（机械电子工程专业论文）基于xml的wsmcnc数控系统信息集成技术.pdf

基于x k l l 的w s m c n c 数控信息集成技术 摘要 随着制造业信息化的迅猛发展，企业内部及企业间的信息传输与交换日益 频繁，而且传输数据的内容与格式也越来越复杂。论文综述了数控系统信息集 成的国内外发展现状，介绍了信息集成过程中出现的信息化孤岛问题，提出了 基于x m l 进行信息建模的解决方案，并进一步阐述了基于w e b 服务和移动通讯 技术的w s m c n c 数控系统的特点，并对其系统软件架构进行了研究。 针对信息化孤岛问题论文通过详细地阐述x m l 技术体系及应用特点，说明 了将其应用于数控系统信息集成中的优势。在x m l 的语法、模式和x s l t 的各自 特点进行了分析和对比的基础上，针对异构的数控系统本文提出建立统一的基 于x m l 技术的信息描述标准，以解决由于数据格式混乱带来的信息集成的问题。 为了实现制造车间服务级的系统集成，并充分发挥人在制造过程中的核心地位， 综合人的智能与机器的智能的提出了新型分布式数控系统。综合合分布式系统 c s 和b s 的软件架构模式的优点，本文详细地论述了该数控系统基于混合模 式的系统组成。并以数控加工程序编译功能通过w e b 服务的定义、发布与引用 的为例，说明了该模式运行的特点。 关键词：信息集成分布式数控x m lw s m c n c人机协同软件架构w e b 服务 编译 t e c h n o l o g yo fx m l - b a s e di n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o nf o r w s - m c n c s y s t e m a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o no fm a n u f a c t u r i n g ，t h e r ea r e m o r ea n dm o r ec o m p l i c a t e dd a t e sw h i c ht r a n s m i t eb e t w e e nc o r p o r a t i o n so ri n s i d e t h ec u r r e n ts t a t eo fi n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o na th o m ea n da b r o a da n dt h ep r o b l e mo f i n f o r m a t i o ni s l a n dw h i c hp r e v e n t sw i t ht h ed e v e l o p m e n to fm a n u f a c t u r i n g i n f o r m a t i o n i z a t i o na r ei n v e s t i g a t e di nt h i sp a p e r ；t h et e c h n o l o g yo fx m li s i n t r o d u c e di no r d e rt os o l v et h ep r o b l e m t h ec h a r a c t e r i s t i c sa n ds o f t w a r e a r c h i t e c t u r eo fw s m c n c s y s t e m b a s e do nt h ew e bs e r v i c ea n dm o b i l e c o m m u n i c a t i o na r ed i s c u s s e d t h ea r c h i t e c t u r ea n da p p l i c a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fx m lw h i c hi si n t r o d u c e di n p u r p o s eo fi n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o no fc n cs y s t e ma r ee l a b o r a t e d ，a n dt h ex m l s y n t a x s c h e m ax s l ti sa l s oa n a l y s e di nt h ep a p e r t os e tu pau n i f i c a t i o ns t a n d a r d b a s e do i lx m li no r d e rt of i g u r eo u tt h ec o n f u s i o nc a u s e db yd i f f e r e n ti n f o r m a t i o n f o r m a tf r o md i f f e r e n tc n cs y s t e