基于數(shù)據(jù)庫與電子倉庫增量復(fù)制的數(shù)據(jù)交換技術(shù)研究與應(yīng)用*

曾衛(wèi)平，陳陽平，蔣 莉，于春江，吳志鵬

(1. 中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，景德鎮(zhèn) 333001；

2. 中國(guó)商用飛機(jī)有限責(zé)任公司信息化與管理創(chuàng)新部，上海 200126)

在復(fù)雜產(chǎn)品工業(yè)領(lǐng)域，CAD/PDM技術(shù)已廣泛應(yīng)用在產(chǎn)品研制過程中，要實(shí)現(xiàn)跨地域多企業(yè)之間的產(chǎn)品協(xié)同研制，就必須保證產(chǎn)品協(xié)同研制企業(yè)之間的產(chǎn)品PDM數(shù)據(jù)在交換傳遞過程中產(chǎn)品數(shù)據(jù)的單一性、準(zhǔn)確性、完整性，這對(duì)提高基于PDM系統(tǒng)管理的產(chǎn)品全生命周期研制效率顯得尤其重要。

目前，基于PDM系統(tǒng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換有基于STEP標(biāo)準(zhǔn)的，有基于XML跨平臺(tái)語言的，也有利用PDM系統(tǒng)已有的多站點(diǎn)復(fù)制工具進(jìn)行抽取交換的，但是隨著工程研制不斷深入，發(fā)現(xiàn)很多工程數(shù)據(jù)在產(chǎn)品研制過程中會(huì)有很多過程特殊性，而在這種情況下通過以上數(shù)據(jù)交換方式就會(huì)存在產(chǎn)品配置信息丟失、數(shù)據(jù)不完整、導(dǎo)入數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等問題，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的協(xié)同研制[1-2]。

本文提出了基于PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與電子倉庫復(fù)制的數(shù)據(jù)交換模型，克服了數(shù)據(jù)抽取導(dǎo)入過程中產(chǎn)品數(shù)據(jù)的各類錯(cuò)誤，通過分析與產(chǎn)品數(shù)據(jù)對(duì)象相關(guān)數(shù)據(jù)庫表之間的相互關(guān)系，在數(shù)據(jù)庫中抽取與具體數(shù)據(jù)對(duì)象相關(guān)的數(shù)據(jù)庫表記錄，同時(shí)過濾物理文件庫的物理文件，達(dá)到數(shù)據(jù)庫和物理文件庫增量復(fù)制的目的，在保護(hù)各企業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)在研制企業(yè)之間雙向交換傳遞，滿足了產(chǎn)品協(xié)同研制企業(yè)之間的數(shù)據(jù)交換應(yīng)用要求[3-4]。

1 數(shù)據(jù)交換模型

1.1 復(fù)雜產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的業(yè)務(wù)流程

研發(fā)設(shè)計(jì)單位按照產(chǎn)品研制技術(shù)要求及客戶訂單內(nèi)容，在PDM系統(tǒng)中創(chuàng)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，按構(gòu)型管理要求配置相應(yīng)層級(jí)、設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)，達(dá)到成熟度發(fā)放要求的數(shù)據(jù)交換給制造單位，制造單位接收到產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)之后，將制造現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的審核反饋數(shù)據(jù)及工裝設(shè)計(jì)、工藝制造類數(shù)據(jù)交換給設(shè)計(jì)單位，如圖1所示，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造數(shù)據(jù)在研制單位之間完成了數(shù)據(jù)交換，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)從研發(fā)設(shè)計(jì)到生產(chǎn)制造，再到研發(fā)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品全生命周期單一數(shù)據(jù)源管理[4-7]。

1.2 數(shù)據(jù)交換原理組成

基于PDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫與電子倉庫增量復(fù)制的數(shù)據(jù)交換模型由主、從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，主、從物理文件庫服務(wù)器和主、從應(yīng)用服務(wù)器組成，根據(jù)交換產(chǎn)品的差異，主從關(guān)系可在主設(shè)計(jì)單位或主制造單位中進(jìn)行定義，如圖2所示，為基于PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫與電子倉庫增量復(fù)制的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換模型組成，各交換單位之間可進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)（包含數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)和電子倉庫數(shù)據(jù)）的全量和增量交換。

