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南京航空航天大学硕士学位论文 7 3 2 1 7 9 3 摘要 r ( 全球制造是一种新型敏捷制造企业的组织形式，其最大的特点是生产过程 的分布性，在全球范围内共享各种制造资源，快速低成本地实现异地生产、异 地销售，以适应市场的多变和用户的需要。 本文首先介绍了全球制造的思想、特征、类型、建立的原则及其信息系统 的特点：接着详细阐述了全球制造的两种先进支撑技术：分布式对象计算( d o c ) 技术和w e b 技术，并对其中重要的分支技术作了分析和比较。然后介绍了自行 开发的基于w e b 的全球制造实验系统，并对其中的重要实现方案作了简要描述。 最后对本文所做的研究工作及主要成果作出了总结，并对后期开发所需重 点解决的问题提出自己的设想。 关键词：全球制造、分布式对象计算、w e b 、j a v a 基于w e b 的全球制造策略研究与实验系统开发 a b s t r a c t g l o b a lm a n u f a c t u r i n g ( g m ) i san e w o r g a n i z a t i o nf o r mo fa g i l em a n u f a c t u r i n g e n t e r p r i s e s t h em a i nf e a t u r eo fg m i sd i s t r i b u t i o n w i t hg l o b a l m a n u f a c t u r i n g s c h e m e ，e n t e r p r i s e sn o to n l yc a ns h a r ea l lk i n d so fm a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e sv i a i n t e m e t ，b u ta l s oc a nq u i c k l yf i tt h en e e d so fc u s t o m e r sa n dt h ec h a n g i n gm a r k e ta ta c o m p a r a t i v e l o w e rc o s t ， i nt h i sp a p e r ，t h e c o n c e p t i o n 、f e a t u r e 、t y p e 、g u i d i n gi d e o l o g y 、i n f o r m a t i o n s y s t e mo fg m a r ei n t r o d u c e df i r s t ，a f t e rt h a t ，t w of i m d a m e n t a lt e c h n o l o g yo fg m n a m e dd i s t r i b u t e do b j e c tc o m p u t i n ga n dw e ba r ed i s c u s s e da n da n a l y z e d t h e n a n e x p e r i m e n t m g l o b a l m a n u f a c t u r i n gs y s t e m w h i c h d e v e l o p e db y a u t h o ri s d e s c r i b e di nd e t a i l f i n a l l yt h es u m m a a r yo f t h i sp a p e ri sg i v e na n ds o m en e w h y p o t h e s e sa r er a i s e d f o r 也ed e e pr e s e a r c ho fg m k e y w o r d s ： g l o b a lm a n u f a c t u r i n g 、d i s t r i b u t e do b j e c tc o m p u t i n g 、w e b 、j a v a 第1 i 页 南京航空航天大学硕士学位论文 第一章绪论 1 、l 制造业面临的新形势 在人类进入新世纪的同时，世界各国的企业都在调整发展战略，增强自身 的竞争实力，准备迎接更加激烈的市场竞争。随着国与国之间贸易壁垒的逐步 取消以及市场全球化，不仅为企业带来了机遇，也带来了前所未有的挑战，制 造业面临着新的形势。首先，经济全球化的进程日益加快，由于信息技术的飞 速发展，当今国际经济环境已从过去单一型区域经济向以全球网络通信为核心 的全球化经济环境转变；其次，市场需求更加苛刻，消费者的消费观念发生了 巨大变化，对产品多样化、个性化的要求越来越高；而新产品的研制开发难度 越来越大，单个企业很难有足够的资金和技术解决所有问题。 1 、2 全球制造的提出 面对制造环境、制造产品、以及制造本身的复杂性，企业能否在瞬息万变 的市场竞争中快速适应市场和用户需求的变化，以最快的速度向用户提供优质 低价的产品，成了决定企业兴衰成败的关键所在。 