（机械制造及其自动化专业论文）基于soa的敏捷制造系统集成框架研究与实现.pdf

基于s o a 的敏捷制造系统集成框架研究与实现 摘要 在制造业信息化与市场需求的推动下，敏捷制造应用而生。面向 服务的架构( s e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，s o a ) 为敏捷制造系统的 集成提供了新的思路。 本文在研究了基于s o a 的敏捷制造系统集成框架的基础上，以 s o a 思想为指导，以w e b 机械零件库与短消息服务的整合为例，提出 了该敏捷制造集成系统的总体设计方案，并且分别设计和实现了子系 统w e b 零件库与短消息绑定组件s m p pb c 的功能，最后实现了系统 的集成与测试。 在基于s o a 的集成w e b 零件库与短消息服务的敏捷制造系统的过 程中，本文在研究了三维c a d 技术、虚拟现实技术等相关技术的基础 上，采用b s 模式，以m y s q l 作为数据库，使用s t r u t s s p r i n g h i b e r n a t e ( s s h ) 框架对w e b 零件库系统中的各个子系统进行了具体 的功能分析与实现，并且w e b 零件库系统是可以独立运行、易于扩充 和重用的。 另外，根据j b i 规范中所提供的标准的s p i s 以及a p i s ，详细设计 并实现了s m p pb c 组件的功能。s m p pb c 组件的消息转换基于s m p p 协议栈。同样s m p pb c 组件也是可以独立运行、易于扩充和重用的。 最后以o p e n e s b 作为j b i 容器，通过b p e ls e 来编排业务流程， 实现了集成w e b 零件库与短消息服务的具有松耦合、粗粒度以及位置 和传输协议透明特点的敏捷制造系统，达到基于s o a 的敏捷的、不受 限制的服务集成目标，同时也为基于s o a 的敏捷制造系统集成的开发 奠定了宝贵的实践基础与理论指导。 关键词：s o a 敏捷制造w e b 零件库s m p pb cj b i 规范o p e n e s b r e s e a r c ha n dd e s i g no f a g i l ema m7 f a c t u r i n gi n t e g r a t i o na r c h i t e c t u r e b a s e do ns o a a bs t r a c t b a s e do nt h ei n f o r m a t i o n a lp r o c e s so fm a n u f a c t u r i n ga n dt h em a r k e t r e q u i r e m e n t ，a g i l em a n u f a c t u r i n gi sa n n o u n c e dt oa p p e a r s o ap r o v i d e sa n e wm e t h o dt ot h ei n t e g r a t i o no fa g i l em a n u f a c t u r i n gs y s t e m i nt h i s p a p e r , f i r s ts u p p o r t e db yt h e r e s e a r c hw o r ko f a g i l e m a n u f a c t u r i n gs y s t e mi n t e g r a t i o nb a s e do ns o a ，t h e nac o n c r e t ei n t e g r a t i o n c a s ei sg i v e n ，t h a ti sa na g i l em a n u f a c t u r i n gs y s t e mb a s e do nt h ei n t e g r a t i o n o ft w os u b s y s t e m s ：w e b b a s e dp a r t sl i b r a r ys y s t e ma n ds h o r tm e s s a g e s e r v i c e ，i n c l u d i n gw h o l ed e s i g n a t i o n ，s u b s y s t e mi m p l e m e n t a t i o n a n d i n t e g r a t i o na sw e l la st e s t i n g i nt h ep r o c e s so fi m p l e m e n t i n gt h ei n t e g r a t i o no ft h et w os u b s y s t e m s u n d e rs o a ，al o to fr e s e a r c hw o r ka b o u t3 dc a d t e c h n o l o g y , v i r t u a lr e a l i t y t e c h n o l o g ya n do t h e rr e l a t e