TDP技术实现制造业信息共享设计

王　桢,邹红霞

(中国人民解放军装备学院　a.研究生管理大队； b.信息装备系，北京　101416)



TDP技术实现制造业信息共享设计

王桢a,邹红霞b

(中国人民解放军装备学院a.研究生管理大队； b.信息装备系，北京101416)

TDP (Technical Data Package,技术数据包)是信息共享中的一种数据封装技术，是信息化制造业的关键技术之一，用于实现产品全生命周期数据的传递与管理，在2009年解密并于2013年由美国军方发布MIL-STD-31000A标准文件；在标准文件的概念基础之上，分析了TDP技术的特点，梳理并总结出了TDP数据包结构；结合TDP技术特点与国内制造业信息化现状，提出适合于国内用于企业内信息共享与企业间跨供应链协作的TDP设计目标，结合设计目标对TDP数据包的生成流程、TDP在网络间通信与TDP与现有系统间连接等几个关键点进行了设计。

TDP；技术数据包；信息共享；信息化制造业

本文引用格式：王桢,邹红霞.TDP技术实现制造业信息共享设计[J].兵器装备工程学报，2016(8):137-141.

企业在前期的信息化进程中，引入了ERP、MES等业务系统，由于这些系统是面向不同业务开发，各系统之间缺乏统一标准的信息共享接口，难以实现企业内生产经营信息进一步流动，对企业信息统一管理以及跨部门跨职能获取信息造成了很大的障碍[1]。TDP[2]是伴随美国的MBE(Model Based Enterprise，基于模型的企业)概念而提出，用于实现企业内部不同业务系统之间的信息共享以及企业间用于产品生命周期过程中协作信息共享的一种配套技术，其目的是打破企业内部和企业之间的信息壁垒，实现企业内部门间信息快速流通和企业间基于价值链的协作[3]。

本文在美国国防部2013年2月26日正式公开发布的TDP技术标准文档MLA-STD-31000A的基础之上，分析了TDP技术的优点以及可以采用的数据包结构，提出了TDP设计目标并对TDP的生成工具、通信功能和与现有系统连接进行了初步的设计。

1　TDP技术

1.1TDP介绍

TDP是技术数据包的缩写。在基于模型的企业中对TDP定义为：“TDP是一个可以支持采购、生产、工程的技术说明和后勤支持(如工程数据的配置、培训和技术手册)，用来定义生产步骤中用于确保产品性能所需设计配置和性能要求的一项技术”[4]。一个典型的应用，如图1所示，波音将MBD数据集定义为全业务系统的数据中心[5]，MBD数据集从所有的业务系统中获取数据，进行统一的格式处理后依需求将获取的数据封装成为相应的TDP数据包，将TDP数据包通过在线或离线的方式发送给具体的使用者及生产设备终端和检测设备终端。

图1　波音TDP实践

使用TDP，可以将有关产品的技术数据进行统一的定义、封装与交换，通过建立与三维产品设计系统、三维工艺设计系统、制造执行系统和企业资源计划系统等系统[6]之间的接口，实现全生命周期信息的传递。一个典型的例子：工程职能部门给出了关于产品及其制造过程的定义(包括描述产品形状、尺寸公差以及功能要求的设计模型、加工模型，以及各种技术要求、条件、规范和资源等等)，然后生产以及采购等部门从分发平台中下载TDP数据包，拆封并获取本部门所需信息，根据这个产品定义的相关信息制订计划、组织采购以及车间生产等业务活动，努力使得最终交付给用户的产品或服务符合在工程环节给出的包括功能、品质以及成本等各方面的要求[7]。

在企业业务应用中，使用TDP具有下列优势：

TDP是基于MBD的模型数据传递技术，采用TDP可以对模型的使用起到标准化的作用，通过TDP的约束可以改变当前进行模型设计时设计标准、保存格式、标注信息等不规范的问题，为企业间合作打下良好的基础。

