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CIMS应用集成平台技术发展现状与趋势
2006年7月27日 14:13  来源:现代集成制造系统网络

    摘要:本文讨论了CIMS应用集成平台的产生背景和发展情况。给出了CIMS应用集成平台的定义、基本特性和功能,介绍了国内外几种典型集成平台产品的基本功能和系统结构,并对它们进行了比较。结合企业CIMS实施对集成平台支持工具的需求和计算机软件技术的发展趋势,探讨了CIMS应用集成平台的发展趋势。

    关键词:集成平台;计算机集成制造系统;信息集成;

    分布环境企业实施CIMS首先要实现信息集成。因为它解决了企业各部门间因信息不共享、信息反馈速度慢、信息不全等造成的企业决策困难、计划不准确、库存量大、产品制造周期长等问题,提高了企业的现代化管理水平和整体经济效益。许多实施CIMS的企业通过信息集成已取得了显著经济效益。

    无论是信息集成、功能集成,还是过程集成,都离不开软件工具的支持。因为企业集成水平的提高在很大程度上取决于软件系统集成水平,所以良好的软件支持工具可以帮助企业实现CIMS应用的快速集成。集成平台与集成框架就是企业应用的一种先进集成支持工具。

    CIMS应用集成平台的产生首先来自企业实际应用对软件系统的需求,其次来自于计算机软件技术本身发展的要求。软件技术的发展越来越明显地表现出以下特征:软件系统越来越庞大,但是软件系统内部组成模块的规模却越来越小;软件系统的功能越来越复杂,但是系统的开放性却越来越好。计算机应用软件正在向着不依赖于特定的硬件和操作系统以及具有高度可重用性的方向发展。开发CIMS应用集成平台的目的就是为企业实施CIMS提供开放的、易维护的、可重构的应用开发与系统运行的集成支持工具。

    1CIMS应用集成平台的概念、功能和基本特性

    企业实施CIMS的实践给CIMS应用集成平台提出了明确的需求。这些需求可以归纳为:缩短应用开发和集成周期;提高企业CIMS的运行效率;降低系统维护费用;提供通用的通信和信息访问服务,使应用软件功能不依赖于特定的硬件系统、操作系统、网络协议和数据库管理系统(因此具有良好的可移植性);提供通用的应用编程接口和图示化界面,方便用户使用;能够集成企业已有的系统和信息源,充分发挥企业过去在信息技术上的投资的效益;保证所开发的

    软件具有高度的可重用性。能够满足这些需求的CIMS应用集成平台就是比较理想的软件支持工具。

    1.1CIMS应用集成平台基本定义

    CIMS应用集成平台是一个支持复杂信息环境下CIMS应用开发、应用集成和系统运行的软件平台。它基于制造业信息特征,在异构分布环境(操作系统、网络、数据库)下提供透明、一致的信息访问和交互手段,对其上运行的应用进行管理,为应用提供服务,并支持CIMS信息环境下各特定领域应用系统的集成。

    1.2CIMS应用集成平台的功能

    (1)通信服务:提供分布环境下透明的通信服务功能,使用户和应用程序无需关心具体的操作系统和应用程序所处的网络位置,而以透明的函数调用或对象服务方式完成它们所需的通信要求。

    (2)信息服务:为应用提供透明的信息访问服务,使应用以一种一致的语义和接口实现对数据(数据库、数据文件、应用交互信息)的访问与控制。

    (3)应用编程(集成)接口:是一组高层接口,以函数或对象服务的方式为用户提供更为专业化的服务,使用户可以方便地集成现有应用和开发新的应用。应用编程接口按照它们的通用程度又分为独立于应用的编程接口和依赖于应用的编程接口。

    (4)应用开发工具:一组帮用户开发特定应用程序的支持工具,以简化用户应用程序的开发工作。

    (5)管理应用程序:它是CIMS应用集成平台的运行管理和控制模块。负责CIMS应用集成平台的系统静态和动态配置、集成平台应用运行管理和维护、事件管理和出错处理等。

