（机械制造及其自动化专业论文）面向离散制造业的数据集成平台研究及应用.pdf

中文摘要 摘要 目前，制造业信息化建设已从单元系统应用逐步走向集成化应用。传统点对 点数据集成模式已满足不了当今制造业信息化所面临的复杂多系统集成的需求。 而国外的集成平台产品功能虽然强大，但应用成本高，国内中小型离散制造业企 业难以承受。国内虽然也出现了很多集成平台产品，但是针对离散制造业的 c a x p d m e r p 系统的数据集成平台还很不成熟。因此研究面向国内离散制造业 c a x p d m e r p 系统的数据集成平台，将有助于促进离散制造业信息化发展。 本文分析了数据集成平台的发展历程和现状，阐述了目前数据集成平台所面 临的问题，论述了离散制造业数据集成的必要性和重要意义，研究了异构数据集 成方法。提出了一个具有高度通用性和可扩展性的基于x m l 的数据交换模型，研 究了x m l 与关系数据库的映射、异构数据存取方法，对比分析了各种数据集成模 式：提出了一种基于c o r b a 分布式系统集成体系结构，并作为集成系统开发的 指导标准，基于该标准的集成平台既能实现异构数据的透明操作和无缝集成又具 有良好的维护性和可扩展性。 基于以上开发集成系统的指导模型和体系结构，本文以制造业应用软件c a x 、 p d m 、e r p 系统为例，分析了这些应用系统的集成数据需求和数据结构，并探讨 了集成数据与x m l 文档的转换方法，在此基础上通过使用适配器、数据库访问和 系统安全等关键技术开发出了基于x m l 数据总线的c a x p d m e r p 系统的数据集 成平台原型系统，实现了c a x 、p d m 、e r p 之间的数据共享和集成。最后通过 c a x a 与m i t p d m 和s o l i d w o r k s 与m i t p d m 集成实例，展示了基于x m l 数据总 线的数据集成运作流程，同时验证了数据集成平台的可行性和可用性。 关键词：集成平台，数据集成，制造业，x m l ，c o r b a 英文摘要 a b s t r a c t p r e s e n t l y , t h ec o n s t r u c t i o no fi n f o r m a t i o ni nm a n u f a c t u r eg r a d u a l l yc h a n g e sf r o m s i g n a l s y s t e ma p p l i c a t i o n t o i n t e g r a t e d s y s t e m t h e t r a d i t i o n a lm o d e lw i t hd a t a i n t e g r a t i o nb yp o i n “伊p o i i l ：tw a yi sn ol o n g e rs u i t a b l ef o rt h er e q u i r e m e n tt h a tt h e i n f o r m a t i o ni nm a n u f a c t u r es h o u l db eo b t a i n e df r o mc o m p l i c a t e da n dm u l t i - i n t e g r a t i o n s y s t e m t h ep r o d u c t si nf o r e i g nc o u n t r i e sa r cp o w e r f u l ，b u tt h eu s a g ew i t hh i l g hc o s ti s u n b e a r a b l ef o rd o m e s t i cm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e st h a ta 陀s m a l la n dm e d i u m - s i z o d d i s c r e t e t h e r ea 他l o t so fs i m i l a rp r o d u c t sw i t ho w n - i n t e g r a t e dp l a t f o r mi nd o m e s t i c a r e a s h o w e v e r , t h es y s t e mp l a t f o r mw h i c hi n t e g r a t e sc a x p d m e i 己pa n df a c et h e d i s c r e t em a n u f a c u n i n gi n d u s t r yi sn o tf u l l yr e s e a r c h e d s ot h er e s e a r c hf o rt h i ss y s t e m p l a t f o r mi si m p o r t a n tt oi m p r o v et h el e v e lo fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y i n d i s c r e