PDM + Web = Windchill
Архитектура Windchill
Что дает реализация PDM на базе Web?
Литература

Современная корпорация объединяет множество различных подразделений, часто предъявляющих свои уникальные требования к производственному процессу. Два наиболее ярких примера — международные организации, в которых должны соблюдаться правила локальных рынков, и транснациональные корпорации, состоящие из различных компаний. Такие структуры не смогут сохранять конкурентоспособность без эффективного управления своими функционально и географически разрозненными подразделениями и теми огромными массивами данных, которые они создают и используют. Для этого необходима мощная информационная технология, способная создать виртуальное пространство данных о корпоративной продукции и обеспечить динамическую связь всех данных об изделиях, возникающих на протяжении всего их жизненного цикла.

За последнее десятилетие программы управления информацией корпоративного уровня эволюционировали от централизованных систем на мэйнфреймах к системам с распределенной архитектурой "клиент/сервер". Однако, несмотря на наличие большой коммерческой потребности, реализации подобных систем имели до недавнего времени лишь ограниченный успех. Являясь, по сути, слепком с больших систем эпохи мэйнфреймов, реализации клиент/серверных технологий продолжают следовать традиции этой эпохи — разработке по методу "сверху-вниз". Полученные в результате системы с жестко определенными внутренними связями резко контрастируют со свободным потоком распространения информации и делают очевидными присущие централизованной архитектуре недостатки. Их трудно развертывать, дорого поддерживать и сложно адаптировать к постоянным изменениям требований корпоративного бизнеса. Такие системы, как правило, зависят от знания частных инструментальных средств и ресурсов поставщика. Но главным препятствием для эффективной работы является навязывание единого представления информационных ресурсов — унифицированной модели данных. Хотя такая модель может быть распределена по подсистемам подразделений корпорации, для всех подсистем она должна быть полностью одинакова. В результате создается однородная объединенная среда, никак не учитывающая ни различия решаемых задач и профессионального уровня пользователей в географически разбросанных подразделениях корпорации ни постоянного изменения требований и условий ведения бизнеса. В итоге множество PDM-разработок, следовавших традиционным принципам архитектуры клиент/сервер, оказались не в состоянии выйти за рамки научного проекта отдела информационных технологий. Пользователи недопустимо долго находятся в состоянии ожидания прикладной системы для отслеживания проектной информации об изделии, а окупаемость таких проектов оказывается неприемлемо низкой.

Ситуацию может улучшить Internet, Java и другие Web-технологии, уже зарекомендовавшие себя как эффективные инструменты построения информационных приложений поддержки бизнеса. Решения на базе Internet способны объединять как различные подразделения внутри компании, так и различные компании в рамках расширенного предприятия. Поэтому возникает вопрос — можно ли найти оптимальную комбинацию производительности, функциональности и мощных механизмов управления и защиты, требуемых для реальных систем PDM корпоративного уровня, и всех тех удобств и преимуществ, которые имеет Web?

К сожалению, чаще всего ответ выражается в виде простого дополнения клиент/серверных приложений средствами работы с Web, которые как бы "прикрепляют" WWW в качестве общего интерфейса доступа к корпоративной информации. Такой подход, однако, не ликвидирует недостатки прежней системной архитектуры.

Реальные преимущества нового Web-мира смогут выявить принципиально новые приложения, архитектура которых непосредственно основана на Internet-технологиях. Такую архитектуру называют Web-ориентированной (Web-centric). Вычислительная модель Web предоставляет не только совершенно иную техническую инфраструктуру, но и другой концептуальный подход к построению крупномасштабных информационных систем.

PDM + Web = Windchill

В 1996 г. пять специалистов по PDM из компании Metaphase, образовали компанию Windchill Technology. Оценив то глубокое влияние, которое Internet и Web-технологии оказывают на системы управления бизнес-информацией корпоративного класса, основатели Windchill приняли решение направить свой опыт и творческий потенциал на выработку нового подхода к реализации этих систем. Цель создания новой компании была сформулирована следующим образом: предоставить конечным пользователям, разработчикам приложений и системным интеграторам программную и инструментальную платформу, основанную исключительно на стандартных Web-технологиях, для быстрой реализации высоко-критичных систем управления проектной информацией для широкого спектра производственных отраслей — от автомобильной и аэрокосмической промышленности до телекоммуникационной индустрии.