mi sa b s o l u t e l yn e c e s s a r y i no r d e rt oi m p l e m e n t i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o no fm a n u f a c t o r ys h o pi ns e r v i c ec l a s sa n dg i v ep r o m i n e n c e t ot h eu n i q u eu n r e p l a c e ds t a t u so fh u m a ni nt h ep r o c e s so fm a n u f a c t u r i n g a u t o m a t i o nan e wd i s t r i b u t e do p e n a r c h i t e c t u r ec n cs y s t e mi si n t r o d u c e di nt h i s p a p e r a f t e ra n a l y z i n gt h er e a s o n sw h yt h eh y b r i ds o f ts t r u c t u r eb ed e s i g n e dw i t h a n dt h ec h a r a c t e r so ft h eh y b r i ds y s t e m ，i tp u t sf o r w a r dt h a tt h er e a l i z a t i o no ft h e c o m p i l e rr u n n i n go nt h ex m lw e bs e r v i c e k e yw o r d s ：i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o no p e n a r c h i t e c t u r e c n cs y s t e mx m l w s - m c n ch u m a n m a c h i n ec o o p e r a t i o n s o f t w a r ea r c h i t e c t u r e w e bs e r v i c e c o m p i l e 插图清单 图1 i 制造业信息化体系 图1 2 制造信息化体系 图1 3 企业级信息集成总体框图 图1 4 车间系统模型视图 图1 5x m l 技术家族 图2 ix m l 标准体系。 1 6 1 8 图3 1 数控系统信息集成框图3 3 图3 3 n c 文档的内存结构。 图3 2 n e t 的x m l 结构 图4 1w s m c n c 数控系统组成图 ：；8 4 5 4 6 图4 2 n e tc o m p a c tf r a m e w o r k 体系结构4 7 图4 3数字化人机协同制造系统的总体系统结构4 8 图4 4w s m c n c 系统w s c s 软件结构4 9 图4 5w s - c s 模式客户端功能结构图5 0 图4 6混合架构中设备控制器( d c ) 的软件结构图5 l 图4 7n c 代码的编译流程图。5 2 图4 8 项目添加自定义的引用5 3 图4 9将c o m p i l e d 1 1 文件引入w e b 服务5 4 图4 1 0 生成代码编译服务的本地代理类5 4 图4 1 1 项目中添加的w e b 引用5 5 图4 1 2 向开发环境添加自定义w e b 控件。5 5 表格清单 表2 1 元素的内容模型 表2 2 元素内容多样性。2 3 表2 3x m ld t d 属性列表2 4 表2 4d t d 默认属性2 4 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得 金理王些盔堂 或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了 明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：i 移色签字日期：岬年1 1 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金匿王些盍堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授 权金壁王些盍堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采 用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 2 芬 期：个n 月日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名： 签字日期：k 7 年、月日 电话： 邮编： 致谢 在我的硕士论文完成之际，首先，我要感谢我的导师王治森教授! 