机载设备信息管理系统模型的研究

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/03/29 19:25:07
<P>给大伙增长些知识</P>
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<P>◎王进才  张宏斌/陆军航空兵学院
  从分析机载设备数字化的基本内涵出发,建立了机载设备数字化的基本概念,提出了产品数据的编码分类模型,并且介绍了信息管理系统的构成及各数据部分之间的联系。
  采用信息技术实现机载设备维修管理的数字化、信息化是航空装备管理的发展趋势。实现这种基于信息技术的现代设备管理与维护的一个重要基础是航空兵部队的信息化,即在航空兵部队范围内的采购、管理、维护等各个环节应有效地进行信息传递、交换和共享手段,形成基于数字化的设备管理的业务环境。直升机机载设备数字化信息管理就是在机载设备数字化的基础上,建立一个科学的、面向全军的机载设备管理体系。
  本文就机载设备数字化的内涵、直升机机载设备数据信息编码的需求、机载设备数字化信息编码管理系统的建立,进行了研究。
  直升机机载设备数字化的内涵
  1.机载设备数字化的基本概念
  直升机机载设备数字化面向从设计、分析、制造、装配到维护、管理等机载设备全寿命周期的各个环节,用于描述和定义机载设备全寿命周期的数字化过程中所应包含的信息以及这些信息之间的相互关联,并使其成为计算机中实现可管理和可用的信息,从而使直升机机载设备数字化信息管理系统能够有效地建立起来。
  2.机载设备数字化数据空间模型
  直升机机载设备数字化的数据空间模型是一个由寿命周期维、产品结构层次维、数据类型维、版本维、控制位置维组成的五维空间模型,如图1所示。空间模型的每一个侧面描述机载设备数字化的不同阶段、不同层次、不同数据类型、不同版本和不同位置的产品信息以及信息之间的关联关系。
  (1)寿命周期维
  寿命周期维主要描述和定义直升机机载设备从设计、分析到维护、管理等直升机机载设备全寿命周期中不同阶段的机载设备数字化所应包含的信息以及信息之间的关系。
  (2)结构层次维
  直升机机载设备结构层次维是以机载设备结构树为基础,用层次建模的方法描述机载设备数字化的框架结构。在零件层,主要是建立每个零件的总体信息、管理特征、材料特性、表面要求、特征信息、特征之间的尺寸和位置公差信息等零件层模型。根据产品结构特征,逐步形成组件层、部件层和机载设备层数据,从而建立完整的直升机机载设备数据。
  (3)数据类型维
  数据类型维描述直升机机载设备数字化的数据类型。结构化数据是指可以以一定的数据结构对直升机机载设备数字化数据进行表达和存储的数据类型,这类数据以数据记录的形式进行表达,并存储在数据库中,例如,直升机机载设备的名称、代号、生产日期、类型等信息;非结构化数据是指所描述的数据具有整体性和关联性,必须以特定的文件格式存储在计算机中,如二维/三维CAD模型等。在非结构化数据中,按数据内容分,又包括几何信息和非几何信息的数据。
  (4)版本维
  直升机机载设备数字化中版本维主要描述和定义产品寿命周期中各种类型的产品数据及其过程数据的版本以及版本的演变历程。版本反映了直升机机载设备的整个使用过程、使用过程的追溯、使用过程中多个方案的比较以及方案选择等数据信息。
  (5)控制位置维
  在全军联网进行直升机机载设备管理过程中,机载设备分布在地理位置不同的多个地点,并分别由这些位置所控制。因此,直升机机载设备数字化的控制位置维主要描述机载设备数据的控制位置。
  3.机载设备数字化的规范
  建立统一的直升机机载设备数字化规范,对于异地分布环境下的协同管理起着至关重要的作用。
  (1)机载设备几何建模规范
  ● 建模手册 建立直升机机载设备几何建模手册的目的在于实现建模规范化,使异地协同管理过程中管理人员可以方便快捷的调用、预装配机载设备及其零部件模型。
