（机械制造及其自动化专业论文）基于soa的工艺设计服务研究与实现.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 工艺设计在制造业中占有极其重要的地位，现代化的制造给工艺设计系统提 出的要求不仅有通用化和实用化，还有集成化、并行化、网络化等，然而传统 的工艺设计系统无法同时满足这些要求。随着面向服务开发思想和现代化计算 机网络技术的发展，基于s o a ( 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 ，面向服务架构) 的工 艺设计系统在满足上述要求上出现了新的转机。按照面向服务开发思想，在工 艺设计领域构建不同粒度和功能的服务，并通过有效地组织和管理，能够快速 高效地构建工艺设计应用系统。由此而来，上述的种种问题都能够迎刃而解。 因此，本文提出了基于s o a 的工艺设计服务体系，研究了工艺设计服务的划分 和实现，探讨了工艺设计服务的管理模式和工艺流程控制方法。本文就一下几 个方面开展了研究： 系统地给出了基于s o a 的工艺设计服务体系，分析了s o a 对工艺设计服务 的要求以及服务的存在形式，讨论了构建该服务体系所涉及的原理和需要运用 的技术。 着重分析了如何定义、分析、分类和实现工艺设计服务，并研究了服务之问 的消息传递和数据交互的方式。为了能够将现存的工艺辅助设计系统也纳入该 体系，本文采用将应用程序视为“服务集”的思想，并研究了一般实现办法。 通过研究工艺设计服务模式，提出了p s b ( p r o c e s ss e r v i c eb u s ，工艺服务总 线) 的概念，给出了基本的服务模式，并探讨了如何实现该服务总线。 将b p m ( b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t ，业务流程管理) 的思想运用在工艺设 计服务体系中，着重研究了如何将工艺设计规则和工艺设计流程分离开，提供 更为柔性化的工艺流程，以满足不同企业用户的实际需求。 通过实际的应用场景，探讨了如何组合工艺设计服务应用系统。在分析了应 用场景的实际情况的基础上，给出了构建系统的一般步骤。 关键字：面向服务架构，工艺服务总线，流程管理，领域分析，组合应用程序 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t p r o c e s sp l a ni sa ne x t r e m e l yi m p o r t a n tw o r ki nm a n u f a c t u r e t h er e q u i r e m e n t s t op r o c e s sp l a ns y s t e mf r o mm o d e mm a n u f a c t u r i n gi sn o to n l yp r a c t i c a la n dc u r r e n c y , b u ta l s oi n t e g r a t e d ，p a r a l l e l ，n e t w o r k b a s e da n ds oo n h o w e v e r , t h et r a d i t i o n a l p r o c e s sp l a ns y s t e m sc a nn o tm e e tt h e s er e q u i r e m e n t s w i t ht h ed e v e l o p m e n to f s e r v i c e - o r i e n t e dt h i n k i n ga n dm o d e mc o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g y , t h e r es e e m st o b ean e wr u mi ns o l v i n gt h e s ep r o b l e m sw i t hp r o c e s sp l a ns y s t e mb a s e do ns o a a c c o r d i n gt ot h es e r v i c e o r i e n t e dt h i n k i n g ，t h ep r o b l e m sa b o v ec a nb es o l v e de a s i l y b yc r e a t i n gs e r v i c e sw i t hd i f f e r e n tg r a n u l a r i t ya n df u n c t i o n s ，m a n a g i n gt h e s es e r v i c e s e f f e c t i v e l y , t h e nb u i l d i n gap r o c e s sp l a ns y s t e mb a s e d o ns 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 ( 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 ，s o a ) t h e r e f o r e ，t h i st h e s i sp u t s f o r w a r ds o a f r a m e w o r ko fp r o c e s sp l a ns e r v i c e s ，s t u d i e st h ed e s i g na n dt h er e a l i z a t i o no ft h e s e s e r v i c e s ，a n de x p l o r e si t sm a n a g e m e n tm o d e la n dp r o c e s sc o n t r o lm e t h o d s i nt h i s t h e s i s ，s t u d i e sa r et a k e na sf o l l o w s ： t h es o a - b a s e dp r o c e s ss e r v i c e sa r c h i t e c t u r ei s g i v e ns y s t e m a t i c a l l y t h e r e q u i r e m e n t so ft h es t r u c t u r eo ft h es o a t op r o c e s sp l a ns e r v i c e sa sw e l la st h ef o r m o ft h ee x i s t e n c eo fs e r v i c e sa r ea n a l y z e d ，a n dt h et h e o r i e sa n dt e c h n o l o g i e sw h i c ha r e n e c e s s a r yt ou s ei nt h es e r v i c es y s t e ma r ed i s c u s s e d t h ed e f i n i t i o n ，a n a l y s i s ，c l a s s i f i c a t i o na n di m p l e m e n t a t i o no fp r o c e s sp l a n s e r v i c e sa r es t u d i e d ，a n dt h em e s s a g e st r a n s f e r e n c ea n dd a t ai n t e r a c t i o na m o n gt h e s e r v i c e sa r ed i s c u s s e d i no r d e rt ob r i n gt h ee x i s t i n gs y s t e mi n t ot h ea r c h i t e c t u r e ，t h e a p p l i c a t i o ns y s t e mi st r e a t e da sas e r i e so f s e r v i c e sa n dh o wt oa c h i e v ei ti ss t u d i e d i nt h er e s e a r c ho ft h em o d eo fp r o c e s sp l a ns e r v i c e s ，t h ep s b ( p r o c e s ss e r v i c e b u s ) c o n c e p ti so f f e r e da st h eb a s i cs e r v i c em o d e l ，a n dh o w t oa c h i e v et h es e r v i c eb u s i sm e n t i o n e d - ，t h ei d e ao fb p m ( b u s i n e s sp r o c e s sm a n a g e m e n t ) i su s e di n p r o c e s sp l a n s e r v i c e ss y s t e m ，a n dh o wt od i v i d ep r o c e s sp l a nr u l e sa n dp r o c e s sp l a nf l o w sa r e r e s e a r c h e ds ot h a tm o r ef l e x i b l ep r o c e s s e sc a nb ep r o v i d e dt om e e tt h ed if f e r e n t l i 武汉理工大学硕士学位论文 b u s i n e s su s e r s a c t u a ld e m a n d s f i n a l l y ，a c c o r d i n gt ot h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o ns c e n a r i o s ，h o wt oc o m b i n ea n a p p l i c a t i o ns y s t e mw i t hp r o