论文是 在王老师的悉心指导和亲切关怀下完成的，在此，谨表示最诚挚的敬意和衷心 的感谢l 导师渊博的知识、严谨求实的治学态度、诲人不倦的工作作风以及平 易近人的待人方式，给我留下了深刻的印象，也是我今后学习和工作的楷模。 导师的循循善诱、谆谆教导使我的知识和技能水平都得到了很大提高，令我终 生受益! 其次，我要感谢合肥工业大学c i m s 所的韩江教授、夏链副教授、何高清 老师、齐继阳老师、余道洋老师。他们丰富的实践经验、以及忘我的工作精神 给我留下了深刻的印象，令我敬佩与叹服。 感谢我的师兄高荣博士、董伯麟博士、蒋克荣博士、黄小峰硕士和孙芒硕 士在我的项目开展以及论文的撰写阶段给予的帮助和支持，他们独到的见解使 我得到许多宝贵的经验和启发，与他们相处成为了我读研阶段难忘的时光。 感谢我的同学陈晓明、李志鹏，使得我能够在平时的学习过程中与他们互 相交流、互相帮助、不断提高。 感谢师妹王静之、孟超给我的帮助! 衷心祝他们各位前程似锦! 向论文中引用过文献的作者们，向所有关心和帮助我的老师、同学和朋友 表示感谢! 最后，特别要感谢父母的养育之恩，是父母亲数十载的辛劳、一如既往地 期待与支持，使我得以完成学业。对他们的感激之情无法言表，我只有在今后 工作、生活和学习中用辉煌成就来汇报他们的殷殷之情。 作者：张飞 2 0 0 7 年1 1 月 1 1 引言 第一章绪论 制造业是国民经济的主要支柱产业，并且是国家经济与国防实力的体现和 国家工业化的原动力。它的发达程度突出反映了一个国家、一个地区的经济实 力和综合国力，人民的生活水平和生活质量，国防能力和社会发展程度。在工 业化国家，约有1 4 的人口从事制造业，约7 0 一8 0 的物质财富来自制造业。 目前，我国制造业工业总产值约占全国g d p 的4 2 5 ，振兴制造业成为我国 实现工业现代化和繁荣国民经济的关键所在1 1 4 j 。 当前世界各工业发达国家的经济状况不景气，并伴随着中国加入w t o 和经 济全球化，世界制造中心移向中国，使我国正在成为世界制造业的中心。但是 国家中长期科学和技术发展规划纲要( 2 0 0 6 2 0 2 0 年) 指出我国是世界制造 大国，但还不是制造强国；制造技术基础薄弱，创新能力不强；而且产品以低 端为主；提出将制造业作为重点发展领域，把数字化和智能化设计制造作为制 造业中的优先主题。大力推进制造业信息化，用高新技术改造和提升制造业。 以装备制造为突破口，推进制造业信息化，重点研究数字化设计制造集成技术， 建立产品数字化和智能化设计制造平台。开发网络环境下的数字化、智能化创 新设计方法及技术，设计、制造和管理的集成技术1 4 】。 我国制造业企业面临激烈的国际国内市场竞争、经济全球化及计算机网络 技术的普及，如何迅速提高制造业的核心竞争力，很重要的一点，就是加快制 造业的信息化进程。但是制造业信息化不是简单的计算机1 e r p 软件和c o m 网 站【5 6 】，制造业信息化是一个涉及众多方面的综合系统工程，要进行制造业的信 息化建设，促进制造业信息化，首先要对底层制造技术进行改造，因为底层制 造业技术是制造业的基础，是实施制造业信息化的一个关键问题。只有制造过 程本身实现信息化建设，制造业才能真正获得成功1 7 】。 上世纪8 0 年代，计算机集成制造( c i m s ) 研究、发展和应用，将制造业信 息化( m a n u f a c t u r i n gi n f o r m a t i o ne n g i n e e r i n g ，简称m i e ) 的范围从传统的技术 领域延伸到管理领域，随着w e b 技术的发展和i n t e m e t i n t r a n e t 技术的广泛应用， 制造过程也从企业内部向区域甚至全球制造方向发展，制造业信息化的发展走 向了更高的层次( 如图1 1 所示) ，新的制造思想、哲理和方法不断涌现，并且 涵盖范围更加广泛哺l 。 图1 1 制造业信息化体系 制造信息化( m a n u f a c t u r i n gp r o c e s s b a s eo ni n f o r m a t i o n ，简称为m p i ) 是制 造业底层制造技术活动信息化，主要包括产品的设计、制造、加工装备及其控 制的自动化，制造信息化的体系结构如图1 2 所示。 l j 业机* 人1 i 塞萋竺霎量堡 一，l 图1 2 制造信息化体系 上世纪9 0 年代以来，随着w e b 技术的迅猛发展与i n t e r n e t 广泛发展，企业内 部的信息化逐渐向企业外部延伸，企业实现了供销服务的信息化和企业管理、 决策的信息化，使得信息化的重点转到了上层( 决策与管理) ，造成了对下层制 造信息化建设不够重视，两个层次的信息化发展阻碍了制造信息化的顺利进行 1 9 1 ，为企业健康发展带来了诸多问题。一个重要的原因就是出于底层的制造信 息化水平与所实施的企业信息化系统( 如e r p 、m r p i i 等) 要求相去甚远。其 主要由以下原因造成【”1 ： 1 ) 产品设计落后。产品开发是信息流的源头，目前很多企业仅仅是改变了 绘图方式，没有理解现代产品设计开发的实质，设计过程中的信息量少，可复 用性差导致信息流的阻断，延长了生产周期。而且利用网络技术获取国内外设 计信息技术显得不足。 