（电力系统及其自动化专业论文）异构敏捷系统集成模型.pdf

一 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 一。_ _ _ _ - _ _ - - _ - _ - _ - _ - i - - _ _ _ - _ - _ _ - _ - _ _ _ _ - - 一 g a t e w a ys y s t e m ，t h et o p o l o g yo fg a t e w a ys y s t e m ，t h ed a t af i l t e rp r o t o c o li nt h eg a t e w a y s y s t e m ， t h ed a t af i l t e rp r o t o c o la l g o r i t h m ，t h ed a t af l u xi nt h e g a t e w a ys y s t e ma n dt h ew o r kc a p a b i l i t yo f g a t e w a ys y s t e m s oi ns o m ee x t e n d ，t h ei n t e g r a t i n g s u b s y s t e mq u a l i t yo f s e r v i c ei ss a t i s f i e d ，a l s o i ta v o i d st h es h o r t c o m i n g so f s i n g l en o d e g a t e w a yi nt h ei n t e g r a t i n gs y s t e m k e yw o r d sa u t o n o m o u sd e c e n t r a l i z e d s y s t e m ；a g i l es y s t e m ；h e t e r o g e n e o u s s y s t e m ；g a t e w a ys y s t e m 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 问题的提出 随着生产向综合化、系统化方向的发展，自动化生产系统的规模、复杂程度 不断地增加。典型的大规模复杂系统包括以下两类：其中类是包含许多子系 统，如冶炼、制药、电力系统的调配及国计民生经济系统等；另一类是系统的 模型结构或参数往往随生产条件的不同而不同，如航天航空器和机器人系统等。 敏捷系统是市场和客户的需求快速变化的产物。敏捷系统要求能够快速灵 活地反应外部条件的变化，调整生产系统适应新的环境。这样的生产系统需要 动态地进化，不断进化的系统意味着系统的规模、复杂程度持续增长。传统的 系统集成采用的是单节点网关，为了实现容错的功能，采用了节点冗余技术等 措施。单节点网关的明显缺点是两个集成子系统需要进行大量的数据通讯时， 容易出现网关节点处数据通讯和处理的瓶颈问题；其次当网关节点出现故障时， 导致集成系统之间的通讯能力为零。在容错方面采用冗余技术有如下两个缺陷， 首先是网关节点出现故障时需要切换冗余节点到工作状态，在节点切换过程中， 系统需要做很多的数据收集和算法工作，这些都以耗费系统的宝贵时间作为代 价：其次网关节点的切换工作能否成功完成还不能百分之百的保证。一种新的 系统集成技术成为现代生产系统发展迫在眉睫的任务。 1 2 敏捷制造及敏捷系统 进入九十年代，美国为了在世界经济中重振雄风并在未来的全球市场中处于 竞争的优势地位，由国防部牵头，召集了工业界和学术界，联合研究未来制造 技术，并完成了2 1 世纪制造业发展战略报告。该报告明确提出了敏捷制造 ( a m ：a g i l em a n u f a c t u r i n g ) 的概念。其基本的思想是通过把动态灵活的虚拟组 织机构( v i r t u a lo r g a n i z a t i o n ) 或动态联盟、先进的柔性制造技术和高素质 的人员进行全面的集成，从而使企业能够从容应付快速和不断变化的市场，获 得企业的长期效益。这是一种提高企业群竞争能力的全新的制造组织模式：。这 一概念刚一提出，就在世界的制造界和学术界引起了强烈的响应。可以说，a m 代表了新世纪制造业的发展方向。 罩海大学目前是对州研究较早也是较完善的科研机构，目前其对敏捷制造 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 问题的提出 随着生产向综合化、系统化方向的发展，自动化生产系统的规模、复杂程度 不断地增加。典型的大规模复杂系统包括以下两类：其中类是包含许多子系 统，如冶炼、制药、电力系统的调配及国计民生经济系统等；另一类是系统的 模型结构或参数往往随生产条件的不同而不同，如航天航空器和机器人系统等。 敏捷系统是市场和客户的需求快速变化的产物。敏捷系统要求能够快速灵 活地反应外部条件的变化，调整生产系统适应新的环境。这样的生产系统需要 动态地进化，不断进化的系统意味着系统的规模、复杂程度持续增长。传统的 系统集成采用的是单节点网关，为了实现容错的功能，采用了节点冗余技术等 措施。单节点网关的明显缺点是两个集成子系统需要进行大量的数据通讯时， 容易出现网关节点处数据通讯和处理的瓶颈问题；其次当网关节点出现故障时， 导致集成系统之间的通讯能力为零。