（机械制造及其自动化专业论文）企业应用集成支持下capp应用研究与实现.pdf

西北工业大学硕上学位论文 摘要 摘要 计算机辅助工艺设计( c 彻叩u t c r 加d e dp m c e s sp l a n n i l l g ，c a p p ) 系统在企业 应用中存在大量复杂的集成工作。c a p p 系统应具有良好的重用性和对灵活的企 业业务需求的适应性。企业应用集成( e n t c f p r i s ea p p l i c a t i h n e g r a t i o n ，e a i ) 技术为企业应用系统之间的信息集成提供了全新的解决方案。本文针对制造型企 业中应用集成特点，以c a p p 系统为研究对象，结合e m 应用技术，对e a j 支 持下的c a p p 应用模式进行了深入的分析，阐述了工艺设计相关工作在该结构中 的工作机制及实现方法，以促进c a p p 在企业中深入应用。本文的主要研究内容 如下： 1 1 通过对制造型企业c a p p 集成应用的分析，结合e a i 技术，提出了基于 组件和消息机制的c a p p 工具集集成应用结构，结构中按功能将c a p p 分解成若 干独立的模块，可以以模块为单位进行系统间集成，模块间的通信由消息机制和 组件技术予以解决。分析了该结构中各功能模块的功能，以及模块间协作的机制。 2 ) 在上述面向集成的c a p p 应用结构中，分析了在e a i 技术支持下实现 c a p p 工具集集成应用的工艺协同设计、制造资源管理、工艺信息汇总等技术。 详细介绍了消息传递技术中消息的各类传递形式，消息的使用方法，以及异常消 息的处理机制。阐述了组件技术的层次与接口，对组件技术的标准作了详细介绍。 3 ) 以c a p p 工具集集成应用框架为基础，通过c a p p f r 锄c w o f k 同 t c 锄c 吼t e re n t e r p r i s e 的集成开发，实现了c a p p 工具集集成应用结构中工艺设 计工具的集成应用，在t e 锄c e n t 盯e n t e r p r i 的管理协调下，实现了制造工艺的 协同设计。应用成组技术，在集成系统中依据零件特征将零件加工工艺分类，从 而实现了对典型零件制造工艺的有效管理。 通过以上研究，丰富了e 越支持下的c a p p 集成应用技术，为c a p p 在企 业中的集成应用提供了一些新的思路和实现技术。 关键词：计算机辅助工艺设计，企业应用集成 西北工业人学硕士学位论文a b s h t a b s t r a c t c o m p m c r d e dp r o c e s sp l 锄n i n g ( c a p p ) i so n eo ft l l e c o r ct e c h n o l o 百e so f a d v 锄c e dm 籼缸删n g ，廿l ei m e g r a t i o ft h ee i l t e r p r i 籼u tc a p ps y s t e ma l w a y s c o n l p l e 】【t h ea b 硼d a n c es p e c i a l 脚缸ed e v e l o p m 饥t 锄dm ei n f b r i o ra d a p t a b i l i t yt o d ”l a i n i ca p p l i c a d o ne i ：i v i r o m n 锄to ft h ei i l t e 伊a t i b c c 伽eab 培o b s t a c l ei np r o c e s s o fi n t e g r a t i o n t h ee n t e i p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g 枷o nd e l i v e r saw h o l en e w l u t i o n f o r 硫e g r a t i o ni nt l l e 锄t e r p r i e da ti n t e 乒a t i o no f m ee i l t e r p r i s e 柚di l lt h e 、，i e w o fd e 印l ya p p l i c a t i 蚰o fc a p p t 1 1 em e s i sd e l i v 哪m e i n t e g r a t i o nc o n f i g u 刎彻w l l i c h b a s e do nt o o l l 【i to f c a p p 锄de a i 1 )b 猫e d a n a l y s i so n 印p l i c a t i o no f c a p pi l l t e f p r i s e ，坨m e s i sp u t t i n g f o 刑a r d 锄i n t e g r a t i o nc o n f i g l l r a t i o f c a p pw h i c hb 邪c d t l l et e c b l l o l o g yo f e a i ， s u c h 硒c 伽 1 p o n e ma