  ● 制图规范 制图规范是不同CAD软件之间相互转换的基础,主要用于规范计算机建模过程中所使用的各种符号、代号、计量单位和标记方法等。
  ● 坐标系定义 应用坐标系可以方便地确定各零部件之间的相互对应关系,便于各组件的安装、维护。
  (2) 电子文档定义规范
  在直升机机载设备全寿命周期数字化的过程中,会产生大量的不同类型、不同性质的电子文档。电子文档定义规范就是要对各种文档的内容及其结构化管理信息进行统一的规定。
  文档内容的定义规范主要是根据文档所要反映的技术内容、数据特点和定义工具来综合确定文档描述信息的格式。
  文档管理信息定义规范给出了文档的类型、技术状态、版本、密级、控制位置等结构化管理信息定义的有关规则,从而实现各类文档有效地组织、存储、版本管理和安全控制,便于文档的快速检索和查询,保证授权用户能快速获取所需文档。
  (3)机载设备数据编码规范
  直升机机载设备规范规定了与机载设备有关的所有数据对象的编码原则。对于每一类产品数据对象,产品信息编码采用分类码和标识码相结合的编码规则,其中分类码的作用是根据确定的概念对各对象及其特定属性进行归类,而标识码的作用是明确无二义地标识一个实例化对象。这种编码方法能够满足编码对象寿命周期中所涉及的各个环节对编码的需求。
  4.机载设备数字化的模型的建立
  (1) 可重用知识模型
  一方面机载设备的使用和研制要继承和重用以前的知识模型,另一方面又要根据新机型的机载设备的具体要求进行创新。可重用知识模型确定了各种可重用模型的定义原则和应用方法。
  ● 标准件模型 要以国标、部标和行标为依据,对各种标准件模型进行定义,并制定统一的建库、检索和调用方法。
  ● 参数化典型零件模型 直升机机载设备的部分零件具有相似性,因此,在进行管理和维护是可以重用以前的零件或仅作少量修改。对这些相似零件进行参数化定义得以显著提高典型零件模型的可重用、可重构和可扩展性,从而提高管理、维护效率。
  (2)机载设备数字化的对象模型
  面向对象的方法是指按应用域的观点对信息进行描述、存储和使用。采用面向对象的方法进行直升机机载设备全寿命周期的数字化定义,可以清楚地表述抽象的概念及其关系属性。图2给出了直升机机载设备数字化的对象组成,其中产品主对象是机载设备数字化的基础和主控对象,其他对象是依附产品主对象的子对象。
  直升机机载设备数据信息编码
  1. 信息编码的需求
  (1) 功能需求
  信息编码能够提供对象标识和对象分类功能;应当能够覆盖信息系统管理的所有对象;能够支持编码对象全寿命周期中所涉及的各个管理、生产环节。
  (2)性能需求
  ● 实用性:信息编码应符合使用特点,既充分考虑发展的要求,又兼顾现状。
  ● 统一的编码结构:具有同样功能的编码应具有相同的编码结构。
  ● 可扩展性:编码体系应具有良好的开放性,以便在需要时进行扩充。
  ● 便于计算机信息处理。
  ● 标准化;提高标准化程度,充分考虑到与外部环境接轨,尽可能与相关的国家和行业标准相吻合。
  2.信息编码体系及其技术设计
  (1)信息编码体系
  信息编码体系是指企业或行业信息编码的构成框架,信息编码体系设计的主要内容包括:设置编码的种类,定义各种编码之间的关系,确定各种编码的结构和编码的原则等。
  (2)信息编码体系设计技术
  信息编码体系由分类码和标识码构成。标识码是指实现对象标识功能的代码,分类码是指实现对象类别划分功能的代码。由于代码的功能不同,代码的性质和特点也不同。信息编码体系设计首先应当确定标识码和分类码之间的关系。标识码与分类码的关系有两种典型方案:
  ● 复合结构编码:代码由分类码和标识码组合而成,以固定的形式相连,一般采用在分类码的基础上增加识别号(计数号)的方法构成具有惟一性的标识码;
  ● 平行结构编码:标识码与分类码相互独立生成。