Первоначальные вложения в Windchill Technology сделала компания Computervision, которая планировала использовать новую технологию в следующем поколении своих PDM-систем. В январе 1998 г. она вошла в состав PTC, к которой и перешел пакет акций Windchill Technology.

Результатом работы Windchill Technology стала трехкомпонентная технология Windchill, объединяющая корпоративную программную архитектуру, среду разработки и повторно используемые базовые приложения управления корпоративными данными. Технология Windchill полностью ориентирована на Web и базируется на его стандартных компонентах. И хотя на рынке РDM-систем большинство продуктов теперь имеют пользовательские интерфейсы на базе HTML или Java, модель, предложенная Windchill — это шаг вперед. В ней все PDM-приложения написаны на языке Java, а в качестве промежуточного ПО применяются известные приложения и конструкции Web. Так, для поиска метаданных вместо SQL используется поисковая система для Web, а связь с другими приложениями, объектами и репозитариями Windchill реализуется с помощью гиперссылок и URL. В результате пользователи получают гибкое решение, которое можно реализовать на основе существующей сетевой Internet/intranet/Extranet-инфраструктуры.

Решения компании Windchill, используя уже работающие на предприятии инфраструктуры (сети, традиционную и привычную технологию работы с Web-браузерами, парк вычислительной техники и т.д.) применяют отлаженные Internet-технологии. В рамках корпоративной инсталляции текущей версии Windchill (осень 98 — Release 1.0.1) для задач хранения информации используется СУБД Oracle 8.0.4; для описания модели информационных объектов любой сложности применяется информационный моделлер в стиле Rational Rose; для выполнения информационно-поисковых функций на сетевой структуре по любым характеристикам информационного объекта применяется технология Verity Search97. Для связки Oracle и распределенной структуры программного обеспечения Windchill применяется Oracle JDBC-драйвер. Унификация взаимодействия приложений в среде Windchill осуществляется с помощью JAVA JDK 1.1.6 с JGL 3.1.0.

При такой организации программного обеспечения внешний вид клиентских приложений Windchill идентичен для всех популярных платформ (Wintel, UNIX-станции c OpenWindows/Motif/CDE, MAC и AMIGA). Доступ к серверу приложений Windchill пользователь получает с помощью любого установленного на его рабочем месте Web-браузера через автоматически зарегистрированный для него новый URL Windchill-сервера.

В соответствии с технологией Windchill, в распределенных узлах можно работать с полной или частичной моделью данных Windchill или не использовать ее вообще. Это особенно важно в условиях современного предприятия, где в разработку изделия включаются различные приложения всех участников корпорации — создать непротиворечивую, работоспособную и полную общую модель данных в этой ситуации практически невозможно. Windchill не требует разработки единого представления информационных ресурсов — разрушается одно из самых мощных препятствий на пути к развертыванию крупномасштабной корпоративной системы. Технология Windchill позволяет создать неоднородную объединенную среду, отвечающую уникальным требованиям отдельных подразделений и организаций, входящих в состав компании.

Архитектура Windchill

Технология Windchill включает в себя три основных компонента:

  • Windchill Foundation — корпоративная, Web-ориентированная архитектура;
  • Information Modeler — среда разработки;
  • cерия многократно используемых, базовых прикладных модулей, реализующих основные функции корпоративной PDM-системы.

Windchill Foundation

Windchill Foundation, представляет собой трехуровневую программную архитектуру на базе Java и стандартных технологий Web. Эта архитектура создана и оптимизирована специально для развертывания больших индустриальных информационных систем в среде Internet/Web. В ней обеспечиваются общие средства интеграции пользовательского интерфейса (верхний уровень), прикладной функциональности (средний уровень) и служб управления данными (нижний уровень архитектуры) (Рис.1).