n dm e s s a g em e c h a i l i 锄，锄da l i n 仃o d u c ea l lp a n s 锄d o p e m t i o n a lm e c h a i l i s mo f t h ec o n f i g u f a t i o n 2 ) b 勰e do nt l l e c o n 丘g 删i o na b o v e - m 锄t i o n e d ， ac o l l a b o r a t i v e p r o c e s s p l 砌i i l g s c h e l l l af o rd i s 仃i b u t e d m a i l u f k t l l r i n g v i r o 砌e n ti sd e s c r i b e d ，t h e m a n a g e m e mo fm a m i f 如t i i r i n gr e s o u r c e s 锄dt l l em e c h a i l i s mo fc o l l c c t i l 培p r o c e 锚 i i l f o r i n a t i o nb 硒e do ne a ja r eb r o u g l l tf o 州a 吐柚dm em 锄a g 锄饥to f m 卸u 缸嘶n g r e s o u r c 豁觚d 咖i c a lp r o c e 鲒i nc n t e r p d i sd i s c 璐d t h ek e yt c c l l l i o l o 百船o f i n f o 锄a t i o ni n t c g r a t i a b o u tc a p pb 嬲c d l ec o n f i g u r a t i 伽a f ee x p a t i a t e d 1 1 1 e m a r l a g e m c n tt e c b i l i q i 增a n dm c c l l a n i 蛐o f i n e s s a g ea r ep 枷c u l a ri i l 协) d u c e d 3 ) a i lo v e r a na r c h i t e c t i l o f t h ei n t e 刚i o ns y s t c mb 咖e e nt l l et o o l so f p r o c 髂s p l a l li nc a p h h n e w d r k 锄dt e 锄c e n t 町e m e r l 诵s eb 嚣e do ne mi sd e s i 印c d 觚d d e v e l o p e d ，t l l 吼s o m ec x 柏1 p l e sa r e 昏v c l l b ym er e s e 躲札t h et e c h n o l o g yo fi n t e 伊a t i o na b o u tc a p pi sc n r i c h e d 锄ds 锄e e f t i v em 劬o d s 锄dt e c l l i l o l o g ya b o u ti l l 】撕眦t i 咖i n t e g o ni n 锄t c r p r i s ea r e 啪a t i a t c d k e yw o r d s ：c o m p u t e r a i d e dp r o c e s sp l a i l l l i n g ，e n t e r p r i s ea p p l i c a t i o ni n t e g r a t e d 1 1 西北工业人学硕士学位论文绪论 第一章绪论 计算机辅助工艺设计( c o m p u t c r 加d e dp r o c e s sp 1 a n n i n g ，c 舭 p ) 作为计算机 信息技术在制造工艺设计领域的成功应用和先进制造技术的重要组成部分，经过 近四十年国内外的应用研究中无论从深度还是广度上都有所进展。随着计算机科 学的发展，更多的技术被引入到c a p p 系统中来：人工智能( a n i i a li n t e l l i g e l l c c a i ) 、专家系统( e x p e ns y s t e m ，e s ) 、并行工型i 】( c u 玳m te n 百m e 血g c e ) 技 术、a g e “2 l 技术、重构【3 】( r e 丘虻t 嘶n g ) 技术等。历经二十余年的发展，从基于 自动化思想的专用性c a p p 系统，到基于图形软件的填表式的c a p p 系统。到基 于结构化数据的框架型、工具型c a p p 系统，到基于产品数据的综合智能化c a p p 系统。应用的较为成功的是基于知识库的智能化交互式c a p p 框架系统，此类系 统以产品数据库为核心，可以实现c a p p 系统的通用性、柔性及实用性。 1 1c a p p 集成技术研究现状 从1 9 7 3 年，美国的j o s 印hh 锄姻昏蚰博士提出了计算机集成制造的概念开 始，揭开了c i m s 实践与发展的序幕【4 】，从此企业内部围绕信息系统集成开始了 一场信息的革命。