CIM異構(gòu)環(huán)境下信息集成規(guī)范與方案.doc

CIM異構(gòu)環(huán)境下信息集成規(guī)范與方案李杰*李杰，1973年出生，博士生。主要研究方向：現(xiàn)代集成制造、智能成組技術(shù)。Email: 徐勇 王云峰 吳曉丹（河北工業(yè)大學 天津 300130）摘要 本文在指出信息交換基本方式的基礎上，分別分析了CIM實施企業(yè)的集成方案和幾個主要的標準化集成規(guī)范。前者主要通過建立數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)或基于使能器的集成框架實現(xiàn)集成。后者主要包括CORBA、DCOM、EJB 和XML。最后指出，結(jié)合企業(yè)特征、基于WEB、建立在標準規(guī)范基礎上的集成將是解決企業(yè)信息集成的主要方式。關鍵詞 CIMS 信息集成 CORBA XML 1 引言從1973年美國的約瑟夫哈林頓（Joseph Harrington）博士在Computer Integrated Manufacturing一書中首次提出計算機集成制造（CIM，Computer Integrated Manufacturing）的概念，我國863計劃CIMS主題項目的實施到今天的現(xiàn)代集成制造系統(tǒng)（Contemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS）CIMS關鍵在于集成已成為人們的共識。從CIMS集成的發(fā)展過程來看，系統(tǒng)集成從信息集成、過程集成向企業(yè)間集成發(fā)展123。信息集成是過程集成和企業(yè)間集成的前提和基礎。信息集成在今天和今后仍然是企業(yè)信息化的主要內(nèi)容，也是實施諸如并行工程等其它先進技術(shù)的基礎2。信息集成是針對設計、管理和加工制造中大量存在的自動化孤島，解決異構(gòu)環(huán)境下信息的正確、高效共享和交換。這是改善企業(yè)技術(shù)和管理水平必須首先解決的問題2。企業(yè)的信息集成要解決兩個方面的問題，即分布在企業(yè)各處的信息集成和企業(yè)支撐環(huán)境集成4。企業(yè)信息極端復雜，涉及到設計、工藝、生產(chǎn)、資源、計劃管理、組織等各方面。數(shù)據(jù)類型復雜，語義繁多。由異構(gòu)分布式的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和網(wǎng)絡協(xié)議所構(gòu)成的復雜支撐環(huán)境的集成也是企業(yè)實現(xiàn)信息集成所必須解決的問題。由于信息集成問題的重要性和復雜性，它已經(jīng)成為學術(shù)界和企業(yè)界研究的重點。本文將在指出信息交換基本方式的基礎上，從CIMS實施企業(yè)集成方案和標準集成規(guī)范與框架、以數(shù)據(jù)為中心和以代碼為中心的集成技術(shù)等兩個角度對信息集成進行分類研究，并提出企業(yè)信息集成的發(fā)展趨勢。文章第二部分在介紹信息交換基本方法的基礎上，給出了CIMS信息集成方式的分類框架。第三和第四部分分別介紹了CIM實施企業(yè)的CIMS集成方案和由微軟公司、對象管理組等建立的DCOM、CORBA等標準集成規(guī)范。文章最后的結(jié)論給出了信息集成的發(fā)展趨勢。2 信息集成方式2.1信息交換的基本方法信息交換的基本方式有三種，即通過特定類型的文件、通過轉(zhuǎn)換程序和通過數(shù)據(jù)庫進行不同應用間的信息交換5。第一種是相對較簡單的信息傳遞方式。在這種方式下，對于兩個不同的應用，第二個應用能夠讀取第一個應用產(chǎn)生的特定類型的文件。一般這種以特定類型文件方式進行的是單向信息傳遞。第二種方式指中間轉(zhuǎn)換程序?qū)⑶耙粋€應用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為后一個應用可以讀取的數(shù)據(jù)或文件。轉(zhuǎn)換程序可以對數(shù)據(jù)進行補充或修改。這是一種基于程序代碼的集成方式。目前，許多軟件商提供的轉(zhuǎn)換程序能夠進行雙向數(shù)據(jù)交換。第三種方式是通過數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行信息交換，減少了不同應用之間信息交換的大量中間文件或轉(zhuǎn)換程序。這是一種基于數(shù)據(jù)的集成方式。這種數(shù)據(jù)庫集成系統(tǒng)既可以是公共數(shù)據(jù)庫與各應用的分布數(shù)據(jù)庫共存，也可以是所有數(shù)據(jù)都存放在一個公共中心數(shù)據(jù)庫中。2.2 信息集成分類框架對于一個企業(yè)來說，CIMS集成無非有兩種情況。