  标识码的设计要求是在整个信息系统范围内具有惟一性和简洁性;同时根据编码统一结构的要求,在各个管理环节中产生的各种对象的标识码应当具有相同的代码结构。
  分类码的设计主要是根据不同类别的划分结果。因此要求分类角度合理、分类效率高。同时遵照统一编码结构的要求,各个管理环节的分类码应当具有统一的分类编码原则和相同的编码结构。
  数字化信息编码管理系统的建立
  1.数字化信息编码管理系统的组织模型
  直升机机载设备数字化过程中产生大量的数据,合理有效地组织数据,将极大地缩短检索、查询过程,使用户能快速获得所需数据。为了有效地组织数据,本文采用了虚拟Item和虚拟BOM的概念。
  虚拟Item是指该Item所表示的信息并不代表某一具体的设备零部件、原材料、物理文档等数据实体,而只是管理过程中某一阶段、某一设备数据片段的信息载体。通过虚拟Item,可以以合适的数据粒度表示特定阶段、特定对象的产品数据段。
  建立虚拟BOM的主要目的是借助于产品结构树的概念,对虚拟Item进行组合,实现面向机载设备管理全寿命周期的数据组织。
  (1) 以管理对象为核心的组织模型
  直升机机载设备数字化过程中,设备、部件和零件都可以抽象为管理对象,与设备相关的数据文档可以封装为数据对象。以管理对象为核心的组织模型就是以管理对象所形成的设备结构数为核心来组织数据,将数据对象和管理对象相关联而形成。
  在对某一管理对象相关的所有数据对象分类之后,将每类数据对象构造为虚拟Item,并把它作为管理对象,建立两者之间的关系,如图3所示。图中分别设计了两个虚拟的Item对象作为最小粒度和强度分析数据组织在一起。
  以管理对象为核心的组织模型能把与设备相关的所有数据都组织在一起,易于理解和使用,而且将部队大量的数据管理归结为对管理对象的管理,并且将这种管理转化为编码形式的信息系统管理,降低了管理的复杂程度。
  (2) 以设备维修阶段划分为核心的组织模型
  直升机机载设备的维修、管理是一个负载的过程,包括维护、修理等多个阶段,因此,为了提供某一阶段的设备完整数据,需要将设备数据按照维修的不同阶段来组织。以维修阶段划分为核心的设备数据组织同样也采用基于虚拟Item和虚拟BOM的数据组织方法。图4是以维修阶段划分为核心的组织模型结构示意图。
  (3) 设备数据组织模型的联系
  隶属于某一管理对象的数据,由于其产生的阶段不同,同时又隶属于设备维修的不同阶段。因此,以管理对象为核心的数据组织模型和以设备维修阶段为核心的数据组织模型之间是相互关联的。
  实现面向直升机机载设备全寿命周期和面向管理对象的设备数据组织模型的柔性重构,关键是对Item对象的规范化编码。这样,在机载设备数字化信息管理的检索查询过程中,既可以通过维修阶段的划分来查找相应的设备数据,也可以通过设备结构数中的设备零部件组成结构查询到相应的设备数据。
  2.机载设备数字化信息编码管理系统的存储模型
  在直升机机载设备全军联网管理过程中,设备的维修和库存由多个部门来完成,完整的设备数据被存储在不同的部队设备数据库中。因此,设备数据存储应保证物理上的分布性、逻辑上的一致性和数据存储的冗余性要求。
  直升机机载设备数字化信息管理系统的数据存储模型采用自顶向下的三层模式结构,即设备数据全局模式、设备数据片段模式和数据分配模式。
  在这种分布式存储模型中,首先应定义完整的设备数据模型及全局设备数据目录,然后进行设备数据的片段划分,最后将划分后的设备数据片段按一定的约束条件,分配存储到不同的部门节点上。
  结束语
  直升机机载设备数字化管理信息系统是在将直升机机载设备数字化的基础上,将各种对象按照一定的规范要求进行编码管理,从而建立起一套完整的信息管理系统。随着各种对产品数字化定义技术(DPD)的不断应用和发展,直升机机载设备数字化信息管理系统将不断的完善和发展,最终形成完整的直升机机载设备数字化信息管理体系,从而提高全军直升机机载设备的管理手段,提升航空兵部队的设备管理水平。 </P><P>给大伙增长些知识</P>