    1.3CIMS应用集成平台的基本特性

    (1)为企业的经营、管理、生产和设计领域提供良好的应用编程接口和应用集成接口。

    (2)提供支持CIMS应用开发、应用集成的应用开发工具、应用编程接口、应用原型系统。

    (3)支持不同的企业规模和多种多样的企业信息环境。集成平台可为不同的企业规模和应用范围

    提供最佳的结构和功能配置,具有良好的可伸缩性。

    (4)支持异构分布环境,提供一致透明的数据访问。支持现有应用、已有信息资源的集成和重用。

    (5)根据企业对Internet服务的需求,提供相应的Internet服务功能。

    2集成平台的研究和发展状况

    2.1集成平台的发展过程

    集成平台经历了逐步发展的过程。早期对集成平台概念的理解是把平台当成支持"应用编程"的基础,即通过应用编程接口(API)的方式给应用编程提供通用服务。早期集成平台的结构就是如图2.1(b)中所示的IBM的系统使能和应用使能的结构。其优点是应用软件的开发可以在较高的层次上进行,无需象传统的软件开发那样从操作系统逐层向上进行(图2.1(a))。

    采用这种结构的集成平台软件产品有DEC公司的BASEStar、Hilco公司的Monitrol。这些早期集成平台产品的缺点是:每个平台基本上都是运行在单一的或少数的硬件平台和操作系统环境上,支持异构分布环境能力差;每个平台都是针对某个具体应用领域(如车间控制器)开发的,覆盖范围小;这些平台本质上都是应用软件开发平台,集成其它应用的能力不足。

    90年代初陆续出现了一批能够支持异构环境的集成平台产品,为了支持异构分布环境和在更广的范围内支持应用开发,新的计算机软件设计思想、标准和方法在集成平台产品的设计开发中得到了应用。这些思想和方法包括中件概念、客户/服务器结构、面向对象方法、开放性互连标准(OSI)、分布计算环境(DCE)和CORBA标准。图2.1(c)给出当今集成平台的系统分层结构。其中通信服务、信息服务和功能服务可提供通用的系统服务功能,它们相当于集成平台的中件层。由于应用领域已经扩展到全企业的范围,因此应用编程接口从功能上分成通用的接口和一组专用的特定应用领域的编程接口,并且在集成平台中供了应用开发支持工具。

    2.2国外集成平台研究及产品情况

    美国和欧洲一些研究单位对集成平台和集成框架的研究主要集中在建立企业内和企业间信息集成的框架。如Wright-Patterson空军基地等单位进行的EIS项目;IBM、Motorola、GE等10家公司(单位)参加的企业集成框架研究项目;由美国制造技术委员会等单位主持的DAPro项目;欧洲ANSA(AdvancedNetworkedSystemsArchi-tecture)和欧共体ESPRIT/ISA项目共同研制的开发环境ANSAware;欧共体CCE项目等。

    比较而言,欧洲研究机构的研究偏重于提供应用集成的机制和接口,强调集成开发环境。它的特点是其体系结构的出发点多数是基于CIMOSA体系结构和集成基础结构(IIS)。

    国际上,许多著名的大公司开发了许多集成平台产品,其典型产品有:

    2.2.1Monitrol/UX和BASEStar

    Monitrol/UX是美国HILCO公司提供的一种车间控制软件开发平台,它允许用户根据特定或不同的制造环境和生产过程开发相应的应用。Monitrol/UX的基本功能包括:实时数据库RT-DB,报警和事件管理,过程图形,统计管理图,趋势图,产生报告,数据输入表格,设备间通信,管道管理,一般数据管理和历史数据查询等。