使用TDP，可以覆盖企业全业务系统，即使这些系统不被PLM(Product Lifetime Management，产品生命周期管理)系统所支持，依然可以通过TDP及时获取数据并开展业务活动，填补PLM管理的空白。

完善了对设计信息的管理，由于产品设计信息由多个业务系统的数据组合而成，这些不同格式的文件如何进行组织，由谁来负责组织与维护成了一个阻碍数据管理的问题。使用TDP可以以模型为中心，将按照部件模型所生成的所有数据进行统一归类与管理，形成一个树形结构目录，方便管理与后期查找。

在安全层面，使用TDP可以实现安全可控的数据分发过程，通过对TDP数据包的操作，实现对与部分或全部数据的管理与控制，以及加密等安全操作。

对于离线系统的支持，由于安全或管理上的需要，有些企业或企业内部分系统并没有接入网络，进行数据交换需要由人工操作完成，这样不但费时费力，而且容易造成操作上的失误，使用TDP工具，可以实现在接收端和联网操作一样的方便，大大减少了人工操作带来的问题。

1.2TDP数据元素

TDP是围绕模型实现相关数据的组织。由于各企业信息化程度的差异，MBD技术实践程度不同，对于模型和相关数据的需求也各不相同。对此，TDP制定了一系列的TDP元素，定义了围绕模型所需要交换数据的类型，TDP所包含的元素如下：

几何模型：几何模型是TDP的核心，所有数据都围绕几何模型进行组织。为支持多业务系统对模型的使用，TDP应包含以下3种格式的模型：原生格式，原生格式是直接从模型设计软件中导出的格式，支持该格式的其他业务系统可以直接读取，确保交换过程信息绝对完整。交换格式，企业各业务系统并不一定都支持设计软件原生格式，为实现模型文件的获取，需要使用公认的第三方格式，通过第三方格式进行模型交换，但是在转换成为第三方格式时可能产生模型数据的差错。简易格式，并不是所有的业务系统都需要完整了解模型的具体构成，此外，向管理层或向合作企业提供的模型也不需要包含对模型的完整描述，简易格式采用日常办公常用的格式(如pdf)，实现对模型直观的呈现任务[8]。

图纸、技术文档：单纯依靠模型是无法描述生产加工过程以及用料信息的，而且并不是所有的业务系统都支持使用模型定义的方法，在某些具体的操作环节还是需要使用2D图纸作为加工标准。

制造加工信息(PMI)：用于定义非几何信息，如文本、尺寸或者标记等。

相关的清单报表：如多视图BOM等。

其他的产品定义数据：企业自己对产品定义的数据。

品质保证条款、可靠性数据：用来对产品品质的控制。

性能要求：对产品需要达到特性的指标。

相关的认证、标准、规范、资源：生产过程中需要参考的资料。

除此之外，为实现松耦合环境下的协同开发，还需要在安全方面附加一系列的数据。这些不是TDP必须的元素，但对于实现企业间的协作具有实际意义。这些元素包括：

内容验证签名信息：用来杜绝非法修改。

数据访问授权签名信息：通过授权允许相应用户进行修订。

流程签审信息：体现工程迭代痕迹、发布有效性，实现数据的可审计[9]。

1.3TDP数据包结构

TDP是一种承载模型与相关文件的文件集合。除此之外，作为执行信息共享的交换实体，TDP还需要携带在网络中流转的路由信息、用于标明TDP包模式的类型信息、用于安全的权限和加密等信息，除此之外，还需要一个标记TDP内所含资源的目录信息。这些信息共同构成了TDP数据包，具体内容如图2所示。TDP数据包的内容分为配置信息与载荷信息两大类。

配置信息是用来描述TDP数据包的信息，除了发布者、接收者、类型等信息外，还有用于对模型进行确定的部件号与合同号，通过这两个信息可以唯一确定模型的从属；生产商标识码则是用于企业间合作时对合作企业的管理；通过设计者与修改者，可以知道TDP包当前的修改状态；分发状态用于标明该TDP是用于群发、多发还是单发；密级用于标注TDP数据包的安全程度。