c a p p 作为产品制造环节的重要一环，它是设计与制造的连接 枢纽，是企业各部门产品信息重要集汇点。我国正处在工业时代向后工业时代演 进的转折点【5 】，工业化生产的特征是“标准化基础上的规模经济”，而后工业生 产是“个性化服务基础上的大批量定制”，集中表现为对产品多品种、大批量、 高质量、高可靠性、短交货期、低价格等多方面的要求。在后工业时代，制造业 面临着被消费者偏好分化，产品寿命短更新快、动态快速多变、稳定性差和难以 预测的买方市场。因此，企业只有实现信息化各个应用系统的有效集成，才能适 应后工业时代为企业提出的要求，才能推动现代制造业继续迅猛发展。近年来领 域专家展开积极研究，使得c a p p 系统在以下几个方面得到进一步发展【6 1 【7 l ：技 术上，c a p p 以网络化和数字化环境为依托，建立了以信息集成和工艺知识沉淀 为主体、以实现工艺设计与信息管理一体化为方向的技术目标，逐步强化了c a p p 系统自身的功能；系统架构上，提倡c a p p 具备高度的柔性，具备峪 ( r 船o n f i g u r a b l er e 邺a b l es c a l a b l e ) 特性，即可重构性、可重用性和扩展性，以 适应不断变化的企业应用环境：在应用模式上，c a p p 从专用型、外壳型、工具 型推向了框架型和平台型；在软件开发方法上，提出并强调软件复用、领域工程、 组件化、产品线等思想，并开始由传统的开发方法向基于组件的开发方法 ( c o i n p o n e i l t b a s e d d e v e l o p m e n t ，c b d ) 过渡。 西北工业大学硕士学位论文绪论 国内c a p p 历经的多年的发展，已开发出为数众多的c a p p 商业系统，目前 开发出来的c a p p 商业系统作为独立的企业应用，能够体现计算机辅助设计功能 的要求，能够较为快速的响应产品和需求的变化，对于缩短工艺设计周期、提高 开发效率贡献良多。在同其它系统的集成应用上，国内的学者做了许多尝试：毛 军波【8 】在应用实践上，提出了包括实用c a p p 系统原型构造、原型系统完善和系 统维护三个阶段的c a p p t o o l 系统工程化实施体系。白艳红【9 】研究了基于p d m 的 产品设计支撑结构，并对p d m 同c a p p 的系统间集成作了深入的阐述。周兴科 【1 0 1 研究了基于p d m 的c a p p 体系结构，对基于p d m 的协同工艺管理技术作了 深入的讨论。另外，文献【1 1 卜【1 3 】也分别对基于p d m 的工艺管理进行了不同方 面的讨论。虽然上述的研究在c a p p 的集成探索上有所拓展，但是c a p p 系统同 其它系统的集成工作仍然存在着一些不足： 1 ) 实现了信息集成，过程集成难以实现。图1 1 从技术的角度给出了不同 集成阶段的特点。 对于技术层次的最低要求是能够将处于分散的业务系统中的数据提取到企 业信息化平台上，形成集成的企业信息视图，为企业的管理和决策提供有效的信 息基础，即面向信息的集成。它的优势是低成本以及对已有系统的支持。过程集 成是对技术层次集成提出的进一步的要求，它主要实现前台工作流自动化、后台 业务过程的自动化以及它们的统一和集成的过程自动化。信息集成同过程集成的 一个突出区别是：信息集成可以不考虑各个功能间的耦合性，它要求信息的一致 性、正确性、实时性，但是过程集成，或者说业务集成，它需要降低各个功能部 分之间的耦合性，需要把业务流程进行统一，这种统一是建立在业务模型基础上 的，即过程集成是信息集成阶段工作完成后，集成工作在业务层次的优化。 高 低 图1 i 技术集成的层次及应用特点p l 2 1 难于形成一个有效的c a p p 企业级信息化集成标准。一方面，企业的个 - 2 - 西北工业大学硕士学位论文绪论 体需求千变万化，建立一个企业统一的信息模型非常困难，如果要建立一个通用 的信息模式则更加是不现实的。另一方面，由于时间资金的投入有限，开发集成 大多局限在“遗留”系统之上建立，这些封装好的应用大多不会因为要实现集 成而做出整体修改，导致了开发人员不得不采用修补的方法来增加新的功能来满 足集成的需要。由于这些修补的方法不能从系统发展的角度考虑应用实现，因此 为系统拓展设置了一个又一个隐患。似乎只有针对每一个企业的情况建立一个全 新的c a p p 系统才可以解决如上的情况，但是这显然是不现实的，除了为实现这 一系统在时间与物质方面的投入无法令企业接受以外，任何一个已存在的系统都 很难对未来的未知需求有所承诺。 3 ) c a p p 部门应用不够全面，信息管理范围相对狭隘。c a p p 系统多用在工 艺设计部门，虽然c a p p 是计算机辅助工艺设计，但是工艺是指导生产的理论， 它来源于实际的工作中，而且制造工艺的制订同企业制造水平、管理模式、车间 布局、产品类型都存在联系。因此，c a p p 系统理应普及到生产车间里，生产操 作员也应该参与到工艺设计的工作中来，从而对工艺设计形成良性的反馈。但是， 由于各种因素长期存在，c a p p 系统一直以来难以“深入基层”，使得c a p p 同 实际生产只存在单向的联系，为了弥补由此带给生产的不便，企业势必在c a p p 的工作方式上增加管理领域的相应措施，于是又给本已步履蹒跚的c a p p 实施工， 作套上了沉重的枷锁。 