    BASEStar是DEC公司开发的用于车间控制的集成平台。它侧重于解决不同厂家设备之间的互连,该平台提供了多厂家设备的一种MMS视图,并通过一个通用的接口来实现。BASEStar还提供了较强的数据管理手段及统一的网络服务(基于DECnet),可实现对分布数据的处理。

    该平台由三部分组成:BASEStar核心(提供基本的平台服务,实时分布式的数据管理,报文传送,进程管理等),设备连接管理(提供独立于具体设备型号的访问及控制的通用功能),设备访问软件(完成车间设备特殊协议与设备连接管理模块通用协议的转换)。

    2.2.2DAE和Plantworks

    90年代初,IBM公司推出了其CIM体系结构,如图2.2所示。其集成框架由其结构内的系统使能器和应用使能器组成。前者由DAE平台实现,后者由Plantworks平台实现。DAE构成了CIM体系结构的基础,用户可以利用API进行应用程序与另一个应用、设备、数据库或人进行通信。

    DAE采用的是C/S模式,运行DAE的计算机既可以是客户,也可以是服务器,或同时是客户和服务器,DAE包括四种功能:通信服务、数据管理、设备管理和用户接口。

    Plantworks通过提供通用功能和接口来支持应用进行配置设计,它提供了一整套工具,包括数据显示、图形工具、报表、逻辑等。Plantworks的目的是面向非编程人员开发车间应用,它包括两种环境:Built-time和Run-time。利用Plantworks,用户可以方便地设计和开发应用。

    2.2.3ANSAware和CCE

    ANSAware是由ANSA和ESPRITISA项目共同研制的一种开发环境,在这种环境中可以体现开放分布处理的概念。ANSAware包括平台、程序生成器和系统管理应用三个部分。在其平台部分,有一种称为trader的特别服务,可以允许客户自动寻找服务器来提供所需的服务。ANSAwa-re采用OO方法。其对象封装了应用和数据,并以通过接口提供服务,一个对象可以同时提供和使用多个这种接口。ANSAware采用ANSAC和POSIX1003.1标准,可在多种操作系统上运行。

    CCE是一种开发、集成和运行应用的环境,其目的是简化应用集成的工作。为此CCE为用户开发应用提供了多种高层服务,并且提供了相应的开发工具和用于监视和控制平台资源和应用的管理应用编程接口。CCE的结构如图2.3所示。CCE主要包括五个部分:三种组织构造模型(客户/服务器模型、对象模型、Producer/Consumer模型),一组API、CCE服务(功能服务、访问服务和信息服务)、三种执行环境(单一的操作系统环境、分布环境和在线事务处理环境)、管理接口和开发调试工具。

    2.2.4CA公司的平台类产品

    CA公司的平台类产品主要有CA-Unicenter和CA-EnVision。CA-Unicenter是分布式系统管理软件族。其功能覆盖分布式系统管理所涉及的集中控管、安全管理、网络管理、分布式数据库管理等诸多方面,并且具有对InternetWWW服务器进行全方位控管的功能。CA-Unicenter具有可扩充体系结构,跨多种平台使用,具有互操作性。

    CA-EnVision是CA公司在MANMAN/X和Unicenter基础上开发的一个企业集成支持工具(主要是MRPII功能)。它利用了MANMAN/X和Unicenter的功能作为软件基础,是CA准备推出的新一代MRPII软件。

    2.2.5ObjectBroker

    ObjectBorker是DEC公司支持创建异构分布系统的CORBA产品。它提供了独立于硬件平台的应用程序登记定位,可激活由不同厂商提供的应用程序之间的互操作机制,其主要优点在于支持多平台。ObjectBroker支持TCP/IP、DECnet/OSI和Microsoft的WinSocket应用程序接口。它的公共对象模型支持ObjectBroker对象与MicrosoftOLE2对象进行交互,这种交互是建立在DECRPC的基础上的。ObjectBroker完全支持CORBA规范,接口用IDL描述,对