在容错方面采用冗余技术有如下两个缺陷， 首先是网关节点出现故障时需要切换冗余节点到工作状态，在节点切换过程中， 系统需要做很多的数据收集和算法工作，这些都以耗费系统的宝贵时间作为代 价：其次网关节点的切换工作能否成功完成还不能百分之百的保证。一种新的 系统集成技术成为现代生产系统发展迫在眉睫的任务。 1 2 敏捷制造及敏捷系统 进入九十年代，美国为了在世界经济中重振雄风并在未来的全球市场中处于 竞争的优势地位，由国防部牵头，召集了工业界和学术界，联合研究未来制造 技术，并完成了2 1 世纪制造业发展战略报告。该报告明确提出了敏捷制造 ( a m ：a g i l em a n u f a c t u r i n g ) 的概念。其基本的思想是通过把动态灵活的虚拟组 织机构( v i r t u a lo r g a n i z a t i o n ) 或动态联盟、先进的柔性制造技术和高素质 的人员进行全面的集成，从而使企业能够从容应付快速和不断变化的市场，获 得企业的长期效益。这是一种提高企业群竞争能力的全新的制造组织模式：。这 一概念刚一提出，就在世界的制造界和学术界引起了强烈的响应。可以说，a m 代表了新世纪制造业的发展方向。 罩海大学目前是对州研究较早也是较完善的科研机构，目前其对敏捷制造 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 的定义也较权威：敏捷制造是种结构，在这个结构中每个公司都能开发自己 的产品并实施自己的经营战略。构成这个结构的基石是三种基本资源：先进的 生产技术、先进的管理技术和高素质的人员，敏捷性源于这三种制造资源的有 效集成。其中，生产技术包括敏捷的技术支持、工作过程并行化，设计面向产 品的整个生命期，在宽带网上采用严格通用的数据交换标准，实现分布式企业 集成和分布式并行操作等特点。管理技术包括动态组织结构、虚拟企业、全工 厂网络等领域。a m 特别强调质量概念的变化，即质量是顾客对企业在其拥有、 使用和报废产品过程中所做工作的满意程度。它强调人是决定性的，强调通过 继续教育和激励机制培养具有丰富想象力、主动性、创造性和熟练技能的企业 雇员。 敏捷性是指企业在不断变化、不可预测的经营环境中善于应变的能力，它 是企业在市场中生存和领先能力的综合表现。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) ，以有效和协调的方 式响应客户需求，实现制造的敏捷性。敏捷制造依赖于各种现代技术和方法， 而最具代表性的是敏捷虚拟企业( 简称虚拟企业) 的组织方式和拟实制造的丌发 手段。 系统能通过改变和创建子系统之间的关系实现灵活的、快速的系统重构，适 应新的系统环境。系统的这种性质称为系统的敏捷性具有这种敏捷性的系统 称为敏捷系统。 1 3 自律分布系统介绍 1 9 7 8 年，日本东京工业大学森欣司教授开创了自律分布系统技术，发表在 文献 1 2 。自律分布系统是向生物学习发展起来的，由于自身的结构及通讯 特征，决定了它具有自律可控性、自律协调性，以及在线扩展、在线维护和容 错的功能。正是这些特点使得自律分布系统成功的应用在很多领域，包括交通 运输、生产制造和信息管理等等。 自律分布系统在中国发展的历程如下： 2 0 0 0 。年g 月，在中国四川省成都市西南交通大学成功地召开了中国第二 次自律分布系统国际学术会议i w a d s 2 0 0 0 ： 2 0 0 2 年1 1 月，在北京市北方交通大学成功地召开了中国第二次自律分 布系统国际学术会议； 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 的定义也较权威：敏捷制造是种结构，在这个结构中每个公司都能开发自己 的产品并实施自己的经营战略。构成这个结构的基石是三种基本资源：先进的 生产技术、先进的管理技术和高素质的人员，敏捷性源于这三种制造资源的有 效集成。其中，生产技术包括敏捷的技术支持、工作过程并行化，设计面向产 品的整个生命期，在宽带网上采用严格通用的数据交换标准，实现分布式企业 集成和分布式并行操作等特点。管理技术包括动态组织结构、虚拟企业、全工 厂网络等领域。a m 特别强调质量概念的变化，即质量是顾客对企业在其拥有、 使用和报废产品过程中所做工作的满意程度。它强调人是决定性的，强调通过 继续教育和激励机制培养具有丰富想象力、主动性、创造性和熟练技能的企业 雇员。 敏捷性是指企业在不断变化、不可预测的经营环境中善于应变的能力，它 是企业在市场中生存和领先能力的综合表现。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) ，以有效和协调的方 式响应客户需求，实现制造的敏捷性。敏捷制造依赖于各种现代技术和方法， 而最具代表性的是敏捷虚拟企业( 简称虚拟企业) 的组织方式和拟实制造的丌发 手段。 系统能通过改变和创建子系统之间的关系实现灵活的、快速的系统重构，适 应新的系统环境。系统的这种性质称为系统的敏捷性具有这种敏捷性的系统 称为敏捷系统。 1 3 自律分布系统介绍 1 9 7 8 年，日本东京工业大学森欣司教授开创了自律分布系统技术，发表在 文献 1 2 。自律分布系统是向生物学习发展起来的，由于自身的结构及通讯 特征，决定了它具有自律可控性、自律协调性，以及在线扩展、在线维护和容 错的功能。