4 ) 企业实施c a p p 缺乏长远规划。信息化进程要与企业长期发展需求一致， 而目前的系统强调对业务的集中处理，强调计算机对人力的替代货时拓展，这是 的业务系统的构建过程呈现一种需求决策过程的无序状态：即系统需求不是决策 层经过长期规划、系统思考的结果，而是临时性需求对决策过程的触发结果【4 】。 另外，c a p p 商业化软件在工艺信息分析管理功能方面的不足，也为集成工 作增加了困难。工艺信息包含的内容很多：制造工艺信息、工艺技术知识、制造 流程信息、制造辅具的设计制造信息、产品质量信息、工时定额规则、材料定额 规则以及工艺成本核算、经济性评价标准等等。现在商品化的c a p p 系统只能完 成如上功能的部分功能，而对于知识的处理与工艺信息的分析上，则无法融入良 好的机制，在c a p p 研究中有很多数据挖掘的探索【14 】【”】，这些研究是建立在工艺 数据的准确描述基础之上的，但是由于工艺的多样性、数据表达的多样性、推理 规则的多样性等因素，使得在工艺数据的表达上无法建立一套科学的标准，使得 在实际应用的c a p p 系统中实现数据挖掘功能时困难重重，举步维艰。 制造工艺复杂，尤其是包含特种制造、精密制造的工艺更是如此。所以，从 事工艺制订工作前需要掌握相关行业知识、实际加工知识等等，另外为了做好工 艺设计工作，工艺人员对于先进制造工艺发展现状的关注与了解也是必不可少 西北工业大学硕士学位论文绪论 的，这些都对工艺人员的自身修养提出很高的要求。因此，工艺人员从事工作时 不仅要同实际生产间里紧密地联系，还要掌握生产相关的各类信息。作为参与工 艺决策制订的信息系统c a p p 系统，为了能够保证帮助工艺文员更好的进行 工艺设计工作，需要将先进的管理方法融入其中，需要同存在的其它各类信息系 统建立良好的信息通信机制，为工艺设计人员提供优质的工作平台。 1 2c a p p 集成技术发展趋势 现代c a p p 利用面向对象技术、分布式计算技术、组件技术、企业模型和信 息交换模型等技术，通过完善的技术体系，建立可重构、可扩展、可维护的系统 体系结构，并逐步建立并完善了信息建模、工艺知识管理、工艺数据管理、工艺 工作流程管理等功能，通过建立通用化的开发平台软件，以实现产品工艺设计与 管理的一体化和集成化，解决上述c a p p 系统在应用中存在的不足。c a p p 系统 集成技术主要发展方向包括以下几个方面1 5 】1 1 2 l ： 1 ) 工具化。各企业的工艺管理方式不同、工作重心不同，从而为c a p p 在 企业中的应用设下了障碍，而企业流程再造更是给各个信息系统在企业中的应用 带来极大的挑战。而适应性强、应用范围广的平台式、工具型c a p p 系统较好的 解决了这一问题。它分解了c a p p 功能形成了一系列的c a j p p 工具，提供了一种 柔性的机制来解决通用性的问题，并且附加的二次开发功能使得其能够适应企业 内部发生的变化。 2 1 并行化。并行化是c a p p 在系统集成后的进一步发展，主要体现在对产 品设计的过程中，为c a d 提供产品设计工艺性反馈，对设计方案和结果进行可 制造性分析和评价，另外，还体现在协调多个工艺类型并行设计的过程，尽早发 现产品设计、工艺设计中的问题，确保设计的合理性，减少设计反复。目前主要 方法是建立可制造性综合评价功能模块或子系统及其相关约束，根据项目信息和 制造资源信息，在一定工艺原则指导下，对零件结构工艺性、加工工艺性等指标 进行分析评价。 3 1 柔性化。企业应用环境下，c a p p 对环境中变化的需求要具备一定的适 应性。随着c a p p 在企业应用步伐的推进，c a p p 的工作内容不仅仅局限于对工 艺文档的处理，对工艺工作和工艺数据的管理方法已逐渐被人们所重视。工艺设 计系统不仅要管理好工艺信息，更要能够配合其它信息系统一起完成工艺设计工 作。由于c a p p 对于保证企业信息流的通畅至关重要，随着自动化技术、制造技 术的不断发展，c a p p 向柔性化、集成化发展是一个必然。 在先进制造相关方法与技术的发展过程中，新的生产模式、产品开发方法不 西北t 业大学硕士学位论文 绪论 断涌现，产品设计在并行化、协同化、可视化、虚拟化等技术领域都有所进步， 各类并行设计、协同设计、可视化设计、虚拟化设计工具被开发出来应用在实际 的生产活动中。在计算机辅助制造领域，仿真技术、虚拟技术也有相关商业化工 具问世并能够为生产提供良好的技术支持。而作为连接设计与制造的工艺设计辅 助工具的发展却有些滞后，虽然国内外的专家学者已将一些成功的思想运用在 c a p p 领域之中，分别提出了面向并行工程、基于神经网络专家系统、基于网络 以及先进制造模式的c a p p 系统等，但是这些研究没能在企业内部建立c a j p p 系 统同设计领域、制造领域信息系统有效联系。企业在应用这种c j 啪系统进行信 息交互时，疲于进行“点对点”的连接，无助于增强c a p p 系统的生命力。随着 产品竞争的日益加剧以及技术革命的影响，制造厂家必须补充具有足够柔性的新 型制造手段，以便迅速对产品制造的需求变化做出响应，这就为c a p p 系统的研 究质量和开发周期提出了更高要求。