Рис. 1
Рис. 1. Архитектура Windchill Foundation.

Базовая архитектура Windchill Foundation интегрирует отдельные технологические компоненты в связанную среду, с помощью которой разработчики и системные интеграторы могут создавать функциональные прикладные решения. Для того чтобы дать представление о каждом уровне базовой архитектуры Windchill, лучше всего описать процесс работы пользователя с приложением в среде Windchill Foundation.

Сеанс начинается с запуска одного из основных Web-браузеров. Соединившись по протоколу HTTP с коммерческим Web-сервером (Netscape Enterprise Server или Internet Information Server), пользователь просматривает HTML-страницы и загружает динамическую HTML-страницу или страницу с ссылкой на Java-апплет. Выполняемый код апплета загружается вместе со страницей и передается в Java Virtual Machine (JVM) клиентского браузера. Java-апплет начинает выполняться как клиентское приложение Windchill и связывается с серверным процессом, написанном также на языке Java, с помощью технологии удаленного вызова (Remote Method Invocation, RMI).

Расположенные на втором уровне архитектуры серверы объектов Windchill содержат классы Java, представляющие информационные объекты и связанные с ними операции, которые выполняются в серверной JVM. Для связи с внешними по отношению к Windchill клиентскими системами вместо RMI используются CORBA-интерфейсы. Для управления объектами в долговременной памяти сервер Windchill использует специальную управляющую программу, которая выполняет объектно-реляционное отображение и соединяется с объектно-реляционной базой данных нижнего уровня (например, Oracle 8) c помощью Java Database Connectivity (JDBC). Собственно, такой алгоритм и является "классическим" примером Web — ориентированного решения (Рис.2).

Рис. 2
Рис. 2. Схема сеанса работы с использованием WindChill.

Среда моделирования и разработки

Следующий компонент Windchill — среда разработки Information Modeler, обеспечивающий включение в базовую архитектуру прикладных функций для конкретной прикладной области. Information Modeler включает в себя обширный набор заранее определенных классов объектов, а также инструментальные средства моделирования объектов и разработки приложений.

Основа Information Modeler — фундаментальные классы (foundation classes), которые отражают базовые знания об изделии и связанных с ним процессах, а также включают заранее заданные модели объектов — модлеты. Фундаментальные классы охватывают такие направления, как управление изменениями, структурой изделия и представлением структуры, управление потоком работ, управление жизненным циклом и документами, а также общее системное администрирование. Наличие фундаментальных классов ускоряет работу над приложением, позволяя не создавать все необходимые объекты с нуля, а лишь добавлять или расширять объекты, уникальные для данной задачи (Рис.3).

Рис. 3
Рис. 3. Среда разработки Information Modeler, обеспечивающий включение в базовую архитектуру прикладных функций для конкретной прикладной области.

Для создания моделей конкретной предметной области Information Modeler использует систему Rational Rose — популярный инструментарий объектно-ориентированного проектирования и анализа (OOD&A). Из полученной объектной модели, включающей как фундаментальные классы Windchill, так и созданные разработчиком прикладные классы, утилиты Information Modeler генерируют различные компоненты приложения на языках Java, IDL и DDL, которые будут размещаться на клиентском, серверном и уровне базы данных архитектуры Windchill Foundation. На последнем этапе разработчик может использовать встроенную в Information Modeler версию среды визуальной интегрированной разработки Symantec Visual Cafe для программирования на Java графических пользовательских интерфейсов.

Прикладные модули

Наконец, третья составная часть технологии Windchill — серия информационных приложений, которые реализуют все необходимые функции обычной PDM-системы производственного предприятия. Многократно используемые прикладные модули решают типичные задачи системного администрирования, управления документооборотом, управления жизненным циклом изделия и автоматизации потоков работ, избавляя разработчика от необходимости заново изобретать базовые функции любой системы управления информацией.