正是这些特点使得自律分布系统成功的应用在很多领域，包括交通 运输、生产制造和信息管理等等。 自律分布系统在中国发展的历程如下： 2 0 0 0 。年g 月，在中国四川省成都市西南交通大学成功地召开了中国第二 次自律分布系统国际学术会议i w a d s 2 0 0 0 ： 2 0 0 2 年1 1 月，在北京市北方交通大学成功地召开了中国第二次自律分 布系统国际学术会议； 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 2 0 0 2 年4 月，在西南交通大学，基于自律分布系统的远程监控演示系统 开发成功。这是国内开发的第个基于自律分布系统的技术的系统模 型： 2 0 0 2 年初西南交通大学获创新基金资助启动了基于自律分布系统的重 庆轻轨监控系统的项目。 近年来，有人提出了异构自律分布系统。本文的研究内容的重点是应用自律 分布系统技术实现系统集成的网关系统技术。异构的自律分布系统技术的提出 促进了系统集成的发展”“。 1 4 异构系统中存在的典型问题 操作系统的异构 不同的企业，不同的部门应用的操作系统不可能完全统一。目前存在的主流 操作系统有u n i x ，l i n u x ，w i n d o w s x p ，w i n d o w s 2 0 0 0 ，w i n d o w s n t ， w i n d o w s 9 8 。这些操作系统具有不同操作系统内核。然而，在一个生产系统中， 它们往往同时存在，并且扮演着不同的角色，为了使这些操作系统异构的计算 机在同一个网络环境中工作，就必须解决操作系统异构问题。 通讯协议的异构 一个规模巨大、完整的生产系统，不同的予系统不可能用同一种协议。比如 说现场设备互连需要的c a n 协议及信息系统互连需要的t c p i p 协议，它们在 进行系统集成对，解决协议的异构问题成为首要问题。 数据库的异构 目前存在的大型的数据库有o r a c l e ，s y s b a s e ，s q l s e r v e r , d b 2 等等，不 同行业由于各方面条件的限制，它们使用的数据库不可能完全相同。但是它们 在合作过程中，这些数据库的互联成为必然。这就需要解决异构数据库的问题。 数据属性的异构 由于客户和市场需求的快速变化，导致整个系统的复杂程度和规模不断的变 化，系统中的数据流类型也会不断的增加或减少，因此系统中存在着各种类型 的信息。不同类型信息可以体现在具有不同质量，比如说它们的精度、可靠性、 频率等等嘲。这种数据异构会影响系统的敏捷性，特别是系统动态进化过程中这 种影响更为严重。 1 5 本文的研究内容 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 2 0 0 2 年4 月，在西南交通大学，基于自律分布系统的远程监控演示系统 开发成功。这是国内开发的第个基于自律分布系统的技术的系统模 型： 2 0 0 2 年初西南交通大学获创新基金资助启动了基于自律分布系统的重 庆轻轨监控系统的项目。 近年来，有人提出了异构自律分布系统。本文的研究内容的重点是应用自律 分布系统技术实现系统集成的网关系统技术。异构的自律分布系统技术的提出 促进了系统集成的发展”“。 1 4 异构系统中存在的典型问题 操作系统的异构 不同的企业，不同的部门应用的操作系统不可能完全统一。目前存在的主流 操作系统有u n i x ，l i n u x ，w i n d o w s x p ，w i n d o w s 2 0 0 0 ，w i n d o w s n t ， w i n d o w s 9 8 。这些操作系统具有不同操作系统内核。然而，在一个生产系统中， 它们往往同时存在，并且扮演着不同的角色，为了使这些操作系统异构的计算 机在同一个网络环境中工作，就必须解决操作系统异构问题。 通讯协议的异构 一个规模巨大、完整的生产系统，不同的予系统不可能用同一种协议。比如 说现场设备互连需要的c a n 协议及信息系统互连需要的t c p i p 协议，它们在 进行系统集成对，解决协议的异构问题成为首要问题。 数据库的异构 目前存在的大型的数据库有o r a c l e ，s y s b a s e ，s q l s e r v e r , d b 2 等等，不 同行业由于各方面条件的限制，它们使用的数据库不可能完全相同。但是它们 在合作过程中，这些数据库的互联成为必然。这就需要解决异构数据库的问题。 数据属性的异构 由于客户和市场需求的快速变化，导致整个系统的复杂程度和规模不断的变 化，系统中的数据流类型也会不断的增加或减少，因此系统中存在着各种类型 的信息。不同类型信息可以体现在具有不同质量，比如说它们的精度、可靠性、 频率等等嘲。这种数据异构会影响系统的敏捷性，特别是系统动态进化过程中这 种影响更为严重。 1 5 本文的研究内容 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 2 0 0 2 年4 月，在西南交通大学，基于自律分布系统的远程监控演示系统 开发成功。这是国内开发的第个基于自律分布系统的技术的系统模 型： 2 0 0 2 年初西南交通大学获创新基金资助启动了基于自律分布系统的重 庆轻轨监控系统的项目。 近年来，有人提出了异构自律分布系统。本文的研究内容的重点是应用自律 分布系统技术实现系统集成的网关系统技术。异构的自律分布系统技术的提出 促进了系统集成的发展”“。 