（机械制造及其自动化专业论文）制造业软件基于无线和外网集成的中间件研制.pdf

华中科技大学硕士学位论文 i 摘 要 制造企业当前使用 pdm 等信息化软件多数集中在单机和局域网内。但是，随着制 造企业规模的不断扩大以及通信技术的不断发展，传统的单机和局域网内的集成应用， 已经不能够满足制造企业集成应用的需要。企业迫切要求实现制造业信息化软件基于无 线和外网环境下的拓展和集成应用。 本文首先分析无线和外网环境下，pdm 等制造业信息化软件的集成技术。以中间 件技术作为集成的关键技术，设计了无线和外网集成系统的平台化架构的整体结构，对 集成平台的各功能模块进行了设计。分析了无线通信和 web 服务技术及其在制造业信 息化软件集成中的应用。 基于 sms 的无线集成技术是实现信息化软件数据集成的重要方式，本文对无线通 信设备的串口通信机制、sms 短信编码模式和 at 命令集进行了分析和实现。进行了制 造业信息化软件无线集成业务设计，探讨了基于 sms 通信技术实现制造企业人机和应 用软件之间的集成。实现无线通信技术与制造业信息化软件的集成是制造业的一个全新 的应用，是实现制造业信息化的一个重要方面。 将数据和操作界面作为 web 服务，供客户端软件请求，实现传统软件的数据和界 面向外网集成。本文设计了一个 web 服务端，一般浏览器或企业桌面软件作为客户端 即可实现外网集成，并针对外网集成应用进行了安全性和性能方面的分析和设计。 最后，通过一个 pdm 人机无线集成和企业编码管理系统外网集成应用的实例介绍 了这种集成技术的实际应用和效果。 关键词：无线集成 外网集成 中间件 制造业信息化 华中科技大学硕士学位论文 ii abstract the application- integration of pdm and other manufacturing information software currently is mostly concentrated in the stand- alone and lan. however, with the continuous development of communication technology and the scale- up of manufacturing enterprises, the traditional integrated applications can not meet the integrated requirements of manufacturing enterprise. based on wireless and wan, enterprises urgently need to implement extendibility and integrated application of the manufacturing information software. firstly, this thesis analyses the integration technology of information software under condition of wireless and wan. taking middleware technology as the key technology, this thesis designs the framework of the overall structure of the platform and integration platform. the various modules of integrated platform are introduced. this thesis analyses the wireless communication and web services technology and application in the integration of manufacturing information. sms- based wireless technology is an important way to realize data integration of information software. serial communication mechanism, sms text messages encoded mode and at command sets of wireless communications equipment are analyzed and realized. the thesis