2 ) 加工方法和设备落后。以制造设备为支撑的制造信息化，数控设备信 息的集成对制造业的信息集成起到了重要的支撑作用，同时数控设备的集成也 能提高数控设备的加工效率。我国大多数的企业仍在采用传统的加工方法，设 备的智能化、信息化程度低，生产过程中不能很好的提高数控设备的使用效率， 而且数控设备不能直接使用产品在设计阶段产生的信息，往往还需要人工输入， 生产过程中的相关信息没有得到有效的集成。 制造信息化对底层数字化控制的生产设备的基本要求就是制造过程要有畅 通的信息流通道，从而实现本地及远程c a d c a m 的系统信息的集成。信息技 术的发展促使底层数字化控制的生产设备数控机床得到广泛的应用，而其核心 部分一数控系统更是伴随着信息技术的发展而不断发展。为满足制造业信息化 的要求数控系统逐步演化成为具有模块化、可重构、可扩充软硬件功能特征的 开放式数控系统。 因此提高数控系统的信息集成，对制造信息集成具有重要的核心地位，充 分利用设计阶段的信息，提高企业底层信息共享，及时向车间管理层反馈单元 级制造系统的实时信息，提高企业自动化程度，为实现企业的制造信息集成提 供基本条件。 1 2 信息时代的制造业 1 2 1 先进制造模式 先进制造技术是在传统制造工艺技术不断发展的基础上，将计算机技术， 信息技术，新材料技术有机的融合于产品生命周期中去，包含了人一一技术一 一组织的综合因素。其核心是数字化制造( d i g i t a lm a n u f a c t u r i n g ) ，数字化制 造是用数字化表述、存储、处理和控制的方法，以制造过程的知识融合为基础， 通过数字化建模、仿真与优化，支持产品全周期和企业的全局优化运作的制造 模式。其显著特征是以数字化、信息化、自动化设备和软件系统逐步取代传统 的机械设备和人工运作。 先进制造技术发展的总趋势是系统化，集成化，网络化和智能化。同时， 为了适应激烈的市场竞争，先进的生产模式不断涌现：绿色制造、并行工程、 敏捷制造、虚拟制造、智能制造系统等。 1 敏捷制造与虚拟制造l j “”】 敏捷制造( a m ，a g i l em a n u f a c t u r i n g ) 是1 9 8 8 年美国通用汽车公司( g m ) 与里 海( l e h i g h ) 大学共同提出的一种新的制造企业战略。提出者认为：a m 是能在不 可预测、持续变化的竞争环境中使企业繁荣和成长，并具有面对顾客需求和市 场变化做出迅速响应的能力。其思想和观念符合信息时代发展的潮流。敏捷企 业具有以下主要特点：1 ) 在全球化的市场竞争中，能以最短的交货期和最经济 的方式，按用户需求生产出用户产品；2 ) 具有灵活的动态组织机构，能以最快 的速度把企业内部和外部不同企业的优势力量集中在一起，形成具有快速响应 能力的动态联盟；3 ) 具有高度柔性、可重构的生产设备及相应软件；4 ) 具有持 续创新的能力：5 ) 具有创新能力和有经验的员工；6 ) 企业和用户之间存在一种 “战略”依存关系。 虚拟制造是对制造过程中的各个环节，包括产品的设计、加工、装配，乃 至企业的生产组织管理与调度进行统一建模，形成一个可运行的虚拟制造环境， 以软件技术为支撑，借助于高性能的硬件，在计算机局域，广域网络上，生成数 字化产品，实现产品设计、性能分析、工艺决策、制造装配和质量检验。它是 数字化形式的广义制造系统，是对实际制造过程的动态模拟。 虚拟制造具有以下几个特点： 1 ) 无需制造实物样机就可以预测产品性能，节约制造成本，缩短产品开发 周期； 2 ) 产品开发中可以及早发现问题，实现及时的反馈和更正； 3 ) 以软件模拟形式进行产品开发； 4 ) 企业管理模式基于i n t r a n e t i n t e m e t ，整个制造活动具有高度的并行性； 2 现代集成制造 美国哈林顿博士在“计算机和集成制造”一书中提出计算机和集成制造 ( c i m ) 的概念。集成制造的核心内容是：制造企业从市场预测、产品设计、加 工制造、经营管理直至售后服务是一个不可分割的整体，需要统筹考虑。整个 制造过程的实质是信息采集、传递和加工过程，最终生产的产品可看作是信息 的物质表现。集成是c i m 的核心，这种集成不仅是物的集成，更主要的是以信 息集成为特征的技术集成和功能集成，计算机是集成的工具，计算机和辅助各 单元技术是集成的基础，信息交换是桥梁，信息共享是关键。集成的目的在于 制造企业组织结构和运行方式的合理化和最优化，以提高企业对市场变化的动 态响应速度，并追求最高整体效益和长期效益。 通过从信息集成、过程集成到企业集成的研究和实践，提出了内涵更为丰 富的现代集成制造系统( c o n t e m p o r a r yi n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m s ， c i m s ) 的新概念。现代集成制造系统将信息技术、现代管理技术和制造技术相 结合，并应用于企业产品全生命周期( 从市场需求分析到最终报废处理) 的各个 阶段。通过信息集成、过程优化及资源优化，实现物流、信息流、价值流的集 成和优化运行，达到人( 组织、管理) 、经营和技术三要素的集成。