1 4 异构系统中存在的典型问题 操作系统的异构 不同的企业，不同的部门应用的操作系统不可能完全统一。目前存在的主流 操作系统有u n i x ，l i n u x ，w i n d o w s x p ，w i n d o w s 2 0 0 0 ，w i n d o w s n t ， w i n d o w s 9 8 。这些操作系统具有不同操作系统内核。然而，在一个生产系统中， 它们往往同时存在，并且扮演着不同的角色，为了使这些操作系统异构的计算 机在同一个网络环境中工作，就必须解决操作系统异构问题。 通讯协议的异构 一个规模巨大、完整的生产系统，不同的予系统不可能用同一种协议。比如 说现场设备互连需要的c a n 协议及信息系统互连需要的t c p i p 协议，它们在 进行系统集成对，解决协议的异构问题成为首要问题。 数据库的异构 目前存在的大型的数据库有o r a c l e ，s y s b a s e ，s q l s e r v e r , d b 2 等等，不 同行业由于各方面条件的限制，它们使用的数据库不可能完全相同。但是它们 在合作过程中，这些数据库的互联成为必然。这就需要解决异构数据库的问题。 数据属性的异构 由于客户和市场需求的快速变化，导致整个系统的复杂程度和规模不断的变 化，系统中的数据流类型也会不断的增加或减少，因此系统中存在着各种类型 的信息。不同类型信息可以体现在具有不同质量，比如说它们的精度、可靠性、 频率等等嘲。这种数据异构会影响系统的敏捷性，特别是系统动态进化过程中这 种影响更为严重。 1 5 本文的研究内容 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 目前的异构系统集成技术没有充分考虑系统的大规模化、复杂化、动态进化 及系统的敏捷性。在集成系统中采用单节点网关存在着不可避免的缺陷。针对 这种情况，本文的研究内容如下： 异构敏捷系统集成模型的建模 系统集成的关键技术：网关系统技术 网关系统网络拓扑结构的设计 网关系统的数据过滤算法、过滤协议 网关系统的工作能力、网关系统内部数据流量及其模型仿真 异构敏捷系统集成模型及网关系统中信息路径长度的定性、定量评价 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章异构敏捷系统集成 计算机技术、网络技术、通讯技术的发展，促进了过程控制技术、m i s 系 统和i n t r a n e t 在工业生产中的应用。由于过程控制面向工业生产工厂，控制网络 系统要求具有高实时性、良好的时间确定性、很强的容错能力、高可靠性、简 单实用的网络协议和高度分散的网络结构等特点，因此控制网络系统和信息网 络系统属于不同结构层次的网络。如何实现相对独立的控制网络与信息网络的 集成，以充分挖掘生产现场的实时数据，实现工业生产的微观控制与企业管理 的宏观决策结合，进而提高企业信息化和综合自动化水平，已成为过程控制和 计算机技术共同的发展方向。 2 1 系统集成与综合系统集成 2 1 1 系统、集成与系统集成 系统集成应该首先从系统说起。什么是系统? 系统就是为某一特定目标、 具有特定功能的、相互之间具有有机联系的诸多元素所构成的一个整体。所以 说，系统本身就是许多元素的集成组合体。集成也有人译为“整合”，就是为了 实现系统的功能丽进行的再创造过程。只有将系统中的各个成分都进行有机地 连接，完成系统特定的功能，达到系统的目标，才能称为“集成”。所以集成本 身就是一个系统的概念。但是系统集成不是简单部件的组合。例如计算机系统， 就是有几十上百个部件组合起来的。这些部件能够组成计算机系统，虽然成为 集成，但不是系统集成的原意。系统集成也不是堆积，即一些系统放在一起， 形不成整体的效果，达不到统一的目标，也不是系统集成。所谓系统集成，是 针对某个应用目标而提出的全面解决方案的实旋过程。也就是说系统集成与具 体的应用密切相关。一般说来，信息系统集成，是指为实现某一应用目标而进 行的基于计算机网络、数据库、数据库处理等大型信息系统的建设过程。所谓 “综合集成”，又是另外一个更高层次的概念，它指的是在更大系统范围上的、 在内容一级的集成。它不仅需要系统集成的支持，而更需要对信息内容的综合。 系统集成可以分为四个层次：以网络连接为主的连接层、以系统体系为主 的体系层、以应用为主的应用方案层，及以内容为主的综合集成层。在网络连 接层进行的系统集成，就是通过集成建立各计算机及相关设备的通信连接，例 如采用网络适配器、电缆光缆、h u b 、路由器、交换机、网关等，即系统的各部 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章异构敏捷系统集成 计算机技术、网络技术、通讯技术的发展，促进了过程控制技术、m i s 系 统和i n t r a n e t 在工业生产中的应用。由于过程控制面向工业生产工厂，控制网络 系统要求具有高实时性、良好的时间确定性、很强的容错能力、高可靠性、简 单实用的网络协议和高度分散的网络结构等特点，因此控制网络系统和信息网 络系统属于不同结构层次的网络。如何实现相对独立的控制网络与信息网络的 集成，以充分挖掘生产现场的实时数据，实现工业生产的微观控制与企业管理 的宏观决策结合，进而提高企业信息化和综合自动化水平，已成为过程控制和 计算机技术共同的发展方向。 