designs the wireless integration business of manufacturing information software, discusses human- machine through the sms communication technology. the integration is a bran- new application and an important aspect of manufacturing information. the data and interface are used as web service for client request. it is to implement the interface and data integrated of traditional software. this thesis designs a net integrated system, web service is used as server, browser or enterprise information software is used as client in integrated system. in allusion to the application of the integrated network, security and performance are analyzed and designed. finally, an example of wireless integration of pdm and person and an example of coding system used in network integration are given to show how this integration technology used in practical and the results. keyword: integration of wireless, network integration, middleware, manufacturing informatization 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文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，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：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电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 （请在以上方框内打“ v” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 保密，在 年解密后适用本授权书。 不保密。 华中科技大学硕士学位论文 1 1 绪 论 1.1 课题的来源和意义 1.1.1 课题的来源 本文的研究内容来源于国家 863 先进制造与自动化技术领域 cims 方向专题项目 面向电站锅炉行业的可定制 plm 系统 （项目代号：2007aa040605），武汉市科技 计划项目制造业信息化软构件技术及其产业化，以及开目软件技术平台产品的发展 需要。 随着无线移动通信技术的飞速发展，移动通讯设备已成为制造业企业信息交流的一 个重要渠道。在制造业信息化企业中，实现移动通讯设备与 pdm、capp、bom 等制 造业软件的集成是实现制造业信息化的一个重要方面。移动通讯设备与制造业信息化软 件的集成实际上就是将无线通信网络与企业的内部网络紧密联系在一起，这样可以实现 对 pdm、capp、bom 等制造业软件的无线的、异地的、远程的操作和信息交互，可 见基于无线网络下的分布式集成技术将是一件很有意义的事情，它极大的拓展了当前制 造企业集成应用的范围。 同时随着信息技术和计算机网络技术的发展，制造业企业级应用开始从桌面应用系 统向分布式系统转移，跨网络的信息交换和资源共享将成为信息流通的主体。制造企业 迫切需要一种跨地域、跨网络的分布式环境(dec)下的能实现异构数据源互访、数据共 享和同步的技术解决方案，从而进一步实现外网下的各种制造业软件的集成1- 4。制造 企业当前应用的单机和局域网应用系统是企业重要的财富资源，因此要在对原系统不做 大量改动的情况下，实现将现有的信息化集成系统扩展到外网环境下。 