dt e c h n o l o g i e sa r ed o n ei nt h i sp a p e ri no r d e rt o d e s i g na n di m p l e m e n tt h ew e b - b a s e dp a r t sl i b r a r ys y s t e mi nd e t a i l ，w h i c h u s e sb sm o d e ，m y s q la n ds s hf r a m e w o r k b e s i d e st h ew 曲- b a s e dp a r t s l i b r a r ys y s t e mc a n r u na l o n ea n di se a s yt oe n l a r g ea n dr e u s e s m p pb ci si m p l e m e n t e da c c o r d i n gt ot h es t a n d a r ds p i sa n da p i s d e f i n e di nj b is p e c a n dt h em e s s a g en o r m a l i z a t i o n d e n o r m a l i z a t i o ni s b a s e do ns m p p p r o t o c o ls t a c k a sw e l l ，s m p pb c i sa b l et or u na l o n ea n d e a s yt oe n l a r g ea n dr e u s e i nt h el a s to ft h ep a p e r , t h ei n t e g r a t i o no ft h ew e b b a s e dp a r t sl i b r a r y s y s t e ma n ds h o r tm e s s a g es e r v i c e i sd o n eu s i n go p e n e s ba st h ej b i c o n t a i n e r t h eb u s i n e s sf l o wb e t w e e nt h et w os u b s y s t e m si so r c h e s t r a t e db y b p e ls e t h ei n t e g r a t i o nb e t w e e nt h et w os u b s y s t e m si sl o o s ec o u p l i n g ， c o a r s eg r a i n e d ，a n dn e u t r a l i t yo fl o c a t i o na n dp r o t o c o l ，w h i c hm a k e st h e s y s t e mi n t e g r a t i o nu n d e rs o a ，a c h i e v e st h eg o a lo fa g i l ea n dn ol i m i t a t i o n i n t e g r a t i o n i nt h em e a nw h i l e ，t h ec o n c r e t ea g i l em a n u f a c t u r i n gs y s t e m i n t e g r a t i o n b a s e do ns o ap r o v i d e s p r e c i o u se x p e r i e n c e sa n dt h e o r y i n s t r u c t i o n k e yw o r d s ：s o aa g i l em a n u f a c t u r i n gw e b b a s e dp a r t sl i b r a r ys y s t e m s m p pb cj b is p e ct e c h n o l o g yo p e n e s b 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的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。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 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了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 拉蝎 日期： 趟：隆 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有权保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被查阅和借 阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它 