c e s sp l a ns e r v i c e sa led i s c u s s e d ，a n dt h eg e n e r a ls t e p so f b u i l d i n gt h es y s t e ma r eo f f e r e db a s e do nt h ea n a l y s i so ft h ea c t u a ls i t u a t i o n k e yw o r d s ：s o a ，p s b ，p r o c e s sm a n a g e m e n t ，d o m a i na n a l y s i s ，c o m b i n a t i o n o f a p p l i c a t i o ns y s t e m 1 1 1 独创性声明 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，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育 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谓十意。 签名：走锦日期：三：一 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权 保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 日期：型口- _ 武汉理工大学硕十学位论文 1 1 研究背景 第1 章绪论 工艺设计是制造业中极其重要的基础性工作，它是生产技术准备工作的第一 步，也是连接产品设计与产品制造的桥梁。不仅如此，由新产品技术开发阶段 的调研设计开始，直到产品包装入库结束，工艺设计始终贯穿于产品制造的全过 程。它所涉及的因素不仅是大量的，而且是极其错综复杂的：不仅涉及企业的 生产类型、产品结构、工艺装备、生产技术水平等，还要受到工艺人员实际经 验和生产管理体制的制约，其中的任何一个因素发生变化都可能导致工艺设计 方案的变化。传统的工艺过程设计由人工编制，其设计质量在很大程度上依赖 工艺设计人员的水平，并且存在劳动强度大、效率低、设计难以做到最优化和 标准化等缺点。随着计算机网络技术的发展，计算机辅助工艺设计( c o m p u t e r a i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ，c a p p ) 应运而生【引。 早在上世纪6 0 年代末，挪威和前苏联就率先对计算机辅助工艺设计进行了 研究【3 】。19 7 6 年，美国国际性组织c a m i ，开发了c a p p ( c a m i sa u t o m a t e d p r o c e s sp l a n n i n g ) 系统，在c a p p 发展史上具有了罩程碑的意义【4 】。到8 0 年代 c a p p 研究开始受到工业界的重视。美国国家关键技术委员会在1 9 9 1 、1 9 9 5 年 年度美国国家关键技术报告中，两次将c a p p 技术列举为对美国经济繁荣和国 家安全至关重要的专项技术之一。九十年代中后期，国外推出一些优秀的c a p p 系统【5 】，其中包括美国c i m x 公司的c s c a p p 、美国h m s 软件公司的 h m s c a p p 、美国t h ei n s t i t u t eo fa d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gs c i e n c e s ，i n c ( 先进制 造科学研究所) 推出的知识基c a p p 软件产品m e t c a p p 、莫斯科工业大学研究 开发的t f x h o t i p o 等。这些商业化c a p p 系统大部分是作为系列化产品之一， 并从不同的方向发展和推广了c a p p 的研究和应用。 c s c a p p 通过共享数据库对象创建详细的工艺设计规程，从而代替了“填 卡片式”的工作指令系统f 6 】。这些共享的数据对象包括加工工具、n c 文件、标准 指令、工序图、图相等，可进一步合并以创建“标准工艺”供工艺设计时引用。 该系统允许多用户同时对同一工艺的不同工序进行编辑，并提供严格的版本控 武汉理工大学硕士学位论文 制功能。不仅如此，c s c a p p 系统还具有智能化工艺卡片生成功能，他基于工 艺规程数据库的工艺信息，选择合适的卡片格式，参数化生成工艺文件，并可 通过基于w e b 的车间工艺浏览器c i m x s h o p b r o w s e r t m ，使工人直接阅读工艺 从而代替纸质的工艺文件。 h m s c a p p 系统强调制造数据管理【。”，并基于数据库管理工艺数据。该 系统支持o r a c l e ，i n g r e s ，s y b a s e 和i n f o r m i x 等主流数据库管理系统。 t e x h o n p o 系统可以积累和保存企业在工艺设计方面的经验，并可以图形方式进 行机械加工过程仿真【8 】。m e t c a p p 系统提供四个主要层次的设计功能1 9 】：工艺路 线层、工序层、特征层和切削数据层，每一层包含该层描述信息和一些列的构 成元素。