实现制造企业在无线和外网下的集成应用是企业发展和技术革新的需要，是企业提 高自身效率和市场竞争力的必走之路。 1.1.2 课题的意义 制造业企业中的不少人员经常出差在外，有时需要实时知道如 pdm 等生产数据管 理软件的状态和信息，并且还要向 pdm 发送指令和信息，或者接收来自 pdm 的审批、 通知等。 出差在外的人员通常只能通过在企业的代理人去代为处理和传达， 这样不方便、 易出错、不实时、且保密性差。如果我们在 pdm 端，将 pdm 与无线通信设备集成到 华中科技大学硕士学位论文 2 一起，外出人员通过手持通信设备（一般为手机）向与 pdm 集成在一起的无线通信设 备发送短信形式的集成指令消息，从而触发 pdm 进行业务处理，外出工作人员通过这 种方式就可以获取 pdm 集成数据或触发 pdm 进行特定的事件动作。这种集成的好处 显而易见： (1) 提出了一种新的无线集成的概念，将广阔的无线移动通信网络与制造业信息化 软件紧密联系在一起，充分利用了移动通信的资源。 (2) 这种无线集成的成本很低，企业不需要大量的投入就能得到很好的集成应用效 果。在无 internet 环境下，该集成将是一种很好的集成选择。 (3) 这种集成还留有很大的扩展空间，随着无线移动通信业务的增多，那么将能够 开发出更丰富的组件实现多样化的集成。 当前，单机和局域网内的制造业信息化软件集成技术已经相当成熟，对应的解决方 案和实现技术比较多，且在企业已得到很好的应用。但是，随着企业的生产规模不断扩 大，企业分支机构遍布全国各地，各地都有各自实施部署的信息化软件系统。如此，制 造业信息化软件的集成应用开始由原来的单机和局域网延伸到远程异地外网环境下，传 统的集成应用模式显然已经不能满足这种外网集成应用的需要。这样就可能存在总部的 信息化管理系统与各分支机构的系统数据不同步、业务不统一等情况，降低了企业生产 的决策效率、正确性和协同工作的能力。可见，实现外网环境下总部与异地分支机构信 息化软件的集成应用，将提升企业的生产决策和协同工作能力，提高企业自身效率和竞 争力。 1.2 课题的研究现状 1.2.1 课题的国内外的研究现状 随着无线通信技术的飞速发展，无线移动通讯业务正在为用户提供越来越多的服 务。手机等通信设备不仅仅是人们通信的工具，而已经逐渐进入到生产、办公、管理等 诸多领域。目前，国内外已有不少系统将无线通信技术，主要是sms(short message service)短信技术集成到各自行业软件系统中去，提升了软件的自动化水平和集成应用 范围。特别是在没有互联网的环境下，基于sms无线集成交互是软件集成的一个首选集 成方案。 国内外已经开发出利用无线 sms 进行远程检测、远程控制的应用系统。如变电站、 电表、水塔、水库或环保监测点等监测数据的无线传输和无线自动报警；远程无线控制 华中科技大学硕士学位论文 3 高压线路断电器、加热系统或其它机电系统的启动和关闭；车队交通管理和控制指挥系 统；控制和监测香烟、食品和饮料自动售货机的运行状态和存货状态等。国内已实现将 无线 sms 技术集成到企业的 oa（协同办公）系统或 crm（客户关系管理）系统中。 如山东电力就将 sms 短消息服务集成到自己的客户服务系统内。如果有停电计划，原 来一般是打电话告诉客户，或者在新闻媒体如电视、报纸上进行通知。这些都需要花费 服务中心员工的大量工作，成本也很高。现在他们利用短消息将停电计划发送给相关的 客户。另外他们还利用短信息提醒大客户支付电费，这样能有助于降低客户服务中心必 要的电话数量，而且这和电话通知相比，是一种更“ 礼貌” 的提醒方式。 基于无线通信的集成应用，高性能的无线通信设备是无线集成应用的可靠保证。法 国 wavecom 公司和德国的 siemens 公司都是全球著名的制造手机模块的企业，他们 都提供用于短信收发的设备如 gsm modem。利用这些专用设备收发短消息更可靠，每 小时可发送短信 1200 条左右，这些专用设备的使用确保了大数据量的无线集成应用更 稳定、快捷、高效5- 6。 但是，国内制造行业将无线通信技术集成到制造业信息化系统的应用却还很少。随 着制造业集成领域的不断扩展，制造企业在无线方面的集成应用需求逐渐凸现出来，实 现无线通信技术与 pdm 等制造业信息化软件的集成将进一步提升制造企业的信息化水 平。 随着制造企业的集团化发展，企业分支机构开始分布在全国甚至世界各地，企业迫 切需要实现这种远程异地外网下的信息化软件交互集成和协同工作。外网集成，是指广 域网下跨网络的软件系统集成，是对单机和局域网软件集成系统的一个延伸。国内外， 广域网下的分布式应用程序集成模型并不是新出现的应用程序模型。