复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 黧主墨k 导师签名： 垄二鳖 日期：趔2 芝：垒 日期： 铆呻- j i l 7 北京邮电人学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 1 9 9 1 年，由美国国防制造技术计划办公室资助，由里海( l e h i g h ) 大学的亚 柯卡( 1 a c o c c a ) 研究所主持了一项关于2 1 世纪发展战略的研究，形成了( 2 1 世纪 制造企业发展战略的著名报告，报告总结经济发展现状，展示未来而提出了一种 先进制造技术敏捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ) 1 1 。敏捷制造是指制造企业采 用现代通信手段，通过快速配置各种资源( 包括技术、管理和人) ，以有效和协调 合作的方式响应用户需求，实现制造的敏捷性。敏捷性是核心，它是企业在不断变 化、不可预测的经营环境中善于应变的能力，是企业在市场中生存和领先能力的综 合表现，具体表现在产品的需求、设计和制造上具有敏捷性。 在目前的中国机械制造业，很多企业，尤其是中型企业具有较高的成长性。他 们对e r p 已经不再限于财务管理的需求，而是希望能用软件管理企业的所有业务 流程，包括原材料的采购、产品的生产、研发、销售以及对合作伙伴关系的管理 等，实现机械行业的敏捷制造。然而企业部署了p l m ，e r p ，m e s ，s c m ，c r m 等系统后面临的最大挑战在于各种应用的集成，否则离散的信息孤岛将会成为机械 行业的企业实现敏捷制造的最大瓶颈。 目前，s o a 可以很好的解决这个问题。s o a 是一种面向服务的企业应用体系 架构，是一种分布式的软件架构模型。它将企业应用看作是一些能够跨越企业边 界、自我描述、实现某一特殊功能的一系列服务的集成。s o a 的价值在于它的灵 活性和可操作性。借助s o a ，企业可以摆脱依赖于平台和厂商的技术，转而通过 一种架构技术来从容应对不断涌现的系统集成问题【2 】。 作为世界工厂，当前的中国企业是全世界产业链上的一个重要环节。产业链的 上下游交互的r r 成本已经明显高于企业内部运营的r r 成本。s o a 解决强异构问题 的能力将使基于敏捷制造系统的机械制造企业和上下游基于e r p 等i t 系统实现高 效的供应链乃至集成重组都具有明显的优势。 1 2 研究目的及意义 随着工业化的进步，信息技术的发展，制造业竞争的核心将是以知识为基础的 新产品竞争。制造系统如何利用现有服务敏捷、柔性地响应新产品的开发乃至市场 需求，快速地开发出高知识含量的产品，将是制造领域的系统集成关注的焦点之 3 北京邮电大学硕上学位论文 一。原有的基于c o r b a 技术与规范的敏捷制造系统集成解决方案过于依赖于单一 厂商的实现，并且客户端和服务端、服务端和服务端之间紧密耦合，限制了系统的 扩展、重构以及重用1 3 j 。 通过在敏捷制造系统集成中引入s o a 思想，能够提高系统的扩展、重构及重 用能力，减少系统的开发部署时间和费用，快速响应市场需求变化。因此研究基于 s o a 的敏捷制造系统集成框架对于机械制造业开发具有分布式、网络化、虚拟化 的敏捷制造系统具有指导意义。 在现代制造系统中，网络化已成为零件库发展的种新趋势。有调查表明， 8 0 的美国工程师希望零件供应商可以通过网络提供现成的2 d 或3 dc a d 模型， 6 0 的受调查者承认他们倾向于选择提供了此类服务的零件供应商。在被下载的 三维模型中，大约8 0 一9 0 的模型被加入到顾客的设计方案中并且被购买1 4 j 。因 此，基于w e b 的机械零件库系统是实现标准、通用机械零件库网络化以及资源共 享的一种方式。 先进的移动通信技术借助其“实时性、广泛性、交互性、个性化、便捷性 的 优势，在制造业信息化进程中大有所为，为售前统计、售后安全、全局调配提供了 大力支持，推进企业信息化系统移动化，实现包括财务管理系统、供应链管理系 统、人力资源管理系统、客户关系管理系统、生产制造管理系统在内的固定网络 和移动网络间的数据共享，带动制造业在高起点上可持续、协调发剧5 j 。 基于上述思想，开发基于s o a 的集成w e b 机械零件库与短消息服务的敏捷制 造系统，旨在建立一个动态的、交互的虚拟零件库平台，为用户提供机械零件产品 的在线查询、浏览、下载、订购等功能，通过集成短消息服务，方便机械零件制造 企业收集订单信息，及时掌握市场行情，以便进行市场预测和销售分析，大大提高 了企业运营、生产效率和对市场的快速响应能力，节能增效。 1 3 国内外研究概况 1 3 1 敏捷制造的发展现状 2 1 世纪，美国率先提出敏捷制造的概念得到了政府、工业界和学术团体的积 极支持。1 9 9 2 年由美国国防部高级研究计划局( a r p a ) 和美国国家自然科学基 金会( n s f ) 投资5 0 0 万美元组建了敏捷制造企业协会( a m e f ) ，现改为敏捷化 协会( a g i l i t yf o r u m ) 。该协会组织进行敏捷制造有关理论和实践的探讨，每年召 开一次有关敏捷制造的国际会议。