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摘要：本文针对航天产品总装工艺信息在异构系统间交互的障碍，提出了基于XML的航天产品总装工艺信息交互框架，重点研究了应用MDA描述航天产品总装工艺信息，并建立基于XML Schema的航天产品总装工艺数据模型，讨论了数据模型接口的任务流程。通过CAPP与DAPDS的总装工艺信息交互实例，验证了提出的航天产品总装工艺信息交互方案的可行性。
1 引言
随着集成技术、网络技术、CAD/CAE/CAM技术的发展，在制造业，从设计到加工已经基本实现无纸化。但在装配环节，很大程度上都依赖装配人员本身的经验、技巧和感觉来进行复杂的操作，因此产品装配的质量、效率和一致性会因装配人员之间的熟练程度、身体情况、精神状态而出现较大的差异。在航天产品的制造中，航天产品的成败不仅关系到产品型号本身，更影响到后续型号和企业的发展。总装作为航天产品生产过程的最后一个环节，为保证航天产品的零缺陷，仅仅从车间规章制度、教育培训、后勤保障等方面提高操作人员的质量意识和素质水平是远远不够的，更重要的是要通过总装工艺的精细化来科学规划装配序列、规范操作动作及定量装配指标。
当前航天产品总装工艺的编制还普遍采用二维CAPP系统，为解决总装工艺缺乏三维可视化过程、直观性差、文字描述不清楚等问题，前期试用了上海交通大学开发的以产品数字样机平台(Digital Mockup Simulation Platform，DMSP)为基础，面向航天型号产品总装的数字化三维总装工艺设计系统(Digital Assembly Process Design System，DAPDS)。但由于DAPDS在工艺信息编辑、流程审批等方面功能有限，同时与CAPP数据库、数据结构的差异性使系统不能有效利用CAPP系统的知识积累，因此DAPDS在实际使用上有一定的局限性。为实现DAPDS和CAPP系统的优势互补，本文主要研究在模型驱动体系结构(MDA)下的基于XML(The eXtensible Markup Language，可扩展标识语言)的航天产品总装工艺信息交互技术，实现了把CAPP的总装工艺信息进行抽取、转换成结构标准、通用的信息，并无缝集成至DAPDS等信息化系统中，使总装工艺信息能够在不同系统环境实现高效交换和集成。
2 XML技术
XML为W3C开发的一种采用文本标记描述数据的结构化组织文档方法，是标准通用标记语言SGML(Standard Generalized Markup Language)的一个子集，现己成为WWW定义和共享数据的一种通用标准。
XML作为一种可以用来定义其它语言的语法系统，是标记和内容的组合，被设计用无格式文本来描述数据信息，其焦点是数据的内容。用户可根据自身需求创建符合规范的个性化标记来描述文档中的数据元素及其涵义，利用简单的嵌套和引用来实现数据元素之间的关系。
XML现已成为最流行的数据交换格式之一，其优势主要有：
a.可扩展性。用户可自定义和使用具有意义的标记，数据结构层次清晰，适用于描述结构化的信息，具有良好的可扩展性。
b.数据独立性。XML采用无格式文本流描述数据信息，而非专用的二进制文件，因此XML完全独立于操作系统、软件平台、编程语言和传输协议。
c.规范性。XML遵循严格的语法要求，采用文档类型定义(DTD)或架构(Schema)规定的关于标记符号的语法、语义规则约束XML文档，准确地描述数据信息的内容、结构和关系。
d.自描述性。XML的自描述性使其非常适合用于异构应用间的数据交换，而且这种交换不以预先规定的数据结构定义为前提，具备很强的开放性、可移植性和互操作性。
e.内容与形式分离。XML的数据内容和显示数据的格式是分离的，不涉及文档如何显示，只表示文档的结构，可快速实施精确地查询与模型抽取。
3 基于XML的航天产品总装工艺数据交互框架
数据交互是指在原有网络环境和信息化系统的基础上，通过统一数据形式、结构使异构数据库应用系统（如：CAPP系统与DAPDS系统）能够进行数据信息的共享。基于XML的数据交互将XML技术用于数据交互，克服了传统EDI等数据交换技术的格式不灵活、可扩展性差、交互性差等缺点。
基于XML的航天产品总装工艺数据交互框架如图1所示，底层是Intranet网络、数据库环境，为异构数据库中的数据信息提供通讯与数据管理手段。基于XML的总装工艺数据模型接口为整个系统架构的核心，是一套轻量级的数据整合解决方案，可以自动完成总装工艺信息的抽取和转化。根据总装工艺数据模型，可生成和解析Intranet网络上DAPDS等系统都兼容的总装工艺实例文档，实现异构系统间总装工艺信息交互的基础。应用层是Intranet网络上的各应用系统，通过加载总装工艺实例文档的解析数据，导入所需的航天产品总装工艺信息，完成异构数据库应用系统的数据交换。 （图片）
图1 基于XML的总装工艺数据交互框架 4 基于XML的航天产品总装工艺信息描述
为使航天产品总装工艺信息具有高度的数据独立性、规范性、数据兼容性和可扩展性，本文应用三层MDA元模型框架表达航天产品总装工艺信息，如图2所示。M2层定义了XML模式文档的格式，为M1层提供定义模式的词汇表；M1层定义了航天产品总装工艺的平台无关数据模型，规定了总装工艺信息在异构系统中交换的标准数据；M0层是符合M1层创建的航天产品总装工艺数据模型的XML实例文件，该文件存储了航天产品总装工艺的具体数据。（图片）