当前，外网下分布 式应用集成程序模型，包括：微软的分布式组件对象模型(dcom)、对象管理集团的公 用对象请求代理程序体系结构(corba)、sun 的企业 java bean(ejb)。这三种应用普遍 的局域网和广域网下分布式对象模型， 满足了一些企业的外网下的集成应用需求。 但是， 这些分布式对象模型存在着不能穿越防火墙、系统紧密耦合、没有良好的可扩展性与通 用性、集成应用的难度较大等缺点。 web service 技术在解决跨局域网的集成方面提出了新的方法并具有独特的优势。 web 服务是通过 xml 和诸如 http、soap 等协议所提供的一些应用功能。web 服务 在实现制造业信息化软件外网集成方面具有其独特的优势： (1) 这种模型可以保证其平台无关性以及实现无关性。 (2) web 服务试图实现其他模型相同的功能，但是其方式却是全新的而且独立于具 体系统，它可以利用不同平台下运行的不同开发语言编写，从而实现功能交互。 华中科技大学硕士学位论文 4 (3) web 服务的设计和使用过程中，可以使用一种标准的 xml规范来描述 web 服 务端口，使 web 服务的消费者不需要了解有关服务如何实现的任何细节。 (4) 目前已经提供了好几个.net 工具都可以使 web 服务的开发和使用更为方便。 web 服务的提出到现在已经有一段时间了， web 服务在应用和安全方面正在不断完 善。相信越来越成熟的 web 服务技术，将会为制造业信息化软件外网集成提供稳定可 靠的技术保证7。 1.2.2 课题的发展趋势 无线通信技术正在飞速发展， 进入新世纪以来， 第三代数字移动通信系统逐步发展。 第三代移动通信(3g)将有更宽的带宽和更高的速率，其传输速率高达 2mb/s。目前全球 有三大标准： 欧洲提出的 wcdma、 美国提出的 cdma2000 和我国提出的 td- scdma。 3g 不仅传输话音，还支持高速数据传输和宽带多媒体服务。它提供全球覆盖并实现各 种网络之间业务的无缝连接，支持多媒体业务，为用户提供更好的无线通信服务。随着 这些新的无线通信技术的发展，制造业无线集成的应用不再是仅仅局限于 sms 短信指 令数据集成的范围内，无线集成应用的广度和深度将进一步发展，实现功能更多、业务 更全面、性能更可靠的无线集成应用。通过开目集成平台提供的底层开发的支持，针对 新 3g 网络和新的智能终端通信设备，结合 pdm 等制造业生产管理软件的特点，开发 出功能更丰富的集成中间件，使 pdm 等软件实现与无线通信设备在语音、彩信、视频 等方面的集成应用， 同时集成的接口更加多样化，如支持com 接口、红外线接口、 usb 接口、蓝牙等。 制造业信息化软件外网集成方面的发展趋势，有以下几点8： (1) 随着集成规模的不断扩大， 整个外网集成系统的用户和数据量将会进一步提升， 集成应用的效率问题是进一步发展必须考虑的。 可以通过提高 web 服务消息传 递和路由的效率、优化整个集成系统业务等措施加以完善。 (2) 基于外网的集成应用在一致性和可靠性机制将进一步完善，服务间协调能力、 事物处理能力、消息路由的控制管理能力和差错控制能力都是基于 web 服务中 间件的外网集成应用发展需解决的问题。 (3) 安全性是外网集成的重点。随着新的安全保密机制及其安全性更高的加密方法 的提出，该集成系统将进一步加强该外网集成系统模型的安全性和隐私性； (4) 随着 web 服务的体系结构进行了扩展，规划了 web 服务更多方面的功能特性。 web 服务的发展在这一体系框架下，将逐渐丰富技术协议栈，提高服务水平。 华中科技大学硕士学位论文 5 这些 web 服务的新的功能特征也将应用到制造业外网集成系统中去，进一步提 升集成质量。 1.3 论文的主要研究内容 1.3.1 课题的总体目标 实现制造业信息化软件无线集成应用的平台化中间件。基于此无线集成中间件，实 现通过无线通讯设备将无线网络与开目系列软件（kmpdm、kmcapp、kmcad、 kmbom等）无缝集成的统一通信集成平台。同时，对无线集成实际应用中的业务进行 了设计。根据课题要求和企业实际无线集成项目，实现无线集成中间件中的短信收发组 件，外部无线通讯设备为手机等 gsm modem 模块，接口为串口或 usb等接口模拟的 串口，该组件与 kmpdm 实现无缝集成使用。针对 kmpdm 在无线集成业务设计的基 础上，进行 kmpdm 的二次开发，满足企业实际的集成应用需求。 另外，还需实现一个基于外网集成中间的外网平台化集成系统。该集成系统采用了 web 服务技术实现外网的集成数据通信和服务端的各种集成业务处理；客户端采用浏览 器 activex 控件方式或客户端集成代理形式实现对服务端集成服务接口的调用，实现外 网集成应用。