目前大约有2 5 0 个公司和组织参加了该协会的 4 北京邮电大学硕士学位论文 有关工作，大多数公司和企业都派代表参加了不同领域的工作小组，这些小组每年 开六七次讨论会以共同研究该领域的敏捷化问题i j 。 随着对敏捷制造理论研究的日趋深入，美国一些大公司应用敏捷制造理论取得 了显著成绩。例如德克萨斯设备防御系统和电子集团( d s e g ) 在对其捕鲸叉 ( h a r p o o n ) 导弹工厂的管理中参照敏捷制造的一些理论，采用了灵活多变的动态 组织结构。它改变了传统的按装配、测试、质量控制等功能布置工厂的方式，按照 多任务、自导向工作组的原则组成了工作单元，使每个工作单元拥有它所需要的资 源，缩短产品流的距离，从而将装配的线性传递距离减少了7 0 ，并简化了运储 设备的复杂性。又如m m 公司也将快速响应市场，满足市场、用户需求做为企业 的根本出发点，用户只需通过电话或电子邮件订货就可以获得满意的商品。m 公司在一条有4 0 多工人的生产线上可同时生产2 7 种产品，而且每种产品因用户 特殊要求而异。用户的订货数据输入电脑数据库，第二天产品就出现在用户面前。 1 9 9 5 年日本开展了一项“智能制造系统( i m s ) 的国际性研究计划，其中 有两个项目与敏捷制造有关，一个是自治和分布制造系统，另一个是较为长期的 自治和分布制造系统。自治和分布制造系统重点在于系统集成技术和自治模块化结 构的研究，强调系统应由可重用模块快速组成，当某一个模块被修改或置换时不影 响其他模块以及整个系统的正常运行，这一系统体现出了敏捷的特性。 德国、法国和英国均参加了一项主题为“未来的工厂”的尤里卡项目，为实施 敏捷制造进行基础性研究工作，德国对未来制造业开展了一些工作，如“2 1 世纪 制造业战略 等，许勒惠勒( h u l l e rh i l l e ) 有限公司在敏捷制造系统方面还 做出了开创性的工作。该公司开发出了一种模块式结构的新型加工单元s p e c h t ， 既可以在生产线中作为柔性加工单元，又可以与自动装卸工件或托盘的输送装置相 联接作为柔性制造系统或敏捷制造系统中的单元，充分体现了制造的敏捷性。英国 在两篇报告中提出了“敏捷的目标，一篇是r s a 的“明天的公司( 重点在于 人力资源) ，一篇是关于制造前景的报告。目前欧洲正在酝酿成立敏捷化协会，可 能在多个国家设点，敏捷制造已经在全球范围内受到广泛重视。 目前敏捷制造已具备了一定的实践基础和雏形，典型行业敏捷制造的应用示范 正在进行中。例如，在a r p a 和n s f 的支持下，由麻省理工学院、里海大学、沃特 飞机公司和其他几家公司组成的项目组开展了汽车、飞机、服装、纺织和电子行业 的应用示范项目，并针对飞机、汽车这两个行业的特点开发基准和工具，在19 9 6 年进行了项目演示。 5 北京邮电大学硕上学位论文 1 3 2 零件库及虚拟现实技术的应用现状 国外对零件库技术一直给予了充分的重视。早在1 9 7 1 年，德国标准化协会 ( d 玳) 为建立c a d 标准件库而制定了标准件和通用件的d i n 4 0 0 0 标准，并逐渐 被包括中国在内的多个国家所采用。随着w e b 技术的发展和制造业的全球化，对 零件供应商和企业之间，企业与企业之间数据交换和共享的要求也日益强烈。为了 提供一个中性的传输数据机制和独：立于任何应用系统的零件库，i s o 1 c 1 8 4 技术委 员会( 工业自动化系统与集成) 的s c 4 分技术委员会在德国国家标准d i n 4 0 0 0 的 基础上，制定了一个关于计算机可解释的零件库数据表达和交换的国际标准 i s 0 1 3 5 8 4 ，现已正式发表了八个部分【s i o 厂r c1 8 4 s c4 ，1 9 9 8 】。i s 0 1 3 5 8 4 对零件 库的基本原理、零件库的概念模型、表达式的逻辑模型、供应商库的逻辑模型、零 件族构造方法学等进行了描述，为零件库的信息表达、数据交换、使用和更新提供 了必要的机制和定义。这一标准的制定和实施为基于w e b 零件库的建立与应用提 供了必要条件【6 1 。 在理论研究方面，v g h a s k a d b i 针对现有c a d 系统中标准零件库，提出了基 于i s 0 1 3 5 8 4 标准建立零件库的思想。h l o o p 和e 1 l a u s e l e 描述了开发标准件c a d 库的不同阶段，并通过在欧洲商用汽车制造厂i v e c o 公司的实践证明了建立c a d 标准零件库的必要性，g p i e r r a 和j c p o t i e r 等人认为新一代c a d 系统的主要缺点 是缺少内部数据结构的交换能力，通过建立标准零件库可以实现参数化模型的交 换。w a m d t 和g e h i n g e r 等人认为c a d 零件库中既应该包括简单的标准件，也应 该包括产品设计中的主要特殊零件以及企业常用件，通过事物特性表和变型程序建 立标准零件库的d i n 思想在零件库的研究领域中得到了广泛的认可【4 l 。 基于i n t e r n e t i n t r a n e t 网络环境按照i s 0 1 3 5 8 4 国际标准建立企业典型零部件的 零件库技术及信息传输接口开发等方面的研究，在国外尚处于起步阶段，而国内对 此几乎没有涉及i j j 。 