综观近3 0 年来制造业的变化历程：从6 0 年代强调规模，7 0 年代强调成本， 8 0 年代强调质量，到今天强调对市场的快速响应，先进的制造技术层出不穷； 而新世纪的制造模式，一方面要和设计实现无缝连接，另一方面要和全球的供 应链紧密相连。未来顾客的订货需求将会呈现即时性的新形态，为了减少库存， 快速供货，越来越多的企业采用新型生产方式，就近市场进行生产、组装及销 售，也就是所谓接单生产( b u i l d t o o r d e r ，b t o ) 、接单组装 ( c o n f i g u r a t i o n t o o r d e r ，c t o ) 的生产模式。产品在那里做的( m a d ei n ) 已越来越失去它的意义，而将以“由谁做的( m a d eb y ) 来取代。随着分布 式计算技术、网络技术尤其是i n t e r n e t i n t r a n e t 技术的飞速发展，使得全球 制造成为一个新的研究热点，制造业迈向全球化已是必然之事。 1 、3 国内外的研究现状 全球制造的历史可追溯到8 0 年代。早在1 9 8 1 年，美国波士顿大学就发起 了著名的全球制造前景研究计划( g l o b a lm a n u f a c t u r i n gf u t u r e sp r o j e c t ) ， 收集先进的制造信息分析在全球竞争中企业应具备的条件。1 9 9 5 年，在美国 第l 页 基于w e b 的全球制造策略研究与实验系统开发 国家科学基金资助下，开展了“未来制造业”项目研究，目的为美国制造业提 供一个大致的指导性框架，使他们在不断变化的全球竞争中获得成功。1 9 9 2 年 澳大利亚政府发起了国际制造战略研究项目，了解制造商对制造全球化等一系 列挑战所作出的反应。1 9 9 7 年1 0 月，在法国图卢兹举行的欧盟第7 届工业技 术研讨会上，专家们对2 i 世纪的制造业工厂进行了如下描述：“尽管现有的制 造业工厂在近期内不会消失，但新一代的制造业工厂已经在欧盟初现端倪。新 一代制造工厂是一种以最终产品总装厂为中心，由若干规模小，只生产一种专 门部件的独立工厂凭借功能强大的信息网络和快捷的运输系统连接组成的开放 式虚拟工厂”。 在国内，教育部于1 9 9 7 年1 1 月在西安交通大学成立了“现代设计与制造 网上合作研究中心”，研究先进制造模式和网络资源共享。上海市提供了专门的 基金，有条件地实施中小企业网上资源重组。目前已有越来越多的国内企业参 与到全球市场竞争中，因此，研究全球制造，具有很高的现实意义。 1 、4 本文的研究内容及安排 跨入2 1 世纪的全球制造，信息技术已深入到其中的方方面面，与8 0 年代 初提出“制造全球化”相比，在性质上有了很大的区别。可以说，全球制造是 知识经济的产物，将必然随着科技的发展占据越来越重要的地位。 全球制造最突出的特征就是分布性，一个健壮的分布式框架将为全球制造 软件的开发带来极大的好处。本文将在对全球制造模式作出阐述的基础上，为 其分布式特性提供技术解决方案。各章的内容安排如下： 第一章介绍制造业在千年之交所面临的新形势，全球制造理论的提出及国 内外的研究现状。 第二章详细阐述全球制造的概念、特征、类型、建立的指导思想、企业加 入全球制造体系必须具备的条件等内容，并强调了计算机技术及网络技术在其 中所发挥的重要作用。 第三章介绍了实现全球制造分布式持性的重要技术手段分布式对象计 算( d o c ) 技术，并对三种成熟的d o c 技术作了分析和比较。 第四章对全球制造的重要支撑技术w e b 技术作了详细的介绍和分析，并对 其中常用的分支技术作了性能对比。 第五章着重介绍一个自行开发的基于w e b 的全球制造实验系统，该系统可 通过图形用户界面( g u i ) 实现异地设计、异地制造及仿真功能，客户机可使用 任何主流操作系统，并且用户的所有交互工作不离开浏览器环境。 第六章对全文内容及所取得的研究成果作出总结，并对后期开发所需重点 解决的问题提出自己的设想。 第2 页 南京航空航天大学硕士学位论文 第二章全球制造及其体系的建立 2 、l 全球制造的特征 全球制造这一新型的生产模式，为充分利用社会资源提供了一条新的有效 途径。面对市场机遇，全球制造利用以因特网为标志的信息高速公路，灵活而 迅速地组织社会制造资源，把分布在不同国家或地区企业的现有生产资源、智 力资源和各种核心生产能力迅速地组织成一个没有围墙的、超越空间约束的、 靠电子信息手段联系的、统一指挥的经营实体，并依赖计算机网络( 尤其是 i n t e r n e t ) 使他们的活动协调一致。以便快速推出满足市场需求的高质量、低 成本的新产品。全球制造具有以下主要特征： i 分布性：全球制造的分布性特征表现在参与联盟的企业在地理位置上 可以处于不同的国家和地区。由于在产品的设计、开发、制造和装配乃 至销售服务等都是由不同的企业完成的，因此在产品生命周期中的各个 功能实现也都是分布的。 2 网络化：利用以i n t e r n e t 为标志的信息高速公路，将分布在不同地 方的企业制造资源连接成一个整体，实现信息的交流和资源的共享。产 品不再由单独一- 个企业制造，而是通过合作方式进行，每个企业只是整 个生产网络中的一个节点。分布在不同地点、不同部门的不同专业人员 可以在同个产品模型上同时工作，减少大量的文档生成及其传递上的 时间误差，从而快速响应市场变化。 