最后，实现了一个基于外网集成的应用实例，通过该实例介绍了外网下制 造业信息化软件的集成应用。 1.3.2 主要研究的内容 本课题包含四方面的内容： (1) 目前制造业信息化软件的集成应用主要集中在单机和局域网内，随着制造业企 业集团化和区域化发展，企业迫切需要实现制造业软件基于无线和外网等环境 下的集成。本文正是基于这两个方面的探讨。 (2) 为了实现制造业信息化软件基于无线和外网的集成需求，本文采用了基于无线 和外网中间件的集成平台技术解决方案。设计和开发了用于无线和外网集成的 关键中间件，主要包括无线互动集成中间件和异地web化集成中间件的开发。 无线互动集成中间件主要为集成平台实现无线互动人机集成、无线互动应用系 统集成，采用无线sms短信的通信集成方式。 具体包括底层无线通信模块设计、 无线通信收发组件设计和平台集成中间件设计等。异地web化集成中间件主要 为集成平台实现远程异地桌面软件互动集成，采用网络通信web服务接口技术。 华中科技大学硕士学位论文 6 具体包括平台接口模块实现、集成web服务接口设计、远程服务接口调用等。 (3) 本论文研究的关键技术难点。当前，无线通讯技术取得了飞速发展，但是制造 业信息化软件基于无线通信技术的集成应用却很少，可供参考的模型不多。其 次，要在不对当前应用的c/s系统作太大改动的情况下，将现有的系统部署到广 域网外网下存在一定的难度。本文研究的主要关键技术包括：无线通讯与信息 化系统集成、异地web化应用软件集成、平台中间件等技术。 (4) 探讨了基于无线和外网中间件的集成平台在制造业信息化软件集成中的实际应 用。结合开目信息技术有限责任公司的实际项目的集成业务需求，以kmpdm 人机无线互动集成系统为例，介绍了以sms无线通讯方式实现了人机集成；以 远程操作开目编码系统技术为例，探讨了异地web化集成中间件集成平台实现 远程异地桌面软件数据通信和集成的原理和技术。上述集成应用，在企业的实 际应用中取得了较好的效果，进一步提升了企业的信息化水平。 华中科技大学硕士学位论文 7 2 常规桌面软件的异地集成技术 2.1 软件异地集成的平台化架构 2.1.1 集成平台总体框架 制造业常规桌面的异地集成环境，主要有基于无线通讯和基于网络通信两种应用的 环境。本文研制的异地无线集成中间件和异地 web 化集成中间件是开目集成平台的核 心组件，实现了无线通信和网络通信外网环境下集成应用需求。如图 2.1 是本集成系统 所设计的基于无线和外网的面向制造业信息化桌面软件集成的总体框架图： 应用开发接口 应用开发接口 无线通讯 网络通信 异地工作 人员 异地pdm 等信息化 软件 异地局域 网网络集 成平台 异地pdm 等信息化 软件 异地局域 网网络集 成平台 异地无线 集成中间 件 异地web 化集成中 间件 本机制造业 信息化软件 本机制造业 信息化软件 局域网其他 系统软件 局域网其他 系统软件 本地网络 集成平台 局域网其他 系统软件 图 2.1 基于无线和外网集成框架图 华中科技大学硕士学位论文 8 异地无线集成方面，通过无线集成中间件作为集成平台的集成信息交互中心，可以 实现远程异地工作人员与本地主机的信息化桌面软件系统集成和远程异地信息化软件 与本地主机信息化桌面软件系统集成。通过将无线集成中间件与课题组原有网络集成平 台结合，扩展了集成的范围：可以实现远程异地主机所在局域网内信息化软件系统与本 地软件桌面软件系统集成；远程异地主机信息化软件系统与本地主机所在局域网内信息 化桌面软件系统集成；远程异地主机所在局域网内信息化软件系统与本地主机所在局域 网内信息化桌面软件系统集成。 异地 web 化集成方面， 通过 web 化集成中间件作为集成平台的集成信息交互中心， 可以满足远程异地信息化桌面软件系统与本地主机信息化桌面软件系统集成的异地集 成需求。通过将异地 web 化集成中间件与课题组原有网络集成平台结合，扩展了集成 的范围，可以进一步实现如下方面的集成需求：远程异地主机所在局域网内信息化软件 系统与本地软件桌面软件系统集成；远程异地主机所在局域网内信息化软件系统与本地 主机所在局域网内信息化桌面软件系统集成；远程异地主机信息化软件系统与本地主机 所在局域网内信息化桌面软件系统集成。 2.1.2 各子模块介绍 本面向制造业信息化异地常规桌面软件集成技术，包括如下几个模块： (1) 网络集成平台：课题组所开发的网络集成平台是实现局域网内应用软件系统集 成的平台。该集成平台通过基于代理、消息驱动的多层次集成模式及整体架构 体系，实现了具备界面、功能和流程综合集成能力的信息系统集成平台。