在具体应用方面，目前国外已有多家极具规模的网络零件库，如t r a c e p a r t s ( w e b 2 c a d ) 、i n p a r t 、3 dc o n t e n t c e n t r a l 、c a d c l i c k 和p a r t s x l 等，表1 对这几 个零件库进行了简单的比较。 在实际应用方面，如全球第三大零售网站的美国网上服装零售公司开发了一个 网上试农的软件用于展示农服穿在顾客身上的效果1 7 1 。m a s i n l u 下属公司开发了标 准零件库系统o b l i s k ，该系统中的零件采用u n i g r a p h i c s 三维实体格式描述，设计 人员能够从o b l i s k 中下载自己需要的零件，库中零件文件可以集成到c a d 和 p d m 系统中。c o o ls t a p l e 是日本c o m e s 公司开发的基于i s 0 13 5 8 4 国际标准零件 6 北京邮电大学硕士学位论文 库管理原型系统，它提供了基于对象、特性和知识的搜寻机制，并能够集成到不同 的c a d 系统、供应商系统和设计系统中。g e n i u s 系统在已有的c a d 系统上开 发，它采用面向对象方法构造，包括一个三维零件库，可支持a n s i 、d i n 、i s o 、 j i s 等标准。随着各种c a d 系统在国内企业中的广泛应用，许多企业在c a d 系统 提供的标准件库基础上建立了企业自己的零件库系统，并基于i g e s 和s t e p 标准 实现零件信息在不同c a d 系统之间的数据交换。这些零件库信息描述完整性程度 及所包含零件的范围都非常有限，严重制约着产品资源在同一企业不同部门、不同 企业中的应用，存在着很大的局限性。以上简单介绍了国外基于w e b 的零件库的 发展现状。这些零件库为实现大批量定制提供了很多重要信息。 表1 - 1 国外基于w e b 的零件库的比较 w e b 2 c a d l n p a r t 3 dc o n t e n tc e n t e rc a d c h c kp a r t s x l 零件数量4 0 0 0 多万个1 0 0 多万个 数百万个不详数百万个 供应商 数量 9 0 多家 数十家数十家数十家5 0 家 需购买客户需购买s e - 费用免费免费免费 端软件 p a r t s x l 零件分类 零件分类树、 零件分类树、零件树、零件名 零件名称、搜索零件名称、供零件分类树+ 名称、供应商分类称、供应商 方式应商分类树、有关参数零件族分类 供应商名称 树、供应商名称分类树、供 应商名称 c a d 模型 二维、三维二维二维多为二维二维、三维 s a t 、i g e s 、 i g e s 、l g e s 、s t e p 、 s a t 、 s o l i d e d g e 系 数据格式v d a f s 、 d w g 、 统支持的所 s t e p 、d x f s e p 、d x fd x f d x f 、s t e p 有格式 a u t o c a d 、 t o p s o l i d 、 p 栅、 a u t o c a d 、 支持以上格 支持的p 加、 c a d d s 5 、 p 1 o ，e 、 式的c a ds o l i d e d g e c a d 系统 s o l i d e d g e 、 p r o d e s k t o p s o l i d w o r k s 、 系统 s o l i d w o r k s 、p a r a s o l i d 、c 7 2 4 c a t 认 i n p a r t 提供的 w e b 浏览器或 客户端w e b 浏览器w e b 浏览器w e b 浏览器 客户端软件 s o l i d w o r k s 在线浏览可以可以可以可以可以 供应商 供应商提供的供应商提供供应商提供的c a d c a d 模型 c a d 模型库，相关数据，模型库， 不详不详 w e b 2 c a d 提 i n p a r t 公司建 3 d p a r t s t r e a m n e t 编 提供方式 供的在线编目模目 7 北京邮电人学硕士学位论文 c a d 模型 包含的信息较少 满足用户需 较少较少较多 要 量 提供了满足 采用参数表形提供了个供用户提供机械、 多种标准的 独特点式来表示零件 可以进行参零件：i s o 、 数化搜索 交流和共享c a d电子和建筑 族，比较直观模型的空间行业的零件 d 烈、 a n s i 、j i s 等 就国内而言，对于那些大量可重复使用的资源比如标准件、典型零件、甚至是 企业内常用的外购外协件等的网络化关注的比较少。国内较知名的中国机械网 ( h t t p ：w w w j x c n 0 也只是提供一些零件的浏览信息，并未提供可下载的三维实体， 在这些方面我们还应该继续更多更深入的研究。 1 3 3s o a 的发展及应用现状 如何才能让不同的应用平台与软件系统之间彼此连通，共享功能和数据呢? “面向服务的体系结构为我们提出了一个解决方法。 s o a 的概念最初由g a r t n e r 公司在1 9 9 6 年提出，并逐渐发展称为今日热门的 应用平台开发框架技术。