该系统具有默认的用户界面，用户可根据企业习惯进行用户界面的适 当客户化。 国内关于计算机辅助工艺设计的研究开始于上世纪8 0 年代，以同济大学的 修订式t o j i c a p 系统和西北工业大学的创成式c a o s 系统为代表【i o j 。经历了 4 0 多年的发展，c a p p 无论从深度还是广度都取得很大的发展，它将设计人员从 繁重的重复的手工劳动中解放出来，缩短了工艺设计周期，给工艺设计带来了 极大的便利。同国外c a p p 软件比较，国内的软件符合国际c a p p 技术发展的 趋势，且在知识处理与智能化方面具有自己的特色。概括起来，主要经历了以 下发展历程： ( 1 )第一代产品：基于智能化和专家系统思想开发的c a p p 系统 ， 在相当长的时间内，工艺设计系统一直以代替工艺人员的自动化系统为目 标，强调工艺决策的自动化，开发了若干派生式、创成式以及综合式的系统。 无论是派生式还是创成式，都以利用智能化和专家系统方法、自动或半自动编 制工艺规程为主要目标。此类c a p p 系统片面强调工艺设计的自动化，但因工 艺设计的特点决定了自动化的c a p p 系统存在很大的局限性，无法满足企业对 通用c a p p 系统甲台的需求。二十世纪九十年代中期以来，主流的系统丌发者已 基本停止了这类系统的研制，但多年来积累的研究成果、经验和教训仍然值得 重视。 ( 2 )第二代产品：基于服务顾客、管理性工作的理念开发的c a p p 系统 这类系统以解决工艺管理问题为主要目标。2 0 世纪9 0 年代中后期，c a p p 工具系统在实用性、通用性和商品化等方面取得了突破性进展。这类c a p p 工 具系统在认真分析顾客需求的基础上，以解决工艺设计中的事务性、管理性工 2 武汉理工大学硕士学位论文 作为首要目标，首先解决工艺设计中资料查找、表格填写、数据计算与分类汇 总等繁琐、重复而又适合使用计算机辅助方法的工作。第二代c a p p 系统对企 业需求进行了认真分析：第一，企业的工艺部门的个性很强，随企业的产品、 生产模式不同，工艺方面差异很大，要求c a p p 软件必须是一种工具化的产品， 能够通过定制或配置，满足企业的需求。第二，工艺设计企业的加工设备、工 艺装备、工艺手段、典型工艺等工艺资源。目前大部分企业对工艺资源缺乏管 理。因此，工艺部门要求c a p p 软件必须提供一种工具，将企业的工艺资源有 效地管理起来。第三，工艺设计由许多不同性质的子任务组成，涉及到多个部 门和人员。这就要求工艺软件提供一种角色和权限机制，提供产品级的工艺编 制功能和零件级的工艺编制功能。这类系统的实用性和通用性较好，对推动企 业信息化进程、培养企业的c a p p 人才起到了良好作用，是c a p p 系统发展阶 段中的一个必由阶段。但第二类c a p p 系统在将工艺专家的经验、知识集中起 来指导工艺设计、为工艺设计人员提供合理的参考工艺方案、与c a d 、c a m 、 p d m 、e r p 等系统共享信息等方面都有所局限。 ( 3 )第三代产品：基于a u t o c a d 或自主图形平台开发的c a p p 系统 为了解决基于f o x p r o 等低端数据库的c a p p 系统实用性差的缺点，一些 c a d 软件公司采用c a d 技术开发了一些c a p p 系统。它解决了实用性问题，但 却忽视了最根本的问题：工艺是以相关数据为对象，而不是以卡片( 图形数据) 为对象。此类c a p p 是基于文件系统的c a d 技术开发的，特别是自主c a d 平 台软件，文件格式采用了非标准的自定义格式，信息的交换存在严重的问题。 ( 4 )第四代产品：综合式平台类c a p p 系统 此类系统完全基于数据库，采用交互式设计方式满足实用化要求，同时注 重数据的管理与集成。它集中了第二、三两代系统的优点，是国内外c a p p 学 者公认的较好的开发模式，开放的体系结构同时满足了特定企业特定专业的智 能化专家系统的二次丌发的需要。 c a p p 从丌始出现至今，先后出现了在设计方式上不同的两大类系统，即派 生式系统和创成式系统。派生式( v a r i a n t ) 系统已经从单纯的检索式发展成为今 天具有不同程度的修改、编辑和自动筛选等功能的系统，融合了部分创成式的 原理和方法。创成式( g e n e r a t i v e ) 系统的研究与开发始于7 0 年代中期，而且很 快得到普遍重视，被认为是有前途的方法。近年来，这两类系统都在发展中不 断改进提高和互相渗透，而且在传统软件技术( 如传统的过程性结构和决策树、 武汉理工大学硕士学位论文 决策表等决策形式) 继续应用的情况下，从8 0 年代开始探索将人工智能( a i ) 专家系统等技术应用于c a p p 系统的研究和开发，研制成功了所谓基于知识的 ( k n o w l e d g e - b a s e d ) 创成式c a p p 系统或c a p p 专家系统。近几年来，有入 将人工神经元网络技术、模糊推理以及基于实例的推理等用于c a p p 之中，也 有人提出了c a p p 系统建造工具的思路，并进行了卓有成效的实践。