一種是企業(yè)完全新建CIMS，從系統(tǒng)分析和設計開始，構(gòu)建全新的基于標準數(shù)據(jù)模型的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)以集成和管理各種設計、計劃、制造和管理等信息。這種集成化系統(tǒng)的建立不僅成本高，而且由于管理和工程等數(shù)據(jù)在性質(zhì)、范圍和特征上存在著巨大的區(qū)別，建立這樣基于一種標準數(shù)據(jù)模型的標準數(shù)據(jù)庫幾乎不可能6。對于大部分企業(yè)來說，均不同程度的存在自動化孤島，造成原有自動化孤島與新建系統(tǒng)共存與集成的問題。如何將原有自動化孤島集成到CIMS系統(tǒng)成為企業(yè)信息集成的關鍵。80年代中后期，處理原有系統(tǒng)的方法是理解原程序并從程序代碼中提取關鍵功能。將原有應用轉(zhuǎn)化為兩層的客戶-服務器體系結(jié)構(gòu)。隨著網(wǎng)絡交通需求的日益增加，90年代早期，三層結(jié)構(gòu)取代了兩層結(jié)構(gòu)。90年代中期，面向?qū)ο笳Z言和構(gòu)件框架成熟起來，將重點從原有自動化孤島系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換變?yōu)橄到y(tǒng)的集成。面向?qū)ο蠹夹g(shù)的成熟和被接受打開了通向?qū)ο蠓庋b器的大門。90年代已經(jīng)過去，Internet促使企業(yè)放棄了成本高、浪費時間的軟件改寫。相反，公司正在現(xiàn)有應用上放置前端瀏覽器或創(chuàng)建新的能夠平衡原有系統(tǒng)功能的綜合應用7。目前，針對原有自動化孤島集成的問題，一方面，企業(yè)在CIM設計和實施中，建立實施了針對企業(yè)特征和集成需求的集成方案。另一方面，對象管理組（Object Management Group，OMG）、微軟公司等軟件企業(yè)或組織也建立了CORBA（Common Object Request Broker Architecture）、DCOM（Distributed Component Object Model）、XML（eXtensible Markup Language）等標準化的集成規(guī)范、協(xié)議和框架。上述方案和規(guī)范分別從程序編碼和數(shù)據(jù)管理角度實現(xiàn)信息集成，如表1所示。表1針對自動化孤島的信息集成方式基于程序編碼的信息集成基于數(shù)據(jù)的信息集成企業(yè)集成方案建立集成框架，通過使能器實現(xiàn)信息交換，如461011建立中心數(shù)據(jù)庫與分布式數(shù)據(jù)庫并存的DBMS，如89標準集成規(guī)范CORBA DCOM EJBXML3 企業(yè)集成方案CIMS實施企業(yè)集成自動化孤島有兩種方式，一是設計一個集成化的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)管理中心數(shù)據(jù)庫，屬于各子系統(tǒng)的多種異構(gòu)分布式數(shù)據(jù)庫同時存在89。如圖1所示，這是一種基于數(shù)據(jù)的集成方式。這種方法能夠創(chuàng)建一個集成化制造系統(tǒng)。但是，建立這種集成系統(tǒng)需要對數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)進行重新設計和重新編程，成本巨大，費時費力10。然而，企業(yè)可以建立一個集成化的框架作為現(xiàn)有異構(gòu)數(shù)據(jù)庫連接的橋梁。系統(tǒng)中的使能器連接現(xiàn)有的信息孤島，實現(xiàn)信息的順暢流動和數(shù)據(jù)庫間的自動信息交換，實現(xiàn)動態(tài)信息集成461011。如圖2所示，這屬于基于代碼的集成方式。有的企業(yè)已經(jīng)開始建立基于CORBA的CIM集成系統(tǒng)121314。集成界面使能器1使能器2使能器nDBMS1DBMS2DBMSnDB1DB2DBn圖2 基于程序代碼的企業(yè)信息集成方案中心數(shù)據(jù)庫全局DBMSDBMS2DB2DBMS1DBMSnDBnDB1圖1 基于數(shù)據(jù)的企業(yè)信息集成方案4 標準集成規(guī)范在CIMS實施企業(yè)設計建立自己的集成系統(tǒng)的同時，一些著名的商業(yè)軟件公司和聯(lián)合組織也正在致力于建立集成標準規(guī)范和框架，最具有代表性的是對象管理組（OMG）的CORBA、微軟公司的DCOM、Sun 微系統(tǒng)公司的EJB（Enterprise JavaBeans）和W3C（World Wide Web Consortium）的XML715。