图2　TDP数据包内容

载荷信息是对模型及模型相关文件的封装，目录记录了TDP数据包包含的所有文件内容和层级结构信息，通过查询目录可以直观了解TDP数据包具体包含了哪些文件、每一个文件的文件类型、文件名、文件格式、文件的从属关系等信息，从而指导用户从TDP数据包中获取所需的文件信息。实体即交换信息的实体，为实现各部门协作，应对修改实体数据文件的情况，将实体数据与记录修改的修改日志一同作为交换实体。

2　TDP应用设计

2.1制造业信息共享设计目标

1) 多样性：支持面向不同应用的不同数据需求，灵活组织数据，通过“模板—实例化”的方式实现对接收方不同数据需求的支持。

2) 服务式交互：采用SOA的方式实现TDP数据包的发送与接收，SOA(Service Oriented Architecture,面向服务的架构)作为一种全新的系统设计理念和技术方法，其粗粒度、松耦合、平台无关性的特点[10]一方面可以大大减轻安装在各个业务系统上所产生的影响，另一方面也可以实现新业务系统的即插即用。

3) 自我管理：TDP不仅仅是对数据的传送，还需要完成对包内各种数据之间关系的表达，体现出数据包的模式。这种模式在TDP流转的过程中必须保持并能够被用户读取。对于双向交互的TDP而言，在用户对TDP增加、删除或修改内容之后，这种关系也必须能够保持且随着TDP回馈给TDP发送方。

4) 安全性：TDP的流转环境包括企业内部网与互联网，在互联网中流转TDP会给非法的数据访问者以可乘之机，这可能会造成TDP数据包丢失、被篡改或被窃取。TDP需要通过一系列的手段确保在互联网中流转的数据包不被修改，在某些重要的内容则需要通过加密、签名和授权等方式确保数据包的内容不能被非法人员知晓。

2.2TDP生成流程及工具设计

为实现TDP的跨应用系统、跨平台的特性，在借鉴传统信息共享方式的基础之上，对TDP的生成方式进行了设计，并根据生成方式进一步设计了TDP的生成工具。

TDP的生成过程主要分为如图3所示的4个步骤：

图3　TDP生成流程

明确需求：根据产品生产过程特性，明确该过程所需数据类型、数据格式与数据接收方。根据需求，从已知TDP模板中寻找并确定采用模板；若未发现所需模板，则需要自行根据需求设计封装结构，并将设计结构生成可读可理解的文件格式。

数据导入：针对不同的应用系统平台，设计不同的方式进行应用系统数据的导入工作。对于文本文件等，直接导入文件的内容，抛弃文件原有格式，对内容进行规范与整理；对于专有格式文件，则直接读入系统之中，同时进行格式检查。

数据封装：将共享内容封装成为TDP交换包。按照模板的格式，将各类内容逐一导入并生成载荷信息目录。待导入完毕后，对照模板，将与模板中规定不符的部分进行标记，并将标记信息添加到载荷信息的目录之中。最后，将所有文件及文本内容和目录作为载荷信息进行封装，之后根据用户输入的需求，生成配置信息，与载荷信息一起封装成为TDP信息交换包。

验证与发布：验证是指对组成信息的模板与数据进行合法性与完整性检查[11]，验证支持在线验证与离线验证两种方式，在线验证需要用户将生成的TDP信息交换包与所选用模板上传到TDP验证中心，由TDP验证中心对模板进行验证，并依据模板所引用的参考标准逐一对TDP信息交换包载荷信息中的交换实体进行逐一的标准与格式验证。离线方式则是由TDP生成方根据现有模板和离线存储的标准文件对TDP信息交换包的载荷信息进行逐一的标准与格式验证。验证结果分为通过与不通过，通过的TDP信息交换包可以正式发布并能够被所有遵循TDP标准的用户读取与理解，不通过的TDP信息交换包不建议进行发布操作，不能够保证生成的TDP信息交换包可以被所有遵循TDP标准的用户读取与理解，但是否最终发布由具体的应用厂商和TDP设计者决定，在此并不进行强行规定。发布则是将TDP信息交换包发送到TDP交换中心，进行TDP信息交换包的注册，由信息交换中心负责TDP信息交换包的路由与交付以及推送功能。

