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1、产品设计管理中的KCs和XML技术内容：前言敏捷的产品设计管理KCs，XML和本体的关系产品设计管理中的KCS AND XML系统设计与实现结论参考资料作者介绍罗炜 ()清华大学精密仪器与机械学系2001 年 8 月随着互连网时代的到来,产品设计模式发生了很大的变化。过去顺序、垂直的企业结构现在朝着并行、水平的方向发展。产品设计管理变成了企业信息管理和电子商务的核心。本文首先提出了几种敏捷设计管理的模式，并分析了本体和XML、KCs之间的关系；然后，作者通过PKML(Product Knowledge Markup Language)语言给出了敏捷设计中产品知识的表达；最后初步设计和开发了原型
2、系统AgilePDM。前言产品设计管理(Product Design Management)是产品信息管理的重要组成部分。其核心可以概括成进行设计相关信息的管理以确保正确的信息在正确的时间、以正确的格式传递到正确的部门。随着企业由内部向外部的扩展（外部企业是指和一个产品族生命周期相关的OEM企业、供应商以及合作伙伴），设计过程的协同、设计对象的知识表达和企业间系统的异构使得产品设计管理变得日益复杂。同时在企业内部的信息系统中，设计管理系统需要和客户关系管理系统（CRM）、供应链管理系统（SCM）以及企业资源规划系统（ERP）进行集成，因此有需要建立开放的、基于知识的敏捷设计管理系统以便能够和其
3、它信息管理系统通过有意义的方式进行通信。由于WEB技术的开放性和易用性，它是一个被普遍接受的产品设计管理的使能工具。此外，将客户需求捕捉和转换成设计规范以及将设计规范向下分散到供应商，都需要客户、OEM企业、供应商和合作伙伴都能理解的信息协议。在敏捷的产品设计中，协议既是指电子协议，也包括面向人的协议。WEB技术已经定义了电子协议（如CORBA/RMI/DCOM等），但是面向人的协议并没有很好的定义仍需要进一步研究。本文的目的主要集中在定义基于知识的产品设计管理系统的信息协议以实现产品的敏捷设计。我们采用KC作为定义面向人的通讯字典，使用XML作为应用该字典的使能工具。KC和XML一起为产品生
4、命周期所涉及的企业提供了可行的本体（Ontology）和通讯机制.敏捷的产品设计管理1.1 敏捷设计的模式设计模式设计需求管理系统应用集成设计-客户个性化产品结构管理产品配置管理PDM-CRM设计-设计协同设计协同装配产品协同管理PDM-CAD-DFX设计-供应商零部件重用产品商务管理PDM-Emarket设计-制造商面向制造和后勤产品协同管理PDM-ERP表 1 敏捷的产品设计模式从上面的表1中我们可以知道基于互连网产品设计模式。设计与客户模式是关于用户驱动的设计，这种模式以大规模定制设计为基础，满足用户的个性化需求。体现了用户和设计之间协同，是一种B2C的设计模式；设计和设计模式是关于设计
5、和设计之间的协同以及设计外包。这种模式能充分发挥每个设计单元的核心优势，并将离散的设计资源组织起来。是一种B2B的设计模式；设计和供应商模式是充分利用供应商的资源，进行零组件重用的设计模式。是一种B2B的设计模式；设计与制造商模式是面向ERP的设计模式。在制造商制造过程中，及时向设计部门反馈信息，如设计部门能集成采购部门的采购信息，可以在设计阶段更好地进行供应商的选择评价。设计管理系统的任务主要是产品协同管理，并集成企业的ERP应用系统。1.2 敏捷设计的管理模式根据产品设计模式，我们将从三个角度给出敏捷的产品设计管理模式，即逻辑模式、物理模式和集成模式。通过使用基于产品设计模式的PDM系统，