c a p p 系统必须能快速地、柔性地响应产品 和需求的变化，实现与其它制造环节的集成。而e 舭技术为我们开展信息化集成 工作提供了一条新的方法。 1 3e a i 技术的研究现状 e a j 是将基于各种不同平台、用不同方案建立的异构应用集成在一起的一种 方法、技术，它可以对企业价值链进行全面的、彻底的透视、分析和控制；全面 掌握客户、供应商、项目、订单、资产等信息；全面掌控系统、数据、流程等信 息；对信息实时存取，对业务流程全面透视。 企业应用集成是最近几年才提出来的，是软件工程方法在企业信息化领域的 拓展，以优化和集成企业中的不同信息系统和逻辑业务单元为其目的，以期使多 个企业应用系统像一个整体一样进行业务、信息处理，从而使企业内甚至整个供 应链的范围内的整个业务、管理、资源等各个环节，达到协调运转，效率优化， 从而最终实现企业效益的提高。 e a i 技术最早是在银行、电信等行业内开始应用的。e a i 在企业集成中的应 用是因为企业信息化建设中的“信息孤岛”问题日趋突出，所以它的首要任务 是解决企业内各个系统之间的信息集成与共享问题，消灭“信息孤岛”。因此， e a i 集成平台首先要整合企业各种现有的应用系统，实现它们之间的协作。e a - i 还要保证企业新的应用系统集成有标准可循。在e a i 体系下建立和更新应用系 统，可实现系统之间快速的数据交换与共享1 1 6 】。近年来国内外众多学者应用e a j 技术解决系统集成问题：寇剑宾【1 7 】对e a j 技术在移动计费系统中的应用做了深 入的分析，利用e a j 技术整合了某移动商业运营系统内部的接口，邹葱白【1 8 】等 西北工业大学硕士学位论文 绪论 应用e a i 技术在某水泥企业将集散的控制系统、专家系统同用户连接在一起，实 现了企业内部管理信息系统的集成，周能发【l6 】基于e a i 技术建立了c a p p 、p d m ， e r p 系统的集成，并基于) 。订l 集成信息建模技术实现了系统间的集成。上述的 研究将e a i 技术引入了相关的领域，为系统集成工作开拓了思路，它可以帮助企 业实现内部统一的业务逻辑，帮助企业整合内部系统，使系统间实现功能上的融 合，建立企业统一的信息业务操作平台，推进各系统在企业中的应用。 1 4 论文研究内容 本文分析了c a p p 企业信息系统集成的特点，并应用企业应用集成技术，以 建立快捷有效的c a p p 集成应用模式为目的，对工艺信息管理作了深入的研究： 1 1 提出一种面向企业应用集成的c a p p 应用模式 c a p p 系统管理的工艺信息纷繁复杂，应用e a l 来统一系统内部业务逻辑同 外部业务逻辑必须要西化集成粒度，即在集成中集成的个体不能具有复杂的内部 结构，所以在应用e a j 来实现c a p p 同其它信息系统集成时要先将c a p p 系统功 能细化成简单的工具，建立c a p p 工具集集成应用结构。在集成中，将c a p p 工 具嵌入到其它信息系统，降低了集成工作的复杂性。 2 1 建立e a l 支持下的c a p p 集成结构 在企业应用中，以系统为集成对象会增加集成工作的复杂性，若将系统分解 成为多个功能相对独立的模块，然后在模块间建立集成结构，一方面减少了模块 间的耦合性，另一方面增加了各模块的内聚性，不仅提升系统的灵活性，也有利 于模块功能的扩展性。鉴于以上原因，应用e a j 技术对c a p p 系统集成进行了研 究，分析了c a p p 系统中的各信息管理模块，并将功能相对独立的模块构建成可 被外界调用工具，为应用e a i 技术实现c a p p 同其它信息系统的集成打下基础。 3 1 讨论了工艺设计方法、制造资源管理、工艺信息汇总等技术 在e a j 支持下的c a p p 系统中，该系统的构建目的是为了同其它系统进行集 成，集成后原有的部分工作机制会发生变化，这包括：工艺的设计、制造资源的 管理、工艺信息汇总等。 4 ) 验证该模式的可行性 理论研究要为实际工作服务，e a l 支持下的c a p p 模式及应用结构需要在现 实应用中被验证。 1 5 论文章节安排 本论文针对现代集成制造系统的需求，运用e a i 技术，研究了c a p p 系统在 西北工业大学硕七学位论文绪论 企业中的应用集成模式，并针对该集成模式进行了系统的开发，目的在于为企业 实用c a p p 系统的开发与集成工作提供一个有效的指导。文章兼顾理论研究与工 程实践，总体规划，分步展开，突出重点： 第一章绪论。依据丰富翔实的资料分析了c a p p 集成应用的研究与现状， 阐明了c a p p 集成应用中存在的主要问题；通过对e a j 技术在企业应用发展中的 分析，结合c a p p 自身的发展趋势，阐述了现代集成制造环境下面向e a j 应用进 行c a p p 系统研究的意义；最后简述了本文的主要研究内容。 第二章e 越支持下c a p p 应用架构。首先对e 越技术进行了深入的介绍了， 分析了工艺信息的复杂性及c a p p 系统在集成中主要处理的信息流。分析了企业 e a i 技术的应用策略。在划分e a i 中c a p p 系统集成功能基础之上，给出了e a l 支持的c a p p 集成应用框架，并在此框架上分析了工艺设计的工作流程，最后讨 论了框架内部基础模块的功能。 