产品全生命周期信息模型Word格式文档下载.docx
《产品全生命周期信息模型Word格式文档下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《产品全生命周期信息模型Word格式文档下载.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
5.2产品生命周期各阶段模型9
5.2.1产品需求模型9
5.2.2产品概念模型9
5.2.3产品设计模型9
5.2.4产品制造模型11
5.2.5产品服务模型11
5.3产品模型集成框架12
参考文献14
摘要：
产品模型可反映客户需求、产品性能、功能技术、制造和管理等信息，本文分析了面向几何、面向特征和集成产品信息模型的发展过程，总结出产品数据交换方法。
根据产品生命周期的阶段划分，认为产品生命周期阶段模型是从产品需求模型开始，逐渐演化到产品概念模型、设计模型、制造模型、服务模型。
后阶段的模型继承了前阶段模型的信息。
最后运用集成化思想，建立产品生命周期各阶段之间的联系，在产品模型框架体系下存放全部产品数据和知识，并实现信息的传递、处理。
关键字：
产品模型、数据交换、产品生命周期阶段模型、产品模型集成框架
0引言
面对全球范围的市场竞争，企业面临的难题是如何以最低成本来快速响应多元化的客户需求和提供高质量的产品。
现有的CAx、精益生产（LeanProduct）、企业资源管理（EnterpriseResourcePlanning）、供应链管理（SupplyChainManagement）等制造模式和管理技术已在一般企业系统中发挥出了重要作用。
但对于生产制造飞机等大型复杂产品的企业来说，上述技术和管理并不足以支撑该企业作为一个整体来获得更高的效率、取得更多的创新和满足客户的特殊需求。
我认为要将企业作为一个整体系统来运行，就得将单独的系统结合在一起实现企业信息化。
由于复杂产品的设计制造过程不仅需要企业内各个业务部门的协同，还需要分布在不同区域的多企业间的协同合作。
企业必须以集成的思想将产品的销售、原材料供应、工艺、设计制造、质量等方面的数据有机结合起来，实现产品全生命周管理（ProductLifecycleManagement）。
产品全生命周期信息模型在分布式制造（几乎所有航空企业采用这一制造模式）环境中支持产品数据的描述、传递和共享，解决了产品数据集成、共享问题。
同时，面向全生命周期的产品模型由于信息的完备性，有助于实现产品的设计兼容性分析及以此为基础的面向装配设计、面向制造的设计等的DFx，而DFx的设计将大大节省生产实物模型的资金投入[1]。
因此，研究支撑整个产品全生命周期业务过程的、集成化的产品信息模型显得尤为重要。
1产品信息
1.1产品信息
产品是企业生产活动的源头及终结。
产品的信息模型简单来讲就是反映产品信息系统的概况，是对产品的形状、功能技术、制造和管理等信息的抽象理解和表示。
产品信息包括：
产品定义知识；
与产品定义相关的过程知识；
产品定义的实现，即制造过程与产品开发过程相关的知识；
产品检验使用及维护的知识等[2]。
因此，产品模型从其完备意义上来说应包含两个相关的方面：
产品数据模型和过程链。
产品数据模型是按一定形式组织的产品数据结构。
它能够完整提供产品数据各应用领域所要求的产品信息，也就是说产品数据模型将覆盖产品生命周期各环节所需要的信息。
过程链是指产品开发工作流程，包括一系列从原始思想到最终产品的技术和管理功能，它反映了产品周期的所有行为[3]。
1.2产品信息分类及特点
产品中包含了大量的信息，这些信息以不同的形式，通过不同的载体存在表现出来。
信息的存在形式与信息所在系统的物理结构、功能及组织形式紧密相关。
为了描述信息的特性，常常需要对信息进行合理的分类[4]。
按产品的制造流程划分为：
功能信息：