还有人将 传统派生法、传统创成法与人工智能结合在一起，综合它们的优点，构造了所 谓的混合式( r y b r i d ) c a p p 系统。 1 2 国内外研究现状 1 2 1c a p p 研究现状 从c a p p 产生开始，各研究机构从不同方向对c a p p 的发展做出了试探性的 研究和尝试，尤其是在网络化的模式下，对工艺设计的分布化、集成化、柔性 化、智能化、并行化等多个方面提出的不同的见解。综合看来主要集中在这几 个方面： ( 1 )分布式工艺设计 在计算机集成制造的模式下，由于采用了分布式问题求解技术和通讯技术， 使在不同地理位置上的计算机性能和资源得以充分发挥和利用。多个处理结点 组成的基于黑板结构的分布式智能系统，可以高速、并行地执行分散在不同结点 的知识源，提高系统的灵活性和处理能力。为此就需要提供一种分布式工艺设计 模式来适应当前c i m s 的要求。2 0 0 1 年重庆大学谭伟、张根保对分布式制造环境 下的集成化工艺信息系统进行了研究】，提出了基于分布式制造环境下的集成 化工艺信息系统( 广义c a p p ) ，并对其结构、功能、集成方法及关键支持技术进 行了分析和研究。武汉理工大学盛步云教授对c a p p 系统中分布式制造资源决策 进行了研究【1 2 1 ，利用建立的分御式动态制造资源数据库，构造多级约束制造资 源决策模型，并讨论了制造资源决策的算法及过程，该算法的一个实验型系统 取得了较满意的效果。西华大学邓远超研究了网络环境下分布式工艺设计的数 据描述方法【1 3 1 ，采用 f 扩展标记语言x m l 技术实现产品问数据交换，使c a p p 系 统具有良好的扩展性和灵i 苫性。中国工程物理研究院周凡、张治贵等研究了分 布式工艺设计模式下工艺资源管理机制f 1 刖，他们提出了建立机械制造工艺资源 4 武汉理工大学硕士学位论文 的分布式管理系统的体系结构和具体的实施方案，在此基础上探索开发建立工 艺资源管理系统的体系结构。天津大学机械工程学院黄艳群、王杏华等人对分 布式c a p p 中的多智能体协作进行了研究【l5 1 ，他们在充分研究多智能体协作模型 的基础上，采用基于黑板结构的协作机制，并结合实例，分析了分布式c a p p 中 智能体的协作运算过程，从而使c a p p 中异地、异工种规划单元之间达到并行协 作的目的。 ( 2 )集成化工艺设计 早在上世纪末，工艺设计系统与c a d 、c a m 、p d m 等系统的集成就受到了广泛 的关注和研究。与c a d 的集成主要是产品信息的集成，它是克服c a p p 产品信息 输入困难的根本途径，也是c a d c a p p c a m 集成的关键；与p d m 的集成完善了工 艺相关数据的管理；与c a m 集成，有利于更好的辅助产品的加工。在多年的研 究过程中形成了不同的集成理念。包括基于p d m 的工艺设计集成模式【1 昏19 1 、基 于c a d 的工艺集成模式【2 m 2 2 1 和c a d c a p p c a m p d m 并行集成的模式【2 3 。2 6 1 。并有相 关研究人员提出了c a p p n e t 的概念【2 7 2 8 1 ，在此基础上研究了相关的工艺生成和 卡片定制的技术。可以说目前集成化工艺设计已经成为当前的研究热点，在实 际应用的商业化工艺设计软件中，相当多的c a p p 软件也集成了p d m 、c a d 等模 块功能f 2 引。 ( 3 ) 柔性化工艺设计 柔性化指的是工艺设计的适用性及易于修改和可移植性。由于工艺设计所涉 及的一些工艺设计的理论很难用数学模型来描述，设计中要依赖工艺师的经验， 在企业特有的制造环境下来制订工艺规程。不同的企业其制造环境不同，即使在 同一企业中制造环境也常常是不断更新和变化。为了适应不同企业和产品不断 变化的要求，柔性化也是近年来c a p p 研究的方向之一。它的研究主要有两种途 径：a ) 研究和开发c a p p 工具系统和c a p p 专家系统工具，给不同生产条件的企 业提供更大的柔性。b ) 研究和丌发非线性工艺规划系统，生成多个可选工艺 规程，给车问调度提供更大的柔性。燕山大学机械工程学院王军、李金良对c a p p 柔性化和实用化相关技术进行了研究【3 0 1 ，南京航空航天大学张斌在毕业论文中 对柔性c a p p 系统多工艺路线创成方法进行了研究f 3 。 ( 4 ) 智能化工艺设计 对于工艺设计的智能化研究主要集中在工艺路线的决策【3 2 j 和加工资源的选 择0 3 3 i 等方面。在学术研究上，很多研究人员将智能代理【3 4 1 、神经网络 3 5 - 3 7 1 或者 武汉理工大学硕士学位论文 一些先进的逻辑算法【3 8 瑚】运用工艺决策上，以提高工艺设计的智能化。但是从 目前来看，完全的智能化是难以实现的，所以有研究学者提出人机混合决策 1 4 - 4 2 ，建立相关的工艺知识库，让计算机代替部分人工判断。这种思路在实际 运用中收到了较好的效果，提高了工艺设计的效率。与此同时，许多学者根据 实际情况，以某些特殊的产品为研究对象，开展了相关的实践应用的研究【4 3 郴】。 ( 5 )并行化工艺设计 并行化c a p p 是在集成化和智能化基础上的进一步发展，充分体现了并行工 程的思想【4 “9 1 。并行化工艺设计能提高产品设计、制造的一次成功率，而大大 缩短产品开发周期、降低成本，增强企业的竞争能力。