3 动态性：构成全球制造的企业不象传统的企业那样一成不变，而是为 了某个市场机遇暂时联合在起。随着时间的推移和市场的变化，该联 盟有可能解体，而新的市场机遇又会产生新的联盟企业。 4 集成性：所有与产品有关的市场、设计、制造等信息都保存在数据库 中，技术人员可以采用虚拟制造以及各种仿真技术对原型样机进行反复 修改。不仅大大节约了成本，而且可以根据用户需求或市场变化快速作 出改型设计，缩短新产品的开发时间。 2 、2 全球制造的优势 随着时代的发展，消费者的价值观发生了显著的变化，需求结构普遍向高 层次发展，不仅对产品的规格品种、花色花样有了更高的要求，而且其消费的 个性化趋势越来越明显，消费的科技含量越来越高。作为企业而言，一家企业 很难拥有研制开发高新技术产品的全部先进技术，因此，新产品开发也就越来 第3 页 基于w e b 的全球制造策略研究与实验系统开发 越难，投资越来越高，风险越来越大。面对这些困境，全球制造具有自己独特 的优势： 1 “世界一家”的产业架构重组：2 0 世纪的制造业，其进展的速度较缓， 较易掌握且跟上步伐。但随着时间的推移，其变化速度会越来越快，未 来制造业的发展，一方面将不再企图纵向联合，而是朝着专业水平分工， 并以加强核心能力为努力的目标：另一方面，这些按专业水平分工的企 业将会联合起来，咀供应链的方式，彼此分工合作。在i n t e r n e t 风行 全球，应用越来越广的情况下，企业与企业之间将打破隔阂，以资讯流、 电子商务( e - - c o m m e r c e ) 互通彼此的资讯，让产销的每个环节，以快 速而鲜明的节奏，准确无误地运作下去。这些因素所共同造成的全球化 制造大趋势，将使得未来的制造产业呈现“世界一家”的局面，在这个 大家族里，每个成员都各司其职，组成一个紧密的网络。 2 “动态联盟”的合作方式：在全球制造模式下，一个企业可以在全球范 围内寻求合作伙伴，从而实现资源共享、优势互补，增强在全球范围内 的竞争力。不过在全球制造模式下的企业间联合，基本上存在两种类型， 一种是中小企业间依靠市场机遇为纽带结成的暂时性联盟，该联盟随着 市场机遇的消失而有可能解散；另一种是大型企业间为了长远利益而结 成的中长期联盟，联盟伙伴不会再对获得几许蝇头小利的短期合作感兴 趣，也不再是传统市场竞争下借助一个合作伙伴进入新市场的短期交 易。如戴姆勒克莱斯勒公司与福特公司联合开发电池汽车，雷诺公 司与日产公司结盟共同抵御市场风险等。很多例子表明，如果一家企业 想以一己之力将资源分配到世界各地，它注定要失败，而通过联盟与合 作，则有希望共同成功。 3 快速响应市场：全球制造凭借先进的计算机技术和网络技术，能够对各 种变化快速作出反应，在产品的整个生命周期中采用并行工程，在设计 时就综合考虑联盟伙伴的制造、销售、成本等各种因素，从而大大缩短 产品的上市时间。九十年代初，波音公司开始研制播音7 7 7 客机，该机 型完全采用计算机辅助设计和制造，没有一张图纸。公司的电脑网络协 调分布在世界各地的分支机构和日本的三菱重工等联盟企业进行设计和 制造。每一位参与设计的工程师可以随时从7 7 7 客机3 0 0 多万个零件中 调出任何一种，在屏幕上观察、研究、修改。从9 0 年1 0 月到9 4 年6 月，仅用3 年8 个月就一次试飞成功，投入市场。 4 低投资：全球制造模式下，企业为了开发某种产品但又不具备某些能力 时，可以通过寻求合作伙伴来解决，而不一定要自己投资，大大减轻了 企业的投资压力，降低了投资风险。 总之，全球制造模式打破了传统的“闭关”戒律，在全球范围内动态地建 立起研发、生产、销售网络，以期获得虽佳的经济效益。 第4 页 南京航空航天大学硕士学位论文 2 、3 全球制造的类型 1 一主多从型 这种形式主要用于复杂产品的生产，主导企业仅生产一些关键部件和从事 产品的装配。例如，汽车的生产，大量的汽车零部件是由成千上百个分散在不 同地点的企业供应的，由总装厂装配成最终产品。随着产品的多样化和顾客化， 不仅零部件的数量不断增加，核心企业的组织和生产管理方式也发生了很大的 变化。在这种情况下，采用全球制造方式对推行准时生产( j u s ti nt i m e ，l i t ) 、 零库存和全面质量管理( t o t a lq u a l i t ym a n a g e m e n t ，t q m ) 都有很大的好处，可 以促使实现高效率的供应链，为主机厂和配套厂都带来经济效益。另外，全球 制造可以实现异地设计、异地生产、异地销售，大大降低中间环节费用，从而 提高产品的整体市场竞争能力。 2 专有技术型 企业的生命在于创新。而在设计、开发和制造高新技术产品的过程中，往 往需要某些专有技术和特种设备。例如，复杂构件的强度和应力分析、热变形 分析，复杂过程的仿真、快速原型制造，超精密加工等。这种具备专有技术的 小公司是知识型和智力型的。他们虽然不具有大型生产设备和批量化生产的能 力，却掌握着关键的高新技术，往往是全球制造系统的重要组成部分，可以促 使专有技术和特种设备的社会化和商业化，实现利益分享。 3 动态联盟型 动态联盟型主要用于在规模和技术条件上都很接近的中小企业间建立全球 制造系统。联盟的动态性表现为盟主和加盟企业的动态选择。