0 引言
本項目來源于與某“機械設計研究所”的合作項目。該所歷史上在管理和設計模式上采用傳統的層次化垂直結構。但是近年來，隨著用戶對產品更新換代的要求越來越快、質量要求越來越高，在競爭日益劇烈、外部壓力日益增大的形勢下，該所在管理模型上重新定位，打破長久以來形成的垂直結構，形成一種趨向于水平集成的業務模型，這就形成了企業重構的趨勢，使企業能更專注于自己的業務特長，在產品研發時，能更好地利用國內更先進的技術力量，以實現合作方異地協同設計。
1 合作方的協同設計
該所以某型產品的設計為基礎進行轉型試點，他們選定3家具有資質的異地設計單位作為合作方（出于保密性要求，本文暫且稱為北京方、上海方和廣州方，以此來突出在地理位置上的分布性，而不特指該城市），利用地域和知識優勢，充分利用當地資源來設計相關部件，而機械設計研究所負責項目的整體設計、系統集成、過程管理和監控等工作。其簡化的工作模型，如圖1所示：
圖1 合作方協同設計簡化工作模型
這個模型被稱之為合作方協同設計PCD(Partners Cooperative Design)。為了避免管理方法與業務模式的不匹配，機械設計研究所決定建立一套符合目前這種業務模式的信息系統。該所已經成功地把PDM(Product Data Management，產品數據管理)系統用到本地產品設計管理中，將產品整個設計生命周期內的所有數據，按一定模式加以定義、組織和管理，使產品數據在整個生命周期內保持一致和共享，為企業設計和生產構筑一個并行產品開發和管理的環境。
但是，現有PDM系統是針對當初封閉的管理模式而設計的，無法應對設計變更比較頻繁的異地的合作方協調設計環境。因此，該所要求把原來的系統進行擴展，在原有系統上增加合作方協同設計能力，搭建基于互聯網的合作方協同溝通平臺，使得部件設計合作方能夠在早期就介入產品的研發過程，及時獲取產品信息和變更通知，并將相關的信息及時反饋到企業，縮短主要設計部門和合作方的溝通時間，提高合作方在新產品設計中的響應能力，實現各方共贏。
PDM系統的開放性，將為實現產品的異地、異構設計提供強大支持。通過合理利用Web Services技術，實現分布式數據源整合，實現數據物理位置的透明性，可以方便地實現對現有系統的二次封裝，有效管理各子系統的信息。通過實現工程中設計、制造、測試、維護等職能的綜合考慮，使新產品開發更加有序和有效。
2 基于Web Services的PDM系統架構
根據調研的結果，PDM系統整體采用基于Web Services的架構形式有如下優點：
2.1 有利于協調不同的服務領域間的異構數據模型
本PDM系統的合作方協同設計是一些特定領域相關的服務集合，在這個服務領域中所有服務應該采用統一的數據模型進行定義。但是，由于合作方業務的復雜性，數據服務來自不同服務領域，這就使得模型間語義與結構存在巨大差異，而且具有多點服務的特質。采用基于Web Services的PDM系統，將有利于協調不同的服務領域間的異構數據模型。
2.2 便于實現面向服務的集成(SOI)
SOI是使用Web Services進行的集成，通過使用Web Services來解決集成與互操作的問題。本項目的Web Services平臺為完成相似項目將需要提供多種選擇，必須選擇一種標準化的契約(WSDL)來提供服務，利用WSDL可以達到如下目的：
a、適應當前集成項目：改進現有數據模型，以適應當前集成項目。
b、創建新服務：根據服務契約對傳統系統進行包裝，創建當前系統集成所需要的新服務。
c、跨越不同數據領域邊界：定義用于“進行不同數據模型的映射”的數據轉換，以便數據能夠跨越不同的數據領域邊界。
d、實施企業級的服務質量：為Web服務平臺配置執行環境，以支持并實施企業級的服務質量。
本項目Web Services所提供的服務，是把各個合作方本身異構的相關數據，通過Web Service中的XML層，轉換為通用的XML形式，然后由PDM系統進行數據集成，這樣就形成一個在項目內共享的數據總線。在這個過程中，WSDL在服務契約的定義擔任了關鍵角色。這種技術路線的優勢在于，各合作方的數據服務是獨立而且異構的，采用Web Services技術就能夠提供一種快速集成方案，項目將關注共享數據與可重用的服務，而不是專有的集成產品，因此能夠更快、更輕松地確保IT投入與企業戰略規劃保持一致。
在系統中采用XML格式可能會有效率問題，但是，本項目大量的工作是用于合作設計過程控制與管理，產品本身設計過程利用內部原有的處于封閉狀態的PDM系統，因此，大部分相關數據的傳輸速率應該在可接受范圍內的。至于少量大型工藝文件，考慮到合作方協同設計主要是在里程碑點上的傳輸，而不是日常的頻繁傳輸，所以，速率問題不大。
在這個架構中，合作方本身工作模型并沒有改變，合作方的Web Service服務器只是為了建立數據總線的通訊，與合作有關的數據將直接保留在本地數據庫相應的區中，這個數據區將直接與Web Service服務器有關應用程序相連。其他的數據將與這個服務器絕緣，以保護本地數據的安全。
