理念层出不穷。在数字化制造过程中，各种CAx所产生的大量图纸、模型以及数据缺乏有效和统一的管理，各应用系统之间没有统一的产品信息模型，易形成“信息孤岛”，影响企业产品设计和生产的效率，降低企业的竟争能力。因此，建立支持产品全生命周期的现代化设计、制造集成系统，充分利用各种计算机辅助工具，综合应用现代先进的设计和制造方法，缩短产品开发周期、降低成本、提高质量、快速响应市场需求，是非常必要的。 产品数据管理(PDM )系统是目前比较流行的产品数据管理和开发过程管理框架以及信息集成平台。PDM软件系统是企业信息集成与传递的桥梁，它可以与其他应用软件相集成，从而对产品数据进行统一管理，是CAD, CAPP, CAM一体化解决方案的基础。这些应用软件跨越不同部门，由不同的人员使用。将这些软件进行无缝集成，共享同一数据源，有利于数据在不同应用领域的重复使用，提高工程设计效率。同时也使产品相关数据在整个生命周期内的数据处理达到前后一致，减少冗余和出错的概率，增强数据的安全性。 根据产品生命周期理论，可以将产品生命周期划分为若干个阶段:产品需求、概念设计、工程设计、制造装配、产品服务。每个阶段都可以建立相应的产品信息模型。产品信息集成的意义在于建立产品生命周期各阶段模型之间的联系，支持建立逻辑上惟一的数据源，存放全部产品数据。这样便于维护产品生命周期内各阶段的信息，建立全局数据视图，避免数据的不一致性，同时可以应用信息技术，使得全部组织机构和人员方便的获得其业务角色所需要的信息。 2 产品信息集成过程中的产品数据交换问题 目前，产品数据的存储仍然广泛采用关系数据库中二维表的结构，即用父子关系定义产品以及零部件之间的关系，对产品树的操作必须由用户自行编程实现，因此在构建产品信息集成模型时，重点在于从数据库中提取产品信息，根据不同用户的需求，以形象的树形结构向用户展示所需要的数据。另外，在产品生命周期中，各阶段之间所交换的产品数据量非常大，不仅有文本信息，还会有大量的图形数据。文本信息主要有零件的特征信息、设计过程的计算表达式和一些技术性说明。零件的特征信息又包括很多内容，有形状特征信息、精度特征信息、管理特征信息、性能分析特征信息、材料特征信息和装配特征信息等。采用何种方式描述产品数据，能够方便地表达产品数据结构，并且在不同的系统之间进行平滑的数据传输和交换，是产品信息集成时所要解决的问题。 关于产品数据的交换标准，自70年代末以来展开了广泛的研究。1981年美国发布IGES，是一个影响比较大的数据交换标准，主要解决CAD系统与其他系统之间的几何数据传输，因而也同时具有较大的局限性。1984年国际标淮化委员会确定的产品数据交换标准STEP，规定了产品设计、制造以至于产品全生命周期内所需的有关产品形状、解析模型、材料、加工方法、装配顺序、检验测试等方面信息的定义和数据交换的外部描述，具有比较完整的体系结构，应用越来越广泛，已经成为国际通用的工程技术人员的交流标准。但笔者认为相比较而言，STEP在实现方面的复杂程度比较高，如需要将EXPRESS语言转换为可执行代码，编写算法实现各个模型之间的映射等。 可扩展标记语言(eXtensibleM arkupLanguage, XML)是网络上的一种通用数据格式，意在提供Web上的结构化信息交换机制，便于软件开发人员和内容创作者在网页上组织信息。XML是一个格式独立的，与平台和应用无关的语言，建立在U nicode基础之上，因此XML成为不同平台之间进行复杂信息交流的良好工具。因此，本文提出采用XML格式作为产品信息集成过程中产品数据交换的格式。 3 XML在产品数据交换中的应用 XML具有良好的结构性、可扩展性等优点，但它仅仅是表达数据的一种规范，需要结合具体应用行业制定的不同数据规范，才能发挥作用。XML本身无法对文件中的数据进行严格的语义定义，需要一种文本结构、数据类型等描述规则定义XML文件数据，以便有效地进行XML数据处理，这种规则定义称为数据模式。目前比较流行的数据模式主要有文档类型定义(Document Type Definition,DTD)和XML Schema。