t e m a n u f a c t u r e t h ed e v e l o p m e n ta n dp r e s e n ts i t u a t i o no fd a t ai n t e g r a t i o np l a t f o r m ( d i p ) a r e a n a l y z e di nt h i sp a p e r t h ed i f f i c u l t yw h i c hr e s t r a i n sd i p i se l a b o r a t e d t h ei m p o r t a n c e a n ds i g n i f i c a n c eo fd i pi nd i s c r e t em a n u f a c t u r i n ga 阳d e m o n s t r a t e d t h ew a yo f i n t e g r a t i n gt h eh e t e r o g e n e o u sd a t ai ss t u d i e d am o d e lw h i c hb a s e so nt h ex m l a n dc a l l e x c h a n g ed a t ai sp u tf o r w a r d t h em o d e lh a sah i 班d e g r e eo fv e r s a t i l i t ya n ds c a l a b i l i t y t h em a p p i n gb e t w e e nx m la n dr e l a t e dd a t a b a s ea n dt h ew a yo fi n t e g r a t i n gt h e h e t e r o g e n e o u sd a t aa l ea l s o s t u d i e d d i f f e r e n tm o d e so fd a t ai n t e g r a t i o na 聆a l s o c o m p a r a t e d as t r u c t u r eb a s i n g0 1 1t h ec o r b a w i t hd i s t r i b u t e ds y s t e m si n t e g r a t i o ni s g i v e n i ti s u s e da st h e g u i d i n g c r i t e r i at o d e v e l o pi n t e g r a t i o ns y s t e m t h e c o r b a b a s e di n t e g r a t i o ns y s t mn o to n l ye n a b l e st r a n s p a r e n th e t e r o g e n e o u sd a t a a c , c e s sb u ta l s oh a sa g o o dm a i n t a i n a b i l i t ya n ds c a l a b i l i t y a sb a s i n go nt h ea b o v em o d e la n ds t r u c t u r ef o rd e v e l o p i n gi n t e g r a t i o ns y s t e m , t h e t h e s i st a k e ss o f t w a r e sc a x 、p d ma n de r pa sa ne x a m p l et oa n a l y z et h ed e m a n df o r i n t e g r a t i n gd a t aa n dt h es t r u c t u r eo fd a t a , d i s c u s s e st h ew a y f o re x c h a n g i n gi n f o r m a t i o n b e t w e e nx m la n di n t e g r a t i n gd a t a as y s t e mi n t e g r a t i n gc a x p d m 尼i 心w h i c hb a s e s 0 1 1t h ed a t a - b u so fx m li sd e v e l o p e dt h r o u g ht h es o m ek e y - t e c h n o l o g ys u c ha sa d a p t e r s ， d a t a b a s ea c c e s sa n ds y s t e m ss e c u r i t ya n ds o0 1 1 t h es y s t e mc a nc o m p l e t et h e i n t e g r a t i o na n ds h a r et h ed a t aw h i c hi sa m o n gc a x 、p d ma n de r ef i n a l l y , t