该集 成平台具备应用灵活、即插即用、易于扩展开发新功能的特点，目前在实现开 目公司系列软件在局域网内的集成应用方面发挥着重要作用。 (2) 无线集成中间件：该中间件是实现本平台化集成系统在无线环境下集成的关键 中间件。该中间件实现了底层众多的复杂的通信操作细节，如：通信设备控制、 通信控制指令操作、通信并发冲突控制、数据的传输处理、各模块之间的通信 协议解析等众多操作。为上层的信息化应用软件提供了简单易用、灵活易扩展 的应用程序接口，方便地实现了桌面应用软件无线集成。通过对原有局域网内 网络集成平台的扩展改造，使该模块同样实现了与网络集成平台的集成应用， 更大范围的实现了无线集成的应用范围。 (3) 外网 web 化集成中间件：该中间件是实现本平台化集成系统在网络通信环境下 集成的关键中间件。该中间件利用 web 服务技术，开发了用于实现外网下软件 华中科技大学硕士学位论文 9 集成的一系列网络应用集成接口，通过外网软件对中间件集成服务接口的调用 实现了外网桌面应用软件与本地应用软件的互动集成。集成过程中众多的底层 操作函数、通信规则解析、数据库操作等复杂操作等都封装到外网集成中间件 中，方便了互动集成应用软件的集成应用。同时，该中间件实现了与网络集成 平台的连接，扩大了外网集成应用的范围。 (4) 数据管理平台：数据管理平台通过采用协同数据操纵技术和共享内存数据操作 技术，实现了对关系型数据库的差异性的屏蔽，客户端操作数据库都是基于统 一的指令系统，故不用考虑不同数据库系统包括国产数据库的差异性，简化了 对数据库的操作，并且数据库访问速度也能够提高不少。目前能够提供对市场 上大多数数据库的支持，特别是能够支持达梦、金仓等国产数据库，也能够企 业数据信息安全性的要求。 2.1.3 集成平台的具体功能和特点 无线和外网环境下的制造业信息化软件集成应用，目前有相当多的业务应用需求， 主要包括如下几个方面的集成需求： (1) 外出工作人员在无 internet 网络环境下，通过手持无线终端设备与制造业企业 总部信息化软件（如 pdm 等）进行交互。 (2) 实现外网下制造企业各分支机构或外出人员与企业总部信息化软件集成交互， 将企业现有 c/s 系统模式的 pdm 等信息化软件，在不做太大改动的情况下扩 展到外网下进行集成应用。 (3) 在无线通信环境下，实现制造业企业间的桌面信息化应用软件系统异地集成应 用。 集成平台的功能就是满足以上几个方面的集成应用需求，为企业间应用软件或人与 企业应用软件之间在无线和外网环境下的集成提供一个平台化的解决方案。在集成平台 的基础上，针对平台开放的接口和提供的功能，针对具体的集成应用类型，设计业务流 程，设计开发应用软件或对已有成熟软件产品进行二次开发，满足实际所需的业务集成 需求，实现软件异地无线或外网集成。以异地无线和 web 化集成中间件为关键技术的 集成平台有如下几个特点： (1) 易用和易操作性。本集成平台对底层众多的操作细节进行了封装，用户只需要 关系平台功能接口函数，这些接口函数使用方便，功能明确。 (2) 可扩展性。该集成平台提供给后续平台开发人员大量的二次开发接口，可以做 华中科技大学硕士学位论文 10 大量的平台定制开发工作，并且可以在平台基础上进行新功能开发。 (3) 灵活性。该集成平台使用具有即插即用性，即可以根据用户的使用需求随时建 立和断开与集成平台的链接，节约系统资源，维护系统稳定。 2.2 异地无线化集成中间件技术 中间件技术是伴随网络而发展起来的一种面向对象的技术。以前的计算机系统多是 单机系统，多个用户是通过联机终端来访问的，没有网络的概念。网络出现后，产生了 client/server的计算服务模式，多个客户端可以共享数据库服务器和打印服务器等等。 随着网络的更进一步发展，许多软件需要在不同厂家的网络产品、硬件平台、网络协议 异构环境下运行，应用的规模也从局域网发展到广域网。在这种情况下，client/server 模式的局限性也就暴露出来了，于是中间件应运而生。中间件是位于操作系统和应用软 件之间的通用服务，它的主要作用是用来屏蔽网络硬件平台的差异性和操作系统与网络 协议的异构性， 使应用软件能够比较平滑地运行于不同平台上。 同时中间件在负载平衡、 连接管理和调度方面起了很大的作用，使企业级应用的性能得到大幅提升，满足了关键 业务的需求9。 一般来讲，中间件应具有以下特点： (1) 满足大量应用的需要。通过调用中间件提供的大量应用程序接口(application programming interface, api)，实现异构环境的通讯，从而屏蔽异构系统中复杂 的操作系统和网络协议。 (2) 平台无关性。