迈向软件配置管理（SCM）与产品数据管理（PDM）的集成？

# 迈向软件配置管理（SCM）与产品数据管理（PDM）的集成？ ## 1. 引言 工程的目标是提供以合理的成本、质量和时间来构建产品的实用方法。本文聚焦于计算机辅助产品工程，比较软件工程与其他多数工程领域的现状与实践。 长期以来，不同工程学科（如土木、机械、电气）一直致力于控制物理产品（如建筑、飞机、汽车）的设计与实现方式。复杂产品由众多部件组装而成，部件的细节体现了相关工程的内部特性。然而，大量组件及其演变引发了产品管理问题，专注于设计数据的学科便是产品数据管理（PDM）。早在计算机出现之前，就已出现了诸如版本和组装等概念来解决这些问题。 自 20 世纪 70 年代起，计算机在设计（CAD）和制造（CAM）两个方向提供辅助。同时，软件工程及相关产品应运而生。多数工程领域构建了完整的计算机辅助工程环境（CAEE），可分为两类工具：一类是特定领域工具，用于定义产品的各个部分；另一类是与产品管理相关的工具，涉及产品的存储、组装和演变。本文着重探讨第二类工具，即软件工程环境中的软件配置管理工具（SCM 工具）和产品工程环境中的产品数据管理工具（PDM 工具）。 在抽象层面上，SCM 和 PDM 看似相同。本文旨在深入分析这两类工具，找出它们的实际差异，研究各领域的专业知识、惯例和标准，以及这些标准和惯例的任意性程度，探讨一个领域的专业知识能否应用于其他领域，最终探讨构建通用计算机辅助工程环境（CAEE）的合理性。 本文选取了 PDM 领域的领先工具 Metaphase，以及 SCM 领域的 ClearCase 和 Adele 进行比较。SCM 和 PDM 都认可将服务分为四大类： - 产品模型（组件及其关系的模型） - 版本化产品模型（版本控制、组合、选择） - 与特定领域工具的关系（工作空间、并行工程） - 过程模型（变更控制、活动控制、组织控制） ## 2. 标准 ### 2.1 PDM：STEP 标准 STEP（产品模型数据交换标准）是 ISO 标准（ISO DIS 10303），源于两大工业需求：一是大型产品涉及众多分包商，需要交换需求和设计；二是存在大量标准组件库。其目标是通过交换标准化数据产品模型，促进不同 CAD 环境之间的互操作性。 该标准十分全面，包含用于产品建模的 EXPRESS 语言（第 11 部分）。EXPRESS 定义了通用数据产品模型（GDPM）和集成资源（IR），如产品描述与支持、产品结构配置等与 SCM 相关的资源，多数其他资源则是特定领域的。 在此基础上，定义了应用协议（AP），描述特定应用领域。我们主要关注 AP203，即机械零件和组件的配置控制 3D 设计，它是首个达到国际标准水平并被专业人士广泛遵循的 AP。AP203 雄心勃勃，在多个方向定义了标准，包括产品模型、配置管理、一些过程支持，并通过上下文概念整合了不同工程学科。任何辅助专业人士的工具都需以某种方式支持 STEP 标准。 ### 2.2 SCM：是否存在标准？ 与 STEP 相比，软件行业尚未强大到足以推行全行业标准。虚拟企业并非主要关注点，行业范围的标准软件组件库仍是梦想。仅粗粒度组件（如数据库、窗口管理器）被广泛复用，替换组件常面临问题。 软件是一个年轻且不成熟的工程领域，目前尚未实现类似 STEP 的标准。这使得软件工程领域充满活力、适应性强，但也意味着每个 SCM 工具可自由提出自己的概念和机制，缺乏明确的优劣比较。未来可能会出现标准，但需确保与 PDM 标准兼容。 ## 3. 产品建模 ### 3.1 数据模型 数据模型是描述产品模型的形式化方法，如关系数据模型或面向对象数据模型。它决定了产品模型的构建概念，对产品建模方式和描述某些组装类型的可能性有重大影响。 #### PDM 数据模型 在 PDM 中，EXPRESS 是 STEP 数据模型，是一种面向对象的建模语言，用于静态定义满足复杂约束的结构化工件。对象类定义了一组属性和约束，属性值可以是对其他对象的引用。EXPRESS 提供了丰富的类型系统，支持多种类型构造器，允许定义聚合的排序、基数和唯一性，还可声明属性为可选。 例如： ```plaintext SCHEMA person_organization_schema ; ........ ENTITY person ; id : identifier ; last_name : OPTIONAL label ; first_name : OPTIONAL LIST [1, ?] OF label ; UNIQUE UR1 : id ; WHERE WR1: EXISTS (last_name) OR EXISTS (first_name) ; END_ENTITY ; ``` EXPRESS 旨在描述数据结构和相关不变量，不涉及动态方面，不提供方法。虽然 EXPRESS 语言在 STEP 标准中使用，但每个 PDM 工具都有自己的建模语言。例如，Metaphase 基于 Oracle 构建，关系可以有属性，但值非常简单，早期版本不处理文件。 总体而言，PDM 数据模型通常足以描述多种数据结构，但重点在于定义复杂对象的静态属性，而非行为或技术问题。 #### SCM 数据模型 传统 SCM 系统通常没有明确的数据模型，或数据模型非常薄弱。大多数系统基于文件和目录等硬编码概念，难以管理复杂对象，通常仅支持文件系统的属性。 现代 SCM 系统仍然存在不足。ClearCase 仅识别文件和目录，没有类型系统，所有文件属性相同，没有真正的关系和复杂对象概念。商业系统中，只有 Continuus 具有面向对象模型，但缺乏关系且语言基础薄弱。 Adele 是一个非标准的 SCM 系统，其数据模型是 Java 语法和执行模型与 EXPRESS 数据模型的结合。它兼具丰富的数据模型和优雅流行的编程语言，还包括触发器和关系等高级特性，自然支持高效的文件处理。 综上所述，除少数例外，SCM 更注重文件处理，而非对象建模。 ### 3.2 产品模型 产品模型是根据数据模型表达的数据方案。SCM 产品模型通常包含程序、模块、接口等类的定义，而 PDM 模型定义了几何对象、组件或零件等类。 #### PDM 产品模型 “产品数据”涵盖了形状、功能、生产成本等多种信息，核心围绕产品结构。无论产品如何，基本概念是零件和组件，组合关系至关重要。例如，自行车是由两个轮子、一个车架等组成的组件。 PDM 模型的核心是组合关系。Metaphase 在其数据模型中包含了这一概念，但 EXPRESS 语言中，关系是一种模拟，通过包含“related_object”和“relating_object”两个属性的对象来表示，这使得高级概念和约束难以表达，并引入了性能问题。 PDM 产品模型的一个特点是，根据抽象级别，可以区分同一模型的不同实例。例如，自行车的两个轮子是同一模型的不同实例，这对于计算生产成本、重量和绘制物理表示非常重要。 PDM 工具提供了多种表示方式，从零件列表（树结构，每个节点对应组件的物理实例）到物料清单（