外文文献翻译-制造业：现在和未来的Java技术.doc

淮 阴 工 学 院毕业设计(论文)外文资料翻译学 院：计算机工程学院专 业：软件工程姓 名：学 号：外文出处：Systems, Man, and Cybernetics, 1999.(用外文写)IEEE SMC 99 Conference Proceedings.附 件：1.外文资料翻译译文；2.外文原文。指导教师评语： 年月日签名： 附件1：外文资料翻译译文制造业：现在和未来的Java技术摘要：在PC上、工作站上和服务器上各种各样应用程序的Java技术的使用已经开始发展的很迅速，这些技术正在被应用到很多的嵌入式设备中，例如：STB(机顶盒)，PDA(个人数字协助)和电话。应用最初的目标是个人生产和娱乐，由于性能和可靠性等理由，Java是否适合工业应用被热议。通过Intranet或者Internet，工业上Java应用目前主要被限制在远程控制和桌面浏览器的维护。Java在制造业上的应用主要存在于：效率的评估、问题、出现的机会、一些关于目前标准活动(实时性Java，以java为基础的工业监控框架)的谈论。最后，这篇论文所提议的就是制造业上Java移动代理的未来应用程序。1.简介20年以前，微处理器和通信网络首次应用在制造业。经过这段时间的发展，这二个都变成了先进的技术。微处理器被应用于控制器，各种各样的测量仪器，分布式控制系统(DCS)。DCS是二种技术揉合的结果。由于工业应用的安全性和可靠性等特点，DCS不同于办公信息系统。通过应用所有的软件和有条件满足这些要求的硬件，最终的系统就被设计出来了。由于互联网的快速发展，信息的分享不仅仅在企业中，而且国家和电子贸易也出现了信息分享的情况。网络环境的发展同样对Java的发展有了影响。因为它的介绍在1995，那时Java正处在从互联网应用发展到简单IC应用和企业系统的过渡时间。但是在制造业，Java技术才刚刚开始被应用在监控、控制系统、其他的设备。这篇论文提出了一些在制造业上使用的监控、控制系统的Java应用的一些列子。论文同时对系统中Java的角色或者制造业上面的仪器给出了一些担忧。这样做的目的就是利用嵌入式、实时性的Java技术。2 为什么要在工业应用中使用Java2.1 Java的特点Java是一门面向对象的编程语言，它可以在任何一个平台上运行，可以使它特别适合网络计算。下面列出Java的固有特性,软件可重用性的有效提高不仅缩短了开发时间和成本，而且还有助于实现所需的工业应用的安全性和可靠性。虽然不是本文所提到的, Java处理器可以直接执行Java字节码程序。下面对Java的特点进行了总结。(1)简单容易学习，比C或C+编程语言，更容易学习和理解。(2面向对象的语言,一个支持面向对象的编程语言技术,(3)安全模型，没有指针操作，无需程序管理内存，扩展的沙盒安全模型(4)独立的平台，字节码并不取决于CPU的体系结构。(5)多线程，使用线程来提高并发处理的吞吐量.(6)动态，动态地执行下载的最新字节码2.2Java的优点编程语言和优于别人的运行环境是不足的。它还必须让用户来解决与生产应用和组件相关联的问题。当前制造业的系统层次结构如图1所示,包括以下的层次。(1) 企业管理水平 企业层面的生产控制和决策支持：SCM(供应链管理)和ERP(企业资源管理)(2) 工厂管理水平 工厂层面的运营管理和资产管理：MES(制造执行系统)和PIMS(植物信息管理系统)(3) 工厂控制水平 在植物或机械控制和监测水平:DCS(分布式控制系统)和PLC(可编程逻辑控制器)(4) 工厂设备水平 监测和控制传感器和其他设备。需要大量的努力来整合这些标准、自由交换信息。这些天, 基于互联网和内联网信息技术的业务信息系统被配置和操作。因此,Web和Java计算已经变得非常受欢迎。最理想的就是相同的技术从最高标准到最低标准一直被使用。这样便于系统集成，实现了信息交换和共享、实现了每一层之间的可操作性的有效方法。对于设备标准来说，各种各样的电脑被安装在车间或工厂，在过去，每台计算机对应的项目都用自己独特的编程语言，编程环境需要花费昂贵的代价去准备。引入Java，使用目前在市场上相对廉价的IDE(集成开发环境)或RAD(快速应用程序开发) 在支持Java虚拟机的不同的电脑上开发软件是可能的。作为一种面向对象的语言,Java有一个很强描述能力和高水平的发展效率。此外，生产力和质量将改善组件的重用。在过去，每一块机械需要一个用户界面。使用Web技术和Java applet使这些用户界面集成。通过建立一个网络，在工厂里所有的机械和设备可以通过浏览器被操作和使用。当工厂里的许多电脑使用一个通用的程序，改变或安装一个新的程序, 既昂贵又耗时。甚至导致运行停止。但是可以提高一个机制，即类装入器，它可以通过网络下载文件，从而消除了每一个单独计算机的更新需要。