图2 航天产品总装工艺信息描述框架 4.1 航天产品总装工艺数据模型
航天产品总装工艺数据模型是描述航天产品总装工艺信息的关键，总装工艺数据包括产品型号信息、工艺文件信息、总装工艺信息三类。产品型号信息主要包括产品类型、产品型号、阶段和批次等信息；工艺文件信息包括工艺文件ID、文件编号、名称、所属零件图号、工艺版本号、工艺状态及审批流程等信息；总装工艺信息是整个工艺数据模型的主体，包括装配要求信息和工序信息两大类。装配要求信息主要是该工艺在产品装配时对操作人员、场地温湿度、厂房洁净度、产品转运、火工品装配等需要特别注意的事项或装配条件做了规定，以满足某些产品装配时的特殊要求；工序信息是指导操作人员装配产品的依据，包括工序号、工序名称、工序说明和工步信息。其中工步信息主要是在本工序中根据装配操作对象的不同划分，包括工步号、工步名称、工步内容、注意事项、检验点、所需的仪器设备和工艺装备等信息。
航天产品总装工艺数据模型采用树形结构表示各数据节点的父子关系和并列关系，运用面向对象的模块化思想将复杂的信息分解为相对独立的数据节点，模型结构见图3。此方法能够全面、清晰地描述航天产品总装工艺所包含的各类信息，同时使数据模型具有良好的扩展性、继承性和可读性，可对数据模型的结构进行升级配置，具有一定的通用性和先进性。（图片）
图3 航天产品总装工艺数据模型结构 4.2 基于XML的航天产品总装工艺数据模型表达
定义XML的模式包括DTD(Document Type Definition)和XML Schema。由于DTD自身的语法及文档格式不同于XML，仅对属性类型定义了几种非常有限的数据类型，内容模型固定且不可扩展，所以存在明显的局限性。XML Schema是W3C推荐的XML标准模式，它在DTD的基础上进行改进和扩充，将DTD重新使用XML语言规范来定义，以更高的精度描述XML数据，可以通过对元素及元素关系的定义来实现对整个文档结构和内容的定义。因此，选用W3C XML Schema作为航天产品总装工艺信息描述框架的M2层。
根据XML语法规则，创建航天产品总装工艺数据模型的XML模式文档（见图4），由数据模型根节点项展开，将其映射为元素(element)，其子项分别映射为相应的子元素或属性。在表达数据模型的各节点时，用name属性描述元素名称，用complexType或Type属性描述元素类型，用maxOccur和mmOccur来限制元素的出现次数。（图片）
图4 航天产品总装工艺数据模型XML模式文档（局部） 5 航天产品总装工艺数据模型接口的任务流程
航天产品总装工艺数据模型接口是解决异构系统间信息交互障碍的关键，其主要功能是从源数据库中抽取数据，输出兼容的航天产品总装工艺数据。接口的任务流程如图5所示，主要分为：a.在连接源数据库后，接到工艺信息交互请求，根据数据抽取SQL文件自动对源数据库中总装工艺的各项数据进行抽取，形成原始数据池；b.根据数据转换条件RE文件，对抽取的原始数据进行清洗、拆分和集成，生成中间数据池；c.根据总装工艺数据模型XSD文件，采用DOM技术将中间数据转换成标准的总装工艺XML实例文件；d.在接收端获取XML实例文件后，根据总装工艺数据模型XSD文件对标准的总装工艺XML实例文件进行验证、解析；e.根据与输出的目标数据库对应的数据交换规则文件，将已解析的总装工艺信息加载集成到目标系统中。（图片）
图5 航天产品总装工艺数据模型接口的任务流程 6 应用实例
在航天产品总装工艺信息描述框架下，通过航天产品总装工艺数据模型接口，给出CAPP与DAPDS两个系统间某型号航天产品总装工艺信息的交互实例。
根据航天产品总装工艺数据模型接口任务流程，首先根据航天产品总装工艺数据模型，从CAPP源数据库中生成某型号航天产品总装工艺XML实例文档，DAPDS载入该XML实例文档，实现集成某型号航天产品总装工艺信息，总装工艺人员在总装工艺信息的基础上完成某型号产品总装的三维模型配置、装配仿真等任务，最后装配人员通过数字化三维装配工艺指导系统可以在工位学习和查看集二维工艺、三维模型、装配仿真动画等信息于一体的可视化总装工艺。图6为航天产品总装工艺信息的XML实例文档（限于篇幅，只截取局部文档）。（图片）
图6 航天产品总装工艺信息的XML实例文档（局部） 7 结束语
航天产品总装工艺信息是航天产品生产的重要信息，在总装过程中有多个信息系统需要用到该信息，而异构系统间的信息交互障碍严重影响产品的总装生产。为解决航天产品总装工艺信息在异构系统的共享和交互，本文构建了符合MDA的航天产品总装工艺信息表达架构以及数据模型接口的任务流程，并通过CAPP与DAPDS的航天产品总装工艺信息交互实例对提出的交互方案进行了验证。结果表明，基于XML的航天产品总装工艺信息框架及数据模型层次清晰、结构合理，有良好的兼容性和扩展性，其数据接口能在异构系统间快速、高效地实现装配工艺信息交互与共享，有利于缩短航天产品总装周期，提高装配效率和装配质量，进而提升航天产品总装生产能力。
7/10/2013
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