1 引言
隨著集成技術、網絡技術、CAD/CAE/CAM技術的發展，在制造業，從設計到加工已經基本實現無紙化。但在裝配環節，很大程度上都依賴裝配人員本身的經驗、技巧和感覺來進行復雜的操作，因此產品裝配的質量、效率和一致性會因裝配人員之間的熟練程度、身體情況、精神狀態而出現較大的差異。在航天產品的制造中，航天產品的成敗不僅關系到產品型號本身，更影響到后續型號和企業的發展。總裝作為航天產品生產過程的最后一個環節，為保證航天產品的零缺陷，僅僅從車間規章制度、教育培訓、后勤保障等方面提高操作人員的質量意識和素質水平是遠遠不夠的，更重要的是要通過總裝工藝的精細化來科學規劃裝配序列、規范操作動作及定量裝配指標。
當前航天產品總裝工藝的編制還普遍采用二維CAPP系統，為解決總裝工藝缺乏三維可視化過程、直觀性差、文字描述不清楚等問題，前期試用了上海交通大學開發的以產品數字樣機平臺(Digital Mockup Simulation Platform，DMSP)為基礎，面向航天型號產品總裝的數字化三維總裝工藝設計系統(Digital Assembly Process Design System，DAPDS)。但由于DAPDS在工藝信息編輯、流程審批等方面功能有限，同時與CAPP數據庫、數據結構的差異性使系統不能有效利用CAPP系統的知識積累，因此DAPDS在實際使用上有一定的局限性。為實現DAPDS和CAPP系統的優勢互補，本文主要研究在模型驅動體系結構(MDA)下的基于XML(The eXtensible Markup Language，可擴展標識語言)的航天產品總裝工藝信息交互技術，實現了把CAPP的總裝工藝信息進行抽取、轉換成結構標準、通用的信息，并無縫集成至DAPDS等信息化系統中，使總裝工藝信息能夠在不同系統環境實現高效交換和集成。
2 XML技術
XML為W3C開發的一種采用文本標記描述數據的結構化組織文檔方法，是標準通用標記語言SGML(Standard Generalized Markup Language)的一個子集，現己成為WWW定義和共享數據的一種通用標準。
XML作為一種可以用來定義其它語言的語法系統，是標記和內容的組合，被設計用無格式文本來描述數據信息，其焦點是數據的內容。用戶可根據自身需求創建符合規范的個性化標記來描述文檔中的數據元素及其涵義，利用簡單的嵌套和引用來實現數據元素之間的關系。
XML現已成為最流行的數據交換格式之一，其優勢主要有：
a.可擴展性。用戶可自定義和使用具有意義的標記，數據結構層次清晰，適用于描述結構化的信息，具有良好的可擴展性。
b.數據獨立性。XML采用無格式文本流描述數據信息，而非專用的二進制文件，因此XML完全獨立于操作系統、軟件平臺、編程語言和傳輸協議。
c.規范性。XML遵循嚴格的語法要求，采用文檔類型定義(DTD)或架構(Schema)規定的關于標記符號的語法、語義規則約束XML文檔，準確地描述數據信息的內容、結構和關系。
d.自描述性。XML的自描述性使其非常適合用于異構應用間的數據交換，而且這種交換不以預先規定的數據結構定義為前提，具備很強的開放性、可移植性和互操作性。
e.內容與形式分離。XML的數據內容和顯示數據的格式是分離的，不涉及文檔如何顯示，只表示文檔的結構，可快速實施精確地查詢與模型抽取。
3 基于XML的航天產品總裝工藝數據交互框架
數據交互是指在原有網絡環境和信息化系統的基礎上，通過統一數據形式、結構使異構數據庫應用系統（如：CAPP系統與DAPDS系統）能夠進行數據信息的共享。基于XML的數據交互將XML技術用于數據交互，克服了傳統EDI等數據交換技術的格式不靈活、可擴展性差、交互性差等缺點。
基于XML的航天產品總裝工藝數據交互框架如圖1所示，底層是Intranet網絡、數據庫環境，為異構數據庫中的數據信息提供通訊與數據管理手段。基于XML的總裝工藝數據模型接口為整個系統架構的核心，是一套輕量級的數據整合解決方案，可以自動完成總裝工藝信息的抽取和轉化。根據總裝工藝數據模型，可生成和解析Intranet網絡上DAPDS等系統都兼容的總裝工藝實例文檔，實現異構系統間總裝工藝信息交互的基礎。應用層是Intranet網絡上的各應用系統，通過加載總裝工藝實例文檔的解析數據，導入所需的航天產品總裝工藝信息，完成異構數據庫應用系統的數據交換。
圖1 基于XML的總裝工藝數據交互框架
4 基于XML的航天產品總裝工藝信息描述
為使航天產品總裝工藝信息具有高度的數據獨立性、規范性、數據兼容性和可擴展性，本文應用三層MDA元模型框架表達航天產品總裝工藝信息，如圖2所示。M2層定義了XML模式文檔的格式，為M1層提供定義模式的詞匯表；M1層定義了航天產品總裝工藝的平臺無關數據模型，規定了總裝工藝信息在異構系統中交換的標準數據；M0層是符合M1層創建的航天產品總裝工藝數據模型的XML實例文件，該文件存儲了航天產品總裝工藝的具體數據。
圖2 航天產品總裝工藝信息描述框架
4.1 航天產品總裝工藝數據模型