（1）主服務(wù)器:按交換產(chǎn)品的研制要求，將主研制單位（主設(shè)計(jì)或主制造單位）的服務(wù)器定義為主服務(wù)器，包括主數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、主物理文件庫服務(wù)器、主應(yīng)用服務(wù)器，用于定義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，定義各從屬服務(wù)器協(xié)同設(shè)計(jì)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)（VCI或產(chǎn)品），人員權(quán)限管理，配置構(gòu)型管理，不編輯改變從服務(wù)器的數(shù)據(jù)；

（2）從服務(wù)器:按交換產(chǎn)品的研制要求，將分包研制單位或某一主研制單位的服務(wù)器定義為從屬服務(wù)器，即從服務(wù)器，包括從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、從物理文件庫服務(wù)器、從應(yīng)用服務(wù)器，按產(chǎn)品研制節(jié)點(diǎn)的構(gòu)型項(xiàng)定義進(jìn)行設(shè)計(jì)，同步主服務(wù)器上的增量或全量產(chǎn)品數(shù)據(jù)，不編輯改變主服務(wù)器的數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)交換主要過程

過程Ⅰ 在主應(yīng)用服務(wù)器上配置需要交換的產(chǎn)品，同時(shí)定義包括交換單位、交換時(shí)間、導(dǎo)出產(chǎn)品數(shù)據(jù)的目錄、恢復(fù)數(shù)據(jù)庫等在內(nèi)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換計(jì)劃。

過程Ⅱ 利用CAA接口及Java程序分別導(dǎo)出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹各層級(jí)節(jié)點(diǎn)和更改管理的信息并輸出相應(yīng)文件，其中輸出的XML文件對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫表中的零部件屬性信息、零部件的裝配關(guān)系、零部件與文檔的關(guān)聯(lián)關(guān)系和零部件的位置矩陣信息等[8]。

過程Ⅲ 導(dǎo)出的Java程序同時(shí)導(dǎo)出VCI零部件節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的物理文件，根據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換計(jì)劃以時(shí)間戳、發(fā)送單位等為條件對(duì)電子倉庫文件進(jìn)行過濾刪除。

過程Ⅳ 根據(jù)應(yīng)用層導(dǎo)出的XML文件，提取與之關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)，并以數(shù)據(jù)層數(shù)據(jù)的篩選過濾為基礎(chǔ)進(jìn)行增量或全量數(shù)據(jù)庫復(fù)制交換。

2 數(shù)據(jù)交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)

2.1 VPM系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)象與屬性及數(shù)據(jù)表分析

在PDM系統(tǒng)中數(shù)據(jù)對(duì)象的關(guān)系與屬性存在于數(shù)據(jù)庫中，物理文件存在于物理文件庫中。本文以ENOVIA VPM系統(tǒng)作為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理工具，通過對(duì)VPM系統(tǒng)缺省數(shù)據(jù)對(duì)象分析，歸納發(fā)現(xiàn)VPM系統(tǒng)中用到的數(shù)據(jù)對(duì)象主要有產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類、文檔類、更改管理類、配置信息類、人員組織類等5大類。其中產(chǎn)品結(jié)構(gòu)類包括產(chǎn)品、產(chǎn)品類、組件、零部件等，文檔類對(duì)象是記錄研制過程數(shù)據(jù)的集合，更改管理類包括更改指令、更改請(qǐng)求等，配置信息類主要涉及數(shù)據(jù)及特殊關(guān)系的規(guī)格類別配置等，人員組織類主要是IPT管理的用戶、上下文、權(quán)限定義等[9]。

圖2 基于PDM數(shù)據(jù)庫與電子倉庫增量復(fù)制的數(shù)據(jù)交換模型組成Fig.2 Component of the PDM data-exchange model electronic warehouse incremental replication