CORBA、DCOM和EJB是分布式對象領域主要的三個系統(tǒng)。而且無論對象處于何處，用戶均可用相同的方式向其提出服務請求。CORBA的核心是對象請求代理器（Object Request Broker，ORB）建立對象間客戶-服務器關系的中間件。通過ORB，客戶端可以訪問服務器端的對象和方法，不同ORB產(chǎn)品之間通過協(xié)議（Internet Inter-ORB Protocol, IIOP）進行通信。CORBA利用界面定義語言（Interface Definition Language, IDL）描述對象的接口。任何對象，只要利用IDL對其接口參數(shù)進行定義和說明，就可接到ORB上，為其它系統(tǒng)提供服務或提出服務請求，而不需考慮系統(tǒng)的物理位置、運行平臺和具體實現(xiàn)方式。DCOM，1996年提出，幫助建立基于微軟WINDOWS系統(tǒng)COM構(gòu)件的網(wǎng)絡化應用，能夠與UNIX和IBM主機的各種版本連接。EJB定義了一個用于開發(fā)和配置可重用的JAVA服務器構(gòu)件的以JAVA為中心的框架。它的體系結(jié)構(gòu)邏輯上擴展了早期基本的可視化JavaBeans構(gòu)件模型以支持服務器服務。盡管本身是純粹的JAVA技術(shù)，EJB提供了對CORBA和COM對象的互連，因而能夠在不同分布構(gòu)件框架之間通信。這些技術(shù)的每一個都使一種新的應用成為可能。但是，系統(tǒng)的能力有一定的限制。例如，CORBA中不是所有語言的所有數(shù)據(jù)類型能夠被傳送。然而，對于以數(shù)據(jù)為中心的方法不存在這種限制。如XML的對于特定領域的標記能力開創(chuàng)了原有系統(tǒng)集成的新方向。XML規(guī)范提供了通過使用嵌入式標簽的描述數(shù)據(jù)框架。XML正帶動產(chǎn)生著新一代的以數(shù)據(jù)為中心的系統(tǒng)集成方案，而不再需要對象封裝器或?qū)Ｓ械钠髽I(yè)集成方案。XML本質(zhì)上使數(shù)據(jù)不再依賴于軟件基本結(jié)構(gòu)。其層次數(shù)據(jù)模型使其能夠很好的適應面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫存儲，并且數(shù)據(jù)庫廠家已經(jīng)通過向它們的產(chǎn)品增加XML存貯和查詢能力迅速的消除了不同應用的界限。解除數(shù)據(jù)對軟件的依賴也使應用XML的基于當前WEB協(xié)議的數(shù)據(jù)交換成為可能?；跀?shù)據(jù)的中間件而非基于構(gòu)件界面甚至將允許更大的系統(tǒng)集成，因為中間層服務器能恰當?shù)膶撕灮腦ML轉(zhuǎn)換為一個應用所要求的任何形式。使用HTTP的WEB上存儲和交換XML數(shù)據(jù)的標準，WDDX（Web Distributed Data Exchange）支持通用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的交換，使之成為基于對象的體系結(jié)構(gòu)如CORBA、COM和EJB的可能替代方案。5 結(jié)論對于信息集成問題，一方面，CIMS實施企業(yè)建立了適合企業(yè)需要的的個性化集成方案。另一方面，基于新技術(shù)新理念的集成標準規(guī)范和框架也不斷出現(xiàn)。隨著這些標準和規(guī)范的不斷成熟，一些企業(yè)也開始建立基于CORBA等的CIMS系統(tǒng)?？梢灶A見，未來企業(yè)信息集成方案將是CORBA等框架與企業(yè)特征相結(jié)合。同時，由于XML規(guī)范、協(xié)議等的不斷發(fā)展和完善，基于Web的信息集成也將成為企業(yè)信息集成的另一個特征?？傊?，結(jié)合企業(yè)特征、基于WEB、建立在標準規(guī)范基礎上的集成將是解決企業(yè)信息集成的主要方式。參考文獻1 吳澄，李伯虎. 從計算機集成制造到現(xiàn)代集成制造-兼談中國CIMS系統(tǒng)論的特點. 計算機集成制造系統(tǒng)，1998, 4(5): 1-6.2 李伯虎，吳澄，劉飛，戴國忠，張申生，齊二石，李華，張霖，田雨華，李永戎. 現(xiàn)代集成制造的發(fā)展與863/CIMS主題的實施策略. 計算機集成制造系統(tǒng)，1998, 4(5): 7-15.3 王云峰, 李杰, 顏威利. 信息社會CIMS的未來發(fā)展及應用. 河北工業(yè)大學學報, 2000，29(1): 30-33.4 Li G., Yin C. and Zheng H. 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