描述产品和零件的功能。
结构信息：
描述产品的构成元素及其构成关系。
设计信息：
描述产品设计过程中所用到的信息。
工艺信息：
描述产品的工艺特征。
制造信息：
描述制造特征。
装配信息：
描述产品零件之间的装配特征。
顾客信息：
描述产品的使用对象的情况。
市场信息：
描述产品的市场分布产品定货等信息。
维护信息：
描述产品的售后服务维修等存在的优势和问题。
按照信息的结构特征划分为：
结构化信息：
这类信息结构简单，可用关系模型来表示其数据结构，完全可以在关系数据库中存放与管理。
如一般的管理信息、质量信息等。
非结构化信息：
这类信息结构复杂，一般无法用关系模型来表示，用数据库来存放和管理存在困难。
如产品的几何模型、工艺信息、数控程序、声音图像等。
通过上述分析可知产品信息具有以下特点：
信息结构复杂，产品开发过程中产生大量的数据除结构化数据外还有图形文字表格等非结构化数据；
产品信息有静态的，也有动态的，而且随着产品开发过程的进行，数量不断增大，类型不断增多，且要不断修改和补充；
产品信息中存在着从产品的初始模型推导出的二次数据，一旦初始模型被修改，导出数据就失效，需要重新计算用新的数据取代失效的数据以保证产品信息的一致性。
2产品全生命周期信息模型的概念及发展
产品全生命周期信息模型是基于信息理论和计算机技术，以一定的数据模式定义和描述在产品开发设计、工艺规划、加工制造、检验装配、销售维护直至产品消亡的整个生命周期中关于产品的数据内容活动过程及数据联系的一种信息模型[5]。
它由各活动的定义及其全部过程实施的知识所构成，包括与产品有关的所有几何与非几何信息，用来为产品全生命周期各个阶段和各个部门提供服务。
产品全生命周期信息模型将整个产品开发活动和过程视为一有机整体，所有的活动和过程都围绕一个统一的产品模型来协调进行。
2.1数据模型与信息模型
数据模型是用来表达系统中数据的逻辑结构，其功能仅面向计算机系统和数据的存储。
随着信息系统复杂程度的增加，系统人员希望了解数据的含义，并将它封装在数据库模型中，由此产生了语义数据模型。
但语义数据模型仍具有高度的结构化，缺乏灵活性，难以表达真实世界的复杂程度。
为了解决该问题，产生了可以为用户所理解的信息模型。
信息模型和数据模型既有区别，又有联系。
二者表达了系统中同样的数据，只是表达方式和目的不同。
前者的表达是非结构化的，具有灵活性，目的是为了让用户更好地理解系统；
后者的表达是结构化的，缺乏灵活性，目的是为了方便计算机处理[6]。
信息模型是最高层次的逻辑数据模型，为了实现各应用系统之间的信息共享，最好有共同的信息模型。
建立在不同信息模型基础上的信息共享是非常困难，甚至是不可能的。
例如面向几何的CAD系统和面向特征的CAD系统之间实现信息交换是困难的。
信息模型设计是准确地定义应用系统所反映的客观世界的实体、属性以及实体之间的关系和约束。
一般采用IDEF1X、E-R图、EXPRESS等信息建模语言来表达。
2.2产品信息模型发展过程
随着先进制造技术的发展，产品模型的应用突破了CAD/CAM集成的领域，扩展到整个制造自动化系统，已经成为实现自动化的一项关键技术[7]。
一般对产品信息模型及相应建模技术的研究，经历了从简单到复杂、从局部到整体、从单一功能到覆盖整个产品生命周期内各种活动的发展过程。
目前，产品信息模型主要可以概括为面向几何的产品信息模型、面向特征的产品信息模型和集成产品信息模型三类[8]。
1）面向几何的产品信息模型。
产品模型经历了二维图形、三维线框、表面模型和实体模型的发展过程，主要由线框、面、实体和混合模型表示。
它们可以定义为计算机内部模型，其主要的目的是表达某产品的形状，着重于产品的几何构成。
由于几何模型的数据结构是专门设计表达产品几何拓扑关系的，对非几何信息则无法合理表达，缺乏产品开发过程中所要求的工程信息。
2）面向特征的产品信息模型。