2 1 系统集成与综合系统集成 2 1 1 系统、集成与系统集成 系统集成应该首先从系统说起。什么是系统? 系统就是为某一特定目标、 具有特定功能的、相互之间具有有机联系的诸多元素所构成的一个整体。所以 说，系统本身就是许多元素的集成组合体。集成也有人译为“整合”，就是为了 实现系统的功能丽进行的再创造过程。只有将系统中的各个成分都进行有机地 连接，完成系统特定的功能，达到系统的目标，才能称为“集成”。所以集成本 身就是一个系统的概念。但是系统集成不是简单部件的组合。例如计算机系统， 就是有几十上百个部件组合起来的。这些部件能够组成计算机系统，虽然成为 集成，但不是系统集成的原意。系统集成也不是堆积，即一些系统放在一起， 形不成整体的效果，达不到统一的目标，也不是系统集成。所谓系统集成，是 针对某个应用目标而提出的全面解决方案的实旋过程。也就是说系统集成与具 体的应用密切相关。一般说来，信息系统集成，是指为实现某一应用目标而进 行的基于计算机网络、数据库、数据库处理等大型信息系统的建设过程。所谓 “综合集成”，又是另外一个更高层次的概念，它指的是在更大系统范围上的、 在内容一级的集成。它不仅需要系统集成的支持，而更需要对信息内容的综合。 系统集成可以分为四个层次：以网络连接为主的连接层、以系统体系为主 的体系层、以应用为主的应用方案层，及以内容为主的综合集成层。在网络连 接层进行的系统集成，就是通过集成建立各计算机及相关设备的通信连接，例 如采用网络适配器、电缆光缆、h u b 、路由器、交换机、网关等，即系统的各部 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 分进行互联，使得信息能够在系统内畅通无阻。体系层的系统集成，就是确立 在系统中各予系统之间的体系组成方式。例如，采用客户服务器体系。分布对 等交互体系、集中计算服务体系等，都是这些体系的例子。例如，建立起应用 数据库、应用系统等。以上这三个层次的系统集成是我们平常最常见的系统集 成方式，有时只进行最下面一层集成，有时三层集成同时都要做。这种系统集 成的基础是开放系统互连理论和标准化。早期的i s o o s i 以及9 0 年代普及的 t c p i p ，c s 体系、o d b c 等等，都是在系统集成领域的典型代表。 随着信息化程度的不断提高，人们对系统集成的水平和期望也不断提高。 人们不仅希望系统能够在前三个层次上集成为有机的整体，而且，更希望系统 能够帮助人们在解决问题特别是复杂问题方面提供更强大的支持。我们已经不 满足于系统能够为我们提供充足的信息，我们希望系统能帮助我们找到想要的 信息、对于如海洋般的信息进行分析，以帮助我们做出决策。这是从延伸我们 的体力到延伸我们的能力和知识的变化，在这个层次上的集成就是综合集成”，。 2 1 2 综合系统集成 出于对信息社会的深刻理解和针对系统方法在发展和实践中的问题，著名 科学家钱学森提出了“定性定量综合集成”的思想，即“将专家、群体、数据 和各种信息与计算机仿真有机地结合，发挥整体优势”。随后又具体为建立支持 定性与定量相结合的综合集成研讨厅的设想，是试图解决对复杂系统的研究及 研究方法论问题的一个很好的解决方案。这实际上是将现代的计算机信息技术、 多媒体技术、人工智能技术、现代模拟仿真技术、虚拟现实技术引入到系统工 程领域，以解决许多用传统方法难以解决的问题。把定量的模型计算与主要由 专家掌握的定性知识有机的结合起来，实现定性知识与定量数据之间的相互转 化。由专家介入到模拟过程之中解决那些计算机不好解决的非结构化问题，即 人在回路中，发挥了“人机一体，各取所长”的作用。在这里，人或组织利用 研讨厅进行研讨、辩论和“对抗”，从情况的认识、情况的判断、系统问题识别、 问题解产生到论证评价、决策方案实旌及反馈，都可以由此得到知识、认识和 理论。这是科学实验，最终是为实践服务。而在系统中提供的模拟仿真和虚拟 现实表现出来的“身临其境”，也是一种实验，但它提供是的宋来的“实践”。 这种把分析、判断和决策与决策后的“实践”闭合起来的方法，大大扩展了系 统方法论的范围，很好地调和了系统方法论中的矛盾，可以解决许多原先难以 解决的问题。在未来的知识经济发展中，综合集成技术将越来越显示出其强大 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 分进行互联，使得信息能够在系统内畅通无阻。体系层的系统集成，就是确立 在系统中各予系统之间的体系组成方式。例如，采用客户服务器体系。分布对 等交互体系、集中计算服务体系等，都是这些体系的例子。例如，建立起应用 数据库、应用系统等。以上这三个层次的系统集成是我们平常最常见的系统集 成方式，有时只进行最下面一层集成，有时三层集成同时都要做。这种系统集 成的基础是开放系统互连理论和标准化。早期的i s o o s i 以及9 0 年代普及的 t c p i p ，c s 体系、o d b c 等等，都是在系统集成领域的典型代表。 随着信息化程度的不断提高，人们对系统集成的水平和期望也不断提高。 人们不仅希望系统能够在前三个层次上集成为有机的整体，而且，更希望系统 能够帮助人们在解决问题特别是复杂问题方面提供更强大的支持。我们已经不 满足于系统能够为我们提供充足的信息，我们希望系统能帮助我们找到想要的 信息、对于如海洋般的信息进行分析，以帮助我们做出决策。