国际PLIB标准化研究

　　本文探讨研究了国际PLIB标准化相关内容。

　　1 概述

　　零件库(PLIB)标准是面向多平台信息共享和交换的国际先进技术标准，它强调零件库结构信息的中性表示、交换和共享。零件库是产品设计过程中的知识积累，GB/T 17645提供的方法学为企业有效应用提供了有力的帮助。目前，它已成为建立、表达、维护零件库，在多个应用系统中共享统一零件库的一个重要技术基础。国外一些机构和软件厂商早已开始了相关技术的研究和产品转化工作，国内PLIB研究与应用目前主要集中在科研院校中，并且往往是侧重就某一方而内容来进行研究或验证，而对该标准整体技术内容和发展应用缺乏梳理与思考。

　　2 零件库标准

　　2.1 零件库标准的体系结构及现状

　　零件库标准起源于德国的DIN4000标准，借鉴DIN 4000标准制定的ISO零件库标准采用与STEP相同的体系结构，由概念层、逻辑层和物理层三个层次构成，如图1所示。在最上层概念层定义了零件库的框架结构和允许零件库交换和更新的机制;逻辑层用EXPRESS语言描述零件库信息模型以及所需的资源构件;在最下层物理层规定了零件库信息模型的实现方式，包括STEP中性文件形式等。

图1.零件库标准的体系结构

　　零件库标准是系列标准，按功能分为七大类：概念描述、逻辑资源、实现资源、描述方法、一致性测试、视图交换协议、标准化的相关环境。迄今，ISO/TC184/SC4/WG2已制定十余项零件库标准：

　　—Part 1 综述与基木原理;

　　—Part 20 逻辑资源：通用资源;

　　—Part 24 逻辑资源：供应商库逻辑模型;

　　—Part 25 逻辑资源：带聚合值和显式内容的供应商库逻辑模型;

　　—Part 26 逻辑资源：供应商标识;

　　—Part 31 实现资源：图形编程接;

　　—Part 42 描述方法学：构造零件族的方法学;

　　—Part 101视图交换协议：由参数程序确定的几何视图交换协议;

　　—Part 102视图交换协议：由ISO 10303一致性规范确定的几何视图交换协议;

　　—Part 501 参考字典：测量仪器的参考字典;

　　—Part 511 参考字典：通用紧固件参考字典。

　　2.2 零件库标准与STEP的关系

　　零件库标准和STEP标准具有非常密切的关系。零件库标准正是源于欧洲和国际标准化组织对IS010303 STEP标准的不同认识。欧洲认为：零件和产品(指整机产品)对CAD来说，存在有不同的特性。因此，对产品模型进行描述的EXPRESS对零件来说应作相应扩充，但ISO当时未予接受。其时，欧洲自行开发了EXPRESS扩充版。实践证明，EXPRESS扩充是必要的。

　　尽管产品和零件面临着共同的问题，例如如何建立信息模型，如何交换这些模型实例，如何定义共享集成的数据库等，零件库标准与STEP标准之间仍然存在下述不同之处：

　　(1)信息来源不同。企业产品信息大多来源于企业，零件信息则大多来源于零件供应商。

　　(2)信息大小和描述方式不同。企业的零件数是产品数的几百甚至几千倍，因此零件信息组织方式不同于产品。STEP是对产品的精确实例和属性的值进行建模和交换，即对单个产品实例进行描述和交换，但其高层次的语义描述能力较弱;PLIB能对零件库中多个具有相同特性的零部件类(或产品类)进行隐式描述，并对属性类型进行建模和交换，能实现产品的多视图、多级表达。所以，描述单个产品的实例和描述零件族(类)的要求是不一样的。

　　(3)信息获取方式不同。设计人员获取产品信息前，已明确他所要的产品是什么，而零件库中的零件则不依赖于具体产品，独立于产品而存在，所以查询零件时，往往只知道一些功能和性能方面的线索。

　　当然，零件库标准与STEP标准同为ISO/TC184/SC4工业数据分技术委员会制定的关于产品数据技术的国际标准，他们具有下述共同点：

　　(l)使用EXPRESS中性描述语言(ISO 10303-11)，从面向对象的方法出发，分别对产品信息模型和零件库信息模型进行描述。

　　(2)具体实现方式都采用STEP中性的物理文件格式(ISO 10303-21)。

　　(3)具有相同的标准数据访问接口SDAI(IS010303-22)。

　　2.3 零件库标准关键技术的简单介绍

　　(1)零件库标准的交换文档

　　零件库的交换文档是采用纯正文编码的顺序文件。交换文档结构包括两部分：头段和一个或多个数据段。头段提供与交换文档结构自身相关的数据，数据段提供要被传送的数据。

　　(2) 供应商的标识

　　零件库标准规定了零件库供应商数据元的组成，它包括国际代码指示符(ICD)，组织机构标识(0I)，组织机构下属部门标识(OPI)和OPI源指示符(OPIS)。其中ICD和OI属于供应商标识中的必需项，OPI和OPIS是可选项。

　　我国信息供应商及其产品的标识代码结构也由4部分组成：第1部分为我国供应商标识模式的国际代码指示符(即ICD码);第2部分为提供该产品的供应商的组织机构代码;第3部分为该产品的分类代码;第4部分为能唯一区分具体单个产品的国家物品识别号，各部分之间用分隔钧“/”隔开。

　　(3)构造零件族的方法

　　零件族层次结构是一个具有单一继承关系的树状结构，它分为上层和下层两部分。上层是对零件族的技术分类，用于定义零件通用族。下层是将零件通用族拆分成各子族，以获得零件简单族。

