1 引言

传统的机械CAD及PDM系统是面向过程的，采用的是结构化的程序设计方法，按功能划分模块。但是，由于系统的功能是最不稳定的因素，从而使得开发难度大、效率低、维护困难。此外，这种方法使得程序结构的实现与人们对客观世界的认识不相一致，未直接反映人们求解问题的方式和方法。

面向对象程序设计是一种试图模仿人们建立现实世界模型的程序设计方法，它的着眼点是数据而不是功能。它的设计思路是从确定表征客观实体的对象开始，建立对象之间的层次结构，确定反映对象状态的属性及施加于这些属性之上的操作，对象之间通过消息互相作用和联系，从而形成软件结构。可见这种方式符合人们对客观世界的认识过程。按此方法开发PDM系统可克服传统PDM系统的一些缺陷。

2 UML和OOAD

随着面向对象技术的发展和人们对建模重要性的逐步认识，面向对象(Object一Oirented,00)的建模语言层出不穷。其中，统一建模语言(UnitedModelingLanguage,UML)是可以用于辅助设计任何00系统的建模工具，它融合了众多面向对象的建模语言的长处，其特点主要是:①UML是国际软件工业界广泛认可的标准，它统一了对象模型的标记和含义，使软件设计工具能发挥更大效用，使软件之间容易集成，使软件模块能更容易的被重新使用，特别能满足企业集成信息集成管理系统和动态多变的需求。从而可以实现以软件模块的动态重组，支持信息集成系统中企业模块的重组，并有效支持企业软件系统的集成。OUML取长补短，适当的平衡了简洁性和具体化。它吸收了Booch1993,OMT一2和OOSE三种面向对象方法的优点，同时去除了这三种方法中容易引起误会的、不常用的部分，并发展为一种独立的面向对象的建模语言。UML的目标是以面向对象的模型图方式，描述任何类型的系统，用UML提供的各种模型图，对任何具有静态结构和动态行为的系统进行建模。UML适用系统开发的不同阶段:在需求定义阶段，通过用例图捕获用户的需求，描述系统的功能以及外部角色与系统的交互关系;在详细设计阶段，主要关心构成系统的主要元素，及这些元素间的静态组成和动态协作关系。可以利用UML的类图、状态图、活动图及顺序图等描述这些关系;在实施描述阶段，通过进一步细化各种静态和动态模型图，为项目的实施和信息系统的实现提供详细的依据。

面向对象的分析和设计(Object一OirentedAnalysisandDesign,OOAD)是指用面向对象的技术建造整个软件系统的过程。一般的，面向对象的分析(Object一OrientedAnalysis,OOA)被用于软件项目的初始阶段，OOA的结果被用于开发的下一个阶段—面向对象的设计(Object一OrientedDesign,OOD)。随着更强调迭代的方法学的出现，OOA的使用被扩展到每一个开发迭代过程中，而且OOA和OOD之间的界限也变得越来越模糊了。随着OOAD技术的发展，在开发机械CAD及PDM系统中应用OO技术进行构建模型将越来越广。

3 PDM系统原理及其功能分析

产品数据管理(ProductDataManagement,PDM)可以集成并管理与产品有关的信息、过程及其人和组织。它可以分为四个层次，其一是图纸文档的电子化管理;其二是部门级的数据管理;其三是企业级的数据管理;其四是企业间的数据管理。它提供产品全生命周期的信息管理，并可在企业范围内为设计和制造建立一个并行化的产品开发协作环境。PDM系统的核心概念是产品以及产品组织的数据、过程和资源。通过将产品、过程、数据和资源四者关联起来实现产品的全生命周期管理、产品数据管理、过程资源配置、工具集成等产品数据管理系统的核心功能，同时实现对各种信息的多方式组织。其概念模型如图1。

企业级PDM系统管理着整个企业的所有产品数据，支持产品各生命周期的数据管理过程，对应市场、设计、制造和服务等企业经营过程的各个业务系统都构造在PDM系统之上，形成单一产品数据源。根据各企业的实际情况，各企业实施PDM的目标应有相应的定位，PDM系统功能定位如图2。一般而言，实施PDM的目标定位应包括以下几个方面:

(1)电子数据存取。建立适合企业自身特点的电子信息库，包括技术、工程、设计、工艺、设备、材料、营销等信息。

(2)设计检索/共用信息检索。支持工程设计中的信息检索与重用。设计数据重用能够极大的缩短产品开发周期、降低产品成本。

(3)数据组织/数据挖掘(DataMining,DM).建立数据之间的超级链接，对企业数据做统计分析。

(4)工作过程控制。实现工作流程电子化，实时记录产品数据变更过程。

4 制造业企业的PDM建模

模型的作用就是使复杂的信息关联变得简单易懂，它使我们容易洞察隐藏在大量原始数据背后的规律，并有效地将系统需求映射到软件结构上去。

由于产品的相关数据是建立PDM系统的核心，因此一个产品从设计、加工制造、装配到包装销售及售后服务的过程实际上是对大量产品数据分析处理的过程。产品数据按企业职能域的不同，可分为设计数据、工艺数据、品质数据、生产数据、装备数据、制造数据、营销数据等。基于面向对象技术的管理思想和企业实现数字化就是把大量的产品数据存放在PDM系统中并加以管理，以被查询和调用。大量数据在系统中存放的空间根据不同的表现形式分为物理空间和逻辑空间。物理空间可看做产品数据的实际存储位置，它是以数据库的形式存在;逻辑空间是物理空间的可视化体现，是根据企业习惯将物理空间中的数据，按照一定的规则重新组合而形成面向企业管理者、设计师、工艺师、制造师、销售员及用户等的显示单元，如、设计图纸、工艺卡片、各种统计表单等。基于面向对象的思想，我们可以将装载产品数据的逻辑空间分为若干个对象，然后对每个空间对象进行接口设计，通过一定的接口建立逻辑空间与物理空间的一对多、多对多的交互关系，以便实现产品数据各空间对象的有效管理和应用。