这是从延伸我们 的体力到延伸我们的能力和知识的变化，在这个层次上的集成就是综合集成”，。 2 1 2 综合系统集成 出于对信息社会的深刻理解和针对系统方法在发展和实践中的问题，著名 科学家钱学森提出了“定性定量综合集成”的思想，即“将专家、群体、数据 和各种信息与计算机仿真有机地结合，发挥整体优势”。随后又具体为建立支持 定性与定量相结合的综合集成研讨厅的设想，是试图解决对复杂系统的研究及 研究方法论问题的一个很好的解决方案。这实际上是将现代的计算机信息技术、 多媒体技术、人工智能技术、现代模拟仿真技术、虚拟现实技术引入到系统工 程领域，以解决许多用传统方法难以解决的问题。把定量的模型计算与主要由 专家掌握的定性知识有机的结合起来，实现定性知识与定量数据之间的相互转 化。由专家介入到模拟过程之中解决那些计算机不好解决的非结构化问题，即 人在回路中，发挥了“人机一体，各取所长”的作用。在这里，人或组织利用 研讨厅进行研讨、辩论和“对抗”，从情况的认识、情况的判断、系统问题识别、 问题解产生到论证评价、决策方案实旌及反馈，都可以由此得到知识、认识和 理论。这是科学实验，最终是为实践服务。而在系统中提供的模拟仿真和虚拟 现实表现出来的“身临其境”，也是一种实验，但它提供是的宋来的“实践”。 这种把分析、判断和决策与决策后的“实践”闭合起来的方法，大大扩展了系 统方法论的范围，很好地调和了系统方法论中的矛盾，可以解决许多原先难以 解决的问题。在未来的知识经济发展中，综合集成技术将越来越显示出其强大 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 的生命力，它将成为知识经济社会的最重要的技术支柱之一。 工业生产造就分工、信息生产专事融合，这是工业化走向信息化社会过程 中非常明显的变化，而综合集成技术为适应这种变化提供了相应的手段。将计 算机用来打印报表是对计算机的浪费，而将计算机简单地接入网络，也只是集 成的最简单的行为。综合集成的目标不仅仅是连入，而更重要的是关于信息的 融合，这也就是称之为综合集成的道理。信息经济的理想状态是通过计算机网 络进行充分的信息融合，减少不必要的迂回。综合集成的目的就是要将各种信 息收集过来，然后进行分类、整理、抽取和融合，获取有用的信息，学到知识， 最终为应用服务。 知识与信息在本质上是完全不同的事务，信息系统技术为信息的使用提供 了手段，而综合集成技术为知识的管理和利用打开方便之门。信息系统技术建 立了有效的信息传输、处理、分发和管理的手段，虽然至今看来其在世界范围 内既不均衡也不完善，但它确实改进了信息的利用。知识只存在于使用者身上 而并不存在于信息的集合当中，对知识的管理既要对信息进行管理，也要对人 管理。简单地说，“知识管理”是这样一个过程：它对组织或企业集成的知识和 技能进行获取，无论这些知识和技能是存在于纸上，或是在数据库中，还是在 人的脑海里，然后这些知识和技能分布到能够帮助企业实现最大产出的地方。 知识管理的目标就是力图将最恰当的知识，在最恰当的时候，传递给最恰当的 人，使他们做出最好的决策。综合集成在很大程度上就是要在技术上实现这个 过程。 2 2 传统的敏捷系统集成技术的缺陷 ( 1 ) c s 模式的影响 客户目及务器应用软件模式大都是基于“肥客户机”结构下的两层结构应用 软件。它面i 晦的一个主要问题是系统的可伸缩性和安装维护困难。开发人员写 出的程序在客户端运行，占用了大量的系统资源和网络资源。c s 模式的不足 之处包括： c 1 i e n t 与s e r v e r 直接连接，没有中间结构来处理请求，s e r v e r 定位通 常需要网络细节，s e r v e r 必须是活动的，客户端的应用程序严格依赖于服务器 端数据存储和组织方式。 应用接口的异构性严重影响系统间的互操作，许多相同的功能模块被多 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 的生命力，它将成为知识经济社会的最重要的技术支柱之一。 工业生产造就分工、信息生产专事融合，这是工业化走向信息化社会过程 中非常明显的变化，而综合集成技术为适应这种变化提供了相应的手段。将计 算机用来打印报表是对计算机的浪费，而将计算机简单地接入网络，也只是集 成的最简单的行为。综合集成的目标不仅仅是连入，而更重要的是关于信息的 融合，这也就是称之为综合集成的道理。信息经济的理想状态是通过计算机网 络进行充分的信息融合，减少不必要的迂回。综合集成的目的就是要将各种信 息收集过来，然后进行分类、整理、抽取和融合，获取有用的信息，学到知识， 最终为应用服务。 知识与信息在本质上是完全不同的事务，信息系统技术为信息的使用提供 了手段，而综合集成技术为知识的管理和利用打开方便之门。信息系统技术建 立了有效的信息传输、处理、分发和管理的手段，虽然至今看来其在世界范围 内既不均衡也不完善，但它确实改进了信息的利用。知识只存在于使用者身上 而并不存在于信息的集合当中，对知识的管理既要对信息进行管理，也要对人 管理。简单地说，“知识管理”是这样一个过程：它对组织或企业集成的知识和 技能进行获取，无论这些知识和技能是存在于纸上，或是在数据库中，还是在 人的脑海里，然后这些知识和技能分布到能够帮助企业实现最大产出的地方。 知识管理的目标就是力图将最恰当的知识，在最恰当的时候，传递给最恰当的 人，使他们做出最好的决策。综合集成在很大程度上就是要在技术上实现这个 过程。 