2.3 当前的Java问题尽管Java的优势如上面所描述的那样，在Java真正被采用在工业应用(例如监控和控制系统)和制造业上的监控和控制系统和场地仪器之前，仍然有一些问题需要被解决。目前很多的机构进行研究和开发，努力的解决这些问题。（1）执行速度当一个Java字节码在虚拟机上被执行的时候，它需要比使用C或者C+编写的本地代码花费数秒钟-有时花费时间超过10秒-去执行。这是因为C或者C+代码以机器语言标准进行编译，它们可以直接被处理。编译Java字符串成为本机代码的即时编译器(JIT)已经被应用作为解决速度问题的一个手段。被开发出来解决这个问题的其他技术还包括：-预编译器(AOT),它编译部分Java字节码并且原来作为执行速度的瓶颈，在本地代码之前运行；还有，动态编译技术的服务器有强大的计算性能，能够优化处理，所以用于在网络上进行Java编译。（2）依赖平台 用于Java虚拟机是安装在各种VI - 405平台上，它不能保证完整的Java程序的可移植性。特别是，需要注意线程的调度和图形绘制的质量。Java没有直接的I/O控制设备；因此Java程序时必须依靠与平台相关的本地控制设备。(3)图形用户界面(GUI)由于Windows和基于UNJX的电脑已经成功个人使用的流行趋势，一个GUI已经被接纳为一项标准功能。然后，抽象窗口工具包(AWT)，在早期版本的Java GUI中，这是唯一的方式配置,它不允许用户画出虚线箭头,或圆的角落,或者使用拖放技术。Swing的发布（对于Java最新版本）改进的GUI配置能力。(4)实时功能在大多数情况下，当一个程序使用在制造领域的时候，最坏的输入和输出处理、计算时间必须要被保证。对于当前版本的Java，系统的垃圾收集(即堆内存、线程自动恢复)对于程序员来说是很有帮助的。另一个方面，Java的垃圾收集功能的最大的弱点就是当它运行的时候，其他线程停止运行。此外，当前版本的Java不支持所有的所需的优先级控制和定时器的功能。3 工业应用程序中的Java3.1 嵌入式系统中的Java使用Java的项目通常是信息设备、消费市场的打印机和传真机、工业市场的控制器和远程监控。在这些嵌入式系统中使用Java的优势是什么了？这个问题的答案就是Java添加和维护产品价值的能力，正如下面大纲所列出的那样，第一个前三个项目高效的体现了“添加价值”和最后二个所体现出的“维护产品价值”。(1)在Web浏览器上通过网络下载一个Java小应用程序，使用者可以在任何位置监控和操作目标设备。(2)用户界面程序不需要执行每个设备，尽可能的使它在设备和用户界面之间共享负载，这个就是典型的PC。(3) 使用浏览器降低一个应用程序对于客户程序依赖的需要(4)使得程序更新作为一个有效的对策和缺陷(5)可以添加新服务3.2 将Java技术应用于制造行业基于java已经被描述的特征，Java被建议可以用在生产应用中。但是，当前的Java也存在不足之处，应用Java存在一些困难。例如，一个控制器需要直接的实时的控制机械和设备。刚刚开始的时候，Java适用于生产线以手机信息，它的适用性仍有待充分调查。在系统使用Java的平台程序的之间，如果一个卖主愿意合作来建立互操作性，一个开发的多卖主的系统可以被建立。3.3 在电力监控系统的案例研究到目前为止，还有很多的重要的制造或者控制应用程序的Java应用还没有被报道。Java被应用在工厂的例子有很多，它主要监控功能。图2就是一个典型的例子。基本上，在PC机上使用Web浏览器通过Intranet从所连接的服务器上可以下载一个Java小应用程序，这个程序是为了监控每个工厂的电力消耗。在每一个工厂里面，程序和域服务器进行通信来获取电力消耗数据，然后在浏览器上显示这个数据趋势图或者警报。当电力消耗超过预设的限制的时候，这个允许用户通过电子邮件通知管理员。域服务器的URL(统一资源定位符)可以访问，能耗可以从任何位置连接到局域网或互联网甚至可以从一个远程环境使用移动环境技术被监控。3.4 DCS的人机界面案例研究一般情况下，一个工厂的操作和控制可以通过一个专门的分布式控制系统所展示出来。这个系统可以从中央控制室操作。除了操作之外，办公室里面的监控应该远离CCR。网络环境目前的优势，特别是以PC为基础的人机界面的DCS系统的开发，可以让用户从任何办公室掌握工厂的状态。这个案例研究涉及PC机的一般浏览器上的DCS的图形屏幕的显示，没有使用一个特殊的客户端(DCS)程序。在这个例子中，一个小应用程序和一个HTML文件被下载到客户端PC机上的Web浏览器，然后小应用程序从数据源服务器获得过程数据，这个数据源通过使用一个OPC(OLE过程控制)接口访问到数据。工厂运行和监控的时候，需要一个DCS的图形屏幕。它必须要有严格的稳定性、操作性、显示等等功能。目前，仅仅使用Java小应用程序和Web技术是很难满足所有的要求的。