　　3 零件库标准应用现状分析

　　3.1 国外应用现状

　　国外由于计算机技术的迅猛发展和CAD技术的广泛应用，对零件库相关标准化技术的应用研究一直给予了充分的重视。

　　主要研究方面包括：

　　(1)零件库数据字典的XML表达方法研究

　　目前，最新的相关标准是ISO 10303-28、ISO 10303-25和ISO/CD 13584-32。上述标准为用XML对EXPRESS描述模式进行分析和相互转化提供了基础支持。Part 28技术规范中规定了使用XML描述EXPRESS模式和数据的实现方法，即指定了EXPRESS语言和XML描述语法之间的映射。Part 25是关于EXPRESS到OMG的XML元数据交换绑定的实现方法，提供了将EXPRESS映射成统一建模语言UML物理模型的机制，进而可以自接实现EXPRESS向XML的映射。Part 32规定了用XML描述的数据字典模式。

　　(2)零件库本体论理论的应用研究

　　零件库本体论的应用在两个方而：一是支持用户接口对知识检索和共享;一是实现异构数据库的自动集成。对于后者，法国人Guy Pierra将PLIB描述为本体化的信息模型，并在此基础上构建本体化数据库(OBDB)模型，该模型可以解决数据集成中的关键问题：

　　——数据库集成中概念的统一定义和交互(引用);

　　——异构数据库集成中的冲突问题，包括命名冲突、值域冲突、语义冲突以及表达冲突。

　　(3)零件库应用技术的研究

　　随着现代化全球生产模式的普及，零件库技术在国际上得到广泛的推广应用。例如Maxin I/T公司开发了零件库系统Oblisk，设计人员能够从Oblick中下载自己需要的零件。Matti Hannus公司开发完成的建筑产品库原型系统RIVET，其Genius系统内包括一个三维标准零件库，系统可支持ANSI，DIN，ISO，JIS等标准;CAdis a.s.系统包含一个含有轴、法兰、箱体等十一类零件的参数化零件库，这此零件库都可以以三维模式或二维模式应用，它们符合ISO，DIN，ANSI，BS，JIS，NF和CSN等标准; PartSpec是一个基于AutoCAD、包含来自零部件制造商的数据和图形的数据库，其中包含500 000个DWG格式的图形，它们可以直接插入AutoCAD系统使用。另外，日本COMNES公司开发了基于零件库国际标准的标准零件库管理原型系统CoolStaple，CoolStaple提供了基于对象、特性和知识的搜索机制，并能够集成到不同的CAD系统、供应商系统和设计系统中。

　　3.2 国内应用现状

　　我国零件库的理论研究、系统开发以及标准制定等工作已经取得了一定的成绩，例如中国标准化研究院制定了零件库国际标准的第511部分。但在应用上人体还停留在基于原有CAD系统开发、应用标准件库的阶段。网络化零件库还处于应用初级阶段，例如现有的Web零件库的数量不多，并且内容、结构和功能同国外著名的零件库相比都相去甚远，仅有的初始化信息主要是网站管理人员收集的“行业动态”和一此供求信息。而在按照零件库标准建立零件库方面还基本上处于理论起步阶段。

　　虽然CAD技术及相关的CAE技术日前已经在我国企业中得到广泛的应用，各种各样的CAD软件以及基于这此软件的数据库被应用到实际的产品设计和生产中去(这此软件包括AUTOCAD，MSC·CATIA，UG，SOLIDWORK,PRO/E等)，但是，因为没有建立通用的标准件零件库，约45%的设计人员在工作中遇到了由于零件库描述格式不同而使得产品开发研制周期增加的问题，79%的设计人员遇到了由于零件库描述格式不同导致在已有软件平台下不能使用共享资源库的问题，还有约30%的设计人员遇到了由于软件平台不同而不能打开模型文件的问题。

　　此外，绝人多数科研人员都不了解零件库标准及其相关应用，其中多达85%的科研人员没有听说过PLIB及其相关标准，10%的科研人员听说过PLIB，仅有5%的科研人员对PLIB有一定了解。

　　4 对策研究

　　随着信息化技术的普及，为了实现以信息技术带动传统工业的发展，降低企业的生产成本，提升企业的创新能力和国际竞争力，在研究和利用零件库国际先进技术的过程中，建议侧重下述几面的工作：

　　(1)加强零件库标准的研究及推广应用

　　目前，零件库的应用在我国还没有全面的推广，进行研究的机构很少，科研人员对零件库标准的认知度不高，这此都影响了零件库标准的推广应用。加强对零件库标准的研究不仅有助于推广应用，提高企业对该标准的认识，而且可以通过研究，提供一套实用的基于零件库标准的利于企业应用的技术。

　　(2)制定相关的标准规范

　　零件库标准的研究不应只局限于对国际标准的简单转化，而应该在标准的基础上制定一系列的适合于我国企业应用的规范。同时，在实施方而，也应建立和完善标准化文档和图档管理体系;确定标准件及通用件选用范围;通过零部件分类方法简化标准件及通用件品种规格;建立企业信息编码体系;确定标准选用范围等等。

　　(3)逐步开发基于零件库标准的开发工具

　　通过相关工具和系统的开发，利用零件库技术把企业各个领域的应用所生成的产品数据集成到一个公共数据库上，使多年积累的产品和经营方面的数据继续给企业带来效益。各部门的不同应用程序都可以通过标准接口来存取这此数据。在此基础上逐步建立起企业级的知识库，弥补PDM等系统在多平台零件级知识管理方而的欠缺，建立起真正共享的知识平台，这也是多点、多平台协作产品开发模式的必然选择。