Пользователь по запросу получает прикладные модули (или апплеты) Windchill (Рис.4) из своего локального Web-браузера путем выбора нужной гиперссылки. Данная особенность построения системы позволяет наряду с UNIX-машинами и ПК использовать сетевые компьютеры или тонкие клиенты, что обеспечивает низкую стоимость владения. Кроме того, каждый из загружаемых апплетов предоставляет пользователю страницу для конкретной задачи, специальным образом настроенную на ее наиболее эффективное выполнение. Таким образом, вместо единого интерфейса для всех задач, пользователь получает специальный интерфейс для конкретной проблемы, независимо от типа ЭВМ клиента и ОС.

Рис. 4
Рис. 4. Пользователь по запросу получает прикладные модули (или апплеты) Windchill.

Приложения управления корпоративными данными Windchill реализуют следующие основные функции:

  • администрирование;
  • управление документами;
  • управление жизненным циклом;
  • управление структурой изделия;
  • управление представлением структуры изделия;
  • управление внесением изменений.

Модуль Windchill Administrator обеспечивает интерфейс базовых административных функций для управления сетью, пользователями и их группами (Рис.5). Здесь реализуется оповещение о завершении ключевых функций работы с базой данных и определяются события, которые будут инициировать отправку электронной почты. Задание структуры сети и правил доступа к сети дает администратору возможность ввести схему защиты, которая позволяет устанавливать права доступа для любого элемента изделия на каждом этапе его жизненного цикла. Средство индексирования документов дает возможность определять способ индексирования каждого типа объекта для поиска по ключевым атрибутам или документам.

Рис. 5
Рис. 5. Модуль Windchill Administrator обеспечивает интерфейс базовых административных функций для управления сетью, пользователями и их группами.

Приложение Windchill Document Management служит для контроля и управления документацией любого типа. Этот модуль обеспечивает функции "check in" и "check out", которые поддерживают блокировку файлов, контроль за версиями, контроль за ревизиями и защиту на ролевой основе. Основа управления процессом работы над изделием в Windchill - это модель жизненного цикла, построенная по принципу "этап — переход — следующий этап". В Windchill каждый управляемый элемент включает определение жизненного цикла. Момент создания элемента равнозначен первому этапу своего жизненного цикла. Этап (phase) определяет степень зрелости элемента, а переход с этапа на этап (gate) определяет набор критериев окончания этапа и перехода на следующий. Подобная модель процесса отличается от традиционной модели потока работ — пользователю подсказывается прежде всего "что надо делать", а не "как". И это достаточно удачный вариант для такой динамичной среды, как среда разработки изделия (Рис.6).

Рис. 6
Рис. 6. Схема функционирования среды разработки изделия.

Сердце всех PDM-приложений — структура изделия. Windchill обеспечивает полнофункциональную прикладную среду, которая позволяет управлять всеми ресурсами в контексте структуры разрабатываемого изделия. Это не только организует данные в наиболее удобном для пользователей виде, но и создает "скелет", на который будут наращиваться документы с определением изделия на протяжении всего его жизненного цикла.

Инженерная структура изделия описывает его представление по принципу "как спроектировано", однако, на протяжении жизненного цикла возникает необходимость в различных представлениях, оптимизированных для альтернативных процессов. Модуль управления обеспечивает определение множества представлений структуры изделия, поддерживая при этом ассоциативность с исходной структурой. Это позволяет задавать множество инженерных спецификаций (bill of material, ВОМ) для данной детали. Производитель получает возможность сформулировать оптимальную спецификацию (ВОМ) для готового изделия, соответствующую исходным инженерным спецификациям, но более удобную для производства (Рис.7).

Рис. 7
Рис. 7. Производитель получает возможность сформулировать оптимальную спецификацию (ВОМ) для готового изделия, соответствующую исходным инженерным спецификациям, но более удобную для производства.

Важнейшую роль при контроле за техническими изменениями и их влиянием на ресурсы, входящие в определение изделия, играет приложение управления изменениями. В основе модели управления изменениями Windchill лежат три основных компонента процесса: запрос, планирование и выполнение. Запрос на внесение изменения (change request) идентифицирует проблему и включает всю сопровождающую информацию. Распоряжение об изменении (change order) координирует соответствующие данные, анализирует их и планирует выполнение. Извещение об изменении (change notice) разрешает и выполняет изменение .