第三章e a l 支持下c a p p 工具集的集成应用关键技术。论述了c a p p 集成 应用中的多工艺类型协同设计，并介绍了并行任务的划分方法。在对制造资源特 点分析基础之上，论述了e a l 支持下企业制造资源的管理。讨论了工艺信息汇总 在c a p p 系统内部和集成系统内部的不同处理机制。最后论述了e a j 实现技术中 的消息传递技术和组件技术。重点论述了消息传递形式、各类常规及异常消息的 处理方法、组件的接口形式及技术标准等。 t 第四章e a j 环境下c a p p 集成应用的实现。结合某航空发动机公司 c a p p f r 锄e w o r k 与t e 锄c 朗t e re i l t e r p r i s e 的集成应用，实现了e a j 环境下的c a p p 工具集集成应用，在将c a p p f r 锄e w o r k 工艺设计部分的功能工具化后，将这些 工具同t e 锄c e i l t 盯e i l t 唧r i s e 系统进行了良好的融合，取得了满意的效果，从而 在e a i 环境下验证了c a p p 工具集集成应用的可行性。最后简要介绍了集成系统 中信息汇总、信息通信、工艺协同设计的实现方法。 第五章结论与展望。总结全文研究成果，提出了对未来的展望 1 6 本章小结 本章主要介绍了c a p p 技术的研究现状、应用趋势，阐述了利用e a j 技术推 动c a p p 集成技术发展的重要性，对面向e 触环境c a p p 应用模式研究的主要研 究内容作了归纳。 西北工业大学硕士学位论文e a l 支持下c a p p 集成架构 第二章e a l 支持下c a p p 集成架构 2 1 企业应用集成- e a i 所谓企业应用集成是将基于各种不同平台、用不同方案建立的异构应用集成 在一起的一种方法和技术，它可以对企业价值链进行全面的、彻底的透视，分析 和控制：全面掌握客户、供应商、项目、订单、资产等信息；全面掌控系统、数 据、流程等信息；对信息实时存取，对业务流程全面透视。 在信息社会里，知识与信息成为经济发展中最重要的资源。信息资源不仅包 括企业各类数据，还包括企业的管理与决策模式，而这种管理方式体现在信息化 上就是管理信息系统，入上资源都是企业的宝贵财富。但是由于历史和地理空间 的原因，各系统之间不能兼容，从而成为企业中的一个个信息孤岛。这些由于企 业应用分割所造成的信息孤岛已经严重地阻碍了企业信息化建设的整体进程，使 企业在进行新一轮规划和投入时，瞻前顾后，难于决断。 由于企业应用分割，企业拥有多个封闭的系统，多个系统之间保存相互重叠 的冗余数据、拥有重复的功能，各个系统之间的信息传输困难，使得企业反应迟 钝，成本提高和效益下降。要解决这种企业应用分割问题，许多企业迫切需要一 种构架信息资源中心的工具，帮助他们组织企业内部的各类信息，让这些资源发 挥最大的作用。而解决信息孤岛问题的关键不仅仅是软件方面的技术，更重要的 是在企业的流程管理和相关技术的标准化等方面。企业应用集成就是在这种形势 下适时地出现了。 2 1 1e a j 的技术含义 e a i 是将基于各种不同平台、用不同方案建立的异构应用集成起来的一种方 法和技术。在不同平台之间，e a i 起到将多个孤立的应用系统相互连接的作用， 是一个中间插件。 e a j 突然在n 业的崛起决非偶然，主要是由于它具有以下的特点： 1 1 可以简单快速地实现多个系统间的集成目的。e a j 的出现就是解决这个 问题的：在过去的十几年里，全球企业在信息化上投资超过十万亿美金，在大型 企业中应用的各类系统有数十种之多，每年企业要投入相当大的资源用于传统的 集成上，通过针对性的点对点连接，将这些信息孤岛逐步连接起来，实现系统之 间的信息交换，数据共享。随着应用系统数量的不断增长，传统集成模式有限的 功能扩充、庞大的资源消耗将自己引向了穷途末路，基于这种情况，基于中间件 技术的集成技术解决方案一e a i 出现了。 西北工业大学硕上学位论文 e a l 支持下c a p p 集成架构 2 ) 通过中间件技术实现系统间集成。中间件能够提供独立于应用程序的服 务，用来协同各种应用程序工作。中间件技术解决了诸如封装应用程序功能的机 制、应用程序共享信息的机制、应用程序协调企业流程的机制的等方面软件集成 工作。由于它是用来实现e a i 的主要手段，并独立于各类应用程序，所以使得 e m 可以促进企业有效地集成模式的产生，为形成企业级甚至企业间级的集成标 准打下基础，所以e 越支持企业统一建模。 3 ) 使企业应用面向业务流程整合。e a i 技术可以简化企业内部各部门之间 的信息流动，e m 本身如一条河流，企业内各个系统或是多个企业都位于这条信 息河流的岸边，e a i 最大的好处就是可以通过简单的工作使得各个系统、各个企 业迅速的调整自己所处的位置，以适应动态改变的市场需求。 2 1 2e a j 的战略意义 企业应用集成能够站在一个更高的层次来探讨企业信息化集成，作为一种全 新的企业应用集成战略，它具有如下的战略意义： 1 ) 便于实现大量系统的全面集成，缩短企业问、系统间的信息差距。