在VPM系統(tǒng)中，各業(yè)務(wù)對(duì)象通過數(shù)據(jù)類型類的相關(guān)屬性進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)，而在數(shù)據(jù)庫層面則通過關(guān)鍵字段進(jìn)行相互關(guān)聯(lián)的，例如在VPMPRODUCTCLASS（產(chǎn)品類表）中，通過查詢數(shù)據(jù)表中的記錄可分析發(fā)現(xiàn)，VID為產(chǎn)品類標(biāo)識(shí)，VNAME為產(chǎn)品類名稱，VPROJECT0007為項(xiàng)目名稱project（即P&O的投影標(biāo)識(shí)），VPC、VPRC為對(duì)應(yīng)值，VPC對(duì)應(yīng)其下一級(jí)是否有產(chǎn)品類，而VPRC對(duì)應(yīng)該產(chǎn)品類下是否有產(chǎn)品，VLEVEL為產(chǎn)品類層級(jí)等，其中VPRCI0004為記錄VPMPRODUCTRO0001（產(chǎn)品表）中產(chǎn)品OID號(hào)，V506GRAPH為記錄了對(duì)應(yīng)GIVERSION表中VHISTOID的字段，OID對(duì)應(yīng)PACKAGERBO表中記錄的ROOTMOOID，在VPM關(guān)系數(shù)據(jù)庫中，這些關(guān)聯(lián)字段在兩個(gè)表或一對(duì)多個(gè)表之間建立了聯(lián)系，如圖3所示，圖中記錄了VPM定義的主要數(shù)據(jù)對(duì)象對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫表之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系與對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)字段。

圖3 VPM部分?jǐn)?shù)據(jù)庫表的關(guān)聯(lián)關(guān)系圖Fig.3 Relation schema of VPM integrant DB tables

表1 CHDPARTVERSION表字段名對(duì)應(yīng)VPM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對(duì)象屬性名

2.2 系統(tǒng)客戶化后數(shù)據(jù)對(duì)象與屬性分析

基于VPM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換需保證多個(gè)站點(diǎn)的客戶化環(huán)境一致性，這是實(shí)現(xiàn)基于VPM數(shù)據(jù)庫復(fù)制的數(shù)據(jù)交換的基礎(chǔ)。根據(jù)客戶化定制及屬性定義的要求，VPM系統(tǒng)的缺省幾大類對(duì)象可擴(kuò)展出更多的數(shù)據(jù)對(duì)象，缺省的數(shù)據(jù)對(duì)象屬性也因客戶化要求進(jìn)行擴(kuò)展，這些數(shù)據(jù)對(duì)象及屬性通過DMC客戶化定制在缺省數(shù)據(jù)庫環(huán)境上對(duì)某些數(shù)據(jù)庫表和字段進(jìn)行了修改擴(kuò)充。以某復(fù)雜航空產(chǎn)品的VPM V5R18系統(tǒng)為例，客戶化定制后的VPM系統(tǒng)中一個(gè)對(duì)象通常對(duì)應(yīng)一組數(shù)據(jù)庫表，其數(shù)據(jù)庫表總數(shù)相比源數(shù)據(jù)庫表擴(kuò)展多了480多張，已有數(shù)據(jù)庫表中的某些字段也因客戶化定制有擴(kuò)充改變，表1為CHDPARTVERSION部分?jǐn)?shù)據(jù)庫表字段名與客戶化后與系統(tǒng)界面有關(guān)的VPM數(shù)據(jù)對(duì)象屬性名及業(yè)務(wù)對(duì)象別名之間的對(duì)應(yīng)表。

借助CAA客戶化工具，客戶化后VPM系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)對(duì)象及相關(guān)屬性也是通過關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫表和關(guān)聯(lián)字段進(jìn)行相互映射關(guān)聯(lián)的，系統(tǒng)應(yīng)用層面的菜單命令及操作對(duì)應(yīng)了數(shù)據(jù)對(duì)象之間的關(guān)系，即通過數(shù)據(jù)表中產(chǎn)生表的記錄或修改表中的相應(yīng)字段值。以某復(fù)雜產(chǎn)品客戶化后VPM系統(tǒng)為例，部分零組件類對(duì)象在客戶化后的數(shù)據(jù)庫表中擴(kuò)展出了CHDPARTVERSION、E Q U P A R T V E R S I O N、S T D P A R T V E R S I O N、CIPARTVERSION、CHDPARTVERSI0001A、STDITEMINSTANCE、CHDPARTVERSI0014A等數(shù)據(jù)庫表，這些數(shù)據(jù)表之間也是通過數(shù)據(jù)庫表的某些字段相互關(guān)聯(lián)的，例如在CHDPARTVERSI0014A表中的OID字段與數(shù)據(jù)庫表CHDPARTVERSION的OID相同實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫表關(guān)聯(lián)，而CHDPARTVERSI0014A表中的VXREVIEWINF0003字段則是對(duì)應(yīng)VPM系統(tǒng)客戶化后擴(kuò)展出來用于記錄MBD設(shè)計(jì)過程的審簽信息。

2.3 利用CAA接口函數(shù)遍歷產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹

圖4 利用CAA和Java程序解析VCI節(jié)點(diǎn)下的信息Fig.4 Analysing the information belong to VCI by CAA and Java

圖5 數(shù)據(jù)庫底層及系統(tǒng)應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)過濾交換Fig.5 Process of filtering and exchanging

CAA是第三方產(chǎn)品集成和一般客戶進(jìn)行客戶化、個(gè)性化設(shè)計(jì)的強(qiáng)有力工具，利用CAA可以實(shí)現(xiàn)Dassault Systems應(yīng)用的二次開發(fā)。首先，利用CAA的接口函數(shù)導(dǎo)出VPM系統(tǒng)中產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹下VCI信息并生成記錄VCI節(jié)點(diǎn)下葉子節(jié)點(diǎn)的零部件信息，通過程序傳入的ProductID號(hào)在VPM中查找是否存在此產(chǎn)品，逐層遍歷此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹下的各個(gè)實(shí)例，通過實(shí)例找到所掛零部件信息，并判斷此零部件類型，同時(shí)記錄此零部件的屬性值并輸出零部件信息文件中，同理對(duì)下1個(gè)零部件進(jìn)行循環(huán)操作。導(dǎo)出交換產(chǎn)品VCI節(jié)點(diǎn)信息后，Java程序利用CAA接口函數(shù)以VCI為單位遞歸遍歷導(dǎo)出節(jié)點(diǎn)下零部件和文檔信息。具體解析過程如圖4所示。CAA接口函數(shù)包括:ENOVIExpandable、CATIAVPMItemInstance、ENOVIABusinessObject、ENOVIDocumentable、ENOVIObject、ENOVIVaultDocument 等[8]。其中ENOVIExpandable主要用來管理VPM系統(tǒng)中的樹結(jié)構(gòu)，二次開發(fā)中通過此接口得到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的所有節(jié)點(diǎn)，導(dǎo)出所有的實(shí)例。

2.4 數(shù)據(jù)庫底層過濾抽取交換技術(shù)

通過對(duì)VPM系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫表的分析發(fā)現(xiàn)，VPM數(shù)據(jù)庫中各數(shù)據(jù)庫表的主鍵由字段OID進(jìn)行唯一標(biāo)識(shí)，且各數(shù)據(jù)庫表包含的字段個(gè)數(shù)與名稱各不相同，利用CAA接口函數(shù)、Java程序?qū)С鰯?shù)據(jù)對(duì)象信息，主要對(duì)包括與產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹的相關(guān)產(chǎn)品與產(chǎn)品類、組件、構(gòu)型管理項(xiàng)、零部件、文檔等以及更改指令數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行遍歷，獲取產(chǎn)品數(shù)據(jù)對(duì)象的所有信息，通過JDBC連接DB2數(shù)據(jù)庫抽取交換的數(shù)據(jù)庫表和過濾后的物理文件，具體實(shí)現(xiàn)過程如圖5所示。

2.5 電子倉庫同步增量抽取方法

在電子倉庫的物理文件數(shù)據(jù)過濾過程中，讀取CAA接口及Java程序?qū)С龅腄ocUrl文件，比對(duì)時(shí)間戳是否按時(shí)間增量要求，同時(shí)比對(duì)上次導(dǎo)出的物理文件記錄，對(duì)電子倉庫中在交換時(shí)間段內(nèi)且不在上一次導(dǎo)出清單中的物理文件進(jìn)行拷貝，同時(shí)比對(duì)XML文件對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫表信息，生成本次數(shù)據(jù)交換物理文件的導(dǎo)出清單，至此，對(duì)電子倉庫中物理文件實(shí)現(xiàn)了按數(shù)據(jù)增量復(fù)制要求的過濾交換。

3 應(yīng)用示例及效果分析

3.1 應(yīng)用示例

某復(fù)雜航空產(chǎn)品在設(shè)計(jì)與制造單位之間開展產(chǎn)品YTestPD的協(xié)同研制，按研制工作份額對(duì)產(chǎn)品研制數(shù)據(jù)進(jìn)行定義，以VCI為雙向交換的基礎(chǔ)元素，其中主設(shè)計(jì)單位定義為主服務(wù)器，其VCI分包為VCI-master-X，主制造單位定義為從服務(wù)器，其VCI分包為VCI-slave-X。

在產(chǎn)品初步研制階段，在主服務(wù)器的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹上和從服務(wù)器上都掛有不少產(chǎn)品研制數(shù)據(jù)，其中也包括管路、電器等黑盒子數(shù)據(jù)，如圖6所示。

在主、從服務(wù)器各自運(yùn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換程序后，經(jīng)關(guān)系數(shù)據(jù)和物理文件數(shù)據(jù)的導(dǎo)出導(dǎo)入，如圖7所示，查看從服務(wù)器可發(fā)現(xiàn)主服務(wù)器上定義的VCI-master-001和VCI-master-002已完整交換至從服務(wù)器上。同理，對(duì)于從服務(wù)器上的VCI-slave-001和VCI-slave-002，通過已定義的數(shù)據(jù)形式（包括物理文件和數(shù)據(jù)庫文件）按時(shí)間增量同步交換至主服務(wù)器上。

圖6 交換前主、從服務(wù)器上的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹數(shù)據(jù)Fig.6 Product structure tree date in main server and follow server before exchange

圖7 從服務(wù)器上交換導(dǎo)入后的VPM產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹Fig.7 Product structure tree date in follow server after exchange

3.2 應(yīng)用效果分析

許多企業(yè)之間數(shù)據(jù)交換利用應(yīng)用層的多站點(diǎn)復(fù)制數(shù)據(jù)交換方式在一定程度上解決了產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的問題，但是這種數(shù)據(jù)交換因?yàn)榕c業(yè)務(wù)層結(jié)合緊密，對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的要求比較高，數(shù)據(jù)稍有問題或變化就可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)交換失敗，為杜絕此類問題，確保產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換成功，本方法在有效結(jié)合PDM多站點(diǎn)復(fù)制工具應(yīng)用層數(shù)據(jù)抽取優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，在研究分析PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫底層數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以數(shù)據(jù)庫底層的數(shù)據(jù)過濾篩選方式完成了基于PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換。

4 結(jié)論

通過基于PDM數(shù)據(jù)庫與電子倉庫復(fù)制的數(shù)據(jù)交換，在保證了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹、產(chǎn)品配置信息、產(chǎn)品數(shù)據(jù)正確性和有效性的基礎(chǔ)上，滿足產(chǎn)品研制企業(yè)之間數(shù)據(jù)交換應(yīng)用過程中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)雙向交換要求，優(yōu)化了產(chǎn)品數(shù)據(jù)在產(chǎn)品全生命周期研制中的管理模式，可解決協(xié)同研制企業(yè)之間的產(chǎn)品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)對(duì)象以及數(shù)據(jù)狀態(tài)的一致性、完整性等，在很大程度上有效地保護(hù)了企業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)，為大型復(fù)雜產(chǎn)品異地協(xié)同研制提供了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)共享和集成的應(yīng)用基礎(chǔ)。

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