g a r t n e r 为s o a 描述的远景目标是：在于让 变得更有 弹性，以更快地响应业务单位的需求，实现实时企业( r e a l t i m ee n t e r p r i s e ) 。 s o a 是一个组件模型，它将应用程序的不同功能单元( 称为服务) 通过这些 服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它 应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种这样的 系统中的服务可以以一种统一和通用的方式进行交- 耳1 8 1 。 s o a 凭借其松耦合的特性，使得企业可以按照模块化的方式来添加新服务或 更新现有服务，以解决新的业务需要，提供选择从而可以通过不同的渠道提供服 务，并可以把企业现有的或已有的应用作为服务，从而保护了现有的r r 基础建设 投资。 无论是基于s u n 公司的j 2 e e 的三层应用开发和还是基于微软的n e t 的三层应 用开发，s o a 实现了跨平台的服务互用。 据g a r t n e r 预测： 从2 0 0 6 年到2 0 1 1 年，全球的s o a 、w e b 服务和w e b2 0 软件市场将由4 1 0 亿美元增长到1 ，4 2 0 亿美元( 2 0 0 7 年6 月) 。 到2 0 1 1 年，全球基础设施市场中将有6 3 的企业支持s o a 、w e b 服务或w e b 2 0 ( 2 0 0 7 年6 月) 。 8 北京邮电大学硕士学位论文 到2 0 1 1 年，花费在软件上的资金将有6 0 是用于s o a 、w e b 服务或是w e b 2 o 上( 2 0 0 7 年6 月) 嗍。 s o a 作为新一代的软件构架，在未来5 - 1 0 年里将给软件产业带来革命性的 变化。在s o a 时代，任何一个大的应用软件系统，都不再由一个软件开发商独立 完成，而是由不同厂商生产的基于基础标准和接口的中间件相互协作完成。到时会 出现各种消息通信、内容管理系统、工作流引擎，身份认证提供者、整合应用和门 户服务器等不同类型的中间件厂商。随着s o a 的标准化，每种中间件的生产厂商 的数量会逐渐减少。每个厂商也只会专注于一种或几种中间件，努力提高中间件性 能和质量。从软件产业总体上看，这将降低软件开发成本，提高软件质量，大大减 少目前各软件厂商之间相同软件部分重复开发的问题。 对于软件客户来说，s o a 可以为客户解决“信息孤岛一问题，并能提供随需 应变的服务。s o a 通过将原有的应用和资源转变为可共享的标准服务，打破了 “信息孤岛”。企业决策者只需要根据企业的策略来定制流程，把应用作为服务 “拿来就用力，而无需考虑底层的集成。这样就可以实现i t 和企业业务之间的同 步。s o a 要求开发者超越应用来思考，并考虑复用现有的服务或者检查如何让服 务被重新利用。s o a 鼓励使用可替代的技术和消息机制，通过把服务联系在一起 来满足应用。这种基于消息机制的应用允许公司可通过调整使用已有的服务模式而 非被迫进行大规模新的应用代码开发。这样客户可以在商业环境许可的时间内对变 化的市场做出快速的响应。s o a 在企业信息化方面有着明显的优势，为软件产业 带来新的需求和市场恻。 从以技术概念被提出，予以实现至今，s o a 可以实现大多数的接口标准，为 企业的现有资产或投资带来了更好的重用性。s o a 能够在最新的和现有的应用之 上创建新的应用；免予客户或服务消费者服务实现的改变所带来的影响；在升级单 个服务或服务消费者时无须重写整个应用，也无须保留已经不再适用于新需求的现 有系统。 尽管有关s o a 的开发、部署、管理方式的争论此起彼伏，但实际s o a 的用户 无处不在，并且呈增长趋势。 总而言之，s o a 可以借助现有的应用来组合产生新服务的敏捷方式，为企业 构建应用平台提供更好的灵活性。随着企业应用平台的成熟及应用技术的不断发 展，为企业信息化和政府信息化的继续深入有了一个理想的解决方案。 9 北京邮电人学硕士学位论文 1 4 论文主要研究内容 本文主要针对基于s o a 的敏捷制造系统集成框架做了一些研究和设计，重点 论述了基于s o a 的集成w e b 机械零件库与短消息服务的敏捷制造系统的架构及关 键技术的实现。目的在于为基于s o a 的敏捷制造系统集成框架和实现方法提供指 导意义。 第一章绪论。主要阐述了本课题的背景、研究目的和意义等，概括了国内外 目前的研究现状，并对论文的研究内容做了概述。 第二章系统实现的技术理论。分节介绍了系统集成所需要用到的技术理论： ( 1 ) s o a 思想、e s b 以及j b i 规范简介；( 2 ) m v c 模式及s t r u t s s p r i n g h i b e r n a t e 架构技术； ( 3 ) 以g l a s s f i s h 作为服务器支撑，与m ys q l 相结合的网 络数据库技术；( 4 ) 虚拟现实技术及v r m l ，选用v r m l 作为实现虚拟机械零 件库系统交互功能的工具。 第三章系统总体设计。提出系统设计原则，阐明了系统要实现的目标以及预 期达到的效果，对于系统网络结构的拓扑图、系统集成框架以及实力流程图进行了 宏观概述。并对w e b 零件库和s m p pb c 组件进行了功能模块划分。 第四章子系统的实现及系统集成。本章详细介绍了子系统w e b 零件库与 s m p p b c 组件的实现、系统数据库的设计实现以及基于s o a 的系统集成实现。 第五章系统测试。本章介绍了几个运行实例，按照权限的不同模拟不同的角 色来使用和管理系统。测试结果显示，系统各功能模块运行正常。 第六章总结。对论文的主要研究工作以及取得的成果进行了总结，分析了该 系统不太完善尚待进一步研究的问题，比如：三维零件的通用性和易用性、系统的 安全性、交互性以及性能优化等方面。 1 0 北京邮电大学硕士学位论文 第二章系统实现的技术理论 上一章分别介绍了敏捷制造和s o a 的发展及应用现状，为了构造基于s o a 的 敏捷制造系统集成，这章将重点介绍实现子系统w e b 机械零件库和短消息服务 s m p pb c 组件以及系统集成的过程中需要用到的关键技术理论，以构建一个高 效、易维护、扩展性强的敏捷制造集成系统。 2 1s o a e s b j b i 概述 2 1 1s o a 概述 s o a ，面向服务的体系架构( s e r v i c e o r i e n t e da r c h i t e c t u r e ) 是一个组件模型， 它将应用程序的不同功能单元( 称为服务) 通过这些服务之间定义良好的接口和契 约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，它应该独立于实现服务的硬件平 台、操作系统和编程语言，这使得构建在各种这样的系统中的服务可以以一种统一 和通用的方式进行交互。所以s o a 的基本思想是面向服务，是以服务为导向的架 构。 s o a 的基本要素包括松散耦合、粗粒度以及位置和传输协议透明嗍。 ( 1 ) 松散耦合。具有中立的接口定义( 没有强制绑定到特定的实现上) 的特 征称为服务之间的松耦合。松耦合系统的好处有两点，一点是它的灵活性；另一点 是，当组成整个应用程序的每个服务的内部结构和实现逐渐地发生改变时，它能够 继续存在。 以a t m 取款机为例，它提供了“余额查询功能”、“取款功能 和“存款功 能力。这三个功能应该能够独立工作，比如说如果“取款功能”不能工作了，应该 不能影响其他两个功能的正常运行。图2 - 1 显示了a t m 取款机松散耦合的服务。 图2 1a t m 取款机松散耦合的服务 北京邮电人学硕士学位论文 ( 2 ) 粗粒度。“粗粒度意味着s o a 中服务的接口应该比面向对象的编程 的a p i 要大一些，需要更接近用户的实际操作。 以a t m 取款机的取款功能为例来说明这个问题。取款功能的实现可能实际要 包括下面的3 个a p i ，图2 - 2 显示了a t m 取款机取款功能的3 个a p i 。 臣亟日 图2 - 2a t m 取款功能的3 个a p i 用户身份校验：系统需要确认用户输入的卡号和密码是否符合； 账户余额是否满足取款数额：系统需要确认用户账户的余额是否足够其取 款的数额； 取款：以上两项都真正满足后，才真正付给用户钱款。 作为s o a 的业务接口，就不能将“用户身份校验”和“账户余额是否足够取 款数额 这两个a p i 公布给用户，因为这样太细了。如果让用户首先必须操作完 前两个接口，最后再操作“取款”接口，则不符合用户的操作习惯。所以系统只能 给出符合用户操作习惯的一个服务接口“取款”，它里面包含前面两个a p i 的功 能。 ( 3 ) 位置和传输协议透明。 所谓位置的透明，就是指不论服务组件的实际位置u r l 如何变化，客户端的 调用程序的u r l 都不需要改变。 所谓传输协议的透明，就是指不管服务组件的传输协议如何变化，客户端的调 用程序的传输协议都不需要改变。 基于以上三个基本要素，s o a 致力于最终达到敏捷的、不受限制的服务集成 目标，从而使i t 能够随着业务需求的变化而自由调整，达到所谓的“随需而变 的最高境界。 2 1 2e s b 概述 e s b 全称为e n t e r p r i s es e r v i c eb u s ，即企业服务总线。e s b 是种在松散耦合 的服务和应用之间标准的集成方式。e s b 就是在s o a 架构中实现服务间智能化集 成与管理的中介【1 0 l 。如图2 3 所示，相对于传统的h u b 模式，e s b 的总线形式更 加开放，有无限扩展的可能，并且切皆为服务，服务在总线中处于平等的地位， 1 2 | 匕京电 学颈学能论童 真正体现了s o a 的理念。 图2 3e s b 总线示意图”u e s b 作为一个中介平台，它提供的基本功能有： 中介：提供位置透明的服务路由、寻址服务；提供消息的多种传递模式 ( 请剌响应，单路请求，发布订阅等) ；支持多种传输协议( h t t p ， j m s ，f r p ，s m t p 等) 。 控制：通过元数据米控制数据接收、发送、过滤、安全验证等，通过服务 的智能化引擎来发现、调用服务。 支持多种服务集成方式，比如w e b 服务、消息、适配器等。 元数据管理：管理e s b 的元数据与服务的元数据，例如注册、寻址等。 