随着经营机遇、 经营目标、经营过程以及合作伙伴、核心资源、产品供应链、风险和利益等关 系的变化，全球制造系统的盟主企业可能发生变化，“盟主”的地位是动态的， 可变的。谁能最先抓住市场机遇，并对整个产品的概念和关键技术有所创新， 谁就最可能优先获得领导权。相对于某种产品而言，本企业是盟主，而在另一 产品的制造过程中却可能是配角。加盟企业在运行过程中如果不再适合联盟的 需要，可以动态进行变更。动态联盟的成败关键在于如何构成联合生产过程的 运行机制，使生产要素高效地组合，使资源的利用更加合理。 2 、4 建立全球制造体系的指导思想 1 随着中国加入世贸组织步伐的加快，企业经营者对制造业的全球化发展趋 势应有充分的认识，要屏弃以往的等、靠、要及悲观情绪，转变观念，抓 住机遇，积极加入到这一竞争行列中去，企业才有可能发展壮大。 2 企业应根据自身的实际情况，制定正确的发展战略。大部分成功的企业都 第5 页 基于w e b 的全球制造策略研究与实验系统开发 具有“两头大，中间小”的机构模式，“两头大”是指新产品的创意设计能 力强、销售及市场服务能力强。“中间小”是指实际制造过程可以只控制关 键零部件的生产，其余部分可以通过合同制造商或联盟企业来完成。 3 所采用的技术要先进，但要考虑设备投资的风险，以及企业的资金、技术 和人员的承受能力。遵照可持续发展、可重构和可负担的原则，分批投入， 逐步完善和扩大。 4 通过企业业务流程重组( b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n g ，b p r ) ，塑造 实施新的生产模式，精简机构，权力下放，减少产品不增值的环节。 5 通过信息和过程的集成，提高企业的运行效率，普及计算机和网络的应用， 逐步实现日常业务工作高效化和无纸化。 6 把加盟企业共同获得经济效益放在重要地位，携手共进，利益共享。在较 短的时间内形成投资的自我良性循环。 2 、5 全球制造体系的建立过程 2 、5 、1 企业加入全球制造应具备的条件 1 建立i n t r a n e t 是企业进行全球制造的必要工具 采用网络经营形式是企业在全球制造模式下精干、高效运行的基础。通过 计算机网络，参与联盟的企业可以动态地将产品设计、生产、销售等信息传送 给合作伙伴，信息的时效性可以得到充分的保障。尽管网络的类型企业可以有 不同的选择，但考虑到i n t r a n e t 是i n t e r n e t 在企业范围内的一个微缩版，企 业组建i n t r a n e t 可以实现与外部i n t e r n e t 的无缝( s e a m l e s s ) 连接。企业的 内部信息，可以通过路由器、防火墙与外部i n t e r n e t 隔离，通过w e b 发布的信 息也可通过设置用户口令、信息加密等技术确定用户的合法性。 2 采用先进制造技术是企业实现全球制造的技术保障 先进制造技术的发展和日益广泛的应用，为企业实现全球合作提供了技术 保障，这些先进制造技术包括： 柔性制造( f i e x i b l em a n u f a c t u r i n g ，f h ) ：能快速适应外乔环境和企 业内部生产环境变化，高效率、高质量地进行多品种，中小批量生产。 并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，c e ) ：对产品及其相关过程( 包 括制造过程和支持过程) 进行并行、一体化设计，以提高设计质量和效 率。 产品数据管理( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ，p d m ) ：有效地管理与产品 相关的信息及与产品相关的所有过程，是企业内部实现集成的关键技 术。 第6 页 南京航空航天大学硕士学位论文 企业业务流程重组( b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n g ，b p r ) ：从全局 出发，根据企业的战略目标和市场变化重新设计、构造经营过程和组织 结构。 计算机集成制造( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c f u r i n g ，c i m ) ：将企 业内部整个生产经营过程中的人员、技术和管理三要素及其信息流、物 流和价值流有机地集成起来，以实现企业内部的全局优化运行。 敏捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ，a m ) ：采用开放的基础结构、先进的 制造技术和灵活的动态组织结构，迅速、敏捷地响应市场需求。 企业资源计划( e n t e r p r i s e r e s o u r c ep l a n n i n g ，e r p ) ：以顾客为中心， 基于时间、面向整个供应链管理的制造资源计划，能有效地计划、组织、 控制、管理和协调企业的人、财、物、产、供、销等资源及活动。 虚拟制造( v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g ，v m ) ：利用建模、仿真、虚拟现实 等技术，从产品设计阶段，实时、并行地模拟出产品未来制造全过程及 其对产品设计的影响。