并行c a p p 作为实现并行 工程目标的重要支持工具，国内外还都处于探索阶段，主要局限在原型系统开 发和理论研究上。 近年来，随着计算机集成制造系统( c i m s ) 、并行工程( c e ) 、智能制造系统 ( i m s ) 、虚拟制造系统( v m s ) 、敏捷制造( a m ) 等先进制造系统的发展，无论从广 度上还是从深度上，都对c a p p 的发展提出了更新更高的要求。 1 2 2c a p p 发展存在的问题 就目前的工艺设计的研究和应用来看，大多工艺设计软件的功能倾向于工 艺数据与工艺文件的管理。当然，值得肯定的是，这些软件在一定的程度上满 足了企业的需求。然而随着信息技术特别是计算机网络技术的蓬勃发展，敏捷 制造、虚拟制造等面向i n t e r n e t 的先进制造技术和制造模式已开始出现，传统的 工艺设计逐渐暴露出它的致命的缺陷。根据长时问的分析和调研，可以从以下 几个方面来看： ( 1 ) 几乎所有企业采用的工艺设计软件都是刚性的设计流程，难以实现对 产品工艺流程变化的良好支持，无法对零件工艺变化做出充分的反应、无法适 时地响商客户的需求。按同定程序流程来执行的t 艺设计也使得t 艺设计系统 本身的二次开发和维护很困难。而且，虽】使有些部分关键地方需要人工操作， 但这些地方依靠人的比重太大，往往需要工艺人员经过长期经验积累才能胜任， 而日此岗位的人员一旦离开，设计新的良好工艺就会变得非常困难。 ( 2 ) 目前企! 比所使用的工艺设计软件在其开发之初，安么是针对某家企业 单独丹发的，要么是忽略了企业的不同特点，按照典型工艺而设计出来的。这 就造成了这种尴尬的局面：为一家仓业开发的软件只能使用于这一家企业，并 6 武汉理工大学硕士学位论文 且无法适应该企业发展变化所带来的工艺设计环境的变化；看似“通用”的工 艺设计软件又无法满足企业真正的需求。专用性和通用化成为工艺设计软件开 发左右为难的问题。 ( 3 ) 随着网络化制造和集成化制造的发展，网络化协同工艺设计和企业各 系统的集成对工艺设计技术提出了更高的要求。由此带来的工艺设计数据的不 一致以及工艺数据无法适时传递等多方面的问题，使得人们不得不在网络化和 集成化这两方面寻找突破。 那么，工艺设计如何在应对行业内各个具体的不同企业的要求的同时，又能 适应在网络化制造的环境下远程工艺设计和数据共享，实现网络化协同工艺设 计的要求? 如何真正集成到现有的c i m s 之中，在产品设计和加工制造之间完成 它承上启下的重要作用，从而提高工艺设计的质量和效率，切实的给企业带来 利益? 不难看出，企业生产工艺是一个共性与个性并存的领域，传统、固化的 软件产品难以满足不同业务模式和领域的所有需求，更难以跟上企业的迅速发 展。根本的出路还是在于软件技术本身的创新，在于工艺设计的服务化和平台 化。 1 3 研究意义 基于s o a 的工艺设计服务体系的研究，能够根据企业的需求快速的组合工艺 设计应用系统，满足企业对工艺设计在多方面的需求： ( 1 ) 实用化要求 组合的工艺系统能够根据企业的实际需要，选择适合自己的工艺设计方法， 定制满足功能需求的工艺设计服务，设计实用的工艺设计流程，构建企业的资 源库，规划熟悉的工作界面。 ( 2 )集成化要求 工艺 殳计领域本身就和相关的c a x 系统有边界重合，所以在设计工艺设计 服务时，就已经提供了访问其他系统的工艺服务，这些服务能够, - jc a x 发生消 息和数据上的交互。在统的s o a 架构下，数据库是统一的数据模式，工艺数 据被各个系统共享，相关的c a x 系统在使用这些数据时，只需要调用相关的工 艺设计服务就能完成了。 ( 3 )柔性化要求 7 武汉理t 大学硕士学位论文 工艺服务的动态组合能够快速的扩展用户的功能需求，工艺流程的自定义 能够及时响应工艺设计在业务、人事上的变更。工艺设计规则的独立能够不完 全依赖人的经验，也使得在工艺设计进步发展时，只需要更改规则就满足用户 的要求，而不需要重新开发一套系统。 ( 4 )网络化要求 s o a 体系的松耦合使得在构建网络化的工艺设计系统更加方便。由于工艺 服务总线的使用，使得在网络中访问工艺设计服务不需要深入的考虑网络的协 议，在分布式、异构的环境下，调用工艺设计服务会变得简单快捷。忽略网络 本身的因素( 比如网速、安全等) ，网络化的工艺设计与单独的应用程序的使用， 区别不会很大。 作为一种新兴而有效的设计模式，s o a 能给工艺设计带来的不仅是设计上的 方便，同时对集成现有系统、服务设计松耦合、统一业务架构、增强系统可扩 展性、加快开发速度、减少开发成本、持续改进业务过程、降低激变风险都具 有无比的优越性。对服务化、流程化的工艺设计系统的研究体现了制造业信息 化发展的需要和我国制造业的生产实际的需要，也代表了现代工艺设计技术和 系统研究的发展方向。 课题来源和研究内容 1 4 1 课题的来源 本文的研究工作，得到以下项目的支持： 1 武汉市重点科技攻关项目“汽车行业制造资源a s p 服务关键技术研究” ( n o ：2 0 0 5 5 1 0 2 0 2 1 ) 2 武汉市科技攻关项目“支持企业应用集成的协同软件关键技术及其应 用”( n o ：2 0 0 6 1 0 0 2 0 8 2 ) 3 项日国家科技高舀国际合作项目( 2 0 0 6 d f a 7 3 1 8 0 ) 1 4 2 主要研究内容 从国内外的研究来看，将s o a 思想引入工艺设讨系统的研究还处于萌芽阶 武汉理- 大学硕士学位论文 段，s o a 的应用大多还是集中在管理系统的应用，对于设计方面，尤其是复杂的 工艺设计，显得更有挑战性。