通过合理的数据模式，可以校验XML文件的正确性和合法性等语法有效性。 3.1 产品信息集成模型分析 在PDM系统中，零件和部件具有各自的属性和特征，是产品设计、开发与制造和管理的基本单元，因此也可以将其看作产品的一种来进行管理。产品信息模型在各个系统中以不同的模型进行表达。例如在CAD/CAM中主要是几何模型、特征模型等，在MRP I中主要是制造模型。CAD/CAPP/MRP I这些系统中均没有能够全面反映产品生命周期的信息。因此在集成环境下，需要重新建立产品信息集成模型，使CAD/CAPP/MRP I等系统可以从集成模型中提取所需要的信息。 
图1展示了产品信息集成模型的总体架构。在产品信息集成模型中，可以将产品或零部件的各种属性或特征进行分类，如图1所示。其中在“产品/零部件”一层中，反映产品或零部件的总体信息，即各个系统中共用的一些属性。“管理特征”主要描述产品在整个生命周期中的管理信息，如库存属性、物料清单、成本属性、生产计划属性等;“技术特征”大多是非结构化的数据，可以关联到相应的文档;“形状特征”是产品相关几何信息的集合;“精度特征”描述各种尺寸要求及公差，同时定义产品质量检验的相关规程。每一种特征都可以根据其复杂程度再细分到属性。 在整个产品生命周期中，每个阶段的产品信息或数据均不是独立的，它必然会和前后阶段的产品信息发生关联。如产品在产品设计过程中，需要确定产品中自制件的几何结构，以及外购件的性能参数和配合尺寸，并且完成工艺路线的规划和工艺操作规程的制定。因此产品结构的变更会影响到产品的工艺路线，甚至影响制造和采购环节。因此图1所示的产品/零部件的每种特征或属性之间会存在交叉部分或相互引用的情况。如形状特征、材料特征和精度特征之间是相互关联引用的关系。建立产品信息集成模型，为整个产品生命周期提供一致的数据源，使得各种产品特征属性之间数据的相互引用，以及各部门之间关于产品信息的协调具有了基础。 如第一部分所述，PDM系统可以作为产品信息集成的平台，因此在物理上可以将产品信息集成模型存放在PDM系统中，其他的系统通过与PDM系统交互来访问产品信息集成模型，实现信息的提取和共享。产品信息集成模型中所包含的产品设计方面的数据，可以看作是建立在PDM数据库上的视图，当集成模型中的相关信息被其他系统所修改时，PDM系统中的数据也可以保持一致性。 3.2 基于XML的产品数据交换的一般过程 图2表示了在产品信息集成模型基础上，基于XML的产品数据交换的一般过程，可以从两个方面来进行说明:各应用系统从集成模型中提取数据的过程:各应用系统根据自己的需求，经过网络发送指令，从PDM的产品信息集成模型中提取相关数据。最初各系统从集成模型中所提取的数据均由XML格式描述，需要从XMLSchema库中调用相应的Schema文件来验证XML格式的正确性并且过滤掉不相关的数据。PDM系统将验证后的XML文件经HTTP发送到各应用系统中。 
各应用系统向PDM传送数据的过程:根据各应用系统中数据库的结构，按照一定的规则将结构映射成XML Schema文件，一般的规则是表映射为元素，字段映射为属性。将此Schema添加到PDM中的Schema库中。同时依照此规则来验证从应用系统发送的XML文件。在XML传送到PDM系统后，根据一定的规则将XML中的数据映射到集成模型中，更新集成模型的数据。 虽然各系统中表示产品模型的形式不同，但都存储了产品的一些共同属性和特征。因此在集成模型中的这一部分数据被某一个系统更新后，应触发消息事件，向其他系统发送更新后的数据，以保持产品数据的一致性。从这个角度来说，PDM系统中的产品信息集成模型可以起到系统集成中的缓冲区(buffer)的作用。 以上是对采用XML作为产品数据交换格式的一般过程概述，下面以PDM和MRP I之间的数据交换为例，分析系统之间采用XML的数据交换过程。 3.3 PDM 和MRP II 之间的产品数据交换分析 如前文所述，不同的系统中表达产品模型的方法不同。在PDM系统和MRP II系统中，尽管二者表达的产品属性含义相同，在具体的命名上也有所不同。表1展示了两个系统中具有相似性的信息实体，这些实体具有相似的属性或产生一些关联。 