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<P>◎王进才  张宏斌/陆军航空兵学院
  从分析机载设备数字化的基本内涵出发,建立了机载设备数字化的基本概念,提出了产品数据的编码分类模型,并且介绍了信息管理系统的构成及各数据部分之间的联系。
  采用信息技术实现机载设备维修管理的数字化、信息化是航空装备管理的发展趋势。实现这种基于信息技术的现代设备管理与维护的一个重要基础是航空兵部队的信息化,即在航空兵部队范围内的采购、管理、维护等各个环节应有效地进行信息传递、交换和共享手段,形成基于数字化的设备管理的业务环境。直升机机载设备数字化信息管理就是在机载设备数字化的基础上,建立一个科学的、面向全军的机载设备管理体系。
  本文就机载设备数字化的内涵、直升机机载设备数据信息编码的需求、机载设备数字化信息编码管理系统的建立,进行了研究。
  直升机机载设备数字化的内涵
  1.机载设备数字化的基本概念
  直升机机载设备数字化面向从设计、分析、制造、装配到维护、管理等机载设备全寿命周期的各个环节,用于描述和定义机载设备全寿命周期的数字化过程中所应包含的信息以及这些信息之间的相互关联,并使其成为计算机中实现可管理和可用的信息,从而使直升机机载设备数字化信息管理系统能够有效地建立起来。
  2.机载设备数字化数据空间模型
  直升机机载设备数字化的数据空间模型是一个由寿命周期维、产品结构层次维、数据类型维、版本维、控制位置维组成的五维空间模型,如图1所示。空间模型的每一个侧面描述机载设备数字化的不同阶段、不同层次、不同数据类型、不同版本和不同位置的产品信息以及信息之间的关联关系。
  (1)寿命周期维
  寿命周期维主要描述和定义直升机机载设备从设计、分析到维护、管理等直升机机载设备全寿命周期中不同阶段的机载设备数字化所应包含的信息以及信息之间的关系。
  (2)结构层次维
  直升机机载设备结构层次维是以机载设备结构树为基础,用层次建模的方法描述机载设备数字化的框架结构。在零件层,主要是建立每个零件的总体信息、管理特征、材料特性、表面要求、特征信息、特征之间的尺寸和位置公差信息等零件层模型。根据产品结构特征,逐步形成组件层、部件层和机载设备层数据,从而建立完整的直升机机载设备数据。
  (3)数据类型维
  数据类型维描述直升机机载设备数字化的数据类型。结构化数据是指可以以一定的数据结构对直升机机载设备数字化数据进行表达和存储的数据类型,这类数据以数据记录的形式进行表达,并存储在数据库中,例如,直升机机载设备的名称、代号、生产日期、类型等信息;非结构化数据是指所描述的数据具有整体性和关联性,必须以特定的文件格式存储在计算机中,如二维/三维CAD模型等。在非结构化数据中,按数据内容分,又包括几何信息和非几何信息的数据。
  (4)版本维
  直升机机载设备数字化中版本维主要描述和定义产品寿命周期中各种类型的产品数据及其过程数据的版本以及版本的演变历程。版本反映了直升机机载设备的整个使用过程、使用过程的追溯、使用过程中多个方案的比较以及方案选择等数据信息。
  (5)控制位置维
  在全军联网进行直升机机载设备管理过程中,机载设备分布在地理位置不同的多个地点,并分别由这些位置所控制。因此,直升机机载设备数字化的控制位置维主要描述机载设备数据的控制位置。
  3.机载设备数字化的规范
  建立统一的直升机机载设备数字化规范,对于异地分布环境下的协同管理起着至关重要的作用。
  (1)机载设备几何建模规范
  ● 建模手册 建立直升机机载设备几何建模手册的目的在于实现建模规范化,使异地协同管理过程中管理人员可以方便快捷的调用、预装配机载设备及其零部件模型。
  ● 制图规范 制图规范是不同CAD软件之间相互转换的基础,主要用于规范计算机建模过程中所使用的各种符号、代号、计量单位和标记方法等。