航天產品總裝工藝數據模型是描述航天產品總裝工藝信息的關鍵，總裝工藝數據包括產品型號信息、工藝文件信息、總裝工藝信息三類。產品型號信息主要包括產品類型、產品型號、階段和批次等信息；工藝文件信息包括工藝文件ID、文件編號、名稱、所屬零件圖號、工藝版本號、工藝狀態及審批流程等信息；總裝工藝信息是整個工藝數據模型的主體，包括裝配要求信息和工序信息兩大類。裝配要求信息主要是該工藝在產品裝配時對操作人員、場地溫濕度、廠房潔凈度、產品轉運、火工品裝配等需要特別注意的事項或裝配條件做了規定，以滿足某些產品裝配時的特殊要求；工序信息是指導操作人員裝配產品的依據，包括工序號、工序名稱、工序說明和工步信息。其中工步信息主要是在本工序中根據裝配操作對象的不同劃分，包括工步號、工步名稱、工步內容、注意事項、檢驗點、所需的儀器設備和工藝裝備等信息。
航天產品總裝工藝數據模型采用樹形結構表示各數據節點的父子關系和并列關系，運用面向對象的模塊化思想將復雜的信息分解為相對獨立的數據節點，模型結構見圖3。此方法能夠全面、清晰地描述航天產品總裝工藝所包含的各類信息，同時使數據模型具有良好的擴展性、繼承性和可讀性，可對數據模型的結構進行升級配置，具有一定的通用性和先進性。
圖3 航天產品總裝工藝數據模型結構
4.2 基于XML的航天產品總裝工藝數據模型表達
定義XML的模式包括DTD(Document Type Definition)和XML Schema。由于DTD自身的語法及文檔格式不同于XML，僅對屬性類型定義了幾種非常有限的數據類型，內容模型固定且不可擴展，所以存在明顯的局限性。XML Schema是W3C推薦的XML標準模式，它在DTD的基礎上進行改進和擴充，將DTD重新使用XML語言規范來定義，以更高的精度描述XML數據，可以通過對元素及元素關系的定義來實現對整個文檔結構和內容的定義。因此，選用W3C XML Schema作為航天產品總裝工藝信息描述框架的M2層。
根據XML語法規則，創建航天產品總裝工藝數據模型的XML模式文檔（見圖4），由數據模型根節點項展開，將其映射為元素(element)，其子項分別映射為相應的子元素或屬性。在表達數據模型的各節點時，用name屬性描述元素名稱，用complexType或Type屬性描述元素類型，用maxOccur和mmOccur來限制元素的出現次數。
圖4 航天產品總裝工藝數據模型
XML模式文檔（局部）
5 航天產品總裝工藝數據模型接口的任務流程
航天產品總裝工藝數據模型接口是解決異構系統間信息交互障礙的關鍵，其主要功能是從源數據庫中抽取數據，輸出兼容的航天產品總裝工藝數據。接口的任務流程如圖5所示，主要分為：a.在連接源數據庫后，接到工藝信息交互請求，根據數據抽取SQL文件自動對源數據庫中總裝工藝的各項數據進行抽取，形成原始數據池；b.根據數據轉換條件RE文件，對抽取的原始數據進行清洗、拆分和集成，生成中間數據池；c.根據總裝工藝數據模型XSD文件，采用DOM技術將中間數據轉換成標準的總裝工藝XML實例文件；d.在接收端獲取XML實例文件后，根據總裝工藝數據模型XSD文件對標準的總裝工藝XML實例文件進行驗證、解析；e.根據與輸出的目標數據庫對應的數據交換規則文件，將已解析的總裝工藝信息加載集成到目標系統中。
圖5 航天產品總裝工藝數據模型接口的任務流程
6 應用實例
在航天產品總裝工藝信息描述框架下，通過航天產品總裝工藝數據模型接口，給出CAPP與DAPDS兩個系統間某型號航天產品總裝工藝信息的交互實例。
根據航天產品總裝工藝數據模型接口任務流程，首先根據航天產品總裝工藝數據模型，從CAPP源數據庫中生成某型號航天產品總裝工藝XML實例文檔，DAPDS載入該XML實例文檔，實現集成某型號航天產品總裝工藝信息，總裝工藝人員在總裝工藝信息的基礎上完成某型號產品總裝的三維模型配置、裝配仿真等任務，最后裝配人員通過數字化三維裝配工藝指導系統可以在工位學習和查看集二維工藝、三維模型、裝配仿真動畫等信息于一體的可視化總裝工藝。圖6為航天產品總裝工藝信息的XML實例文檔（限于篇幅，只截取局部文檔），圖7為通過XML實例文件集成至DAPDS的航天產品總裝工藝信息，圖8是與DAPDS中航天產品總裝工藝信息相關聯的三維裝配工藝指導實例。
圖6 航天產品總裝工藝信息的XML實例文檔（局部）
圖7 集成至DAPDS的總裝工藝信息
圖8 數字化三維裝配工藝指導實例
7 結束語
航天產品總裝工藝信息是航天產品生產的重要信息，在總裝過程中有多個信息系統需要用到該信息，而異構系統間的信息交互障礙嚴重影響產品的總裝生產。為解決航天產品總裝工藝信息在異構系統的共享和交互，本文構建了符合MDA的航天產品總裝工藝信息表達架構以及數據模型接口的任務流程，并通過CAPP與DAPDS的航天產品總裝工藝信息交互實例對提出的交互方案進行了驗證。結果表明，基于XML的航天產品總裝工藝信息框架及數據模型層次清晰、結構合理，有良好的兼容性和擴展性，其數據接口能在異構系統間快速、高效地實現裝配工藝信息交互與共享，有利于縮短航天產品總裝周期，提高裝配效率和裝配質量，進而提升航天產品總裝生產能力。
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