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关键技术之三并行工程的产品信息集成
2006年7月28日 14:42  来源:计算机世界网
    信息技术是当代使劳动工具产生革命性变化的技术,现代企业无法摆脱对信息技术的依赖。信息已成为企业的一种战略资源,制定企业信息的政策、管理信息的制度及信息控制的方法是现代企业的一项重要行为。企业的信息管理已经从数据管理(data management)上升到数据行政管理(data administration)的高度,以至于企业开发的产品出现了两种形态:产品的物理形态和信息形态,企业通过产品的信息形态控制其物理形态。 
    产品数据的采集、传递和加工处理需要一个数字化的企业环境。企业的数字化环境由一组软件组成,这些软件系统之间不是简单的互补、上下级或前后置关系,而是为产品提供不同信息空间的多个视图。将这些多视图的产品数据组合起来是产品信息集成的主要研究内容。 
    并行工程重组产品开发过程的行为,必然涉及产品信息的变化,包括数据结构和数据。传统模式的部门制按职责逐层定义、操纵企业的信息。不同粒度信息的控制由不同部门实施,其表现是“抛过墙式(over wall)”信息传递,其实质则是在不同阶段、不同部门中,信息的操作者、操作方式、操作对象均会出现变异,产品信息控制的统一性和连贯性难以得到保障,而大的阶段划分则难以保障产品信息的时效性。 
    并行工程的集成产品开发团队(IPT)消除了信息的操作者、操作方式、操作对象因为部门制而带来的割裂,保证了产品信息控制的统一性和连贯性。跨部门、跨阶段的微循环使许多原来封闭于部门内、阶段内的信息可以更多地被揭示出来,更符合产品信息自身的流动规律,从而保障产品信息的时效性。

    产品信息集成层次划分 
    从数据结构出发,产品数据可分为结构化数据和非结构化数据。管理型数据多为结构化数据,而技术型数据则两者皆有。产品信息集成的研究内容就是将各种类型的数据集成于一个单一的逻辑数据库中。对于管理型数据而言,产品信息集成的主要研究内容是多数据库集成,数据仓库是其中的一种模式,而技术型数据的集成则困难得多,其根源在于这些数据依赖于具体的应用系统,其数据结构、文件结构不公开或不规范,而且数据之间关系复杂。一个管理数据库可能只需要20个关系就可以定义,而一般复杂程度的产品信息至少存在300个关系,并随着模型的增大而变得更为复杂。对于以二进制文件存储的数据,除了将整个文档作为一个大的数据对象进行管理之外,别无他法。 
    产品信息集成可分为以下4个层次: 
    1.消息通信 
    这是最低级的信息集成层次,是目前绝大部分软件所采取的方式,也是现有操作系统如Windows、Unix所支持的方式。但由于消息结构过于简单,难以表达复杂数据结构,因而不能支持企业内的产品信息集成。 
    2.数据共享 
    这是产品数据在不同部门之间流动的前提。数据库、数据仓库技术无疑是实现数据共享的极好解决方案。但由于前述原因,企业内还有大量的技术型数据采用非数据库管理方式。因此,除采用数据库外,还必须为技术型数据提供实现数据共享的机制,IGES、STEP等标准可以在一定程度上实现产品数据共享。在现有产品数据共享的理论与实践中,STEP已被证明是最优秀的标准。国外主流三维CAD软件,如Pro/E、UG、CATIA都已提供STEP数据输出接口,国内三维CAD软件“金银花”则是直接基于STEP标准设计和开发的。 
    原有的数据共享理论中有一个难以逾越的障碍,即参与共享的两个(或多个)软件之间必须拥有完全一致的信息模型,信息模型不能从一个软件系统传递到另一个软件系统内。显然,企业内的CAx软件是面向不同专业领域的,非同类软件不可能拥有完全一致的信息模型。这个障碍使企业信息集成难以实现。 
    幸运的是,可扩展注记语言(XML)的出现为突破这一障碍带来了曙光。我们可采用XML描述需共享的数据(及其结构),从一个软件系统传递到另一个软件系统中,从而解决了信息模型不能流动的问题。 
    3.互操作 
    数据共享只能实现数据在产品全生命周期各个环节中的流动,但对于企业级产品信息集成的要求而言还不够,还需要支持对数据的加工操作。只有企业内的所有软件都具备互操作能力,产品数据的流动、加工才是一个完整的过程。目前,在支持互操作的解决方案中,CORBA和DCOM是最为典型的两种,但软件互操作需要制定大量的标准,两者仍有很长的路要走。美国国家工业信息基础结构协议(NIIIP)数据小组进行的测试表明,对于大型复杂产品数据(20MB以上),在异质异构软件环境下,目前还没有互操作的解决办法。 
    4.数据与知识重用 
    企业如果实现了上述三层技术,产品信息集成就已基本实现。但产品信息集成只是为企业产品生产提供了一个信息化的环境。要实施并行工程,重组业务流程,还需要实现数据与知识重用,将企业管理者和工程师长期以来所积累的产品开发经验化为企业的资源。数据挖掘(data mining)是实现产品数据与知识重用的一种重要方法。 
    需要指出的是,数据挖掘能否成功依赖于大的数据集。无论国内还是国外,企业信息化的发展历程还不长,单个企业内可能积累了大量的数据,但这些数据所构成的样本并不典型,包含的信息往往较为单一,难以挖掘出具有很高价值的知识,而多个企业的数据采集又可能因涉及企业的商业机密而难以实现。尽管如此,数据与知识重用仍是企业谋求发展的重要环节之一。 
    方法与步骤 
    实施产品信息集成的过程是一个全企业参与的过程。有观点认为,对信息依赖程度较高的企业必须设立独立的信息管理部门和信息副总裁,以便在企业全局范围内实施信息管理。信息管理部门的职能包括:制定企业信息政策和信息管理制度;实施数据(行政)管理;维护系统及数据;从产品数据加工的角度分析、评价产品开发过程并提出业务流程重组建议等。 
    在实施产品信息集成时,要制定出长远规划和近期目标,不能试图在一开始就解决所有问题。因此,制定产品信息集成所要达到的有限目标极其重要,它直接影响产品信息集成项目的成败。 
    实施产品信息集成的步骤包含以下5个阶段,如图1所示。