系统管理：提供日志、审计、监控、服务管理策珞等的管理。 目前e s b 的商用和开源产品有很多例如i b m 的w e b s p h e r ee s b 、b e a 的 a q u a l o g l cs e r v i c eb u s 、s u n 的o p e n e s b 以及a p a c h e 的s e r v i c e m i x 等。 引对e s b 有两种规范：s c a ( s e r v i c ec o m p o n e n ta r c h i t e c t u r e ，服务组件模 犁) 规范，由i b m 和o r a c l e 等发起；j b i ( j a v ab u s i n e s si n t e g r a t i o n ，j a v a 业务集 成) 规范，山s u n 等发起。在本文中将以基于j b l 规范的e s b 为服务总线进行敏 捷制造集成系统的研究和实现。 2 l3j b i 规范概述 j b l 的提出是基于s o a 所提倡的方法和原则，为了解决e a i 和b 2 b 若干问题 的j a v a 规范。当前版本10 是2 0 0 5 年8 月通过的j s r ( j a v a 规范需求) 2 0 8 定 案。商业和开源都欢迎j b i 成为他们e s b “品的集成标准。 北京邮电人学硕士学位论文 j b i 定义了基于插件方式的架构，以便服务能够融入“j b i 运行时”环境。j b i 提供了详细的接口，使服务能与“j b i 运行时”环境交互。这些服务要为“j b i 运 行时”环境暴露接口，以便“j b i 运行时”环境为理由消息服务，也即j b i 定义了 一种环境，在这种环境下，插件组件使用一种直接基于w s d l 的服务模型来进行 交互。所以，“j b i 运行时”环境在部署s o a 环境中的服务间扮演着仲裁者的角 色【1 2 1 。 在同一j a v a 虚拟机j v m 中，如图2 - 4 所示“j b i 运行时”核心主要包括以下 部件： 组件框架：组件框架把不同类型的组件部署到“j b i 运行时”。 规格化消息路由器n m r ：规格化消息路由器利用标准机制实现服务间消 息交换。 管理框架：管理框架基于j m x 进行部署、管理以及监控“j b i 运行时”中 的组件。 图2 4j b i 顶层结构示意图 j b i 环境外面的是服务消费者和提供者，它们代表了将被j b i 集成进来的外部 实体。 j b i 定义了一种通过插拔组件间交互传递中间消息 ( m e d i a t e dm e s s a g e e x c h a n g e ) 的方式构建集成的架构方案。j b i 中定义的消息交换模型基于w s d l 规 范。j b i 组件插拔在j b i 环境中，这些组件可为来自笫三方的终端用户所用，尤其 在应用系统集成时遇到问题时，它们可以提供一些通用的或标准的功能。这些组件 可以分为两种不同的类型： 1 4 北京邮电大学硕士学位论文 服务引擎( s e r v i c ee n g i n e ，s e ) ：该组件工作在抽象x m l 层之上，为其 他组件提供了诸如业务逻辑和数据转换等服务。例如：b p e ls e 专门负责 业务流程的编排，r u l e ss e 专门负责通过规则将各种服务进行集成。 绑定组件( b i n d i n gc o m p o n e n t ，b c ) ：该组件与特定的传输协议绑定， 专门来接收各种各样的传输协议，为j b i 环境以外的服务提供了连通性。 组件间并不直接进行通信，相反它们通过传输通道d c 与n m r 进行通信，由 n m r 将消息分发给服务提供者，这样分离了服务请求者与提供者之间的调用，达 到了服务请求者与提供者之间的松耦合。j b i 消息交换框架如图2 - 5 所示。 图2 - 5j b i 消息交换框架 2 2 s t r u t s s p r i n g h i b e r n a t e 概述 s t r u t s s p r i n g h i b e r n a t e 架构是一种每层都以一种松散耦合的方式彼此作用而不 管底层技术细节的开源架构策略：表示层用s t r u t s ，业务层用s p r i n g ，持久层则用 h i b e r n a t e ，如图2 6 所示。s t r u t s 框架是m v c 模式的一个具体实现，下面先介绍 m v c 模式。 图2 6s t r u t s s p r i n g h i b e r n a t e 架构 1 5 北京邮电大学硕士学位论文 2 2 1m v c 模式概述 m v c 模式，即模型一视图一控制器( m o d e l v i e w c o n t r o l l e r ) 模式，把一个应 用的输入、处理、输出流程按照m o d e l 、v i e w 、c o n t r o l l e r 的方式进行分离，这样 - 个应用被分成三个层一模型层、视图层、控制层。其结构如图2 - 7 所示。 图2 7m v c 架构图 模型、视图与控制器的分离，使得一个模型可以具有多个显示视图。如果用户 通过某个视图的控制器