预测产品的成本、性能、可制造性等。 智能制造( i n t e l l i g e n tm a n u f a c t u r i n g ，i m ) ：将人工智能融入制造过 程的各个环节，通过模拟专家的智能活动，以取代或延伸制造业专家的 部分脑力劳动，实现制造系统运作的高度柔性化和集成化。 虽然这些先进制造技术在侧重点和应用的范围上各有不同，但它们的目标 是一致的。都可以使企业在经济全球化的形势下快速响应用户需求、市场需求 以及联盟企业的需求。 3 对各国知识、文化、法律的了解是成功进行全球制造的重要因素 全球化生产面临着多国文化背景，对不同国家文化的了解与容纳是全球化 生产无法回避的问题。同时，不同的国家有不同的价值体系和不同文字撰写的 法律条文，因此，参与全球化生产的企业必须能面对多种文化，适应不同价值 体系和法律要求。 4 全球制造对企业领导者和员工提出了更高的要求 在全球制造的实施过程中，最大的困难就是人才。人才是全球化生产运作 的基础条件，是保持竞争优势的重要资源。德国柏林工业大学新开设的“全球 生产工程”专业要求学生迅速学完机械工程的有关课程，在两年的全球生产工 程学习中，将为学生开设生产技术、通信技术、工程设计、国际项目管理、技 术转移、国际法律等课程，并在最后一学期安排1 3 周的企业实习，要求亚洲学 生到欧洲的企业，而欧洲的学生到亚洲的企业进行实习。学生毕业时，至少必 须具备能灵活运用三门语言的能力，以满足企业对全球化生产人才的需求。与 此相对应，美国联合技术研究中心的研究人员提出了“知识供应链”的思想， 认为在全球制造模式下，企业随时都可能将员工派往新的工作地点，根本没有 时间对这些员工进行新的培训。因此必须将原本分离的学校、公司及伙伴间的 知识体系组合成“知识供应链”，以便员工能随时获得所需的知识。 第7 页 基于w e b 的全球制造策略研究与实验系统开发 2 、5 、2 全球制造的建立程序 在全球制造模式下，发起企业通过市场调查与分析，一般要解决三个问题： 首先要确定有那些用户，他们需要什么样的产品和何时需要；其次是调查市场 上有那些资源可用于这些产品，它们的质量如何，供货商的供应能力能否满足 要求，是采用定货方式还是采用合作方式；第三是考察那些企业能与本企业结 成联盟，这些企业的人员、技术、生产能力如何等等。在上述市场分析的基础 上，盟主企业着手组建虚拟公司，然后确定经营方针和生产组织结构，建立相 应的管理体制和信息系统，最后根据任务的结构和工艺特点制订各盟员企业的 作业计划，并对计划执行过程中的问题进行协调，如果协调后仍不能得到满意 的结果，则需要重新考虑任务的分配和调整组织结构，直至向用户提供满意的 产品，整个过程如图2 - 1 。 2 、6 全球制造对信息系统的要求 信息技术的发展，使得企业能在低费用和高速度的情况下获取分布在世界 各地的信息数据，并几乎能在世界范围内实时地协调和处理各种变化，如市场 需求变化、生产计划变化、经济形式变化等等，并可以动态地了解竞争对手的 信息。由于全球制造加盟企业在组织上的异构性、自主性以及在地理位置上的 分布性，其信息系统一般应满足如下要求： 加盟企业的信息共享。加盟企业的设计、制造信息分散在各自的数据库中， 所有相关信息的共享是信息系统必须具备的功能。 信息的一致性。与传统制造模式的制造资源信息为本企业所拥有不同，全 球制造模式下的制造信息归全体加盟企业共同拥有。信息所有权是多重的， 必须制订双向协议以解决数据修改权以及时效问题。保证所有企业使用的 数据都是一致的、正确的。 加盟企业信息维护的自主性。在全球制造模式下，加盟企业间是一种平等 的合作关系，各成员享有充分的自主权，信息系统的设计应体现这一原则。 异构性的兼容。加盟企业的异构性表现在其组织机构的异构性和其使用的 计算机硬件、操作系统、数据库系统、以及其他应用系统的异构性上。信 息系统应能使其相互兼容。 全球制造所建立的信息系统应是一种开放的、动态的信息系统。 全球制造信息系统应保证各联盟成员信息数据的安全。 第8 页 南京航空航天大学硕士学位论文 图2 - 1 全球制造的建立程序 第9 页 基于w e b 的全球制造策略研究与实验系统开发 第三章全球制造与分布式对象计算( d o e ) 技术 在全球制造模式下，联盟企业可能分布在不同的国家或地区，相互间的通 信与协作成了一个决定能否成功占领市场的关键因素。如何将各种应用扩展到 局域网、广域网以及i n t e r n e t 已成为用户的基本需求。在一个分布式环境中， 异构性是一个十分明显的特点。一个典型的分布式环境包括有大型主机、u n i x 工作站和p c 机，各种机器采用的操作系统和网络通信协议也是千差万别。在这 样的异构环境下实现信息和软件资源的共享将十分困难。综合以上因素，在全 球制造模式下，信息系统采用分布式结构是毫无疑问的，而且选择个健壮的 分布式框架将为分布式应用软件的开发带来极大的好处。 3 、1 分布式计算 随着计算机网络的发展，以及p c 机功能的增强，计算技术也发生了根本的 变化，人们不再依赖过去的大型主机，转而将一些分散的计算资源利用起来， 建立分布式应用。尽管分布式计算并没有绝对的先后继承关系，但隐约存在着 从低级到高级的发展过程。 