項目要求與合作協同設計有關的業務，通過瘦GUI Web客戶端程序或者瀏覽器實現人機交互。在設計的初始方案中有4個關鍵問題需要解決：第一，這個系統如何來處理以協同設計為特征的業務模型工作流：第二，在PDM處理工藝圖紙的時候，由于文件體積龐大，需要重點解決文件存放結構與調用方法的問題；第三，互聯網上信息傳輸的不安全性，是設計本身需要重點考慮的問題；第四，Web Services技術如何實現，實現過程中需要處理哪些問題。
設計要求各合作方的Web Service組件只處理與合作項目相關的數據和文件，所有合作方均通過中心服務器使用數據和功能。所有傳輸數據協議一律采用XML，不需要改變合作方內部的任何工作方式。包括應用層和傳輸層兩個方面的安全機制需要仔細考慮，以保證各方商業秘密的安全性。
3 PDM體系結構設計
3.1 高層體系結構設計
本項目系統設計共分成3個子系統，它們是：
項目管理與過程管理子系統(Project Management and Process Management，PM&PM)。
工程圖檔與文檔管理子系統(Engineering Drawing and Document Management，ED&DM)。
配置管理與變更管理子系統(Configuration Management and Change Management，CM&CM)。
各子系統要求設計成具有獨立系統架構的完整系統，為了減少子系統之間的耦合并增加子系統的內聚度，項目設計要求各子系統之間不得直接交互，它們只能通過共享的數據總線(Data Bus)進行交互，從而減少了開發、集成、調試、維護以及后期升級的難度。系統的整體體系結構關系，如圖2所示：
圖2 系統整體體系結構
系統的數據總線通過Web Services技術來實現，隔離了遠程異構數據的物理位置、數據格式等信息，把本地數據和遠程數據結合起來，使用者并不需要知道這些遠程異構數據源的具體情況。系統還提供了公用的數據格式與交換、緩存和安全機制，提高了模塊的可復用性。
系統在設計中采用垂直分層，水平分模塊，力爭結構清晰。垂直方向基本按照表示層、業務層和持久化3個層次劃分，使關注點分離功能分割清晰，而且通過接口分解了模塊之間的耦合性，便于系統維護。
在表示層，按垂直方向分離了用戶接口組件和用戶接口過程組件；在業務層，按照統一的接口對外，水平分離了業務流程、業務組件和業務實體；在持久化層，水平分離了數據訪問組件以及服務代理，實現了統一的數據總線機制，使整個體系結構清晰度得以提高。
3.2 子系統體系結構的設計
本系統要求子系統是具有獨立體系架構的系統，各子系統之間只能通過數據總線進行交互，這種規定確保了子系統的獨立性，下面簡要介紹各個子系統的高層體系結構。
3.2.1 項目管理與過程管理子系統(PM&PM)
本子系統需要對項目合作方進行統一無縫的項目管理與監控，所以具備一般PDM系統所不具備的功能。子系統的下層分為模塊，也就是獨立的業務單元。項目設計規則要求，各模塊是獨立設計的，模塊之間不能直接交互，而只能通過接口用規則的方法交互，項目的這個要求，確保了模塊的高內聚與低偶合，也確保了后期的升級和維護成本比較低。該子系統的項層體系結構，如圖3所示：
圖3 項目管理與過程管理于系統體系結構
3.3 工程圖檔與文檔管理子系統(ED&DM)
工程圖檔與文檔管理子系統是這個項目的重要部分，也是PDM系統的核心功能，主要用于檢索，修改、變更工藝過程中所需要的各類設計文檔與圖形文檔，其中可能還包括三維演示視頻文檔，本子系統的頂層體系結構，如圖4所示：
圖4 工程圖檔與文檔管理子系統體系結構
3.4 配置管理與變更管理子系統(CM&CM)
本子系統主要用于處理整個工程文檔的演化與版本控制，其中包括可視化的版本跟蹤，企業編碼的生成與應用，批次文檔的查詢與組合，以及產品零部件的配置等重要信息處理。PDM文件處理只有和配置管理系統結合起來，才可能發揮相應的作用，而變更管理是新產品設計與發布的重要一環。本子系統的頂層體系結構，如圖5所示：
圖5 配置管理與變更管理子系統體系結構
4 結論
本PDM系統應用Web Services的重要目的是綜合各個合作方的數據，通過隔離合作方不相關數據，保證合作方本身內部數據的安全。PDM系統綜合各方數據以后，將把這些異構數據轉換成統一的數據格式(XML)的信息，便于各方面的應用。由于采用Web Services技術，各種異構數據和異構平臺的整合變得可行，就為系統下一步的發展，打下了堅實的基礎。
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本文標題：企業重構趨勢下的PDM體系結構設計
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