虽然这个案例展示了一个DCS的图形屏幕和在浏览器上可以显示其他相似的显示，这些功能仅仅在工程师和管理员的监控目标上实现了，并没有在这些运行工厂的人上面实现。 4 标准化在所有不同种类的规范根据需要被使用和Java在更广泛的范围内使用之前，有必要规范Java的基本原理。二个标准化活动在这里做出了描述，这些活动与在制造业的现在系统和设备有着密切的联系。4.1嵌入式和实时JavaJava技术大致可以分为企业系统和嵌入式系统，这些技术用于制造业的系统和仪器。在表1中，总结了这些不同的硬件和软件的要求。其中，大多数讨论的重点是实时功能，因为目前还存在着Java实时应用程序的几个问题，这些问题包括线程调度和同步的不确定性，在垃圾收集时的暂停处理，没有定义I/O操作。在目前的产品市场上，C和C+语言用在实时操作系统上面的实时线程的编码，这样是为了在Java用于线程，例如GUS不需要保证执行时间，的时候保证最糟糕情况下的执行时间，如果所有的程序可以使用Java编码，将会带来很大的帮助，因为Java编码可以工程训练，提高生产力，程序可以跨平台重用。一些厂商供应嵌入式系统，这是为了使垃圾收集器抢占必要的有较高优先权的线程，这样做的目的是突然的处理中断可以被预防。此外，Java的可移植性是被抛弃的，因为应用程序的编程接口被每个厂商单独定义，这些编程接口需要编码实时处理。规范实时Java MI的工作和维护实时Java可移植性的工作正在进行中，国家标准研究所(NIST)目前正在收集来自厂商和用户关于实时Java要求的信息，这样做的目的是定义Java平台实时扩展的规范，定义Java规范扩展的工作由二个组进行。即J联合的技术委员会和Sun Microsystems的Java实时扩展专家。二个组织尽可能的共同努力工作去标准化实时Java的规范是有很大意义的。4.2 建立一个基于Java的工业监控框架在制造行业，越来越多的Java应用开始出现，几家公司引入了大量的可选择的硬件平台到市场上(除了PC之外)。这些产品可以充当域服务器的功能，它提供许多机会来执行监视和操作，通过网络使用HTML和Java程序从web浏览器界面。收集或者组织数据到域服务器上，服务器由不同的厂商提供，用户必须使用相应的API为每一个服务器开发一个小应用程序，目的是通过PC上的web浏览器操作它们。Java联合组织建立了一个研究小组去解决这个问题，处理的任务就是建立一个基于Java的工业监控框架(JIM).这个组织旨在标准化API和建立一个以Java为基础的开发并且用于工厂设备的应用程序。为了做这个，下面列出了必须要考虑的事情：Java组件之间的数据交换服务器和客户端之间的通信服务器端应用程序的基础用户希望应用程序提供来自多厂商的透明访问，目的是提高软件生产力和软件组件的重用性。目前，急需一个框架和API来作为客户端应用程序的各种软件组件的相互连接的实际标准。急需一个标准的API来实现从域服务器上收集数据的组件之间和宣示来自各种组件的数据的接收来自操作端数据的GUI的相互通信，建立一个框架来保证相互之间的连接。采用Java Beans标准来作为软件组件的平台，一个框架可以提供一些功能，例如数据交换，个体软件组件的生命周期的管理。框架是用来定义工厂的域数据标准的资源(对象)和确保这些工程的相互连接。5 发展趋势5.1 Java从这里出发用在制造业控制和监控系统的Java应用程序目前还处在初始阶段，从web浏览器上获取用户界面的小应用程序有很多的优点，有很多这样的例子。在真实工厂用来控制机器的Java程序的使用，还是在很多方面被限制的。我们有理由相信：Java的优点在将来不仅仅在用户界面上被实现，而且在控制应用上也可以被实现根据目前的想法，Java技术的未来发展方向如下：(1)实时处理目前，因为目前存在的规范，使用Java处理实时程序是很困难的，使用实时Java来标准化API的工作正在进行中，正如图4.1所描述的那样。这个一旦实现，使用Java定义实时处理将会变得可能，最后，厂商将会提供一个实时Java虚拟机和支持API的预编译器，使用这些技术的产品系统将会成为可能。(2)软件生产力的提高人们期望使用Java开发的程序比这些使用C和C+开发的程序有更高的生产力，因为Java是一种复杂的面向对象语言、独立管理内存。软件组件技术(例如企业级Java Beans)的可重用性期望被提高。(3)分布式对象系统期望有一个基于分布式对象的开发系统，目的是提高系统的效率、灵活性和系统的维护性。公共对象请求代理体系结构(CORBA)，它于1992年由对象管理集团开发，被广泛接受的对象之间的通信标准。符合CORBA规范的对象被称为昏迷对象，它工作在面向对象的环境中。由于在网络环境中面向对象的自然性和适应性，Java是最适合描述CORBA对象的。5.2 Java移动代理代理这个词有很多