图1 产品信息集成步骤 


    1.业务流程描述 
    企业业务流程的准确描述是实现产品信息集成的基础。不规范的业务流程一旦被映射到信息空间内,必然会出现数据定义的冲突以及莫名其妙的数据处理过程。不准确的业务流程描述将使数据源受污染或出现错误数据处理过程。一个管理规范的企业是产生正确业务流程描述的基础。目前,尚未见到功能强大的业务流程建模工具,这一工作的实施更多的是以文档、图表的形式体现。由于业务流程描述产生的结果并不是形式化的结果,其中可能包含一些难以察觉的错误。因此,参与这一步骤的团队应为具有很好沟通能力的各部门业务骨干。企业往往在进行业务流程描述的过程中就已经能发现一些管理上的问题,从而通过改进流程直接获益。 
    2.功能活动建模 
    业务处理是企业功能活动的核心。将业务流程文档及图表转换为业务活动以及它们之间信息的输入输出表达过程就是功能活动的建模过程。这一工作可采用IDEF0图进行描述。在已有复杂系统建模的实践中,IDEF0已经被证明是最好的工具之一。在这一阶段中,信息已经被初步描述在活动与活动之间的输入输出中。由于这一阶段中信息的表达仍不很规范,其粒度的掌握十分重要。一般而言,对于非大型复杂产品,IDEF0图的层次在5层以内较为合理。层次过多会使这一工作变得十分复杂。 
    3.数据建模与实现 
    IDEF0图表达的只是活动之间信息的输入输出关系及不同粒度之间信息的包含关系,还不能表达出数据的定义及数据的确切关联关系。数据定义及数据关系的描述可采用实体-关系(E-R图)建模方法描述,也可采用其他建模方法,如EXPRESS-G图。采用E-R图描述的好处是与关系型数据库产品之间的衔接较好,其弱点是对技术型数据(如CAD数据)的描述不自然。下一步是采用数据定义语言(DDL)定义数据结构及其关系。这一步骤的工作多由数据专家进行(可能是非本企业的数据专家),其过程需要反复与企业内信息专家、其他业务骨干等沟通,以获得准确的数据定义及关系。 
    4.建立数据连接 
    完成数据建模后,产品数据之间的关系只能在单个数据库(或文件系统)的内部得到维护,跨系统的数据关系仍然处于被割裂状态。此时应将数据处理流程与数据存放系统进行比较,找到需要跨系统处理的数据,采用XML描述这一类数据。由于产品在不同系统内极有可能具有不同的数据视图,XML所描述的其实是不同系统内数据的映射关系,很多情况下可能是数据的剪切与粘贴,这时也可采用EXPRESS-X映射语言描述。由于企业的生产过程往往包含许多更改过的循环,所建立的数据连接必须是双向的。为保证数据不被破坏,合理的解决方法是建立一个中间件,管理跨系统的映射数据。这时交互式更改比自动更改更恰当。 
    5.系统测试与运行 
    通过上述步骤,企业的产品信息集成系统已初步建成。此时应把产品数据灌入系统,测试系统功能是否符合集成的目标。同时进行员工培训,包括企业信息政策、管理制度、使用技术等。 
上述5个步骤的周期通常需6~12月,如果在18个月内仍未能实现集成的目标,则该项目极有可能失败,其主要原因可能在于,产品信息集成的目标过于宏大和企业管理不规范。 

    实例分析 
   
我们在“齐齐哈尔铁路车辆公司铁路货车产品开发并行工程”项目的子项目“数字化产品建模”中,将上述产品信息集成理论及方法学和实现步骤付诸实施,产生了良好的效果。 
    该厂产品零件中存在大量的钣金件,因而产品信息集成所制定的有限目标是:以钣金件为实例,探索数字化产品建模和CAD/CAPP/CAM信息集成的实现方法,将非数据库系统(CAD软件)产生的产品数据与数据库系统管理的产品数据(企业自行研制的CAPP系统)集成起来。系统原理如图2所示。 

图2 数字化产品建模与CAD/CAPP/CAM信息集成原理模型 


    在实现步骤上,首先分析钣金件产品设计过程和工艺设计过程,采用IDEF0描述该项业务流程,采用STEP标准的EXPRESS-G及EXPRESS语言,建立CAD与CAPP之间需共享的产品信息模型。将钣金件开发的知识模型转换为信息模型,采用STEP中性文件交换方式,将CAD特征数据提取出来,供下游其他系统使用,并专为该厂CAPP系统提供其专用数据接口,从而实现钣金件数据重用。通过钣金件知识重用与数据重用提供数字化产品建模与信息集成环境。

 
 [关键词]:并行 信息处理 机械  发表评论    【推荐】 【打印

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