2 2 传统的敏捷系统集成技术的缺陷 ( 1 ) c s 模式的影响 客户目及务器应用软件模式大都是基于“肥客户机”结构下的两层结构应用 软件。它面i 晦的一个主要问题是系统的可伸缩性和安装维护困难。开发人员写 出的程序在客户端运行，占用了大量的系统资源和网络资源。c s 模式的不足 之处包括： c 1 i e n t 与s e r v e r 直接连接，没有中间结构来处理请求，s e r v e r 定位通 常需要网络细节，s e r v e r 必须是活动的，客户端的应用程序严格依赖于服务器 端数据存储和组织方式。 应用接口的异构性严重影响系统间的互操作，许多相同的功能模块被多 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 次重复开发，代码的重用很困难。最常见的复用方式是拷贝代码块并对其进行 修改。 无法保证数据的实时性，系统扩展困难，容错性差，无法实现在线维护、 在线扩展。对多数据类型的应用支持较差。 由一个中心服务器处理所有数据，所有的通讯都必须通过中心服务器， 当服务器具各所有需要的信息的时候，这种模式可以正常工作。当数据来源于 多个节点同时又被多个节点使用的时候，c s 结构就显得力不从心了，因为这种 结构要求所有的数据都必须通过服务器的中转，而不是直接的点对点的方式， 这样一来，对整个系统的通讯就增加了不必要的延时，而且，服务器还是整个 系统的性能瓶颈，当服务器由于某种原因出现故障的时候，整个系统的通讯便 陷入瘫痪。 针对这些缺点c s 结构也提出了相应的改进方法。多服务器网络是种可 能的替代解决方案，但这种系统相对而言非常复杂，对它的建立、管理都比较 困难，存在的问题较多。这种方案在解决了性能瓶颈和单点故障对系统的重大 影响的同时又带来了新的效率低下，带宽消耗过多的问题”“”。 ( 2 ) 传统敏捷系统缺陷 传统的敏捷系统都是在c s 模式下设计敏捷制造系统，客户与服务器之间 的通信协议( 应用层协议) 依赖于不同的厂家，难于实现系统集成。从另一个 角度柬讲c s 模式客户过分依赖服务器这些对于系统的敏捷性无疑是种巨 大的障碍。传统的敏捷系统也缺少在线进化功能。当市场和客户的需求变化， 传统的系统总是需要在停止系统运行的情况下进行操作，严重影响了系统的反 应速度，这必将降低系统的敏捷性。 系统内部的功能模块的相互关系过分依赖于线程和进程之间的消息传递和 信号量的协调，造成这些功能模块之间的耦合度增加，这些对于系统的进化、 扩展都是非常不利的，甚至导致这些操作无法完成。 传统的敏捷系统缺少对数据的属性、服务质量的支持和处理，没有对控制 系统和信息系统等分开处理，当有数据到达系统中，无论是控制数据还是信息 数据，控制系统必须判断这些数据是不是自己所需要的。在大规模、复杂、动 态进化的系统中数据量非常大控制系统必须花费一定的时间来判断数据的属 性，再进行接收、处理。然而控制系统要求数据具有较高的实时性和较高可靠 性等较好的服务质量。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 传统敏捷系统这种缺陷带来的直接问题是控制系统不能满足其自身服务质 量的要求，系统反应迟钝，敏捷性能大大降低“”1 。 2 3 异构环境下敏捷系统面临的问题 2 3 1 异构的敏捷系统 市场和客户需求的快速、动态的变化，系统的大规模化造成系统内部的信 息多样化，信息的多样化导致了系统内部出现了基于数据属性不同的应用层异 构系统。需要考虑控制系统和信息系统的集成。信息系统与控制系统对数据处 理的主要差异如下： 驱动方式 信息系统主要是事件驱动，也就是说当有信息到达时执行；控制系统主要 时间驱动，因为对于控制系统来说，时间是非常重要的。几台机器共同工作来 生产产品，如果时间错误则机器可能会紊乱甚至毁坏。 处理方式 信息系统必须接收来自应用程序的所有信息。例如必须接收其它程序传过 来的所有信息，处理信息，储存结果。控制系统不必接收所有的信息，它只接 收表明它所控制的机器的当前状态的信息来控制机器的正常运行。例如，一辆 汽车要刹车控制当前速度，即使刹车系统同时接收到三个速度数据，则汽车刹 车系统只存储最后的数据，并且根据最后的数据来控制刹车。 传输时间 信息系统传输长的信息，比如说图像数据、文档文件数据，数据长度可能 超过几兆字节，有时需要几秒钟的时间来传输数据。控制系统传输短的信息， 它们发送数字或者模拟输入输出数据来控制机器的运行。多数数据少于两个字 节，传输只需要几毫秒。 在信息系统和控制系统共存的情况下，它们之间相互作用，相互影响。可 以采用分离数据域( d f ：d a t af i e l d ) 的方法来避免传输拥塞问题，可以用数 据过滤机制来减小它们之间的相互干扰。在信息系统中经常会有大量的数据传 输，我们可以通过改善数据域结构或者改善它的协议来实现数据的有效传输。 信息系统与控制系统在数据处理上区别如表2 - 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 传统敏捷系统这种缺陷带来的直接问题是控制系统不能满足其自身服务质 量的要求，系统反应迟钝，敏捷性能大大降低“”1 。 2 3 异构环境下敏捷系统面临的问题 2 3 1 异构的敏捷系统 市场和客户需求的快速、动态的变化，系统的大规模化造成系统内部的信 息多样化，信息的多样化导致了系统内部出现了基于数据属性不同的应用层异 构系统。