  ● 坐标系定义 应用坐标系可以方便地确定各零部件之间的相互对应关系,便于各组件的安装、维护。
  (2) 电子文档定义规范
  在直升机机载设备全寿命周期数字化的过程中,会产生大量的不同类型、不同性质的电子文档。电子文档定义规范就是要对各种文档的内容及其结构化管理信息进行统一的规定。
  文档内容的定义规范主要是根据文档所要反映的技术内容、数据特点和定义工具来综合确定文档描述信息的格式。
  文档管理信息定义规范给出了文档的类型、技术状态、版本、密级、控制位置等结构化管理信息定义的有关规则,从而实现各类文档有效地组织、存储、版本管理和安全控制,便于文档的快速检索和查询,保证授权用户能快速获取所需文档。
  (3)机载设备数据编码规范
  直升机机载设备规范规定了与机载设备有关的所有数据对象的编码原则。对于每一类产品数据对象,产品信息编码采用分类码和标识码相结合的编码规则,其中分类码的作用是根据确定的概念对各对象及其特定属性进行归类,而标识码的作用是明确无二义地标识一个实例化对象。这种编码方法能够满足编码对象寿命周期中所涉及的各个环节对编码的需求。
  4.机载设备数字化的模型的建立
  (1) 可重用知识模型
  一方面机载设备的使用和研制要继承和重用以前的知识模型,另一方面又要根据新机型的机载设备的具体要求进行创新。可重用知识模型确定了各种可重用模型的定义原则和应用方法。
  ● 标准件模型 要以国标、部标和行标为依据,对各种标准件模型进行定义,并制定统一的建库、检索和调用方法。
  ● 参数化典型零件模型 直升机机载设备的部分零件具有相似性,因此,在进行管理和维护是可以重用以前的零件或仅作少量修改。对这些相似零件进行参数化定义得以显著提高典型零件模型的可重用、可重构和可扩展性,从而提高管理、维护效率。
  (2)机载设备数字化的对象模型
  面向对象的方法是指按应用域的观点对信息进行描述、存储和使用。采用面向对象的方法进行直升机机载设备全寿命周期的数字化定义,可以清楚地表述抽象的概念及其关系属性。图2给出了直升机机载设备数字化的对象组成,其中产品主对象是机载设备数字化的基础和主控对象,其他对象是依附产品主对象的子对象。
  直升机机载设备数据信息编码
  1. 信息编码的需求
  (1) 功能需求
  信息编码能够提供对象标识和对象分类功能;应当能够覆盖信息系统管理的所有对象;能够支持编码对象全寿命周期中所涉及的各个管理、生产环节。
  (2)性能需求
  ● 实用性:信息编码应符合使用特点,既充分考虑发展的要求,又兼顾现状。
  ● 统一的编码结构:具有同样功能的编码应具有相同的编码结构。
  ● 可扩展性:编码体系应具有良好的开放性,以便在需要时进行扩充。
  ● 便于计算机信息处理。
  ● 标准化;提高标准化程度,充分考虑到与外部环境接轨,尽可能与相关的国家和行业标准相吻合。
  2.信息编码体系及其技术设计
  (1)信息编码体系
  信息编码体系是指企业或行业信息编码的构成框架,信息编码体系设计的主要内容包括:设置编码的种类,定义各种编码之间的关系,确定各种编码的结构和编码的原则等。
  (2)信息编码体系设计技术
  信息编码体系由分类码和标识码构成。标识码是指实现对象标识功能的代码,分类码是指实现对象类别划分功能的代码。由于代码的功能不同,代码的性质和特点也不同。信息编码体系设计首先应当确定标识码和分类码之间的关系。标识码与分类码的关系有两种典型方案:
  ● 复合结构编码:代码由分类码和标识码组合而成,以固定的形式相连,一般采用在分类码的基础上增加识别号(计数号)的方法构成具有惟一性的标识码;
  ● 平行结构编码:标识码与分类码相互独立生成。
  标识码的设计要求是在整个信息系统范围内具有惟一性和简洁性;同时根据编码统一结构的要求,在各个管理环节中产生的各种对象的标识码应当具有相同的代码结构。