TDP生成工具在以上生成过程的基础之上进行进一步的细化与功能设计。为支持多类型的导入导出功能，输入部分应设计与数据库进行交互的接口，与ETL工具进行交互的接口以及直接与系统资源管理器进行文件交互的接口；输出部分则按照需求支持在线上传功能与离线导出到系统资源管理器的功能。

验证过程是TDP实现通用性的关键过程，在验证过程部分，设计在线与离线两种方式，其中，离线验证需要通过TDP生成工具实现。为实现TDP信息交换包的验证，TDP生成工具需要拥有模板库与标准库，模板库保存着本应用系统可能涉及的TDP模板或包含所有的TDP模板，标准库则包含本应用系统产生数据需要遵循的标准以及TDP交换中心所制定的本行业本信息共享环境内所需要遵循的标准。当生成TDP信息交换包时，将载荷信息传送到验证模块，由验证模块根据载荷信息目录查找并加载所需要的模板与标准，并根据模板与标准对载荷信息包括目录在内的所有的内容进行标准检查。

2.3TDP通信设计

为实现TDP信息交换包在企业内各业务系统之间的流转，支持企业间产品数据的共享，对TDP信息交换包在网络中的通信传输进行了设计。

为实现TDP系统的灵活性，在传统的数据交换的基础之上，结合了SOA Web Service的优势与制造业实际的信息需求，设计了TDP系统的通信方式，主要分为发送、接收、订阅、检索、请求5种方式。

发送与接收是传统的信息交换的方式，当在某一业务系统生成TDP信息交换包之后，TDP生成工具将采取在线上传或离线导出两种方式进行TDP信息交换包的传递。使用在线上传的方式，TDP信息交换包将被上传至TDP交换中心，由TDP交换中心对TDP信息交换包进行注册与记录，并根据需求将TDP信息交换包发送至响应接收方，完成TDP信息交换包的路由，发送流程如图4所示。

图4　发送流程

订阅功能是TDP接收方首先向TDP交换中心请求订阅TDP信息交换包，TDP交换中心通过请求寻找TDP发送方并通知TDP发送方相应请求。TDP发送方根据己方情况与收到的请求生成TDP信息交换包并发送给TDP交换中心。订阅分为短期订阅与长期订阅，当因某一项目或某一问题TDP接收方需要短期订阅TDP信息交换包时，向TDP交换中心发送请求，由TDP交换中心记录时限并完成TDP信息交换包发送与接收功能并到期停止订阅，如图5所示；在整个产品生命周期或业务系统的需要TDP接收方需要长期订阅某一TDP发送方的内容时，向TDP交换中心发出长期订阅请求，TDP交换中心将该请求进行记录，随后根据TDP请求方的要求，由TDP交换中心定期向TDP发送方发出TDP信息交换包的请求，并接收TDP信息交换包以及路由至TDP接收方，如图6所示。

检索功能要求TDP交换中心具有全局的统一视图，对所有TDP系统所连接的应用系统，所提供的数据资源以及已生成的TDP信息交换包有明确的记录。当TDP接收方需要检索某一发送过的TDP信息交换包，由TDP交换中心接收检索请求并在内部的记录中进行检索，将检索结果反馈给TDP发送方，完成检索功能，由发送方向接收方发送TDP信息交换包，如图7所示。

图5　TDP短期订阅

图6　TDP长期订阅

图7　TDP检索

请求功能则分为对TDP交换中心的请求以及对TDP发送方的请求。二者均被发送至TDP交换中心并在交换中心进行记录，对于TDP发送方的请求，由TDP交换中心向TDP发送方进行转发，如图8所示。