6、我们可以获得产品设计的敏捷性。如图1 所示的逻辑模式，产品设计管理包含产品定义管理、产品配置管理、产品协同管理和产品商务管理。产品定义管理主要是支持设计人员进行产品族模型的建立。定义和管理产品对象及产品结构。产品配置管理是支持B2C的电子商务，满足个性化的需求。产品协同管理是提供一个平台支持工程部门、采购部门和供应商之间的更改管理，确保产品在生命周期任何环节出现问题都能得以及时响应和更正，保证设计的敏捷性。产品商务管理通过B2B的电子商务，进行产品对象制造、购买还是外包的决策。并将结果输入ERP系统的制造部门和采购部门。图1 产品设计管理的逻辑模式如图2 所示，PDM系统需要和其它很多管理系统
7、进行集成。CRM系统的用户需求信息，CAD系统的产品模型信息是PDM系统的主要输入信息。DFX工具需要PDM提供的产品设计信息进行分析，包括面向需求的设计DFR以确保设计满足用户需要，面向装配的设计DFA以确保产品设计规范得到实现，面向成本的设计DFC以保证得到产品商务的作用能在设计阶段得到评价。产品设计管理系统还要和电子市场集成，以求在设计期间和供应商以及合作伙伴进行B2B的商务或设计协同。PDM必须和ERP进行集成，一方面是将PDM产生的BOM（Bill of Material），AML（Approved Manufacture List）以及设计文档传送到制造部门，另一方面是要求ERP系
8、统提供与供应商相关的配送信息以便进行供应商的选择和评价。图2 产品设计管理的集成模式从物理模式讲（见图3），OEM企业的PDM系统由产品定义服务器、产品协同服务器和产品商务服务器构成。它们要和分销商CRM服务器、电子市场服务器以及制造商ERP服务器进行同步和异步的通讯。XML定义了通讯字典，HTTP、FTP、MSMQ、SMTP等协议可用于传送XML。图3 产品设计管理的物理模式2 KCs，XML和本体的关系传统的产品数据管理系统（如IMAN、PM）是以数据为中心的封闭系统，不同系统间的数据交换需要进行专门的二次开发，这种系统主要应用于内部企业；敏捷设计模式下的管理系统涉及到多个外部企业，多个产
9、品设计管理系统要进行交互。但是，不同的系统使用不同的术语和概念描述设计管理领域的相同事物。随着数据库中数据单元的积累，处理、提取和交换数据变得很困难。因此需要一种机制能规范产品设计管理系统的描述，知识工程中本体的概念就是为了解决这一问题的。新一代敏捷的PDM系统将是能够表达和管理产品的功能、行为和结构等知识，有利于知识共享、知识交换和知识提取的智能系统。本体(Ontology)本体是指一个特定领域某个概念的清晰规范，它体现了在这个领域人们的共同的观点1。本体的主要目的是使计算机信息系统之间以一种独立于具体系统技术、信息架构和应用领域的方式进行通讯。本体在人工智能和知识表达领域应用了多年，但是现
10、在的应用变得更加广泛，特别是在对象建模和XML方面，本体已经成为不可缺少的标准术语。可扩展的标记语言(XML)XML是网络上一种结构化的文档和数据交换标准。XML能用于数据交换并解决互操作问题；它在B2C、B2B、EAI（企业应用集成）等领域有广泛应用。XML能够自己定义标记，这对于基于知识的系统具有重要意义。有了XML，网络上的智能搜索、知识推理、数据交换、适应性的内容显示和个性化定制等就有了标准。利用DTD(Document Type Declaration)，相同工业领域能够根据他们一致同意的词汇和语法进行通信。关键产品特性(Key Characteristics)产品BOM中的每个对象
11、，是指一个装配体、子装配体、或者零件，它是以一组属性为特征的。关键产品特性指一个属性或参数，其很大程度地影响产品如下几个方面：（1）强度、可靠性、外观和人机等特性；（2）生命周期如设计、原型、发布、报价、测试、服务、及报废等阶段；（3）竞争性度量如质量、成本、配送和生产率等。从正的方面来讲，许多OEM厂商认为，产品关键特性是一个使能器，能够将离散、互不联系的知识结合起来。但是没有任何行业组织能够清晰地定义相关产品的关键特性。使用它的目的是更好的管理产品生命周期的信息，通过识别关键信息同客户和供应商有效地进行交互。但是负的方面讲，使用KCs会产生以下问题：一是KCs不容易标准化，且很难进行控制。