企业建模要对信息系统进行需求分析，同时要刻画出企业的整体需求。对应PDM的企业建模，可从三个方面来描述:业务模型、信息模型和组织模型。这三个模型互为补充和支撑，共同表达企业形态。

(1)功能建模的基本构件包括:域、事件、过程和操作。域是企业中的某个子集，它在相对固定的过程支持下完成特定的目标和任务。具体的说，域对应于企业的部门，所以企业的域是市场部门、供应部门、技术部门、制造部门、质量检测部门、销售部门和售后服务部门等。事件是企业现实存在的事例和需求，它激活或推动域中的业务过程。过程分为三个层次:域过程(最高层)、业务过程(中间层)和企业活动(最底层)。操作主要由输人，输出，控制和支持表达。

(2)PDM信息建模主要是为PDM管理产品数据建立正确的数据对象和数据之间的使用逻辑。其基本构件包括企业对象、对象视图和对象关系。对象视图是信息建模的基础，是企业现状数据的直接反映。企业对象是企业实体的抽象和泛化。在企业中，对象可以是用户、雇员、产品、设备、零部件、工具等。对象的属性可以用明确的数据结构来描述。对象关系用来定义企业对象之间的语义。

(3)组织模型的目标是明确在满足功能模型的条件下，所需要的企业组织结构。组织模型的构件是组织原则和组织单位。组织模型是由层次化的组织单位构成。组织的描述必须明确两个方面的内容，一是组织所拥有的权力，二是组织所承担的责任。

5 面向对象的PDM系统分析与设计

在面向对象技术中，初始分析与设计的一个共同主要目的是发现系统需要那些对象，这些对象的职责是什么，以及它们之间如何实现互操作。在分析阶段所处理的对象比设计阶段所处理的对象所处的层次要高。对象内部的细节、精确的互操作方式和实现方式都被忽略了。这些细节都留到设计阶段来解决。

在企业PDM系统应用中，面向对象的系统分析和设计就是用面向对象的分析和设计语言，用管理工程的逻辑，描述企业的理想的经营模型，并为系统实现提供工程蓝图。从图2中能够看出，在企业部门级PDM系统中，其功能定位是集成和管理PDM,CAD,CAE,CAPP,CAM等信息。在这些项目中有不同的类和有不同的对象。信息技术人员在分析阶段的主要任务是描述对象，建立基于类和对象的系统模型。

比如，在CAM中需要确定产品的加工方式，使用企业中车间现有的机床来加工产品。那么在PDM系统中，需要集成企业车间中现有的机床，并将其职责、属性等抽象出来。机床类层次关系示例如图3。

制造业PDM系统的主要功用就是准确表示制造业产品的必要的配置知识，以利于对产品的相关信息进行查询、检索、理解和交换等。产品配置知识范畴很广，内容丰富，包括“领域知识”、“推理知识”、“任务知识”、“问题求解知识”等。面向对象的配置知识表示，就是对表达的概念及其相互关系以对象之间的泛化、继承、聚集、使用等关系进行描述。因此，面向对象的PDM系统设计应从以下几个方面进行分析和设计。

(1)确定问题域和系统责任。确定系统边界，问题域和系统责任是系统分析和系统建模的出发点。对制造业企业PDM系统应用而言，问题域就集中在诸如产品市场分析、产品设计、产品加工工艺设计、质量控制、生产计划和控制、产品加工和组装、产品检测、销售服务、人力资源管理、材料供应管理等方面。分析阶段应该全面、统一分析间题各方面，以便定位和限定即将着手实施的项目的问题域和确定系统责任以及各域之间的信息关系。

(2)确定待分析的对象。准备建立类图的对象层。企业里通常设立了若干岗位、部门，也有若干报表、工程设计图、加工工艺卡等，应仔细研究这些元素。企业应用系统的对象通常包括:人员、组织、原料、资产、事务、表格、文件、产品总装图、零件图、加工工艺流程卡、产品等对象。开始时应该保证没有遗漏地列出所有可能的对象，而接下来的筛选过程就要作到严密把关，保证没有留下无用的对象。这样分两阶段确定对象可以使得各步工作相对简化。

(3)归纳现实对象，抽象为类。将有相同属性和服务的对象抽象为同一个类，就得到系统的类的列表。在企业应用中，往往最初发现的对象很多。可以采用划分主题的方法将同主题的类归纳在一起。主题是一个比类的粒度更大的概念。一般对于较为复杂的系统采用先建立主题图再填充类的自顶向下方式。包含较多类和对象的主题可以再划分，即主题嵌套。

(4)设计类、建立类层次结构。当包含类的主题图基本完成后，主要的精力就集中在列出类属性、服务、消息等项目上，即设计类图的特征层。然后分析类图的结构，包括一般—特殊关系和整体—部分关系。

6 结束语

面向对象的思想，在软件开发和应用中已经很广。正确和有效的应用面向对象的思想到企业中的PDM等信息集成系统的开发和应用中，能有效的提高PDM等信息集成系统的效能。但是由于制造业企业的产品信息文件众多，格式不一，所以企业中各部门间的产品数据交换复杂，贯穿产品全生命周期CAD,CAPP,CAM等产品信息集成面临着与PDM的数据接口问题。在制造业向全球化、网络化、集成化和智能化发展的过程中，标准化技术(STEP,EDI和P一LIB等)已显得愈来愈重要。