中间件提供客户机与服务器之间的连接服务，它提供了一个公共 的通信机制和数据接口，以屏蔽各类通信协议之间的差异和实现通信协议间尽 可能的完全映射。除此之外，还用来控制数据传输过程中的流量、加密和并发 等问题。数据接口用来实现分布式环境中异构系统之间数据的共享，针对不同 的操作系统和硬件平台，它们有符合接口和协议规范的多种实现。 (3) 支持分布式计算，提供跨网络、硬件和操作系统平台的透明性的应用或服务的 交互功能。中间件软件管理着客户端程序和数据库或者早期应用软件之间的通 讯，分布式应用软件借助这种软件在不同的技术之间共享资源。 (4) 支持标准的协议和接口。由于标准接口对于可移植性和标准协议对于互操作性 的重要性，中间件己成为许多标准化工作的主要部分。对于应用软件开发，中 间件远比操作系统和网络服务更为重要，中间件提供的程序接口定义了一个相 对稳定的高层应用环境，不管底层的计算机硬件和系统软件怎样更新换代，只 华中科技大学硕士学位论文 11 要将中间件升级更新，并保持中间件对外的接口定义不变，应用软件几乎不需 任何修改，从而保护了企业在应用软件开发和维护中的重大投资。 (5) 良好的可靠性。良好的可靠性是中间件技术开始以来追求的目标，随着技术标 准的形成，中间件已经可以提供可靠的稳定性。 (6) 较高的效率。中间件的工作机制为当客户端的应用程序需要调用分布式环境下 某个服务器的数据或服务时，中间件系统负责接收客户端的请求，查找数据源 或服务，并建立相应服务或数据与相应服务器之间的对应关系。因此中间件实 现了客户和服务器的透明性，提供的对服务或数据的查询效率是比较高的。 中间件有助于减轻应用软件开发者的负担， 使它们利用现有的硬件设备、 操作系统、 网络、数据库管理系统以及对象模型创建分布式应用软件时更加得心应手。中间件能够 保护企业的投资，保证应用软件的相对稳定，实现应用软件的功能扩展。同时中间件产 品在很大程度上简化了一个由不同硬件构成的分布式处理环境的复杂性，所以从它出现 之日起就不断受到用户的关注9。 制造业企业信息化软件系统在现有系统的基础上，要实现在无线和外网下的集成应 用，应该保证该信息化软件集成系统具有高可靠性和可扩展性，能实现不同应用开发平 台下的集成，同时能够保证较高的应用集成效率。为此，该集成系统采用中间件技术， 屏蔽系统底层众多复杂且难用的 api 接口、繁杂的通信协议机制、难懂的无线通信控制 指令和并发多线程等操作，为上层的信息化应用系统提供简单的、串行化、易于操作的 功能接口，实现信息化软件系统在不同平台下，高效、高可靠性和可扩展性的无线和外 网集成应用。如图 2.2 为本系统基于中间件的集成系统架构： 中间件 （分布式系统服务） 数据库 操作系统 通信硬件 数据库 操作系统 通信硬件 应用层（pdm 等信息化软件） 应用层（pdm 等信息化软件） 图2.2 基于中间件集成系统架构 华中科技大学硕士学位论文 12 具有分布式系统服务特点的中间件实现对底层数据库、操作系统、通信硬件等复杂 操作，为应用层 pdm 等信息化软件提供一个方便灵活的 api 编程接口。本系统设计并 开发了基于异地无线化集成和 web 化集成等中间件，为制造业信息化应用软件在无线 和外网下集成，提供公共统一的服务，用户不必关心底层的通讯细节，只需按照中间件 的使用规范进行操作，就能十分方便满足集成应用需求。同时，该中间件实现了与本地 机器信息化应用软件系统集成，实现了与课题组原有局域网网络集成平台集成连接，将 现有局域网网络集成平台在不做太大改动的情况下拓展到广域网下。 2.2.1 异地无线通讯技术 制造业软件无线集成应用，必须借助当前正在迅速发展成熟的无线通信技术，为无 线集成应用提供可靠的通信保障。当前移动通信采用的网络主要是 gsm 网络， gsm(global system for mobile communication)是 1992 年欧洲标准化委员会统一推出的 全球移动通信系统，它采用数字通信技术、统一的网络标准，使通信质量得以保证。数 字无线传输的频谱利用率高，可大大提高系统容量。另外，数字网能提供语音、sms 数据等多种业务服务，并与 isdn 等兼容，同时可以在其基础上开发出更多的新业务供 用户使用。虽然，目前第三代移动通信(3g)正在逐渐发展起来，并将为无线通信提供更 宽的带宽和更高的速率。但是，2g 到 3g 是一个逐步发展的过程，当前实际应用的主要 无线网络系统还是 gsm 网络，它是目前陆地公用移动通信的主要系统，该系统可靠、 稳定、技术成熟。基于 sms 无线通信集成系统接入的就是当前普遍采用的 gsm 网络系 统。 通用无线分组业务(general packet radio service，gprs)是在现有的 gsm 网络基础 上发展出来的一种新的分组交换数据应用业务。