远程登入( t e l n e t ) 最古老的分布式框架可能要算象t e l n e t 这样的哑终端了，用户从远程登入 到一台支持t e l n e t 的主机上，然后就可以象在本地终端上一样工作。用户所键 入的每一个字符都被迅速组包发送到主机，主机进行相应的处理，并将响应数 据组包发回到用户终端。尽管这种实现方式不是很优雅，但是仍然得到许多u n i x 程序员的青睐。 远程过程调用( r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ，r p c ) 远程过程调用在概念上非常简单：它可以像普通过程一样被用户程序调用， 但它的实现既可以在本地机上，也可以在远程机上。r p c 把通信接口抽象到子 程序级，而不再直接与s o c k e t 打交道。采用r p c 机制，在一个程序中调用一个 函数( 或过程) ，程序员不需要知道该函数( 或过程) 是不是远程的，这对程序 员来说是完全透明的。r p c 目前已经是一种协议，有许多不同的实现。但其核 心技术大多是在调用端以“流( s t r e a m ) ”的形式序列化( s e t a l i z e ) 调用参 数并在接受端恢复参数的原来形式，两个过程同步进行。当r p c 用户进程发出 一个远程过程调用时，调用请求被“桩( s t u b ) ”所接收，“桩”将所有参数打 包并发送到一个远程服务主机，在该主机上执行服务进程，执行结果以相反的 顺序被发送给调用者。 第1 0 页 南京航空航天大学硕士学位论文 客户服务器( c l l e n t s e r v e r ) 模式 客户朋艮务器模式将一个应用划分成两个部分，客户进程( 线程) 一般负责 用户界面的建立以及与用户的交互等工作，而服务器进程( 线程) 负责整个应 用逻辑的实现。客户和服务器的角色并不是一成不变的，一个进程可能既是某 个进程的服务器，又是另一个进程的客户，这样的进程称作对等进程( p e e r ) 。 客户服务器模式将一个复杂的应用逻辑分解为相对简单的两部分，在设计和维 护时都降低了复杂性。如果要调整用户界面，而整个应用逻辑未发生变化，那 么只须修改客户端程序；反之亦然。 浏览器朋艮务器( b r o w s e r s e r v e r ) 模式可以说是客户服务器的一种特例， 在这种模式中，客户程序就是通用的浏览器( 如i n t e r n e te x p l o r e r ，n e t s c a p e n a v i g a t o r 等) ，用户无须再熟悉各种不同的客户程序，使用统一的浏览器界面 就可以完成不同的工作。 加入中间件( m i d d l ew a r e ) 的多层结构是客户月最务器模式的一种推广。 在这种模式下，一个应用逻辑被分解为几个部分，每一个部分都相对独立，完 成特定的功能。中间件既是前一个进程的服务器，又是后一道进程的客户。拥 有中间件的客户服务器模式结构如图3 - 1 所示： 滕搁= 图 图3 - 1 加入中间件的客户服务器模式 调用级接口( c a l ll e v e li n t e r f a c e ，c l i ) c l i 规定了使用结构化查询语言8 q l ( s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e ) 访问关 系数据库的接口规范。m i c r o s o f t 的o d b ca p i 就是c l i 的一个很好的实现，除 此之外，s u nm i c r o s y s t e m s 的y d b ca p i 也是一个在j a v a 语言中c l i 的实现。 c l i 几乎是目前最为广泛的数据库应用，它可以使用标准的s q l 语言编写 应用程序，而无须考虑所连接的r d b m s 究竟是什么。 分布式计算环境( d i s t r i b u t e dc o m p u t i n ge n v i r o n m e n t ，d c e ) 分布式计算环境由开放软件基金会( o p e n s o f t w a r ef o u n d a t i o n ，o s f ) 提出， 为分布、异构环境下的客户服务器模式应用程序的建立提供了工具。在这类应 用中，应用程序无须考虑客户及服务器程序在网络上的什么地方，运行在什么 平台上，操作系统和具体的实现语言是什么，采用何种网络协议，数据格式以 及如何转换等问题。所有这一切都由d c e 来完成。由于d c e 的接口定义语言 ( i n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ，i d l ) 是基于c 语言的，因此d c e 只支持结构 化编程( p r o c e d u r a lp r o g r a m m i n g ) ，而不支持面向对象编程方式，这一特点在某 第1 1 贞 基于w e b 的全球制造策略研究与实验系统开发 种程度上限制了d c e 的流行。 分布式对象计算( d i s t r i b u t e do b j e c tc o m p u t i n g ，d o c ) 自8 0 年代末以来，对应用软件的可扩展性和可重用性要求也使得面向对象 的分析、设计和编程技术得到了广泛的应用。