h r o u g ht h e u s eo fc a x a m i t p d md a t ai n t e g r a t i o na n ds o l i d 、v 0 以删t p d md a t ai n t e g r a t i o nt o d i s p l a yx m l - b a s e dd a t ab u sf o rd a t ai n t e g r a t i o np r o c e s s e s ，a n dv 耐母t h ef e a s i b i l i t y 1 1 1 重庆大学硕士学位论文 a n dt h ea v a i l a b i l i t yo ft h ed a t ai n t e g r a t i o np l a t f o r m k e y w o r d s ：i n t e g r a t i o np l a t f o r m ，d a t ai n t e g r a t i o n ，m a n u f a c t u r i n g ，x m l ，c o r b a i v 学位论文独创性声明 本人声明所呈交 的匈l 士 学位论文 l ：j 纽匦自鲫地趔鲻豳瑚淖蘑嚣鲤榔是我个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的地方外，论 文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究 所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：蹄：射与 导师签名：秭细 、 l 签字日期：沙句多厂 签字日期：7 j 夕，夕 学位论文使用授权书 本人完全了解重庆大学有关保留、使用学位论文的规定。本人完全同意中 国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库出版章程( 以 下简称章程 ) ，愿意将本人懈唿士学位论文参啕耘氍罐绊魉塑峰埠城拶漱脚嘲 提交中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社( c n k i ) 在中国博士学位论文全文数 7 据库、中国优秀硕士学位论文全文数据库以及重庆大学博硕学位论文全文 数据库中全文发表。：中国博士学位论文全文数据库、中国优秀硕士学位论 文全文数据库可以以电子、网络及其他数字媒体形式公开出版，并同意编入c n l 【i ：中国知识资源总库，在中国博硕士学位论文评价数据库中使用和在互联 网上传播，同意按“章程 规定享受相关权益和承担相应义务。本人授权重庆大 学可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公开论文的全部或部分内 容。 作者签名：龇 导师签名：盘堑里 加? 年月r 日 备注。审核通过的涉密论文不得签署搿授权书一，须填写以下内容： 该论文属于涉密论文，其密级是，涉密期限至 年一月一日。 说明：本声明及授权书! 鲤装订在提交的学位论文最后一页。 1 绪论 l 绪论 1 1 论文研究背景 随着市场竞争日益激烈，更多的企业越来越清楚地认识到要想提高工程、产 品的设计质量，降低研究开发成本，缩短开发周期，推出优秀的创新产品，从而 尽快地占领更多的市场，那么应该把数字化技术作为实现工程、产品创新的有力 工具和重要的支撑技术。 为了提高产品创新能力，中国制造企业和制造业科研院所已广泛应用了包括 c a d 、c a e 、c a m 、c a p p 、p d m 、逆向工程等数字化技术，有效地支持了产品 创新过程，大大促进了制造业信息化建设。但是随着计算机软件技术和制造业信 息化的不断发展，制造业企业使用的应用和管理系统，如企业c a d 系统，企业资 源计划系统( e r e ) ，产品数据管理系统( p d m ) 等，也越来越多。虽然这些系统各自 应用于不同的领域，管理着不同的对象，但它们之间仍然存在着很多交叉业务， 甚至存在着重复的信息和数据。而各个应用系统又是相互独立运行的，因此企业 内部的这些系统相当于一个个“信息孤岛”。 信息孤岛现象使得企业的信息和数据更新不同步甚至不一致，使得数据不能 自动传递、缺乏有效的关联和共享，造成各个部门之间的矛盾，给企业中不同部 门人员之间的交流带来很多问题。同时提供给客户的信息也经常前后不一致，使 客户无所适从，严重影响了企业的形象和信誉。即使是在一些信息系统应用程度 较高的企业，虽然业务层面已经得到较好的信息支持，但管理层面和企业高层却 很少得到有效的信息支持i l j 。 为了消除信息化孤岛，发挥制造业企业资源的潜在优势，充分利用已有的技 术及应用资源，制造业信息化建设已从单元系统应用逐步走向集成化应用，体现 在产品设计方面的甩图纸集成化应用，生产经营管理方面的甩帐表集成化应用， 以及甩图纸、甩帐表集成的数字化企业应用。在实现制造业信息化集成应用方面， 点对点数据集成接口方式易受被集成系统变更的影响，已满足不了当今制造业信 息化所面临的复杂多系统集成的需求。 针对这种状况，发达国家提出了新的技术解决方案。