В приложениях Windchill модель изделия включает набор его атрибутов, описание жизненного цикла и модель защиты. В процессе работы модель расширяется и в качестве составных компонентов выбирает другие объекты, связанные с исходным изделием ссылками "использует" (uses) и "поставлено" (supplied by). Далее, модель дополняется документацией, имеющей отношение к разрабатываемому изделию, например, инструментальная оснастка может быть включена в модель как связанный объект или система объектов. Таким образом, постепенно определяются все взаимосвязи между объектами, которые образуют полный набор составных компонентов, необходимых для разработки и производства того или иного изделия. Эти компоненты координируются и синхронизируются в соответствии с их собственным жизненным циклом. В конечном итоге возникает "иерархия процессов", которая явно иллюстрирует объем работ для общего процесса разработки. Таким образом, в Windchill не делается попытка заранее сформулировать общий процесс разработки, а вместо этого процесс строится динамически по мере формирования конфигурации информации об изделии.

Стандартные приложения Windchill обеспечивают решение задач управления корпоративной информацией. Возможности управления документами в Windchill предусматривают связь со множеством баз данных, поиск информационного наполнения в масштабе предприятия, коммуникации на основе электронной почты, URL и http. Windchill интегрирует управление изделием и процессами, координируя между собой ответы на вопросы: что нуждается в изменении (объект), почему он требует модификации (управление изменениями), каковы связанные и зависимые элементы (структура изделия) и каков их статус в общем проекте (управление жизненным циклом). Это дает пользователю дополнительные возможности по созданию, модификации и получению информации об изделии в контексте заданных им процессов. Кроме того, Windchill выводит эту информацию со стадии проекта непосредственно в производственный процесс, обеспечивая управление конфигурациями инженерных спецификаций (ВОМ).

Что дает реализация PDM на базе Web?

Среда управления корпоративными данными, которую создает Windchill — это обычная домашняя страница Web, которая предоставляет сообществу пользователей корпорации необходимые данные об изделии на протяжении всего его жизненного цикла, обращаясь для этого к привычным средствам: HTML, апплеты Java, гиперссылки и поисковые машины.

Элегантность и простота проистекают из основной идеи разработки — любой доступ к любому приложению должен быть скрыт от любого пользователя за привычным общесетевым интерфейсом, а любой информационный объект произвольной сложности для любого класса приложений должен управляться одним и тем же механизмом доступа. Достичь поставленной цели удалось как раз за счет трехуровневой архитектуры Windchill Foundation и использования Java- методики распределенных вычислений.

Web-браузер фактически стал сегодня корпоративным стандартом для доступа к информации, поэтому при использовании Windchill понадобятся минимальные усилия по обучению конечных пользователей и настройке на задачи конкретного предприятия. При включении какого-либо нового инструментального средства в среду Windchill теперь не надо реорганизовывать рабочее место пользователя для взаимодействия с новым средством, а только реализовать его вызов на сервере приложения. Сетевая настройка со стороны разработчика теперь вообще не требуется — все сетевое взаимодействие в рамках системы клиент-сервер уже берет на себя Windchill. Информационная модель объектов нового приложения описывается средствами Rational Rose для Windchill и средствами же Windchill встраивается в общее пространство данных, посредством чего устраняется с одной стороны дублирование совместно используемых данных, а с другой достигается информационная непротиворечивость базы данных.

Приложения, построенные на базе Windchill Foundation, реализуют функции распределенного управления корпоративной информацией с помощью привычных Web-механизмов. Универсальный интерфейс IE или Netscape предоставит доступ к апплетам Java, поисковым системам, электронной почте, к данным и службам Internet/intranet, а также обеспечит связь с внешней информацией поставщиков и партнеров.