    象的实现通过IML(ImplementaionMappingLanguage)存入实施存储器中,并由ObjectB-roker存储管理器管理,客户程序可以通过对象接口和动态激活接口访问对象类实现。

    2.3国外几种集成平台产品的比较

    现从不同的技术角度对前述几种平台─ANSAware、BASEStar、CCE、CA-Unicen-ter、ObjectBroker进行比较。

    2.3.1是否支持MMS协议:MMS被认为是车间制造自动化应用的标准通讯协议。BASEStar支持MMS,而且对所有设备使用统一的MMS视图,同时它还支持其它多种网络协议,CCE也支持MMS协议和多种专有协议。而ANSAware、CA-Unicenter和ObjectBroker是通用型产品,不支持对设备的访问,需用户自己编写有关程序。

    2.3.2是否支持对象:CCE提供了大量的对象类,并通过继承关系形成了对象类树,需要说明的是,这种继承只是用在定义阶段。BASEStar同时支持对象和类的概念。ANSAware只支持对象而不支持类的概念。ObjectBroker完全是基于对象模型的产品。

    2.3.3分布性:这几种平台都有自己的RPC机制或分布对象访问机制,可访问远程服务器或对象。

    2.3.4永久对象:BASEStar、CCE和Ob-jectBroker都支持永久对象,BASEStar基于DEC的RDB,CCE也是基于关系型数据库。其它几种平台则不支持永久对象。

    2.3.5依赖于应用的API:是指为特定应用领域提供的API服务。只有CCE提供了这种API,它们为CIMS应用提供了较为完善的高层服务。BASEStar有提供通用服务的独立于应用的API。

    2.3.6事件机制:这种机制是工业应用中最基本的要求,它可在一定条件下减少控制系统的负载。CCE、ObjectBroker将这种机制集成到对象之中,CA-Unicenter完全支持事件机制。BA-SEStar则允许用户自己定义任何事件,而ANSAware则没有这种机制,但是它们均可以通过请求/响应的方式来仿真这种机制。

    2.3.7消息传递和广播机制:BASEStar、CA-Unicenter、ObjectBroker提供了这种机制。

    2.3.8多种硬件环境和PC机:这几种平台均可在多供应商的硬件环境和PC机上运行。

    2.3.9是否有系统资源管理和应用控制功能:CCE、CA-Unicenter提供了强有力的系统资源管理和应用控制功能。

    2.4国内集成平台的研究状况

    近几年,集成平台研究和应用在我国发展较快,1992~1994年,国家CIMS工程技术研究中心及其协作单位对"控制工作站开发平台"和"调度控制平台原型系统"进行了开发和研制。控制工作站开发平台的主要功能为实时监控、作业计划生成、数据管理和生产统计,并提供支持工具。该平台由四个子平台和独立的用户接口组成。这四个子平台分别是:运控开发子平台、界面开发子平台、数据库子平台、通信子平台。调度控制平台原型系统具有五个比较独立的应用模块,分别是:人机图形界面、实时数据库、作业调度、作业监控、运行仿真。该原型系统中采用了对象和类的概念,将应用和实际设备用对象加以描述。此外,国内其它许多单位也从不同的应用角度对CIMS应用集成平台进行了研究。

    3CIMS应用集成平台的发展趋势

    分析国内外应用集成平台的现状及发展趋势,结合企业对集成平台提出的要求,以及计算机软件技术的发展状况,我们认为CIMS应用集成平台的发展方向是:

    3.1为企业实施CIMS提供全方位、全生命周期的支持,方便现有应用的集成这些支持包括提供通用的通信服务、信息服务和面向应用领域的应用开发工具、原型系统和应用集成接口。在全企业范围内,支持CIMS应用的设计开发、运行和维护的各个阶段。此外,集成现有的应用可以充分利用企业的原有资源、缩短CIMS实施时间。