将面向对象的技术应用到分布式 计算中，分布式对象计算的概念也就应运而生了。目前m i c r o s o f t 公司的组件 对象模型分布式组件对象模型( c o m p o n e n to b j e c t m o d e l d i s t r i b u t e dc o m ， c o m d c o m ) 技术、s u n 公司的远程过程引用( r e m o t em e t h o di n v o c a t i o n ，r m i ) 技术、以及o m g 组织的公共对象请求代理体系结构( c o m m o no b j e c tr e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e ，c o r b a ) 技术一起形成了分布式对象计算领域的主流。 3 、2 m i c r o s o f t 公司的c o m d c o m 技术 1 9 9 0 年，m i c r o s o f t 的对象链接与嵌入( o b j e c tl i n k i n g a n d e m b e d d i n g ，0 l e ) 技术开始使用，起初是为了提供w i n d o w s 应用程序问的“剪切与粘贴”功能。 在o l e 升级为o l e 2 0 以后，新的通信模型被命名为组件对象模型，也即c o m 。 随后m i c r o s o f t 公司开发了d c o m ，用于支持分布式环境下的应用。目前，在 w i n d o w sn t4 0 及以上版本中已经包括了d c o m 。在w i n d o w s9 5 中增加补丁 后也可使用d c o m 。 软件可重用的思想在当今越来越流行，软件开发者使用的许多技术都包含 着这一思想。例如：使用动态链接库就是软件重用的方法之一，它们可以以二 进制的形式分发，使用某一种语言编写的动态链接库可以被另一种语言编写的 应用程序调用。但是使用动态链接库的最大缺点是无法灵活地增删其中的函数。 使用对象( o b j e c t ) 也是一种软件重用的方法，通过封装数据和方法，对象能 够将需要重用的功能包装起来，通过继承，对象可以重用另一个对象的界面定 义和实现代码。然而传统的对象技术限制了它无法形成一个有效的组件市场。 首先，由于不存在链接二进制对象的标准，使用某种编译器编译的对象只能与 使用该编译器编译的程序链接，这就使得难以创建可以发布的二进制对象库， 在发布对象的同时不得不附上原代码；其次，要跨越开发语言重用对象是很困 难的，使用c + + 开发的对象很难用于s m a l l t a l k 等其他编程环境；第三个问题 是当对象要改变或版本升级时，应用程序不得不重新链接甚至重新编译，而理 想的状况应该是只生成该对象的新版本，应用程序就能够自动使用这个新版本 而无须做任何其他工作。 c o m 的出现解决了这些问题。c o m 的中心思想就是定义软件中可以重用的部 分，每一部分组件都有其特定的界面和所能提供的服务。这样就提供了一种创 第1 2 页 南京航空航天大学硕士学位论文 建软件可重用组件的有效机制，使这些组件能毫不费力地为其他软件设计师所 用。 c o m 独立于编程语言，其体系结构针对o l e 定义，如图3 - 2 所示。 3 、2 、2 c o m 对象的实现 基于c o m 的软件开发是通过若干个c o m 对象来实现其功能的，每一个c o m 对象是一个特定类的实例。它支持一个或多个界面，每个界面中包含一个或多 个可以被客户程序调用的方法。c o i l 对象的客户依靠获得该对象界面的指针来 调用界面中的方法。 c o m 对象的界面是对象与其客户联系的纽带，c o m 对象及其客户均应遵循同 一规则来标识界面、描述和定义界面中的方法，这样界面才能有效地工作。每 一个c o m 界面都有两个名称，一个是供人识别的字符串，可以不具有唯一性； 另一个称作全程唯一标识符( g l o b a l l yu n i q u ei d e n t i f i e r ，g u i d ) ，是一个1 6 位的数值具有时间和空间的唯一性。 c o m 对象与客户使用统一的方法来描述界面，一般是m c r o s o f z 的界面描述 语言( i d l ) 。使用i d l ，c o f 对象可以被精确和完整地定义。每个c o m 对象必须 支持l u n k n o w n 界面，在i u n k n o w n 界面中包括了q u e r y i n t e r f a c e 、a d d r e f 和 r e l e a s e 三个方法。 q u e r y i n t e r f a c e 方法用于客户查询一个界面的指针。这时客户将要查询界 面的g u i d 作为参数，调用已知界面中的q u e r y i n t e r f a c e 方法，就可以获得所 需界面的指针。借助该方法可以解决版本问题，在新版本中使用新的界面定义 新的功能，这样就避免了对原有客户的影响。 第1 3 页 基于w e b 的全球制造策略研究与实验系统开发 a d d r e f 和r e l e a s e 方法用于实现对象的引用记数( r e f e r e n c ec o u n t i n g ) 。 