需要考虑控制系统和信息系统的集成。信息系统与控制系统对数据处 理的主要差异如下： 驱动方式 信息系统主要是事件驱动，也就是说当有信息到达时执行；控制系统主要 时间驱动，因为对于控制系统来说，时间是非常重要的。几台机器共同工作来 生产产品，如果时间错误则机器可能会紊乱甚至毁坏。 处理方式 信息系统必须接收来自应用程序的所有信息。例如必须接收其它程序传过 来的所有信息，处理信息，储存结果。控制系统不必接收所有的信息，它只接 收表明它所控制的机器的当前状态的信息来控制机器的正常运行。例如，一辆 汽车要刹车控制当前速度，即使刹车系统同时接收到三个速度数据，则汽车刹 车系统只存储最后的数据，并且根据最后的数据来控制刹车。 传输时间 信息系统传输长的信息，比如说图像数据、文档文件数据，数据长度可能 超过几兆字节，有时需要几秒钟的时间来传输数据。控制系统传输短的信息， 它们发送数字或者模拟输入输出数据来控制机器的运行。多数数据少于两个字 节，传输只需要几毫秒。 在信息系统和控制系统共存的情况下，它们之间相互作用，相互影响。可 以采用分离数据域( d f ：d a t af i e l d ) 的方法来避免传输拥塞问题，可以用数 据过滤机制来减小它们之间的相互干扰。在信息系统中经常会有大量的数据传 输，我们可以通过改善数据域结构或者改善它的协议来实现数据的有效传输。 信息系统与控制系统在数据处理上区别如表2 - 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 传统敏捷系统这种缺陷带来的直接问题是控制系统不能满足其自身服务质 量的要求，系统反应迟钝，敏捷性能大大降低“”1 。 2 3 异构环境下敏捷系统面临的问题 2 3 1 异构的敏捷系统 市场和客户需求的快速、动态的变化，系统的大规模化造成系统内部的信 息多样化，信息的多样化导致了系统内部出现了基于数据属性不同的应用层异 构系统。需要考虑控制系统和信息系统的集成。信息系统与控制系统对数据处 理的主要差异如下： 驱动方式 信息系统主要是事件驱动，也就是说当有信息到达时执行；控制系统主要 时间驱动，因为对于控制系统来说，时间是非常重要的。几台机器共同工作来 生产产品，如果时间错误则机器可能会紊乱甚至毁坏。 处理方式 信息系统必须接收来自应用程序的所有信息。例如必须接收其它程序传过 来的所有信息，处理信息，储存结果。控制系统不必接收所有的信息，它只接 收表明它所控制的机器的当前状态的信息来控制机器的正常运行。例如，一辆 汽车要刹车控制当前速度，即使刹车系统同时接收到三个速度数据，则汽车刹 车系统只存储最后的数据，并且根据最后的数据来控制刹车。 传输时间 信息系统传输长的信息，比如说图像数据、文档文件数据，数据长度可能 超过几兆字节，有时需要几秒钟的时间来传输数据。控制系统传输短的信息， 它们发送数字或者模拟输入输出数据来控制机器的运行。多数数据少于两个字 节，传输只需要几毫秒。 在信息系统和控制系统共存的情况下，它们之间相互作用，相互影响。可 以采用分离数据域( d f ：d a t af i e l d ) 的方法来避免传输拥塞问题，可以用数 据过滤机制来减小它们之间的相互干扰。在信息系统中经常会有大量的数据传 输，我们可以通过改善数据域结构或者改善它的协议来实现数据的有效传输。 信息系统与控制系统在数据处理上区别如表2 - 1 。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 袭2 - i 信息系统与控制系统数据异构 应用程序驱动方式数据管理传输时间 信息系统事件驱动 f i f 0 长时间 当收到信息时驱动管理所有的信息传输少量的长信息 控制系统时间驱动覆盖短信息 利用时间驱动最后信息有效 快速传输短小信息 这种基于应用层的异构系统需要采取有效的集成技术，来避免系统工作能力 的骤然下降。在传统敏捷系统中，这种异构问题没有很好的解决”“”1 。 2 3 2 虚拟企业及虚拟系统 虚拟企业的概念和特征 敏捷制造是通过虚拟企业( v e ：v i r t u a le n t e r p r i s e ) 来实现的。虚拟企 业也可以称作企业动态联盟，是由两个或以上企业组织组成的一种有时限的互 惠互利的合作组织，并以最小的投资、最快的反应速度把握市场机会。它优化 了各种生产要素人、组织、制造资源、信息和资金，随市场机遇的产生 消亡而产生消亡，具有六个特点。 时效性 虚拟企业随市场机遇产生而产生，并随市场机遇消亡而消亡，只在市场机 遇生命周期内有效。 集成性 虚拟企业由不同组成企业或企业不同部门根据市场机遇和机遇需求将不同 组织、人、管理、技术等资源在不同层面进行有时效性的优势集成。 合约性 虚拟企业成员间是平等合作的伙伴关系，各自根据市场机遇和需求，发挥 自己的优势和特长，根据协议承担责任和共享利益。 互补性 组成企业既具备自身核心优势，又多存在缺陷和不足。虚拟企业组织方式 使各加盟企业只负担自身优势责任，使技能、管理、知识和信息优势得以集成 而加强整体竞争优势。 趋利性 能不能捕捉到市场机遇并盈利具有一定的风险。虚拟企业扩大了组成企业 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 袭2 - i 信息系统与控制系统数据异构 应用程序驱动方式数据管理传输时间 信息系统事件驱动 f i f 0 长时间 当收到信息时驱