以加强企业 新产品开发的t ( 时间) 、q ( 质量) 、c ( 成本) 、s ( 服务) 、e ( 环境) 、i ( 个性化) ，从 而提高企业的市场应变能力和竞争能力。系统化、信息化、集成化、网络化、 虚拟化、智能化是现代集成制造系统的主要特征m 。14 1 。 3 网络化制造 以i n t e m e t i n t r a n e t 为代表的网络技术的迅猛发展，计算机性价比的不断提 高，给传统制造业注入了新的活力。网络化制造成为信息时代的研究热点。其 核心思想是解决传统组织结构相对固定、制造资源相对集中、以区域性经济环 境为主、以面向产品为特征的制造模式所存在的问题。其目的是充分利用网络 技术，以一定的互联方式，组成开放式、多平台、相互协作、能及时灵活地响 应客户需求变化的制造系统。基本目标是将地理位置上或逻辑上分布的各种异 构制造系统企业，连接到计算机网络中，提高各个制造系统企业间的信息交 4 流与合作能力，进而实现制造资源共享，为寻求市场机遇、及时和快速地响应 和适应市场需求变化、赢得竞争优势、求得生存与发展奠定坚实的基础。 网络化制造以数字化、柔性化、敏捷化为基本特征。柔性化与敏捷化是快 速响应客户需求的前提，表现为结构上的快速重组、性能上的快速响应、过程 中的并行性与分布式决策。这意味着系统必须具有动态易变性，能通过快速重 组，快速响应市场需求的变化；另一方面，必须使各种制造资源成为网络上可 以共享和集成的节点，通过合作与竞争，参与动态的制造系统重组。这就要求 制造企业的组织形态、经营模式和管理机制有全方位的创新，使之适应网络化 制造的要求。从思想和内容上可以看出，网络化制造是实现敏捷制造的重要支 撑技术。 网络化制造的信息管理模式主要有：主机终端模式、单机运行模式、c s 模式和b s 模式，其中b s 模式兼顾了主机集中式和c s 分布式两种模式的优点， 实现资源共享，又可使管理高度集中化，成为管理模式的发展趋势【l “1 8 】。 1 2 2 全球制造的信息集成技术现状 制造信息化是未来制造的必由之路，许多发达国家都非常重视制造信息化， 也提出了各自的研究计划，如c i r e p ( c o m p o n e n ti n f o r m a t i o nr e p r e s e n t a t i o n e u r o p e a np r o g r a m ) 是欧共体e s p r i t 项目资助的研究和发展计划，是关于零件数 据共享的全球信息系统，建立零件供应商和用户之间的直接数字化信息流的零 件信息表达欧洲项目。其主要目的是通过支持零件类定义，并允许将每一类的 单个零件纳入用户零件库中，定义、管理、发布和开拓利用整个产品生命周期 的零件信息。制造商将能更高效而方便地发布其零件信息，建立与客户更近的 联系。用户可以更容易地找到满足他们特殊需求的零件，并直接将数据下载到 他们的设计系统中。该项目以国际标准为基础，确保高质量的信息和可靠的零 件数据。 美国g e 公司制定了一个计算机辅助制造网络( c o m p u t e ra i d e dm a n u f a c t u r i n gn e t w o r k 。c a m n e t ) 的研究计划【l9 1 ，该计划的目标是利用t c p i p 、h t t p 协 议，集成现有各种网络工具，组成一个企业之间信息分布存储、信息共享、交 互式的辅助制造网络系统，为实现敏捷制造和动态联盟提供支撑环境。c a m n e t 向用户提供一组客户i 1 1 务器模式的工具，实现透明的网上辅助制造服务。 n i i i pfn a t i o n a li n d u s t r i a li n f o r m a t i o ni n f r a s t r u c t u r ep r o t o c o l s ) 计划是由i b m 领导的1 8 个组织和大公司共同进行的研究项目，研究企业问的合作和资源共享 方案，使得合作者之间消除由于不同的数据结构、不同过程和不同计算环境所 造成的协作和资源共享障碍。开发一系列开放的、基于标准的软件基础构造协 议来集成异种的、分布式的计算环境。在该环境中，相互独立的制造商和供应 商能够有效的互操作，使地理上分布的、任意规模的组织在异构环境下协同工 作，共享资源，如同是同一个组织一样【2 叭。 g e n ( g l o b a le n g i n e e r i n gn e t w o r k ) 是欧共体g 7 项目的一部分，旨在为工程 技术人员建立一个开放的全球电子市场，提供适用产品开发、制造和后勤服务 的工程知识。该项目是在1 9 9 5 年开始的，联盟内有工业和研究伙伴、非盈利机 构、信息供应商和服务性企业【2 1 1 。g e n 的目标在于建立统一的智能访问库，市 场中的企业可以发挥自己的核心竞争能力，集成各自的优势资源，提高应变能 力，快速响应用户需求。 这些计划提出时以提高本国制造技术的国际竞争能力，促进经济增长和提 高国家综合实力为目标，注重技术的超前性，更重视来自制造业的实际需求； 在关键技术选择上注重系统集成技术与工艺装备研究并重，通过系统技术、信 息技术和自动化技术的引入提高企业的核心竞争能力。 