为了能够系统的研究s o a 架构下的工艺设计服务， 本文将从以下四个方面展开研究： ( 1 )系统架构的研究。提出基于s o a 的工艺设计服务体系架构，将该服 务体系划分为四层模式，分析了s o a 架构对工艺设计服务的要求以及该体系中 服务的存在形式，并讨论了要构建该服务体系所要运用的原理和技术。 ( 2 )工艺设计服务的实现。着重分析了如何定义、分析、分类和实现工 艺设计服务，并分析了服务之间的消息传递和数据交互的方式。为了能够将现 存的工艺辅助设计系统也纳入该体系，本文采用将应用程序视为“服务集 的 思想，并研究了具体实现办法。 ( 3 )工艺设计服务机制的研究。提出了p s b ( p r o c e s ss e r v i c eb u s ，工艺 服务总线) 的概念，给出了基本的服务模式，并探讨了如何实现该服务总线。 将b p m 的思想运用在工艺设计服务体系中，着重研究了如何将工艺设计规则和 工艺设计流程分离开，提供更为柔性化的工艺流程，以满足不同企业用户的实 际需求。 ( 4 )组合工艺设计应用系统。通过实际的应用场景，探讨了如何组合工 艺设计服务应用系统。在分析了应用场景的实际情况的基础上，给出了构建系 统的一般步骤。 1 5 本章小结 本章在综述了课题的研究背景下，总结了工艺设计系统的在国内外的研究现 状，分析了工艺设计的发展趋势和目前存在的问题，提出了基于s o a 的工艺设 计服务的概念，概括了课题研究的意义，规划了文章研究的内容，为后续工作 的开展奠定了基础。 9 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章工艺设计服务框架设计及关键技术 2 1 从“软件 到“服务”的转变 c a p p ( c o m p u t e ra i d e d p r o c e s sp l a n ，计算机辅助工艺设计) 的思想就是试 图用一种软件来进行工艺设计，更准确的说是辅助工艺设计，以代替或减少复 杂的重复的人力劳动。而作为一种软件，c a p p 的发展本身就与软件行业的发展 息息相关。悉数软件行业的发展，经历了面向机器阶段、面向过程阶段、面向 对象阶段、面向构件阶段，到现在面向服务的阶段，每一个阶段的跨越都使得 软件在辅助人类活动中发挥着越来越重大的作用【5 0 1 。尤其是在近些年，随着s o a 思想的发展和应用，软件的发展呈现出无限广阔的前景。将工艺设计视为服务 的思想，也将为计算机辅助工艺设计带来新的契机。 在我国制造业信息化发展的几十年中，无论是技术信息化 ( c a d c a e c a m ) ，还是管理信息化( p d m e r p ) 等多方面都取得了显著的成果， 为国家和企业带来了一定的经济、社会效益。然而在实际生产中，作为连接产 品设计和制造桥梁的工艺设计，其信息化程度远远落后于实际应用的要求。由 于工艺设计错综复杂的特点，不同的企业对计算机辅助工艺设计系统的要求产 生了很大的迥异，致使c a p p 在理论、方法和技术方面虽有进展，但其系统的通 用化和商品化发展直非常困难，更成为c i m s 发展的瓶颈。目前，国内现有的 商品化c a p p 一方面把工艺设计制定等的流程固定在程序中，按照程序的流程来 执行，致使系统无法对零件工艺变化做出及时地反应，无法满足客户个性化的 要求：另一方面，在工艺规程管理方面，系统大多按照一种管理模式来设计， 这又使得系统的通用性得不到满足，致使软件重复开发j ：作晕增大，也使得软 件的生命周期缩短。工艺设计的特殊性和复杂性使得c a p p 发展运用滞后于现代 制造业信息化的要求。 构建工艺设计服务体系，将工艺设计功能封装成工艺设计服务，并通过有 效地运营模式和管理手段，能够根据企业的需求快速的组合工艺设汁应用系统， 满足企业对工艺设计在多方面的需求。组合的工艺系统能够根据企业的实际需 要，选择适合自己的工艺设计方法，定制满足功能需求的工艺设计服务，设计 1 0 武汉理工大学硕士学位论文 实用的工艺设计流程，构建企业的资源库，规划熟悉的工作界面。工艺流程的 自定义能够及时响应工艺设计在业务、人事上的变更。工艺设计规则的独立能 够不完全依赖人的经验，也使得在工艺设计进步发展时，只需要更改规则就满 足用户的要求，而不需要重新开发一套系统。由于工艺设计领域本身就和相关 的c a x 系统有边界重合，所以在设计工艺设计服务时，就已经提供了访问其他 系统的工艺服务，这些服务能够与c a x 发生消息和数据上的交互。在统一s o a 架构下，数据库是统一的数据模式，工艺数据为各个系统共掣5 1 】，相关的c a x 系统在使用这些数据时，只需要调用相关的工艺设计服务就能完成了。s o a 架 构的松耦合特性使得构建网络化的工艺设计系统变得更加方便，加上工艺服务 总线的使用，使得在网络中访问工艺设计服务不需要深入的考虑网络的协议， 在分布式、异构的环境下，调用工艺设计服务会变得简单快捷。