图8　TDP请求

2.4TDP与现有系统连接

将TDP系统与业务系统互相连接，实现TDP在企业内的数据采集与数据交付功能。在这里，除了需要实现TDP的数据共享功能之外，还要能够在不影响现有业务系统正常工作的前提之下分门别类的将这些业务系统连接起来，其中，图1所展示的波音的策略具有较强的参考价值，但是，波音仅仅是将TDP作为数据统一管理与下发的工具来进行使用，并没有挖掘出TDP的所有功能。

TDP作为信息共享的工具其传递方向可以是双向的，除了执行分发功能之外，TDP也可以执行数据的采集功能。相对于下发数据而言，数据的采集功能更能体现TDP在信息共享中的作用。对此，在基于波音的TDP技术实践上，提出了可以作为企业间信息共享的TDP解决方案，如图9所示。一方面，TDP通过与PLM系统直接进行数据交换，这样，TDP作为异构、异地应用系统(例如异构PLM系统)之间实现相互协作的桥梁，可以从一个应用系统(如TeamCenter)中导出，然后再导入另一个应用系统(如WindChill)，对于常用的PLM系统，(如TeamCenter和WindChill)，可以开发对应的插件，通过这些插件，应用系统可以直接将零部件的技术数据打包，并且将TDP实用工具附加其中。另一方面，由于中小型企业无力承担PLM的改造，TDP可以采用直接连接的方式，与各个业务系统相连，同样，对于常用的业务系统软件，可以开发对应接口实现数据的交换，对于使用量较少的或者定制的业务系统，TDP可以通过文件交换的方式，从TDP包中将对应文件导出再导入到对应业务系统之中，实现数据的交换。

为实现对跨企业间业务协同的支持和与企业内部其他业务系统之间的信息共享，TDP还可以为相应需求留有接口，从而实现如面向管理层的轻量级模型展示，仿真结果的传递，产品信息封装及企业之间的交换等。

图9　TDP与现有系统连接

3　结论

本文对TDP技术做了介绍并针对TDP在国内行业的应用进行了初步的设计。TDP作为企业信息化过程中实现信息共享的重要一环，具有格式统一、信息规范、跨域共享、搭建简单、扩展性强等优势。由于TDP的研究刚刚起步，如何利用好TDP作为信息化企业中信息共享的技术，将各企业各业务平台由于系统原因形成的数据孤岛打破，实现全供应链技术信息的共享，具有很强的现实意义。TDP是企业信息化过程中实现逻辑上连接的链路，TDP性能的好坏也将直接影响到企业内部信息共享的效率，只有从实际出发，沿着理论结合实际的路线，针对中国企业的特点进行设计，才能推动企业信息化的进程。

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(责任编辑杨继森)

Design of Using Technical Data Package Technology to Achieve Manufacturing Information Sharing

WANG Zhena，ZOU Hong-xiab

(a.Department of Graduate Management; b.Department of Information Equipment,Equipment Academy of PLA, Beijing 101416, China)

TDP is a data packaging technology for information sharing, and it’s one of the key technologies for Manufacturing Information and a good method for product lifetime data transmission and management. It’s unclassified in 2009 and published in 2013 by the American military with standard file MIL-STD-31000A. This paper made analysis of TDP with its advantages and data package structure based on the concept of standard file. On the background of Chinese’s current manufacturing situation, this paper presenteed some goals for enterprise information sharing and cross-chain cooperies, and made design of TDP data package producing technological process, TDP communication through network and the connection between TDP software and host system software.

TDP; technical data package; information sharing; manufacturing information

2016-02-05；

2016-03-11

王桢(1992—)，男，硕士研究生，主要从事信息科学与控制工程研究。

10.11809/scbgxb2016.08.031

format:WANG Zhen，ZOU Hong-xia.Design of Using Technical Data Package Technology to Achieve Manufacturing Information Sharing[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2016(8):137-141.

TP391

A

2096-2304(2016)08-0137-06

【信息科学与控制工程】