近2 0 年来结合我国实际国情，有关部门对信息化的推进有计划的部署利一 系列的国家级重点科技项目，如：“8 6 3 ”计划等。对制造业信息集成进行全面 研究和实施【z “。 i 2 3 企业、车间级的信息集成 企业的信息集成是企业集成化的技术前提，它的目的主要是为了将异构( 不 同的操作系统、控制系统、数据库、应用软件等) 环境下的、多形式( 结构化的 各种纪录与表格、半结构化的图片与电子邮件、非结构化的自然语言与多媒体 信息等) 的信息进行技术集成，以实现信息的高效率、高质量自动传送和交换。 制造业企业信息化的关键点是怎样实现设计部门的数据信息同管理部门的 数据信息的集成。结合企业状况及信息获取的需要，我们通过以下技术方法实现 信息集成： 【i 】系统化设计。考虑整个系统的开放性、适应性和先进性，预留各种软件 和硬件接口，采用跨平台技术( n e t 或x m l 语言方法) 等，满足现代企业网络化、 多线程、面相对象的需要。 【2 】转换器或中间件设计。若子系统间异构不能进行信息交换，可设计转换 器或中间件，实现质量信息的交换共享。面向对象的中间件技术能透明地在异构 的分布计算环境中传递对象( 本地或远程机器) 请求。 【3 】标准化应用。解决企业信息化的瓶颈问题，标准化技术是企业必须考虑 的关键问题，如何实现数据访问传递控制的标准、如何实现数据交换的标准、 如何规定同一的数据格式等标准都是企业必须认真考虑的，因为信息平台与文 件格式的互异性成为企业信息孤岛的最大障碍。基于d mi s 规范的c a d ( 计算机 辅助设计) d m e ( 尺寸检测设备) 系统集成，基于s t e p 标准的c a d c a m ( 计算机 辅助设计制造) c a p p ( 计算机辅助工艺规划) 系统集成，生成标准化数据结构， 利于信息交换和信息共享。 6 可扩展标记语言x m l 是由国际标准化组织w 3 c 在1 9 9 8 年2 月发布成为标准，用 于实现网络上信息的共享和交换。x m l 具有语法简单、结构化、可扩展性、开放 性、自描述性、灵活性、互操作性和信息重用等主要特点，能实现内容更丰富、 更复杂的事务描述。其内容描述与形式显示相分离可以让x m l 文件编写者注重数 据本身，使数据的存储格式不受显示格式限制，并适应不同应用平台显示；其 良好的扩展性和自我描述性能很好地实现相当复杂制造资源的数据关系，实现 不同领域的事务描述标准：x m l 文件以纯文本的格式通过h t t p 协议传输，轻易的 跨越企业的防火墙进行传输。正是x m l 技术所具有的优势，为信息集成提供了一 种简单、通用的数据接口标准“2 1 ”。 w e b 服务是一种基于w e b 的分布式计算技术解决方案，它是轻量级的分布式 技术，可实现对象方法到对象方法的互操作，使各种平台的以各种不同语言和 技术开发的分布式计算技术能够相互协作和交互。其最大优势就是提供了跨平 台的，用不同语言编写的各种程序之间交互的一系列标准，它为各种异构平台 的信息进行整合和交流提供了一种现实且方便的解决途径。w e b 服务可以将运行 在通过i n t r a n e t i n t e r n e t 联接的分布式服务器上的应用集成在一起。这种集成 网络使分布式应用更加方便和安全，并且省去了由开发人员为每个应甩程序编 写自定义接口的繁冗环节，使应用程序的集成比以前更快、更容易而且更便宜。 与传统的组件、分布式组技术而言w e b 服务为信息集成提供了一种新型的低成 本、松耦合性基于服务的集成技术。 可利用x m l 和w 曲服务技术的优势以实现企业间的信息集成，其总体框图 ( 如图1 3 ) 可表示如下： 姆 图1 3 企业级信息集成总体框图 业务逻辑层是企业间实际的业务运作过程的信息，数据存储层是现存企业 中的各种业务系统，如e r p 系统，c r m 系统等，它们是把各种业务信息以数据 库的形式存储。应用层是w e bs e r v i c e 应用程序，涉及到将业务逻辑转化成x m l 文档，这需要使用面向对象的方法和统一建模语言针对企业间形成信息进行建 模和分析，得到文档对象模型；还需要将数据存储层数据到应用层之问的x m l 文档，在应用层实现设计、实现、部署和调用w e bs e r v i c e 来达到企业间的信息 集成。 车间是制造企业的基础单元，数控技术从n c 、c n c 、d n c ( 分布式数控系 统) 发展到f m c ( 柔性制造单元) 和f m s ，其关键是信息的集成，因为信息流 是联系各种系统并实现其功能的唯一纽带，它在制造系统的变革中起到了相当 重要的作用。近年来，为了提高集成制造系统的开发速度、开放性、集成性、 柔性，人们开发了许多新的技术和集成技术，他们为集成制造技术在实践中有 效应用起了开创性的工作。 从系统硬件资源组成的角度来讲，它是由设备、人员、材料组成；从过程 看它涵盖了制造、传输、存储、质检等生产过程；从管理范围来看，它由部门、 单元、个体等组成，车间的核心是产品，人是集成制造车间的关键因素，通过 计算机、网络、软件和工程数据库将诸要素有机地集成起来【“。2 5 】( 见图1 4 ) 。 ( 警理角度) 车匍 每九 单元 十体 设 暨角厦j 图1 3 车间系统模型视图 车间数控设备是实现产品物理转换的关键，因此数控设备的信息化集成是 车间的信息化的关键所在。因此本文将在以后章节中对数控设备的信息集成展 开深入的讨论。 1 3 制造业信息化集成中存在的问题 1 3 1 “自动化孤岛”问题的产生 上个世纪末，各种计算机辅助技术已经遍及机械、航空航天、建筑等各个 行业，成为这些行业不可或缺的组成部分。在不断改进和重组业务流程，优化 资源配置，提高生产率和增强竞争能力的同时，在企业内部广泛应用计算机技 术。c a d c a m c a e c a p p 技术作为现代企业产品开发系统的核心已经得到了 普遍的认同和广泛的应用，这些技术有效地提高了产品设计和制造环节的效率、 质量和效益。管理信息系统( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m ，m i s ) 、制造资 源计划( m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c ep l a n n i n g ，m r p i i ) 、企业资源计划( e m e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ，e r p ) 和决策支持系统( d e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ，d s s ) 等 技术的应用，有效地提高了企业管理环节的处理效率，使现代企业的管理逐渐 从经验型、被动的和粗放的模式，转变到主动的、预测式的和精确量化的模式， 企业的资源得到更为合理有效的利用。 但是，伴随着各个单元技术自动化水平的提高，企业面临新的问题：自动 化工作单元效率增强，各种工程信息的数量急剧膨胀，而各个自动化单元之间 的信息沟通和协调却非常少，出现了所谓的“自动化孤岛”( 或“信息孤岛”) 问题。其表现包括： 不同的产品设计和开发机构的计算机系统不匹配，支撑技术不配套； 异地、异构的数据难以互换，信息共享程度低； 缺乏过程控制下的协同工作环境，不同过程和阶段的连续性差： 资源重用性差，业务管理落后； 主要表现在两个方面：一方面，各个自动化单元分别采用不同的数据描述 方法和手段，彼此之间的“语言不同”，难以实现数据的共享和有效交换，造成 大量公共数据的冗余和不一致；另一方面，企业的信息应当是一个连续、顺畅 流动过程，而各个自动化单元却各自保存各自的数据，彼此之间缺少有效的信 息交换机制，不但无法保证信息的完整性和一致性，而且造成了企业运作的各 个阶段信息流动的脱节，降低了信息传递的效率，这在很大程度上抵消了各个 单一自动化单元效率提高所带来的好处。 虽然源于制造业，但。自动化孤岛”所代表的问题却具有一定的共性。企 业本身是一个协作运行的整体，企业的信息技术必须着眼于整体，从全局优化 的角度对企业信息化技术进行配置和改造，单纯依靠单元自动化技术的方法是 行不通的。 当前，联合是企业求得生存的唯一道路。随着企业间合作的加强，相应扩 展了“自动化孤岛”问题的范围：不一致信息模型阻碍彼此有效通信，受到影 响的信息系统由原来的企业内部各自动化单元之间，扩展到合作企业间各信息 处理系统之间，信息系统之间很难交换、共享。因此，不同信息处理系统不得 不重复输入、处理同样的数据，造成人力、财力、物力的极大浪费，并且极易 产生信息内容不一致1 2 “。 1 3 2 “自动化孤岛”问题解决方案 。自动化孤岛”的危害就是割断了本来是密切相连的业务流程，使各个子 系统不能信息畅通，相互共享。要消除“信息孤岛”，就要对企业进行信息集成。 但是，信息集成并非易事，它面临着一系列需要解决的复杂问题。 9 首先，信息集成应该采取一种什么基本模式? 如果淘汰原来使用的那些落后的、小而孤立的信息系统，按照新的信息处 理要求、新的计算机技术，构建一个全新的计算机信息系统，这看起来是一种 快捷的选择。然而在大多数情况下，这实际上并不明智。 如前所述，“信息孤岛”的出现，并不是人们原来不知道，或者不想一次性 建设一个十分完整的、能处理各种事务的信息系统，而是受当时业务活动对信 息处理的需求和当时计算机信息处理技术水平的限制，同时也受到对信息系统 建设的投资能力等诸多因素的制约，只能先建设小而孤立的信息系统，让这些 小的子系统先把企业中可以管理的部分管理起来。这种状况过去存在，现在和 今后也将会长期存在。总之，信息系统的集成目标和水平是随着计算机技术、 信息处理技术的不断发展，随着社会进步对各种业务活动需求的变化而不断发 展变化的，是一个渐进完善的过程。 信息系统的建立要投入相当大的人力、物力、财力。如果为了实现新的信 息集成，每一次都是废弃原有的系统而重建一个新信息系统，那么信息集成的 新投入必然是随着集成规模和层次的提升而越来越大。同时另一方面，废弃原 有系统，也就使其中大量本可以继续应用的基础部分被随之废弃，从而造成巨 大浪费，由于系统实际运行中的延续性，这种方法也是不可能施行的。所以， 在一般情况下，信息集成可以而且必须以原有信息系统的继续使用为前提，是 在原有信息系统基础上的信息集成。 