在产品数据交换时，我们可以提取两个信息实体的共同属性建立XML Schema文件，作为系统之间数据交换的标准。在建立模式文件时，考虑到系统双方在信息实体属性名称上命名的不同，需要在数据验证时做相应的转换工作，即建立Schema中元素名称到数据库表字段的映射。 以“零部件产品”和“零部件”为例，二者分别存在于PDM系统和MRP I系统的相应模块中，但具有一些共同的属性如“零部件ID",“零部件版本”等。在这些共同的属性中，一部分受控于PDM系统，、如“零部件描述”;一部分受控于MRP II系统，如“成本”、“提前期”等;其余的属性同时受控于两个系统的相关业务部门，如“零部件ID”、“零部件版本”等。将以上分析结果应用于使用XML技术的PDM和MRP系统之间的数据交换，则可以将所要交换的数据按分析结果分为三类，在XML Schema中分别进行定义，来约束和规范所要进行传输的数据。分类后的数据见表2。 
根据以上分析结果，这里定义PDM和MRP II系统之间零部件信息交换的XMLSchema部分文件结构:该Schema文件中定义了所要传输的数据项，并且使用枚举类型约束了一些数据项的所有可能值，避免出现非法数据。同时将存储在PDM和MRP II数据库中的数据项根据表2的分类，分别用复杂类型"Common","Part一Design”和“Part一Make”表示，规定在进行数据传输时，"Common”中的属性是必有的，后两个复杂类型是可选的。在PDM和MRP 19之间进行数据交换时，任何一方系统都可以使用该Schema文件验证所提取数据格式的有效性。传输的任何一方在接收数据时，发现受控于双方的数据被更新时，应在更新数据的同时发送消息到相关部门的用户界面，便于双方确认和协调。同时需要在系统中建立一定的规则，确立Schema中元素名称与数据库字段的联系，从而将XML文件中的数据写入数据库对应的表中。 在已经提出的一些集成模式中，对于受控于一方的信息，可以进行单向的传送，直接更新另一方的数据库，但对于同时受控于双方的数据，单向的传送就会产生信息不一致或者冲突的现象。本文所提出的基于产品信息集成模型的产品数据交换解决了这一问题，它将各系统之间数据的单向传送或需要协调的数据更新统一‘集成到产品信息集成模型中。即任何系统都以集成模型中的数据作为基准，系统之间的数据交换也必然通过集成模型。这样就保证了在整个产品生命周期内信息的一致性，同时对集成模型的并发控制提出了比较高的要求。 从以上分析可以看出，XML作为制造业数据交换的编码语言，解决企业内部和企业之间信息共享和交流问题具有一定的优越性。 (I)由于XML数据是完全基于文本的，几乎所有的系统都能够接收和理解XML数据，从而消除了不同组件模型和操作系统之间存在的差异，增强了系统的互操作性;同时，XML数据通过HTTP或者SOAP协议传输，可以通过企业防火墙，无需另开传输端口，使得企业之间的数据交换也成为可能。 (2)树型结构是XML对数据的天然组织形式，因此用XML描述产品结构是非常方便的。 (3)XML属于半结构化数据，具有较强的自描述性。使用XML可以定义产品结构的分枝并独立存储，在进行产品结构描述时，可以实现组件的可重用性。 4 结论 信息集成是企业应用集成的基础，对于制造业信息化来说;产品信息集成是系统间集成的基础，它涉及到多个企业应用系统的数据交换和共享。本文提出了在PDM系统中建立产品信息集成模型，并使用XML技术描述产品信息集成模型中的产品数据，同时论述了系统间数据交换的一般过程，并以零部件为例提供了PDM和MRP I系统之间数据交换的XML Schema文件，作为数据交换格式的验证。最后分析了XML技术在产品信息描述和系统间数据交换方面的优势。为产品信息集成以及系统之间数据的交换提供了一种思路。
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