如m m 提出的 w e b s p h e r e p r o e e s ss e r v e r 和w e b s p h e r ei n t e g r a t i o nd e v e l o p e r 的解决方案1 2 1 , b e a 公 司推出b e a w e b l o g i ee n 2 t e r pr i s ep l a t f o r m 集成平台 3 1 。微软的b i z t a l k s e r v e r 应用 集成平台【4 j 。这些集成平台具有充分的灵活性和可伸缩性，能够满足项目开发和集 成的要求，并为跨企业应用集成提供完善的解决方案。国外的集成平台虽然功能 强大、应用灵活，但应用成本高，国内的中小型离散制造企业难以承受。 重庆大学硕士学位论文 国内的i t 公司在实现制造业信息系统集成上，也开始从点对点的集成方式向 集成平台发展，如中创软件开发出中创软件i n f o r 系列中间件。麒麟远创推出基于 标准的b u s i n e s s w a r e 集成平台【5 1 。虽然国内集成平台有了一定发展，但成熟的的集 成平台还很少，特别是针对离散制造业c a x p d m e r p 系统的集成平台，还很不 成熟。 在这种情况下研究面向国内离散制造业c a x p d m e r p 系统的数据集成平台 将大大促进我国离散制造业的信息化发展。 1 2 数据集成平台内涵 1 2 1 数据集成内涵 数据集成是把不同来源、格式、特点的数据在逻辑上或物理上有机地集成， 从而为企业提供全面的数据共享。数据集成核心任务是要将相互关联的分布式异 构数据源集成到一起，使用户能够以透明方式访问这些数据源 6 1 。集成是指维护数 据源整体上的数据一致性、提高信息共享利用的效率；透明的方式是指用户无需 关心如何实现对异构数据源数据的访问，只关心以何种方式访问何种数据( 这种数 据集成系统模型如图1 1 所示) 。 用户 图1 1 数据集成系统模型 f i g 1 1d a t ai n t e g r a t i o ns y s t e mm o d e l 数据集成主要为了解决不同应用和系统间的数据共享和交换需求。它具体包 括共享信息管理、共享模型管理和数据操作管理三个部分。其中，共享信息管理 通过定义统一的集成服务模型和共享信息访问机制，完成对集成平台运行过程中 产生数据信息的共享、分发和存储管理；共享模型管理则提供对数据资源配置管 2 1 绪论 理、集成资源关系管理、资源运行生命周期管理及相应的业务数据协同监控管理 等功能；数据操作管理则为集成平台用户提供数据操作服务，包括多通道的异构 模型之间的数据转换、数据映射、数据传递和数据操作等功能服务。 1 2 2 集成平台内涵 集成平台指运行在分布式环境下，以提供各类标准化和规范化系统集成及资 源共享服务为主要功能的信息集成基础结构。它是在复杂信息与制造环境下，为 制造网络系统中的用户提供与制造相关的各种信息服务，以便更好地实现设计、 制造和商务的协同，实现不同企业间多层次集成和资源共享的技术使能平台。它 基于制造企业信息基础结构、组织与资源特征，在异构分布环境下( 操作系统、数 据库、制造设备) 为用户提供标准化的“即插即用”的集成服务，使所有接入制造网 络系统的用户能够得到跨地域的、透明的、一致的信息与资源访问与交互服务， 支持特定领域的软件系统及各种制造资源的共享与集成，并为制造网络系统的运 行提供共享模型、系统监控、安全、目录、过程管理等服务【7 1 。 构建企业集成平台的首要的目的就是实现数据集成，即为平台上运行的各种 应用、系统或服务，提供具有完整性、一致性和安全性的数据访问、信息查询。 其中，完整性包括业务对象本身的数据完整性和不同业务对象之间约束的数据完 整性两方面的含义：一致性指消除不同业务信息资源之间存在的语法或语义上的 冲突；安全性指在保证数据源访问权限控制的前提下，提供对整个集成平台管理 范围内的异构数据源数据的安全访问及管理。 1 3 数据集成平台发展历程及存在的问题 1 3 1 数据集成平台发展历程及现状 2 0 世纪5 0 年代末到6 0 年代初，企业具备了早期应用。这些应用大多是用来 替代重复性劳动的一些简单设计。当时并没有考虑到企业数据的集成，企业应用 惟一的目标就是用计算机代替一些孤立的、体力性质的工作环节。 2 0 世纪6 0 年代中期，继第一代应用之后，更深入的辅助企业生产的应用出现， 诸如库存管理、生产控制和早期的财务管理等。这些应用远比第一代的企业应用 复杂，但这些应用的思想还仅仅是支持企业业务的一部分，并且企业数据的访问 控制技术还不完善，仍然没有企业数据集成的概念。 2 0 世纪6 0 年代末到7 0 年年代，数据库的技术开始出现，对企业数据的检索 不再是贯穿文件的操作。磁盘存储和数据库技术使企业能够直接访问数据，这让 企业应用上升到了一个全新的阶段在线联机处理应用。这些在线联机应用是 根据局部需求开发的，在不同的部门或企业间开始出现早期电子数据交换( e d i ) ， 即企业数据集成的概念开始出现。但这些数据集成还仅仅是小范围的小火花，距 3 重庆大学硕士学位论文 离企业应用集成还很遥远。 2 0 世纪8 0 年代和9 0 年代，随着企业规模逐渐扩大，企业业务和数据日趋复 杂，一些公司开始意识到应用集成的价值和必要性，很多公司的技术人员试图在 企业系统整体概念的指导下对已经存在的应用进行重新设计，以便将它们集成在 一起。此时，点对点( p o i n t - t o p o i n t ) 的集成技术开始出现，在各个应用系统之间通 过各自不同的接口进行点到点的简单连接，实现信息和数据的共享。如 c a d c a p p c a m p d m 等系统间的简单点对点集成。 2 1 世纪以来，随着互联网技术迅猛发展，以及企业规模进一步扩大，点对点 集成已满足不了当今制造业信息化所面临的复杂多系统集成的需求。基于这种情 况，发达国家开始探寻新的技术解决方案。如b e a 公司推出b e a w e b l o g i ee n 2 t e r p r i s ep l a t f o r m 集成平台，通过建立全面、统一的软件基础结构，以支持将各种应用 建立、扩展和集成为端到端的业务流程【3 】。微软的b i z t a l k s e r v e r 应用集成平台， 为企业提供了应用服务器、业务流程管理、应用集成和b 2 b 集成等功能 4 1 。这些 集成平台具有充分的灵活性和可伸缩性，能够满足项目开发和集成的要求，并为 跨企业应用集成提供单一的、完善的解决方案。 国内的i t 公司在实现制造业信息系统集成上，也开始从点对点的集成方式向 集成平台发展，如中创软件采用模型驱动结构( m d a ) 与面向服务结构( s o a ) 相结合 的技术开发出中创软件i n f o r 系列中间件，为企业建立集成平台提供了一个很好的 工具。麒麟远创推出基于标准的b u s i n e s s w a r e 集成平台，实现业务流程、网络服 务、b 2 b 电子商务集成、讯息传送与连通【5 】。 随着技术不断进步，社会各行各业需求加大，数据集成平台必将得到前所未 有的长足发展。 1 3 2 数据集成平台存在的问题 数据集成平台发展到现在，困扰数据集成的几大难题【8 1 0 】仍然没有得到有效解 决： 数据的异构性：是指数据集成系统中两个数据源的不相似程度。异构发生 在不同的级别。最底层是硬件平台、操作系统和网络协议的异构。其次是不同的 编程语言和数据模型，以及对相同概念不同的理解和描述。由于每个数据源都是 独立开发的，都用自己的描述数据，所以，每个数据源中对相似的语义描述可能 不同。 透明性：与系统解决异构性的程度和能力相关，决定系统的功能和使用的 方便性。包括平台透明性、系统透明性、数据源透明性和语义透明性。 平台透明性：隐藏了硬件平台、操作系统和通讯协议等各种数据源所基于的 平台间的差异。对于用户来讲，每个数据源像运行在同一个硬件软件平台上。 4 1 绪论 系统透明性：当数据源的数据管理系统、数据模型和语言间的差异被隐藏时， 对用户来讲，每个数据源都像是用同一个数据模型来描述的、由同一个数据管理 系统和数据语言来管理和维护的一样。 数据源透明性：隐藏了数据源的描述信息，由系统解决诸如：数据的存储位 置，数据如何被查询等问题。用户所见到的只是一个数据源无关的逻辑数据源。 数据的分布性：数据源是异地分布的，依赖网络传输数据，这就存在网络传 输的性能和安全性等问题。 数据的自治性：各个数据源有很强的自治性，它们可以在不通知集成系统的 前提下改变自身的结构和数据，给数据集成系统的鲁棒性提出挑战。数据自治性主 要体现在三个方面： 1 ) 设计自治性：数据源在数据模型、数据元素的命名、数据的语义介绍及约束 方面是独立的。 2 ) 通信自治：数据源独立决定给集成系统中其他组件提供什么信息和给组件发 什么请求。 3 ) 执行自治：数据源独立执行和调度输入请求。 1 4 课题来源及研究意义 1 4 1 课题来源 为了消除当前制造业企业存在的“信息孤岛”问题，全面解决企业与企业，部门 与部门的数据信息交换和共享问题，进一步推动制造业企业信息化的深化与发展， 提升制造业的产品创新能力、制造生产效率、市场开拓能力和经营管理水平，推 动制造业的快速发展。重庆市科委专门设立重大科技攻关专项“制造业信息化”项目 “产品设计开发集成化示范应用工程”课题。重庆迈特科技有限责任公司以其雄厚科 研实力，长期从事制造业信息化并在国内多家制造业单位成功实施的优势承担并 全面负责本项目。值此机会，本人有幸参与项目，一起讨论制定“c 脚d m e i 冲 系统数据集成平台”体系架构方案，并参加集成平台的嵌入式适配器模块开发设 计。 1 4 2 课题研究意义 该课题项目旨在开发一个面向制造业的支撑企业信息化的柔性数据集成平 台。它不仅给企业用户提供便利、实用和强大的应用环境，还提供统一信息交换， 实现企业现有应用系统( c a x p d m e r p 等) 间的整合和集成。其研究意义在于以下 几点： 消除企业信息孤岛问题 在数据集成过程中通过采用统一的资源描述模型保证了企业各个系统如计算 5 重庆大学硕士学位论文 机辅助设计( c a d ) 、计算机辅助工艺规划( c a p p ) 、资源管理系统( e r p ) 、产品数据 管理系统( p d m ) 等的信息关联和共享，从而消除了企业“信息孤岛问题”。 促进企业信息化发展 数据集成是过程集成和业务集成的基础，有效推进企业的数据集成能极大促 进企业的过程集成和业务集成，从而从整体上促进企业的信息化建设。 减轻设计人员的工作强度 通过c a d c a e c a m 与p d m c a p p 的集成，使设计信息如设计b o m ( e b o m ) 、数控程序、c a e 分析文件等在整个信息系统内顺利传递和统一管理， 避免人工重复、多次输入。通过集成平台的应用，使设计人员和分析人员无需在 各个系统内切换即可提交设计数据。 提升企业竞争能力 通过数据集成平台快速高效地将制造企业各异构系统( c a x p d m e r p 等) 整 合集成起来，从而使企业更加清晰的掌握企业各种资源，从而使企业更加快速合 理地分配产品设计制造过程的各种资源，加快新产品开发进度。 数据集成通过采用统一信息模型来表达企业各种制造资源，从而最大程度减 少企业制造资源的重复和冗余，大大降低了企业管理成本。 1 5 研究内容和章节安排 本文以离散制造业的数据集成作为贯穿全文的主线，通过相关技术理论分析， 运用先进的计算机集成技术，研究并开发了基于x m l 数据总线数据集成的平台系 统。全文共分为六章。 第一章绪论：简要讲述了课题背景、来源和意义。 第二章数据集成业务建模：本章从数据模型、数据集成模式以及数据集成业 务模型三个方面介绍了基于x m l 的数据建模过程。 第三章数据集成平台总体设计：本章首先从应用角度和软件角度阐述了平台 的体系结构和架构，接着分析了平台功能模块、设计了平台数据库。 第四章集成平台关键技术：本章对数据集成平台所使用的关键使能技术：x m l 技术、数据库技术、适配器开发技术和系统安全技术进行了详细研究。 第五章数据集成平台的实现与应用：本章介绍了平台开发和运行环境以及平 台各功能模块的实现，最后通过两个实例介绍了平台的运作流程。 第六章总结和展望：本章对本文工作做了总结并对数据集成平台的不足和下 一步工作做了介绍。 6 1 绪论 1 6 本章小结 本章论述了面向制造企业的数据集成平台的企业需求，并分析了集成平台在 国内外的研究现状及面临的主要问题，阐述了本文研究课题的来源及研究的意义， 最后对本文的主要研究内容进行章节安排。 7 2 数据集成业务建模 2 数据集成业务建模 2 1 数据需求分析 面向离散制造业的数据集成平台主要目的是实现产品设计制造过程中 c a x p d m e r p 等异构数据系统间的数据共享，为了有效合理的集成各异构系统， 必须清楚这些异构系统间所要集成数据。下面以c a x 与p d m 和p d m 与e r p 间 集成为主要分析对象，详细研究集成数据内容。 ( ! ) c a x ( c a d c a p p c a m ) 与p d m p d m 以软件为基础，管理所有与产品相关信息( 包括电子文档、数字化文件、 数据库记录等) 和所有与产品相关过程( 包括审签流程，工作流程和变更流程) 的技 术。它提供产品全生命周期的信息管理，并可在企业范围内为产品设计与制造建 立并行化的协作环境。p d m 系统所管理的与产品设计制造相关的数据主要来自于 c 胱a p p c 蝴等系统。c a x 系统与p d m 系统根据其功能的不同，需要集成的 信息如图2 1 所示。 设计任务书 技术参数 原有零部件图 变更信息 图2 1p d m c a x 系统集成数据 f i g 2 1p d m c a xs y s t e mi n t e g r a t i o nd a t a 1 ) c a d 与p d m 集成信息 c a d 系统产生的二维图纸、三维模型( 包括零件模型和装配模型) 、零部件的 基本属性、产品明细、产品零部件之间的装配关系、产品数据版本及状态等，需 要交由p d m 系统来管理，而c a d 系统也需要从p d m 系统获取设计任务书、技 术参数、原有零部件图纸、资料及变更要求等信息。 2 ) c a p p 与p d m 集成信息 c a p p 系统产生的工艺信息，如工艺路线、工序、工步、工装夹具要求以及对 9 重庆大学硕士学位论文 设计的修改意见等，交由p d m 进行管理，而c a p p 也需要从p d m 系统中获取产 品模型信息、原材料信息、设备资源信息等。 3 ) c a m 与p d m 集成信息 c a m 系统将其产生的刀位文件、n c 代码交由p d m 管理，同时从p d m 系统 获取产品模型信息、工艺信息等。 由图2 1 中可以看出，c a x 与p d m 系统集成过程数据交换流程为：在产品工 程设计阶段设计人员根据p d m 提供的设计任务、产品配置等信息在c a d 系统中 形成一些基本的产品信息( 零件基本记录、工程图、材料明细表和质量文档等) ，并 交由p d m 进行管理。在工艺制造阶段，工艺人员需要访问工程图和材料明细表， 并以此编制零件工艺、装配工艺、n c 程序及面向装配的物料清单等文档，并交由 p d m 管理。经过p d m 与c a x 集成，p d m 存储着产品设计过程中的所有信息， 为与e r p 集成创造了前提。 ( g ) p d m 与e r p 企业资源计划( e r p ，e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) 是在制造资源计划( m r pi i ， m a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sp l a n n i n gi i ) 软件系统的基础上扩展管理范围形成的系 统，基本思想是将企业的业务流程看作是一个紧密联接的供应链，涵盖了客户需 求、企业内部制造活动及供应商的制造资源等，并将企业内部划分成相互协同作 业的支持子系统，对整个产品增值链上的所有环节，如订单、采购、库存、计划、 生产制造、财务、成本控制、人力资源等进行有效的管理，从管理范围和深度上 为企业提供了更丰富的功能和工具【1 1 1 。 e r p 和p d m 是企业建设计算机集成制造系统、实施企业管理信息系统两个核 心系统。两者在企业的产品生命周期的不同时间内处理着不同任务，p d m 主要用 于产品的设计阶段，而e r p 主要用于生产制造阶段，但两者又相互联系，成为一 个整体。根据两者的功能的不同，需要集成的信息如图2 2 所示： 由图2 2 中可以看出，p d m 为e r p 提供材料明细信息( 设计物料清单) 、产品 结构、工艺信息( 工艺路线、工序、工装需求、设备需求等) 、加工信息、设计成本 与加工成本信息以及工程更改等信息。而e r p 则向p d m 提供的信息有原材料信 息、设备状态信息、市场需求信息等。 实现p d m 与e r p 的集成，其本质是实现设计、工艺与企业管理、生产、质 检、财务等各部门之间的集成，是产品信息与经营管理信息的集成，即实现企业 全局信息的集成。 通过以上集成数据分析，可以知道c a x p d m e r p 间集成数据内容和数据类 型，并且这些需要集成的数据信息都以产品的基本结构为主线。 1 0 2 数据集成业务建模 材料 产品 设计与加工 p d m 系统 j 工艺信息设备信息原书 加工信息 库存信息市匈 工程更改信息 r e r p 系统 图2 2p d m e r p 系统集成数据 f i g 2 2p d m e r ps y s t e mi n t e g r a t i o nd a t a 2 2 数据集成的数据模型 数据集成过程的一个突出问题就是数据的异构性，采用何种数据模型来统一 数据格式消除由于系统异构而带来的数据异构是开发集成平台必须要解决的问 题。本集成平台采用基于x l v l l 的数据模型来重建整个数据结构。下面针对x i v l l 数据模型做详细的论述。 2 2 1 集成平台数据模型特点 企业集成中常用的数据交换格式包括：电子数据交换标准( e d i ) 1 1 2 】、通用数据 描述及交换标准( n 他) 【1 3 】、产品数据交换标准( s e t p ) 【1 4 j ，以及建立在x m l 和s e t f 基础之上的产品数据交换与集成标准( p d m l ) 【1 5 】。本集成平台之所以选择x m l 作 为数据交换格式，是基于x m l 强大的适用性及本身的特点。x m l 本身强大的优 势主要体现在以下几个方面1 1 6 】： 开放性 x m l 在市场上有许多成熟的软件可用来帮助编写、管理等，开放式标准x m l 是经过验证的标准技术，并针对网络做最佳化。众多业界顶尖公司，与w 3 c 的工 作群组并肩合作，协助确保交互作业性，支持各式系统和浏览器上的开发人员、 作者和使用者，以及改进x m l 标准。 平台无关性 l 是文本形式的，它对任何平台都不包含特殊的语法规则。这就意味着不 管处理他的平台式什么，x m l 文档都是一样的。 与超文本传输协议的兼容性 与超文本传输协议( h t r p ) 兼容是x m l 的一个重要优点。h t m l 能够运行的 重庆大学硕士学位论文 地方x m l 都能够运行。x m l 比h t m l 具有更加严格的语法，这意味着x m l 能 轻松地通过w e b 进行交互，轻松地穿过防火墙。它也能够通过安全连接来进行交 互，安全连接是通过使用安全套接字协议层( s s l ) 的安全超文本传输协议来实现， 这种安全技术是电子商务的关键技术。 国际性 x m l 是为国际通信而设计的，它用国际统一编码u t f 8 编码或者u t f 1 6 编 码。u t f 8 中每个字符使用可变长的字节数，但一般的a s c i i 字符对应一字节的 u t f 8 字符。u 1 f 1 6 使用两字节编码处理可能的1 6 位字符。因此一个x m l 文档 可以包含任何语言的字符。 可扩展性 x m l 继承了s g m l 的许多特性，首先是可扩展性。x m l 允许使用者创建和 使用他们自己标记而不是h t m l 的已有标记元素表。因此每个特定行业都可以定 义该行业领域的特殊标记语言，作为该领域信息共享和数据交换的基础。 可转换性 x m l 结构简化了转换。使用x m l 样式表语言转换( x s l t ) 来规范转换，这种 转换通常被叫作样式表。在x s l t 中一个样式表为一个x m l 文档。样式表对于表 示和集成都很重要。可以把一个x m l 文档转换成不同标识格式的h t m l 文档， 以此来支持不同的显示设备。一个x m l 文档格式也可能被译成不同的x m l 文档 格式来与实际的输入设备相吻合。 灵活性 h t m l 很难进一步发展，就是因为它是格式、超文本和图形用户界面语义的 混合，要同时发展这些混合在一起的功能是很困难的。