其次，在原有系统基础上的信息集成，又面临另一个难题。由于建设各个 孤立、封闭的小系统时，面临的情况千差万别，所以使用的技术，硬件、软件， 信息处理规则等也就各式各样了。例如，使用的技术平台、工具不一样，使用 的编程语言不一样，使用的数控系统不一样，使用的自动化模式不一样等等。 这些众多的不一致性造成了各个信息子系统的异构。要对原有异构系统进行信 息集成，就要解决这些问题，使各个子系统能够互相交换信息，信息流不被割 断。 针对这些在信息集成中的问题，目前已存在各种不同的解决方案。信息集 成中基于x m l 的程序传递研究有代表性的是：建立接口，用数据仓库和数据挖 掘，用x m l 集成等，以下分述之1 2 ”。 1 建立接口标准 这种方法在两个需要有数据交互的系统之间建立一个通信接口，两个系统 的信息都通过这个接口传递给对方。根据相互信息系统的不同特性，这个接口 也是互不相同的。这当然能解决系统之间通信的问题。而且由于接口是专用的， 数据传递的速度也会很快而且准确。但是，这样就会存在另一个比较大的问题。 因为这种方式是建立专用接口的，那么每两个子系统之间就需要一个接口。在 信息集成涉及子系统数量较小的情况下还能适应，一旦子系统数量很大，那么 1 0 接口的数量就会十分庞大。接口数量符合下列算式： y = n ( n - 1 2 ) = n2 n 2 其中，n 是信息子系统的数量，y 是相应的接口数量。 可以看出，如果n 增加，那么接口数量将会增加的更快，更多。在这种情 况下，将使整个系统变得非常庞大而难以维护。而且由于接口的过于专用，使 其失去了珍贵的通用性，而通用性正是信息集成所需要的。 2 数据仓库和数据挖掘 数据仓库和数据挖掘技术是现在世界上研究的热点，它们都是致力于为决 策者提供决策信息。用它们来进行信息集成是有优势的。与现在普遍应用的、 以基本数据的存储、查询、修改、共享为目的一般数据库不同，数据仓库是用 于管理决策、面向分析型数据处理的技术。数据仓库可以对包括历史数据在内 的多个异构数据源进行有效的分析性集成，集成后的数据按主题进行重组，以 有利于管理、决策使用的形式存储在数据仓库中。在数据仓库中的数据一般不 再修改。 数据挖掘是从数据仓库发展而来的，主要是通过一定的管理和计算机技术 手段，分析出各种数据之间的内在联系，找出它们之间的关系，帮助决策者做 出正确决策。 从对数据仓库和数据挖掘的描述中可以看出，它们面对的都是己有的信息。 对信息的集成是在相对长期、大量已有数据的基础上进行的，它们主要是找到 一定时期内大量信息之间相对稳定的潜在联系，以及对管理决策可能产生的影 响，或者说，通过信息集成，找出数据、信息中对管理决策具有基础性、规律 性的内涵。这当然是信息集成的重要目标之一。不过也由此看到这两种技术无 法实现的问题。 1 4x m l 简介 i 4 1x m l 的出现 早在2 0 世纪6 0 年代，人们就想要将文件结构化成标准格式，以促进数据 的交换和操作。i b m 创建了g m l ( g e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e ，通用标记语言) 以在其出版系统内部实现这一需求。1 9 8 6 年从i b m 的g m l 演化而来的s g m l 由 i s o ( 国际标准化组织) 推出用来创建标记语言的语言标准。作为第一个标准 化的信息结构化技术开始，s g m l 被用来提供一种在i b m 内部格式化和维护合 法文件的手段，s g m l 为提供了一种将数据内容与显示分离开来的数据表示方 法，使得数据独立于机器平台和处理程序。s g m l 的确在许多大型系统中很有 用，但是它的复杂性，尤其是当人们急于把文档从字面方式转化为w 曲方式时， 使其难以直接应用到i n t e r n e t 上，而且也会让一般的软件程序员退避三舍，不会 轻易地把s g m l 集成到桌面应用程序。后来它被扩展和修改，作为一种全面的 信息标准以适应工业范围的广泛应用。而h t m l 的出现只是对s g m l 的一种应 用，它符合i n t e r n e t 简单易懂的需要，而h t m l 是专为w e b 上发布超文本而设计 的标记语言，它是用s g m l 定义标记语言的一个典型例子，但是h t m l 本质上主 要关注w e b 浏览器如何在页面上安排文本、图像和按钮等，过多地考虑外现使 其缺乏结构化数据的表示能力。另外，h t m l 中有限的标记不能满足很多w e b 应用的需要。如基于w e b 的大型系统和新一代的电子商务，而为各种应用需要 不断地往h t m l 中增加标记显然不是最终的解决方法。究其原因是h t m l 缺乏 可扩展性，解决方案应该是简化s g m l 使之能应用到w 曲上【2 引。 x m l 诞生之前的两种标记语言s g m l 和h t m l 都有明显的缺点。为此在1 9 9 6 年，w 3 c 专门成立了一个s g m l 专家小组，负责开发一个s o m l 的子集， 在保持s g m l 功能强大的主要优点的同时，又继承h t m l 的简单性，它只使用 s g m l 用以实现在i n t