由此而来，s o a 的引入，工艺设计的服务化将满足工艺设计在实用化、柔性化、集成化和网络 化等多方位的需求。 2 2 关键技术分析 2 2 1 工艺设计服务体系构建的技术要求 基于上一小节分析，要同时满足工艺设计的多方位需求，就要求工艺设计 服务之间必须是主体独立的、标准的、松耦合的，必须使得服务可以根据用户 的实际要求可配置、可重构、可扩展，必须使得服务根据设计的流程而动态组 合，必须使得工艺数据在存储上能满足不同企业的不同要求。概括起来，需要 满足以下四方面的要求： ( 1 ) 总体架构要求 传统的系统架构下，组件模型之i 、日j 是紧耦合的，在实现时，通信模型所基于 的标准可能是彳、= 同的，模型与模型之间的关联错综复杂，这使得程序在更改时， 牵一发i f i 闫j 全身。而理想中的体系架构应该能够提供一种完善的体系架构。在 架构下，各个模块之间的接口是统一的、标准的，不同厂商提供的整合解决方 案相互之m 兼容性较好，在业务扩展时架构能够扩展，并易于使用。 ( 2 ) 服务整合要求 在服务与外界系统交互，或者不同形态服务之问交互时，要求能够更好的互 武汉理工大学硕士学位论文 操作；企业内部的数据流、物流以及资金流能够更好地在统一的集成环境中有 序的进行；其它各种辅助系统服务能为整个平台业务逻辑的稳定可靠运行提供 支持。这就要求所有的底层业务逻辑单元服务需要通过统一的服务总线将服务 连接起来。通过这种总线技术就可避免服务与服务之间频繁的交叉引用，从而 使得整个架构能够统一规划，统一调度。 ( 3 ) 流程控制要求 为了统一所有的业务规则和应用服务的注册、查询、业务逻辑的编排、监 控，需要流程控制。通常工艺设计的流程和设计中的业务规则是随着企业的不 同而不同，随着业务的发展而不断变化的。这在一方面要求能够定制工艺设计 流程，另一方面，在业务规则变化时对于整个系统不产生代码上的更改。 ( 4 ) 数据存储要求 从广义上讲，工艺数据不仅包括工艺设计中的产品尺寸数据、工艺要求参 数，还包括企业资源数据、成本核算数据以及工艺知识等。而这些数据的分类、 存储、统计在不同的企业都是不同的。而且数据类型多变、数据结构复杂，处 理工艺数据的模式动态变化需要在工艺数据存储时，既要能够提供通用的存储 模式，又要充分考虑用户的个性化需求。从可扩展性、可配置性、多用户效率， 以及数据存储方式、数据模型扩展等方面提供不同的解决方案。 为此，在系统整体设计之前，需要研究s o a 架构、服务总线的模式、b p m 的流程管理思想以及多用户数据存储机制。这将在下面的内容中一一阐述。 2 2 2s o a ( 1 ) s o a 的定义 s o a ( 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 ，面向服务的架构) 是g a r t n e r 在 1 9 9 6 年提出的1 5 2 , s 3 l 。它是一个基于标准的组织和设计方法，它利用一系列网络共 享服务，使i t 能更紧密地服务于业务流程。通过采用能隐藏潜在技术复杂性的 标准界面，提高i t 资产的重用率，从而加快开发并更加可靠地交付新的增强后 的、i k 务服务。 对于s o a 的定义大致有以下几种： 1 ) s e r v i c e a r c h i t e c t u r e c o m 将s o a 定义为：“本质上是服务的集合。服 务间彼此通信，这种通信可能是简单的数据传送，也可能是两个或更多的服务 协调进行某些活动。服务i n j 需要某些方法进行连接。所谓服务就是精确定义、 1 2 武汉理工大学硕士学位论文 封装完善、独立于其他服务所处环境和状态的函数” 5 4 1 。 2 ) l o o s e l y c o u p l e d c o m 将s o a 定义为：“按需连接资源的系统。在s o a 中，资源被作为可通过标准方式访问的独立服务，提供给网络中的其他成员。 与传统的系统结构相比，s o a 规定了资源间更为灵活的松散耦合关系 1 5 5 1 。 3 ) g a r t n e r 则将s o a 描述为：“客户端服务器的软件设计方法，一项应 用由软件服务和软件服务使用者组成s o a 与大多数通用的客户端n 务器模 型的不同之处，在于它着重强调软件组件的松散耦合，并使用独立的标准接 口 1 5 2 1 。 虽然不同厂商或个人对s o a 有着不同的理解，但是从上述的定义中看到s o a 的几个关键特性：一种粗粒度、松耦合服务架构，服务之间通过简单、精确定 义接口进行通讯，不涉及底层编程接口和通信模型。 ( 2 ) s o a 的元素【5 6 1 s o a 的元素大致包括应用程序前端、服务、服务库和服务总线。 应用程序前端是s o a 的活跃元素，负责发起和控制企业系统的所有活动。应 用程序前端有多种类型，包含图形用户接口的应用程序前端( 如w e b 应用程序 或胖客户端) 与最终用户直接交互。有些应用程序前端不一定非与最终用户直 接交互。周期性调用功能( 或在特定事件驱动下调用功能) 的批处理程序或长 期流程也属于应用程序前端范畴。应用程序前端完全可能将业务流程的大多数 职责委托给一个或多个服务，但应用程序前端负责发起业务流程并接收结果。 应用程序前端类似于传统的多层应用程序的较高层。 服务是一个软件