而x m l 提供了一种结构化 的数据表示方式，使得用户界面分离于结构化数据。 自描述性 x m l 文档通常包含一个文档类型声明，因而x m l 文档是自描述的。不仅人 能读懂x m l 文档，计算机也能处理。x m l 表示数据的方式真正做到了独立于应 用系统，并且数据能够重用。x m l 文档被看作是文档的数据库化和数据的文档化。 2 2 2 数据集成平台数据模型与关系型数据库的映射 目前，x m l 已逐渐成为数据库信息交换的重要工具之一。通常，数据库之间 用于信息交换的文件格式都非常简单( 例如使用文本文件即可) 。例如每行一个记 录，记录的域之间使用定界符( 如分号等) 隔开即可。但这种方法对于数据库包含的 面向对象的新信息来说还远远不够。这主要是因为，通常对象还有可能拥有其内 部结构，而且对象之间还可能存在着联系。而使用x m l 技术，则完全可以借助元 素和属性将这些复杂信息准确地描述出来。因此，x m l 文档可以作为数据库之间 2 数据集成业务建模 传送记录的一种公共格式。 从另一个角度来看，x m l 文档自身具有“自描述性”、“无限嵌套”、“树型结构” 等特点。因此从某种意义上讲，一个x m l 文档就是一个数据库或其中的一张数据 表。 需要明确的是，虽然数据库和x m l 文档有着许多相似之处，但x m l 作为数 据交换的标准，更着重于统一数据结构，而不是提供数据库的特性。此外，x m l 数据本身的树型结构与关系模型中的二维表结构还有着本质的区别，如表2 1 所 示。 表2 1x m l 文档与关系数据库的主要区别【1 7 】 t a b l e2 11 1 舱m a i nd i f f e r e n c e sb c t w e g f lx m ld o c u m e n t sa n dr e l a t i o n sd a t a b a s e 虽然两者有本质区别，但在数据集成过程中x m l 和数据库的数据转换经常发 生。为了实现这种转换，需要在文档结构和数据库结构之间建立映射。由于关系 型数据库是结构化数据，x m l 文档属于半结构化数据，将它与结构化数据或非结 构化数据进行转换的时候，关键问题是如何建立不同层次之间的映射关系及如何 保留它们的语义约束信息，即如何将关系数据库表达的结构与约束映射为x m l 。 下面就映射方法和映射实现做详细论述。 目前常用的映射方法按照映射建立方式不同有两种：基于模板驱动的映射和 基于模型驱动的映射。 基于模板驱动的映射【l 别 基于模板的映射方法并不事先定义好x m l 文档结构与其他数据结构之间的 映射关系，而是使用将命令语句( 如s q l 语句) 内嵌入x m l 模板的方法，让数据传 输中间件来处理该模板。而这些命令在转换过程中被系统所识别和执行，执行的 结果被替换到指令所在的位置，从而生成目标x m l 文档，转换流程如图2 3 所示。 重庆大学硕士学位论文 l 模扳生成l j 模羹 - 一一模扳扫描l 嵌入指令 上 fh 令芏州 l 组合并嵌入文字ll 姜重量皇i 1 i r 一 一 图2 3 基于模板映射的x m l 文档生成流程 f i g 2 3t h et e m p l a t e - d r i v e nm e t h o dt r a n s 蚍f r o mr e l a t i o n a ls c h e m at ox m l s c h e m a 例如，考虑下面的模板( 注意该模板并不适用任何实际的产品) ，在 元素中内嵌了s e l e c t 语句： t h e f o l l o w i n gf l i g h t sh a v ea v a i l a b l es e a t s ： s e l e c t a i d i n e ，f l t n u m b e r , d e p a r t ，a r r i v ef r o mf l i g h t s w eh o p eo n eo ft h e s em e e t sy o u rn e e d s 当数据传输中间件处理到该文档时，每个s e l e c t 语句都将被各自的执行结果 所替换，得到下面的x m l 格式： t h ef o l l o w i n gf l i g h t sh a v ea v a i l a b l es e a t s ： a c 匝 1 2 3 d e c1 2 ，1 9 9 81 3 ：4 3 d e c1 3 ，1 9 9 80 1 ：2 l w eh o p eo n eo ft h e s em t sy o u rn e e d s 基于模板的转换方法的好处在于：转换的步骤比较简单，只要给出模板，就 可以快速地生成相应的x m l 文档；模板驱动的映射可以相当的灵活。例如，有些 1 4 2 数据集成业务建模 产品可以允许你在任何结果集合中替换你想要的内容( 包括在s e l e c t 中使用参 数) ，而不是象上面的例子中简单地格式化结果；另外它还支持使用编程来进行构 造，例如循环和条件判断结构；还有一些还支持s e l e c t 语句的参数化，例如通 过h t t p 来传递参数。不足之处在于，基于模板驱动的映射是一种浅层映射，以 x i v i l 内嵌的s q l 执行