Важнейшая характеристика Windchill — возможность создания неоднородной, объединенной, рабочей сетевой среды предприятия. Web-ориентированный подход к управлению информацией о корпоративной продукции с равной эффективностью позволяет охватить как различные подразделения внутри компании, так и различные организации в рамках расширенного предприятия. Распределенная модель самой Web плюс основа Windchill способны связать воедино множество принципиально различных автономных систем, с разными, возможно даже противоречащими друг другу способами определения информационной модели, своей функциональностью и своими интерфейсами. Web-браузер обеспечит связь с любым клиентом, механизмы поиска в Web поддерживают неструктурированные запросы к множеству отличных друг от друга баз данных, а гиперссылки позволят соединить друг с другом объекты различных систем. Кроме того, поддержка объектно-ориентированных API, CORBA, OLE и интеграционных механизмов Web дает возможность включить в общую корпоративную среду управления информацией уже существующие в компании системы работы с данными, тем самым сохраняя инвестиции и обеспечивая естественную интеграцию с программными средствами других поставщиков.

Проблемы новой системы связываются прежде всего с невысокой производительностью Javа-приложений, а также необходимостью синхронизации с постоянно изменяющимися коммерческими версиями браузеров. Так, для работы пользователям необходимы поддерживающие Java-версии Web-браузеров и наличие виртуальной Java-машины. В свою очередь для запуска Java-машины требуются ресурсы пользовательского места, прямо пропорциональные необходимой производительности. Кроме того, у многих организаций, потенциальных пользователей Windchill, пока отсутствует достаточный профессиональный опыт разработки Java-приложений.

По прогнозам CIMdata и Kalthoff, доля рынка PDM-систем имеет среди программных продуктов наиболее устойчивую тенденцию к росту, удваиваясь каждые полтора года достигнув к середине 1998 г. уровня в 10 млрд. долл.

Учитывая, что в нашей стране существует немалая инсталляционная база решений, разработанных компанией РТС, в том числе в крупных промышленных корпорациях [2,3], можно предположить, что Windchill привлечет внимание отечественных клиентов.

Литература

  1. Michael Mecham. Airbus Partners Select Web Enterprise Software. Aviation Week & Space Technology, August 17, 1998
  2. В. Краюшкин. Система Optegra - управление производственными данными //Открытые системы, 1997, N1(21). - с. 67-72.
  3. В. Клишин, В. Климов, М. Пирогова. Интегрированные технологии CV. //Открытые системы, 1997, N2(22). - с. 37-42.

Первым среди потребителей, обслуживаемых в рамках консорциума пользователей Windchill, была компания Sun Microsystems, заключившая специальный контракт на развитие Windchill. Следующими стали Airbus Consortium [1] и Lockheed Martin GES, использующие технологии Windchill для организации полного информационного сопровождения своих амбициозных проектов. В случае Airbus речь идет о проекте аэробуса сверхбольшой вместимости A-3XX, а в случае Lockheed Martin - о проекте нового семейства интегрированной оборонительной системы нового поколения для боевых кораблей XXI века.

В условиях России интерес к мощным сетевым системам управления технической информацией могут проявить прежде всего крупные промышленные фирмы, предприятия с большим количеством субподрядчиков и поставщиков, занятые производством широкой номенклатуры сложных изделий с большим количеством модификаций и длительным сроком эксплуатации (автомобилестроение, авиастроение, судостроение, ракетостроение и т.д.). Предприятия такого рода очень часто непроизводительно тратят как время, так и деньги на увязывание в единое информационное пространство разрозненных частных решений по разработке и сопровождению инженерных данных: создание непротиворечивой единой информационной модели, попытки состыковать все и вся - от офисных приложений и САПР до разнотипных СУБД различных подразделений.


Пользователи могут получить прямой доступ к возможностям Windchill по следующей схеме:

  • пользователи САПР уровня предприятия CADDS5 - через PDM-модуль OptegraVault;
  • пользователи САПР уровня рабочей группы Pro/Engineer - через модуль Pro/Intralink;
  • пользователи офисных приложений, например, MS Office, смогут работать с Windchill через прикладной модуль системы Document Management

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями