0 引言
可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性(Reliabitity，Maintainability，Tindemnificatory，Stestahility，Safety，RMTSS)是产品固有的设计属性，近年来已成为并行工程考虑的重点。随着产品数字化设计的发展，为使RMTSS工作更好地对产品设计过程产生影响、发挥作用，迫切需要将RMTSS特性融入到产品设计数字化环境中。
起源于20世纪80年代的产品数据管理(Product Data Management，PDM)系统，已经成为构建数字化环境的重要支撑。目前，单项RMTSS数字化设计已经得到了很大发展，形成了较多的RMTSS计算机辅助设计(Computer Aided Design，CAD)商业化工具，但通常都游离于PDM系统之外，使得RMTSS工作不能取得理想效果，也无法有效地提升RMTSS的水平。现有PDM/CAD信息集成技术的研究较多，主要分为文件集成和接口集成两大类。由于可避免文件集成带来的数据冗余及数据缺乏实时性与一致性等问题，接口集成技术被广泛采用。其中，对CAD与多个PDM系统的文件集成技术做了一些研究，而关于跨平台的接口集成技术则未见报导。
对数字化环境下的RMTSS信息集成技术进行了研究，为RMTSS数据建模和工具集成奠定了基础。由于RMTSS工作存在参数多、耦合多、业务流程复杂等特点，且当前不同企业PDM系统的差别较大，现有集成技术仍无法有效支持RMTSS大量元数据和文档的细粒度集成，并存在集成工作量大、开发难度高、工具的可重用性差等问题，从而影响了性能与RMTSS综合设计理念的实施。本文从性能与RMTSS综合设计的角度出发，针对RMTSS数据和流程集成的需求，提出一种基于Web service的跨平台接口集成技术，并基于现有企业工程实际使用的两类主流PDM产品进行实施，验证了技术的正确性与有效性。
1 需求分析
现代产品日趋复杂，为了提高产品质量、缩短产品开发周期、降低成本，以PDM平台为支撑的数字化协同设计作为一种重要的设计模式，得到了广泛应用。RMTSS是产品固有的设计属性，为使其发挥最佳成效，应在设计过程中充分考虑RMTSS的特性与性能特性之间的内在联系，通过性能与RMTSS综合设计，确保RMTSS工具与性能工作的同步开展和综合优化。为此，应在企业现有数字化环境中构建性能与RMTSS的综合集成平台，将RMTSS工具集成到数字化环境中，与其他性能工具形成有机运行的协调整体。性能与RMTSS综合设计理念需在不同企业推行，以整体提升我国企业的RMTSS工程能力，但目前的集成技术不足以支撑复杂多样的RMTSS-CAD工具与不同PDM平台的集成，使得产品综合设计理念难以推广和实施。因此重点考虑以下三方面因素，改进集成技术，以支持综合设计理念的实现。
(1)数据共享一致
数据共享一致是RMTSS工作集成的基础，也是实现性能与RMTSS综合设计的重要前提。当前面向RMTSS的综合集成技术在数据共享一致方面已有一定基础，如基于产品模型数据交换标准(STandard for the Exchange of Product model data，STEP)的PDM文件集成技术，以及基于模型驱动体系结构(Model Driven Architecture，MDA)技术的信息建模技术。针对RMTSS特有的数据结构特点，需要基于已有的RMTSS信息建模研究成果，构建RMTSS数据组织管理模型，以满足RMTSS大量元数据和文档交互的细粒度集成需求。
(2)协同任务分解
性能与RMTSS综合设计的一个关键目的，就是要实现性能与RMTSS工作在数字化集成环境下的并行协同开展。因此，针对RMTSS业务流程协同需求大的特点，在PDM平台数据共享与一致的前提下，对数据及任务进行合理的组织分解，以保证企业内的多个部门、不同设计分析人员并行开展产品设计工作。
(3)跨平台
由于不同企业的PDM平台种类不同，再加上RMTSS工作项目相关的RMTSS-CAD工具种类多，要实现RMTSS-CAD工具与不同PDM平台的集成，提高工具的可重用性，必须解决集成接口的跨平台集成问题。既要实现对不同PDM系统的访问支持，也要满足对不同类型工具的功能支持。
目前，基于PDM的企业应用集成中，广泛采用分布式组件对象模型(Distributed Component Object Model，DCOM)、公共对象请求代理体系结构(Common Object Request Broker Architecture，CORBA)及Web service等作为中间件集成技术的实现方法，并取得了良好的效果。考虑到Web servlce具有平台无关性、跨防火墙、松散耦合性等特点，避免了DCOM，CORBA等传统技术跨防火墙的集成能力不足和系统维护修改困难等问题。为此，本文在兼顾集成技术先进性的基础上，针对RMTSS特定的业务流程和数据模型特点，提出一种基于Web service的跨平台接口集成技术，满足了RMTSS-CAD工具与不同PDM系统的跨平台集成需求，效益高，稳定性好，同时避免了数据的冗余和缺乏实时性与一致性问题。
2 综合集成接口设计
2.1 集成接口架构设计
综合考虑数据共享一致、协同任务分解以及跨平台三方面的需求，给出了集成接口的总体架构，包括PDM数据处理层、RMTSS业务逻辑层及RMTSS应用接口层，如图1所示。其中，PDM数据处理层用于访问PDM服务器数据；RMTSS业务逻辑层则是跨平台集成接口的核心，实现对综合设计数据的组织管理；RMTSS应用接口层被工具直接引用，为RMTSS-CAD工具与PDM交互提供各种应用功能。基于接口的三层架构，在面向不同PDM集成时，重用RMTSS业务逻辑层与RMTSS应用接口层，仅需更改PDM数据处理层即可。从而保证了在数据共享一致、协同任务分解的前提下，实现RMTSS-CAD与不同PDM的跨平台集成。
图1 通用跨平台集成接口总体架构
(1)PDM数据处理层
PDM数据处理层通过调用PDM底层接口，实现对PDM核心服务和数据的访问，如综合设计数据模型访问、数据仓库访问，综合设计流程控制以及状态控制相关数据的访问等。该层实现对PDM底层核心数据相关接口的二次封装，并发布为Web service接口应用程序服务。该层接口随着PDM系统的变化需做相应的更改。
(2)RMTSS业务逻辑层
RMTSS业务逻辑层用于对综合数据的组织管理，是整个集成接口实现跨平台集成的关键，如图2所示。该层接口与不同PDM平台及RMTSS-CAD工具无关，提供的数据模型是综合设计数据的合集，可供不同工具使用，也可实现与多个PDM的映射，从而保证了该层接口的通用性以及数据的一致性。该层接口支持工具与PDM的细粒度集成。
图2 RMTSS业务逻辑层数据组织管理模型
RMTSS业务逻辑层的数据组织管理模型以产品为核心，包括产品的公共属性、多视图信息、产品相关任务、RMTSS参数及各个工具的输入、输出参数配置等。
其中，产品作为数据组织管理的核心，关联各类产品的公共属性信息。同时，为满足多领域设计分析的要求，将产品以树形结构表示为三类视图，包括功能视图、结构视图和区域视图。此外，任务相关信息包括任务列表信息，与RMTSS设计分析相关的任务阶段及所属的任务剖面信息，在接口调用过程中，会根据任务要求对产品视图进行拆分，从而满足协同任务的分解需求。
RMTSS参数则可为设计分析过程中的数据交换提供支持，包括故障模式、可靠性参数、维修性参数、保障性参数、安全性参数和测试性参数。同时，针对不同的RMTSS-CAD工具的输入输出要求，为各个工具组织分配RMTSS参数，以满足不同RMTSS-CAD工具的细粒度集成需求。
(3)RMTSS应用接口层
RMTSS应用接口层被RMTSS-CAD工具直接调用。根据RMTSS-CAD工具的使用过程，并考虑RMTSS业务逻辑层和PDM数据处理层的功能特点，将该层接口分解为人员权限验证、产品数据构建、产品相关RMTSS参数支持以及RMTSS参数和相关报告的提交等相关功能。该层接口可全面支持各种类型工具与PDM服务器的数据交互，且不受RMTSS-CAD工具开发语言的限制，可供不同类型的工具调用。
2.2 集成接口调用过程
通过PDM数据处理层的面向不同PDM平台的可变性和RMTSS业务逻辑层的可重用性，通用跨平台集成接口，可实现RMTSS-CAD工具与不同PDM的跨平台集成。集成接口在应用中的调用过程如图3所示，主要包括登录工具、产品构建、设计分析和提交数据四个阶段。
图3 通用跨平台集成接口调用过程
(1)登录工具阶段设计分析人员输入用户名和密码后，通过应用层调用Web service中的人员权限验证接口（在后台调用PDM底层数据接口），访问PDM中的人员管理信息，进行人员权限验证。验证通过之后，由PDM数据处理层获取与任务相关的产品、任务阶段、任务剖面以及RMTSS参数信息，并保存为可扩展标记语言(eXtensible Markup Language，XML)格式的中间文件。
(2)产品构建阶段通过应用层调用业务逻辑层接口，解析PDM数据处理层生成的XML中间文件，从中提取产品的XML对象。根据获取的任务列表信息，将产品的XML对象拆分为设计分析所需的子产品XML对象，从而支持工具的产品数据构建，满足协同任务的分解需求。
(3)设计分析阶段结合分析的产品对象及相关的RMTSS参数要求，应用层通过调用业务逻辑层解析相关RMTSS参数的XML中间文件，提取各个分析工具所需的RMTSS参数信息，为设计分析过程中的数据交互提供支持。
(4)提交数据阶段应用层再次通过调用业务逻辑层，将RMTSS分析结果转化成业务逻辑属性，并更新产品相关的RMTSS参数的XML对象，最后通过底层数据接口，将XML对象中的有效信息及相关报告提交到PDM系统中，从而完成接口的整个调用过程。
3 综合集成接口实现
PDM系统的集成功能是通过底层接口调用PDM提供的应用程序接口(Application Programming Interface，APD)来实现系统与PDM的数据交互。以TeamCenter和ENOVIA LCA两大主流PDM系统为例，逐层给出实现通用跨平台集成接口组件集的实现过程。
(1)PDM数据处理层
通用跨平台集成接口组件集的PDM数据处理层实现对PDM底层数据对象的访问，是整个接口架构实现的关键。根据TeamCenter与ENOVIA LCA底层接口的开放程度及开发环境的限制，对平台提供的底层接口进行不同程度的二次封装，表1和表2为封装后的部分函数接口说明。
表1 TeamCenter部分底层接口函数说明
表2 LCA部分底层接口函数说明
利用以上封装后的接口，将PDM数据处理层对外提供的接口分解为任务信息、产品数据、指标参数及人员信息等功能，进一步将这些接口分别封装成动态链接库(Dynamic Link Lirary，DLL)和可执行程序。最后以Web service应用程序接口发布，供上层接口进行网络调用。
(2)RMTSS业务逻辑层
RMTSS业务逻辑层具有通用性，对于不同PDM平台和工具是一致的，也是整个跨平台集成接口的核心。该层接口通过调用Web service获取综合数据，以产品为核心组织来管理产品、任务及产品相关的RMTSS数据信息。根据各工具的输入、输出要求配置产品对象及RMTSS指标，为工具设计过程中的数据交互提供支持。RMTSS业务逻辑接口层函数类视图如图4所示。
图4 RMTSS业务逻辑层函数类视图
(3)RMTSS应用接口层
RMTSS应用接口基于PDM数据处理层及RMTSS业务逻辑层，为工具提供人员权限验证、任务列表获取、产品数据构建、RMTSS数据分配及结果提交接口功能，通过被各种RMTSS-CAD工具直接调用，与PDM实现数据交互。
通过面向TeamCenter和ENOVIA LCA的集成接口实现可知，在面向不同的PDM集成时，由于PDM提供的API不一致，且开放性差别较大，需要结合PDM二次开发的特点合理地设计底层接口的实现方法。
4 案例分析
为验证上面提出的综合集成技术，分别以TeamCenter和ENOVIA LCA为例，构建综合设计集成平台，主要工作包括：
①基于TeamCenter和ENOVIA LCA扩展RMTSS数据元模型，将RMTSS的相关对象集成到PDM中，实现统一管理；
②基于通用跨平台集成接口，集成RMTSS相关工具，如可靠性建模、可靠性预计、可靠性分配和FMEA等工具。
以某型号导弹的RMTSS设计分析为例，在集成平台中进行项目、人员权限、产品构建及工作流程等的基础配置工作。之后，由设计分析人员登录RMTSS工具，从集成平台获取任务列表、产品树及相关的RMTSS信息，开展设计分析工作。完成工作之后，将设计结果提交到PDM中进行查看，如图5和图6所示。
图5 TeamCenter中查看可靠性预计结果信息
图6 LCA中查看可靠性预计结果信息
5 结束语
本文从数据共享一致、协同任务分解以及跨平台三个方面，综合分析了当前集成技术的不足。提出了基于Web service的通用跨平台集成接口组件集，改进了当前集成技术对不同工具和不同PDM系统之间数据交互的支持能力，实现了RMTSS-CAD工具与不同PDM系统的跨平台集成，利用该集成技术，已将多个RMTSS工具集成到TeamCenter和ENOVIA LCA平台，验证了上述通用跨平台集成接口组件集的可行性。
本文通过对跨平台集成接口的研究得知，集成接口研究的重点及难点在于底层接口（PDM数据处理层）的实现。同时，随着未来对产品的设计分析的逐步深入，设计相关的参数种类以及工具的数据访问量会逐渐增多，因此，将来关于底层接口的健壮性设计以及数据的处理效率需要更深入的研究，从而满足未来工具集成的新需求。
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本文标题：面向产品综合设计的跨平台集成技术
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