    3.2既支持企业的信息集成,又支持功能集成和过程集成

    并行工程、敏捷制造和虚拟制造等概念和方法的出现,要求集成平台不但能够支持企业的信息集成,还能支持企业的功能集成和过程集成。集成平台应当提供开放的、面向应用领域的应用集成接口,实现应用间的功能集成。随着企业经营过程分析和使能技术的发展,过程集成已经逐渐付诸实施,基于工作流管理方式实现过程集成是一个可行途径。

    3.3采用新技术和理论,支持标准化和开放系统概念,高度的软件可重用性

    集成平台的发展将紧密地与新的技术和理论相结合。O-O技术、O-ODBMS、多媒体技术、Internet技术等都将对集成平台发展产生重要的影响。尤其是O-O技术、Internet技术及相应的Java语言和Web服务器等所提供的方便服务方式(与硬件和操作系统的独立性),而使它们成为对应用系统开发最具影响的技术。采用新的开放性标准(如DCE、CORBA、COM/DCOM),不断使平台的服务标准化,使系统具有强大的适应性和可扩展性。高度的软件可重用性是集成平台产品本身功能可持续提高的重要基础,也是计算机软件技术的发展趋势。

    3.4进一步提高现有平台产品性能

    这是一种快速、节约成本的有效方法。产品性能的提高有几个途径:标准化、分布化和重用化。标准化包括底层支持系统的开放和对高层应用标准的开放,它可提高产品的开放性和适用性;分布化指产品向分布处理模式发展,以适应未来企业信息基础结构。重用化指各种构件的可重用,在软件可重用发展趋势下,这种方法会得到进一步的重视和发展。

    3.5维护应用系统的安全性、可靠性、完整性,实现系统资源和数据的有效管理

    CIMS系统的安全性、可靠性、完整性对企业业运营至关重要。平台产品应当提供规范的系统管理工具,以实现对用户权限、信息资源、软硬件设备的有效管理。目前许多平台产品还没有这样的功能。美国CA公司的CA-Unicenter软件在系统安全性维护上具有相当强的功能,在实际应用中已经取得了较好的应用效果。另外,随着系统中信息量和系统间交换的信息量的迅速增长,信息管理的要求越来越复杂,迫切需要为企业提供高效的信息组织管理方式和快速的信息查寻手段,采用新的信息管理和访问技术,如数据仓库技术等,将为集成平台的应用提供更广泛的余地。

    3.6对新兴Internet/Intranet/Extranet技术的支持

    通过Internet实现制造全球化已成为可能,目前已经可以利用Internet技术构建企业的内部网Intranet实现信息共享。平台产品应在Internet技术服务上提供相应的支持,如Web服务、防火墙等。当前又提出了更新的Extranet概念,以构造企业间网,这和EDI、OLTP等敏捷制造动态、联盟所需的信息技术是一致的。平台产品如何实现对企业间信息交互的支持是未来要考虑的一个重要问题。

    4结论

    集成平台的发展既要满足企业CIMS应用集成的需求,也要符合软件技术的发展趋势。当今的软件技术,如DCE、CORBA标准、软构件(Componentware)和软代理概念及其支持系统(如Microsoft的OLE、部件集成实验室(CILab)的OpenDoc)、Internet技术的发展趋势,为集成平台的开发展示了发展方向,即向着高度的软件可重用、完全独立于硬件平台和操作系统、具有一定程度的智能化方向发展。用Java语言开发的小部件(Applets)和基于软

    构件概念设计开发的二进制兼容的软部件(softparts)具有高度的软件可重用性和独立于硬件、软件平台环境的特点,因此它们可望成为未来集成平台开发的重要底层支持技术,基于软代理方法设计的集成平台应用软件系统可以实现更为复杂的功能和服务。集成平台的应用层支持功能还会按照CIM哲理和体系结构的发展而不断提高。

 
 [关键词]:集成制造 cims 集成系统  发表评论    【推荐】 【打印

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