通过 e a j 的应用可以快速的集成更多的系统，而不必再进行点对点的连接，每个系统、 每个企业都可以得到更充分的信息支持，系统与企业处在一个更为广阔的信息空 间之中，可以更加科学合理的做出决策。 2 ) 改善企业流程。e a j 能够推动企业数据仓库的建立，有助于建立企业应 用集成标准，有助于减少数据冗余，有助于利用自动化工具取代手工操作。在信 息化应用项目预算高、成功率低的今天，e 似更是以其低耦合、短周期的应用特 点为企业i t 项目实施带来长期收益。 3 ) 对企业已有系统的良好兼容。企业中存在的信息系统是企业的财富，不 仅融入了企业的巨大投资，而且其中保存着企业的知识资产，如果复制或是移植 已有的应用系统非常困难，如果能恰当地改造它们来满足新的要求则可以节省大 量资源。 2 1 3e a i 的集成类型 觋代集成的概念是由软件主导的，企业越来越多的致力于将他们已有的软件 与新软件进行集成来实现新的功能。e a i 代表了系统设计方法和技术的变革，其 目的是减少先进系统集成工作的复杂程度【嘲。 集成模型( i i l t e g r a t e dm o d e l ) 是一种用来集成的特定方法和结构，它为各种 方法和结构以及各种要求和限制提供了一系列不同的选项，并将重点集中在以下 的特性上： 西北工业大学硕士学位论文 队1 支持下c a p p 集成架构 实现集成的简单性； 对于不同的配置集成的可重用性； 可用集成方法的广泛度； 在执行集成的过程中要求的专门技术。 集成的模型定义了集成的特性和机制，并由此决定如何将软件集成在一起， 由于在应用程序中存在三个可能的集成点：显示功能、数据库的软件功能或文件， 所以存在三种集成模型： 表示集成； 数据集成； 功能集成。 无论是哪一种模型，都无法回避其中涉及到的系统耦合问题。耦合是指两个 实体相互依赖于对方的一个量度。在集成项目中最重要的就是降低其中软件组件 的耦合程度。耦合度衡量了两种组件之问的独立性以及其中一个地改变对另一个 的影响程度。总体目标是使用松弛性耦合组件是它们之间的相互依赖变得很少或 是不存在。 。 但是，我们也必须客观的评价耦合度，系统之间不可能总是松耦合的，那样 肯定什么也做不了。需求的稳定性是用来决定耦合程度的要素。对于稳定性高的 需求，不容易发生变化的需求，我们完全可以将其设计成紧耦合的，因为这样可 以提高效率，而且我们还可以使用一些更好的技术来提高效率。可是，如果需求 极有可能变化，我们就需要充分的考虑系统之间的耦合问题，我们可以想出各种 各样的办法来降低耦合程度。 1 1 表示层的集成 表示集成模型通过遗留软件的现有表示来集成新的软件，通常用来创建一个 新的用户界面，也能用它来与其它的软件进行集成。 表示集成易于实现，但是系统的重用性很差，因此它是三种模型中最有局限 性的，通常指发生在显示界面层而不是应用软件和数据的互联中。 2 ) 数据层的集成 数据集成模型通过直接访问软件所创建、维护并存储的相应信息来实现软件 集成，这样做通常是为了在应用软件之间实现数据的重用和同步。 数据集成模型比表示集成模型灵活，它能够提供更广泛的数据访问，也允许 用户访问完整的一套信息或是其中的一部分。但是它同数据模型是紧密联系的， 这使得数据集成对变化非常敏感。 3 1 功能层的集成 功能集成模型是从其他新的或现有的软件中调用现有的功能，这种集成可以 西北工业丈学硕士学位论文 e a l 支持下c a p p 集成架构 通过软件接口来实现。 在所有的集成模型中功能集成模型提供了最强的集成能力，解决问题的方法 也最灵活，它也可用来解决表示集成或是数据集成的问题，如果运用得当，它的 可以获得最高的可重用性。 2 1 4e a i 的基本模块 技术上，e a j 体系结构可由以下四个模块建立起来【19 】： 1 ) 通信方式 e a j 通信方式和很多系统一样可分为两种：同步和异步。同步方式中请求发 送后要一直等待应答才进行下一步动作，异步则请求发送后继续执行接下来的任 务。在系统的实现上同步、异步通信方式被广泛的用到在各种场合。这两种通信 方式也可以进行强行转换， 2 ) 集成方式 e a i 常用的集成方式有预定义的消息和应用程序接口。这两种集成方式的区 别是：消息隐藏了实现的细节，作为一种预先的封装，它的耦合度低、复用性差： 接口同应用软件联系紧密，任何接口在使用时要配备具体说明和实施细则，基于 接口的集成更容易重新使用，也便于维护。 3 ) 中间件 中间件是一种软件，它通过使用预定的接口或消息来实现各个软件部件之间 的请求通信。其实，e m 技术是更高层次的中间件技术，e a j 结构建立在中间件 的基础之上，其通信模式和集成方法都同中间件紧密相连。 钔服务 服务是基本通信或中间件的功能外延，使他们在某种程度上得到改善。服务 可以极大的协助系统或开发者更好地实施方案。在某些分布式的系统中，服务是 必须的。 2 2c a p p 技术与企业信息集成 2 2 1 工艺设计与c a p p 系统 工艺设计是工艺设计人员依据企业资源、产品设计等信息，选择适于企业制 造的产品加工方法、加工顺序的过程，它是一门优化配置企业内部资源的过程， 是企业物质流通规划的重要组成部分，更是企业信息流的重要枢纽。