  分类码的设计主要是根据不同类别的划分结果。因此要求分类角度合理、分类效率高。同时遵照统一编码结构的要求,各个管理环节的分类码应当具有统一的分类编码原则和相同的编码结构。
  数字化信息编码管理系统的建立
  1.数字化信息编码管理系统的组织模型
  直升机机载设备数字化过程中产生大量的数据,合理有效地组织数据,将极大地缩短检索、查询过程,使用户能快速获得所需数据。为了有效地组织数据,本文采用了虚拟Item和虚拟BOM的概念。
  虚拟Item是指该Item所表示的信息并不代表某一具体的设备零部件、原材料、物理文档等数据实体,而只是管理过程中某一阶段、某一设备数据片段的信息载体。通过虚拟Item,可以以合适的数据粒度表示特定阶段、特定对象的产品数据段。
  建立虚拟BOM的主要目的是借助于产品结构树的概念,对虚拟Item进行组合,实现面向机载设备管理全寿命周期的数据组织。
  (1) 以管理对象为核心的组织模型
  直升机机载设备数字化过程中,设备、部件和零件都可以抽象为管理对象,与设备相关的数据文档可以封装为数据对象。以管理对象为核心的组织模型就是以管理对象所形成的设备结构数为核心来组织数据,将数据对象和管理对象相关联而形成。
  在对某一管理对象相关的所有数据对象分类之后,将每类数据对象构造为虚拟Item,并把它作为管理对象,建立两者之间的关系,如图3所示。图中分别设计了两个虚拟的Item对象作为最小粒度和强度分析数据组织在一起。
  以管理对象为核心的组织模型能把与设备相关的所有数据都组织在一起,易于理解和使用,而且将部队大量的数据管理归结为对管理对象的管理,并且将这种管理转化为编码形式的信息系统管理,降低了管理的复杂程度。
  (2) 以设备维修阶段划分为核心的组织模型
  直升机机载设备的维修、管理是一个负载的过程,包括维护、修理等多个阶段,因此,为了提供某一阶段的设备完整数据,需要将设备数据按照维修的不同阶段来组织。以维修阶段划分为核心的设备数据组织同样也采用基于虚拟Item和虚拟BOM的数据组织方法。图4是以维修阶段划分为核心的组织模型结构示意图。
  (3) 设备数据组织模型的联系
  隶属于某一管理对象的数据,由于其产生的阶段不同,同时又隶属于设备维修的不同阶段。因此,以管理对象为核心的数据组织模型和以设备维修阶段为核心的数据组织模型之间是相互关联的。
  实现面向直升机机载设备全寿命周期和面向管理对象的设备数据组织模型的柔性重构,关键是对Item对象的规范化编码。这样,在机载设备数字化信息管理的检索查询过程中,既可以通过维修阶段的划分来查找相应的设备数据,也可以通过设备结构数中的设备零部件组成结构查询到相应的设备数据。
  2.机载设备数字化信息编码管理系统的存储模型
  在直升机机载设备全军联网管理过程中,设备的维修和库存由多个部门来完成,完整的设备数据被存储在不同的部队设备数据库中。因此,设备数据存储应保证物理上的分布性、逻辑上的一致性和数据存储的冗余性要求。
  直升机机载设备数字化信息管理系统的数据存储模型采用自顶向下的三层模式结构,即设备数据全局模式、设备数据片段模式和数据分配模式。
  在这种分布式存储模型中,首先应定义完整的设备数据模型及全局设备数据目录,然后进行设备数据的片段划分,最后将划分后的设备数据片段按一定的约束条件,分配存储到不同的部门节点上。
  结束语
  直升机机载设备数字化管理信息系统是在将直升机机载设备数字化的基础上,将各种对象按照一定的规范要求进行编码管理,从而建立起一套完整的信息管理系统。随着各种对产品数字化定义技术(DPD)的不断应用和发展,直升机机载设备数字化信息管理系统将不断的完善和发展,最终形成完整的直升机机载设备数字化信息管理体系,从而提高全军直升机机载设备的管理手段,提升航空兵部队的设备管理水平。 </P>
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