由于多个客户可以使用同一个c o m 对象，客户无法确定对象运行的结束，对象 必须自己控制自己的运行周期。客户接收到c o m 对象的界面指针后，必须调用 该指针上的a d d r e f 方法，c o m 对象则增加该界面的引用记数；客户不再使用该 c o m 对象的界面时，必须调用该界面的r e l e a s e 方法，c o m 对象减少该界面的引 用记数，当所有界面的引用记数都减到0 后，c o m 对象释放自己。 c o m 不仅提供对象的创建和管理等功能，还包括三个基本组件： 永久存储( p e r s i s t e n ts t o r a g e ) ：实现这些接口的对象可以将对象存 放到存储设备上，从而可以在一段时间以后恢复对象状态。 智能名字( m o n i k e r s ) ：客户可以将一个支持i m o n i k e r s 接口的对象进 行特殊的实例化，从而允许客户在将来从新连接到这个对象( 同样的 名字以及同样的状态，而不是同一个类中新的对象) 。 统一数据传输( u n i f o r md a t at r a n s f e r ) ：定义了客户和服务器之间 交换数据的标准接口。 3 、2 、3c o w d c o w 的客户服务器结构 c o m d c o m 支持对象客户与对象之间的客户服务器模式交互。客户端通过获 得的c o m 对象界面指针，调用c o m 对象提供的服务。c o m 对象与客户可以在同 一个进程中，也可以分布在不同计算机的不同进程中。 所有支持c o m 的系统必须包含c o m 库的实现。c o m 库中包含有c o m 对象及其 客户所需的所有方法。要使用c o m 库中的服务，通过常规的函数调用即可实现。 库中的函数通常以c o 开头，如c o c r e a t e l n s t a n c e 。客户创建c o m 对象时，将 对象的类标识符传递到c o m 库，c o m 库根据系统登录表将类标识符匹配到c o m 对象，其过程如图3 3 所示。 c ( 4 ) 客户使 图3 - 3c o m 对象的客户服务器模式应用 第t 4 页 南京航空航天大学硕士学位论文 3 、3s u n 公司的眦( 远程方法引用) 技术 3 、3 、lj a v a 语言的特色 自1 9 9 5 年5 月j a v a 语言诞生以来，一直在w e b 应用开发中占有举足轻重的 地位。目前，j a v a 已远远超出了编程语言的范畴，几乎成为新兴的分布式对象 计算平台和技术的代名词。j a v a 之所以在短短几年的时间里取得如此令人瞩目 的成就，完全是由它的特性决定的： 1 语言平台无关性：j a v a 的设计思想就是“一次编写，随处运行( w r i t e o n c e ，r u na n y w h e r e ) ”。因此，j a v a 语言的设计不针对任何平台， 在各种操作系统上只有一种j a v a 。比如j a v a 的整型始终是3 2 位， 浮点型始终是6 4 位。另外，j a v a 是一种解释型的语言，j a v a 编译 器首先将j a v a 程序编译为字节码( b y t e c o d e ) ，字节码由j a v a 虚 拟机( j a v av i r t u a lm a c h i n e ) 解释执行。j a v a 虚拟机的存在，屏 蔽了底层操作系统的差异，保证了同一段j a v a 程序在不同的平台 上都有相同的运行效果。 2 面向对象性：j a v a 是一种完全面向对象的语言，就连普通的整型数 据也可转换成对象。它抛弃了c + + 中非面向对象的成分：如指针、 全局变量等。通过类( c l a s s ) 的形式来定义对象的属性和行为， 完全以类的形式组织应用程序。 3 简易性：j a v a 是一种类c + + 的语言，其语法、关键字与c + + 几乎一 致。c 和c _ + 程序员可以很快掌握j a v a 。而且s u n 公司推出的 j a v a b e a n s 构件使得j a v a 的使用更加轻松。 4 安全性：j a v a 作为一种网络编程语言，对安全性非常重视。首先， 由于取消了指针的概念，程序员不能直接对内存进行操作，内存由 j a v a 运行系统动态地进行管理，避免了编程人员可能造成的内存错 误操作：其次，j a v a 虚拟机中的类装载器对所有j a v a 类的来源进 行检查，防止本地受信任的类被外来的类所代替。并且j a v a 虚拟 机中的字节码检奄器将检查所有载八的字节码，以防止其中可能危 害系统的行为。特别地，j a v a 系统允许用户定义自己的安全管理器 ( s e c u r it ym a n a g e r ) ，以便对应用程序的行为进行约束。 第1 5 页 基于w e b 的全球制造策略研究与实验系统开发 3 、3 、2r m i 与i l p c ( 远程过程调用) j a v a 语言中引入远程方法引用( r m i ) 的目的是支持分布式应用，r m i 在概念 上类似于r p c 。由于在分布式系统中，各个进程运行在不同主机的地址空间中， 这就需要实现在不同主机间