工艺设计的 工作内容是将产品设计信息转化为面向企业内部生产的产品制造过程信息，在这 个过程中需要做的工作包含【5 】： 西北工业大学硕士学位论文e a l 支持下c a p p 集成架构 1 ) 毛坯选择； 2 ) 产品、零件工艺性分析； 3 ) 加工阶段划分、加工顺序安排； 4 ) 加工方法、设备、辅具选择及设计； 5 ) 加工余量、加工尺寸计算； 6 ) 工时定额计算、材料定额计算； 工艺设计涉及的工作范围广泛、内容复杂，要求工艺设计工程师具有丰富的 生产经验，熟悉企业内部各类设备、加工方法、企业规范等。工艺设计是企业生 产活动中最为活跃的因素，它会对企业环境的变化产生灵敏的响应。鉴于工艺设 计工作的复杂灵活，在发达国家工艺设计工程师的年龄都在5 0 岁左右。 传统制造中的工艺设计对设计人员水平的依赖性强、工艺设计过程效率低， 与现代化制造发展之间矛盾日益尖锐，c a p p 的出现极大地缓解了工艺设计人员 的劳动强度，将计算机引入工艺设计领域保证了数据的准确性、推进了工艺设计 的标准化进程、有效地将工艺文件管理起来，最重要的是通过c a p p 管理起来的 工艺数据便于同其他信息系统实现信息共享与交流。 2 2 2c a p p 系统的功能划分 c a p p 系统的结构根据其运行机制、应用领域以及规模会有较大的差异，一 个可以独立应用的c a p p 系统应具备以下模块【5 】【2 0 】： 1 ) 零件信息输入模块，此模块负责零件信息的维护； 2 ) 工艺设计模块，在此进行工艺流程决策、工艺规程编制、工序和工步的 决策、工序图绘制、尺寸链的计算等，并生成工艺文件供生产部门使用； 3 ) 工艺信息输出，可输出工序卡、工序图、工装申请单、各类工艺统计汇 总卡片等文档； 4 ) 工艺知识管理，在这个模块中进行典型工艺、典型工序管理及工序决策、 工步决策知识的建立、维护； 5 ) 工艺资源管理，这个模块承担着对企业设备、工装、加工参数等数据的 管理； 6 ) 用户信息维护模块，该模块负责使用系统的用户的角色、权限等信息的 维护； 7 ) 系统控制模块，负责协调以上各个模块之间的行为并实现人机交互； 8 ) 系统维护模块，确保系统可以稳定运行在操作系统之上进行的维护工作。 另外，在c a p p 系统中还应该具有如加工过程仿真、n c 加工指令生成与维 护、工时定额及材料定额的计算、工艺数据的分析、工艺成本的计算及工艺经济 西北工业大学硕士学位论文e a l 支持下c a p p 集成絮构 性分析等模块。 2 2 3c a p p 系统集成信息流 计算机辅助工艺设计系统是帮助制造工艺工程师完成制造工艺设计工作的 工具，另一方面，因为工艺设计工作在企业生产制造流程中的特殊位置，它必须 实现对工艺设计信息的分类管理，所以它不仅要提供完成制造工艺设计任务所需 的功能，还要提供一系列的工艺信息管理功能以及同其它系统交互的通信功能与 信息集成功能。 m b o m 卜系统f 三， 一篇工时定额- i e l t p 系统 i j 一程伐计圈戢 c 一毛坯，材料信息 _ u a m 女| 言自* * 口m * m m c a d 系统 p 工装申请信息。 工装c a d p 1 6 了土 口r 系统 系 车间制造资源信息 统 数控加工指令一1 m 【e s 系统l ：9 埴赳程佰思 巳e i 自 j 艺路线，方法 一ic 枷系统 岳昌t 幽i n 持白 一实际加工情况 图2 1c a p p 系统同其它信息系统的基本信息流 图2 1 描述了c a p p 系统同其它系统的信息交互的典型情况： 1 ) c a p p 同c a d 系统集成 c a p p 系统从c a d 系统中获取到产品设计的信息：几何信息、制造特征、尺 寸精度等，而c a p p 需要将不符合制造工艺性审查的零件信息提交给c a d 系统， 并能提出修改建议，在并行设计中该集成支持面向制造的设计过程，减少设计的 反复，保证产品设计的可行性和有效性；另外，c a p p 系统在工艺设计过程中根 据需要会产生新工装的设计申请，而这些申请信息会流向工装c a d 系统，从而 获得工装设计部门的支持。 c a p p 同c a m 系统集成 c a p p 系统根据产品设计信息生成产生产品制造工艺，对于选择数控方法加 工的产品而言，在工艺设计工作中不但要产生详细的工艺规程指导操作人员生 产，还要给出数控设备可识别的数控加工指令；而c a m 环节在得到如上的信息 后，在加工过程中需要向c a p p 系统反馈实际的制造情况。 3 ) c a p p 同m e s 系统集成 c a p p 系统中产生的工艺规程直接用来指导生产，而m e s 正是现场生产的直 接调度管理系统，它们之间的信息流对一个企业来说具有更为重要的意义。c a p p 系统需要为m e s 系统提供工艺路线、工艺方法以及产品质量控制信息等；而 西北工业大学硕士学位论文 e a l 支持下c a p p 集成架构 c a p p 需要从m e s 系统中得到工艺在生产中的执行反馈：质量信息采集、制造 资源使用情况，甚至可以将加工参数采集下来供工艺设计人员参考。 4 ) c a p p 同e i 冲系统集成 制造过程中，工艺数据是生产计划、制造调度的依据，而c a p p 是工艺数据 的直接产生者，e r p 系统掌管着企业内部所有资源的进、销、存情况，制定着同 生产管理