随着人们对制造系统作为集成系统的认识的深入和信息技术的发展，产品建模进入了面向特征的阶段。
20世纪80年代后期出现了集几何信息与非几何信息于一体的基于特征的产品信息模型。
这一模型在产品信息的局部层次上，通过一组预定义的特征来实现产品的几何形状、公差及表面粗糙度的描述，对于每个具体的生产活动，都具有相应局部信息的特征与之相对应。
该模型可以有效地描述局部信息，但是并不能完整地表达产品全局信息，例如产品的装配关系信息、产品定义与产品制造间的关系等。
因此，产品建模仅依靠特征还不能完全描述产品开发活动中的所有信息。
3）集成产品信息模型。
该模型是20世纪90年代后期提出的，它进一步推广了特征含义。
广义特征概念包含了产品生命周期内各种特征信息，解决了CAD/CAPP/CAM集成化中数据共享和一致性等问题。
这种集成是语义上的集成，以特征为中心，缺乏面向对象思想，所建立的模型缺乏层次性，特征间的关系不够明确[9]。
3产品数据交换标准
由前述的产品信息特点可知，尤其是复杂产品，其大量的产品信息需要在企业内及企业内部之间信息交换。
产品数据的表述和传递成为大型复杂产品开发成败的关键。
3.1STEP体系结构
STEP（StandfortheExchangeofProductModelData）是国际标准化组织制订的一个产品数据表达与交换标准，也称为产品模型数据交换标准。
在认识到IGES不足之后，美国决定放弃IGES而开发新的PDES（ProductDataExchangeSpecification）标准，即STEP。
其首要目的是能够描述各种行业的产品生命周期中个阶段的数据，支持分布式计算机应用系统对产品数据的共享。
STEP标准采用分层方法描述数据，该体系包含七大类内容，如图3-1所示。
描述方法是通用的STEP数据构件描述机制，它主要包括形式化数据描述语言EXPRESS。
实施方法是实现STEP标准描述的信息结构的方法。
每个实施方法确定了STEP数据结构如何映射到实施过程，包括文件交换结构、标准的数据访问接口和语言绑定。
一致性测试方法用于描述如何检验数据和应用是否符合标准。
图3-1STEP标准体系包
数据描述是STEP标准体系结构的基本构成部分[10]。
它主要包括三部分：
应用协议、应用解释构件和集成资源。
应用协议是可以实施的数据描述，它与实施方法相对应。
由于STEP是一个庞大的标准体系，研究人员和相关组织致力于开发各种特定领域的应用协议。
应用解释构件描述产品数据的结构和语义，以便在多个应用协议之间交换数据。
它通过通用的产品数据描述方法，支持多应用协议对产品数据源的互换。
集成资源构成一个完整的产品数据的概念模型，包括各种语义元素来描述产品生命周期各阶段数据。
3.2EXPRESS语言构造
在上一节中已提到，STEP主要采用EXPRESS描述产品数据。
它是一个形式化数据描述语言，其设计目标要求这类形式化的描述不仅能被人们理解和能用计算机处理，而且能够全面描述出客观现实产品的形式和结构。
EXPRESS吸收了多种语言的基本特点，具有类型、表达式、语句、函数、过程等功能，又采用了面向对象技术中的继承机制等技术。
但是，EXPRESS不是一种编程语言，只作为一种形式化描述语言来描述数据，不存在输入输出、数据处理、异常处理等语言元素。
EXPRESS语言通过一系列的说明来建立产品数据模型。
这些说明包括类型（TYPE）、实体（ENTITY）、模式（SCHEMA）、常数（CONSTANT）、规则（RULE）、函数（FUNCTION）和过程（PROCEDURE）等。
其中实体是EXPRESS语言对建模对象的基本定义。
一个建模对象的信息在实体中用属性及其属性上的约束来表达。
4产品模型数据交换的实现
目前，STEP标准为用户提供数据交换的实施分为四个级别：
文件交换、工作格式交换、数据库交换、知识库交
升级会员 