12、二是相同的KCs在不同的领域可能有着不同的属性和意义，在很多时候需要进行重新定义。因此需要一种系统的方法在语法层对KCs进行定义，并用PDM和ERP系统进行管理。我们需要能够用规范的方法将KCs从一个领域映射到另外一个领域，并保持起最初的结构,从而能将正确的信息以正确的格式传递到其它应用系统。本体、关键产品特性KCs和XML的关系XML被广泛预言能够提高PDM系统之间的互操作的程度。但XML并没有提到本体并提供知识的唯一的语法表示。基于这个原因,许多互连网的商业发起者正在开发分类法以支持基于XML的互操作。开发主要集中在标准标记的识别上，而不是其背后的本体。互操作因此依赖于每个贸易伙伴同意使用
13、特殊的标记集。KCs可以理解成能够支持产品设计规范的客户需求和供应商信息。尽管很多大的制造企业采用KCs 的方法，但是这种方法并没有规范化和结构化。在实践中还存在很多变化因素。因此我们可以考虑利用本体的方法。我们认为XML和KCs一起提供了广义企业有关产品设计管理本体的解决方案。XML给出了本体基于Web的语法表达方法，而KCs则定义了本体的通信字典或词汇表。3 产品设计管理中的KCS AND XML3.1 采用KCs and XML的PDM系统的优势我们将要具体分析XML和KCs在产品定义管理，产品协同管理、产品商务管理以及企业应用集成（Enterprise Application Inte
14、gration）中所起到的作用。在产品定义管理中，XML和XSL的结合很好的匹配这样一个概念：一个产品结构树,针对客户、销售、设计和制造可以有不同的视图，如功能视图、行为视图和结构视图；产品BOM表结构通常都是树状的，使用XML可以方便的建立、修改、维护、查询BOM树；不同的产品设计管理系统对同一产品结构树的表达不同，在企业应用集成的时候，可以用XML作为中性格式。这样可以使不同的系统交换产品结构树，开放了系统数据，减少了开发专用接口的成本；产品配置管理，这里指变量配置，是建立在关键特征KCs的基础上进行的。用户通过对关键特征尤其是功能特征的定制，配置器产生个性化的产品实例。在产品协同管理中，
15、产品的变更过程涉及到广义企业的很多部门的参与。考虑到系统的互操作问题，跨企业的工作流和WEB服务都是建立在XML之上的；通过识别协同过程的KCs，产品更改的发起者和审批者能够对更改事宜有着共同的理解；广义企业的没有成员在协同的时候需要准确及时地找到产品的关键信息，XML的标记语言通过利用产品的关键特征KCs能够进行产品知识的智能搜索。在产品商务管理中，XML能够起到很大的作用。在供应链系统中存在大量商业对象如定单、招投标书等，同一个对象可能在多个应用模块间流转，使用XML可以简单的对单据进行校验、转化、显示及同步；供应商的选择，零部件的招投标过程，文档的交换，商业过程的互操作需要用XML来进行规范。通过商业过程的标准化降低成本，提高商业系统的互操作水平；当OEMs和供应商交换知识对象时，他们不必将整个XML文档发送给对方。通过XSLT技术，能够将专门的产品对象发送给OEMs或供应商，这样防止了企业知识的流失。为了能和CAD、DFX、ERP和E-Market等应用系统进行集成，我们可以将PDM系统的DTD映射成这些系统的DTD（通过XSL Transformation），XML数据至XML数据的转换较传统的结构化数据转换要便捷得多；XML能够使系统内部的数据格式规范，通过定义统一的数据集，无需中间件的翻译，可以简化数据流程，节约系统资源。3.2 产品知识标记语言PKM