它采用 tcp/ip 协议，易于和现有的 internet技术及应用平台进行整合，实现 ip 技术与移动通信技术的完美结合，为用户提 供高速率、大容量的信息服务。同时，gprs 还具有快速登录、永远在线、组网灵活等 优点。基于无线集成中间件的集成系统，可以使用无线通信的 gprs 网络业务，进一步 扩展无线集成应用的范围，实现更加丰富业务集成10。 无线通信技术的飞速发展，在改变人们通信交流和生活方式的同时，也开始逐渐广 泛应用于工业生产领域、自动化控制领域、农业生产领域、自动化办公等领域，无线通 信应用领域和应用方式正在进一步深入。 华中科技大学硕士学位论文 13 2.2.2 异地无线通讯集成应用 移动通信技术正在深刻改变人们的工作、生活、交流方式，当前应用的无线通信技 术已经可以很好的满足人们在无线异地语音通信、即时短信息收发、无线上网、多媒体 数据传输的功能需求。随着异地无线通信技术的快速发展，移动通信技术不再仅仅局限 于移动通信终端设备的使用。工业控制系统开始逐渐集成无线通信技术，以满足在异地 或局域范围内的无线通信需求。如在电力系统的自动化控制系统中，将 gsm 模块集成 嵌入到各种仪表仪器中，如多功能电能表、故障测录仪、抄表系统和用电负荷监控等， 从而使这些仪表仪器具有远程通信功能，实现对电力系统的远距离智能监控。 制造业也在探索如何将这一快速发展的通信技术应用到企业中去，使无线通信技术 与制造业企业信息化管理系统相结合，这样将扩展 erp、pdm、bom、capp 等制造业 生产管理系统的应用领域，使企业更加高效、稳定地运转。图 2.3 为无线通信技术在制 造企业的应用示意图： gsm/gprs 无线通信技术 erp pdm bom capp 人 异地应用 软件 图 2.3 无线通信技术在制造企业应用 目前，制造业在无线通信方面的集成应用还比较少。本系统设计完成的基于无线集 成中间件的集成系统，基本上满足了制造业企业在无线通信方面集成的业务需求，实现 了无线异地人机系统集成和无线异地软件系统之间的集成。通过该集成系统，将制造业 企业人员、信息化生产管理软件与无线通信技术紧密集成在一起，进一步提高企业生产 决策能力和生产效率，提升企业信息化范围和水平。 2.2.3 无线通讯集成中间件技术 制造业当前应用的信息化软件系统基本都不具备无线集成的能力，如果对每个信息 华中科技大学硕士学位论文 14 化软件系统都进行无线集成的应用开发，这将是一个工作量很大的工作，也是没有必要 的，而且如果完全针对应用系统接口进行无线集成开发，有可能会影响信息化系统原有 功能稳定性。本集成系统采用中间件技术，开发了一个无线异地集成中间件。该中间件 具有通用性，可以应用于主要的制造业信息化软件系统，减少了针对各个系统进行开发 的繁杂工作。同时，该中间件具有即插即用的特点，当系统需要进行无线集成的时候， 连接该无线集成中间件进行集成应用，这样可以减少信息化软件系统资源消耗，具有灵 活方便、性能稳定等特点。如图 2.4 为制造企业基于无线通信中间件的集成示意图： 无线异地 集成中间 件 无线通信gsm 网络 无线通信gprs 网络 远程 桌面 软件 本地制 造业信 息化软 件系统 邮件 sms短 信 sms短 信 异地 工作 人员 异地 工作 人员 图 2.4 无线通信中间件集成示意图 无线异地集成中间件是本无线集成系统的关键模块，它封装完成了底层复杂的通信 操作、数据操作、应用集成协议操作等，为 pdm、erp 等信息化软件提供了集成接口 和完成集成数据交互。该集成系统基于无线异地集成中间件，利用成熟的无线 gsm 和 gprs 网络，通过 sms 短信和自动邮件的方式，实现了企业信息化软件系统与远程异地 企业人员和信息化桌面软件的集成。 2.3 异地 web 化集成中间件技术 2.3.1 异地web化桌面软件集成技术 异地桌面软件集成技术是解决互联网环境下企业间信息集成的关键技术，目前在这 种分布式外网下， 主要的通信框架有dcom、 corba、 .net、 j2ee、 tcp/ip、 web service 技术几种。这几类通信框架均是以tcp/ip为基础，并有具体的应用开发规范，屏蔽了底 层的通信细节。但是cad、pdm等制造企业信息化软件系统大都以在windows平台上 华中科技大学硕士学位论文 15 vc、pb开发的应用程序为主，j2ee框架无法与这些产品很好的集成，不能作为候选的 集成技术。 dcom是对原com技术的延续,主要是增加了远程调用com部件的功能。它可以支 持现有的tcp/ip、http等网络协议，还对java语言兼容。同时，微软也授权在unix、 solaris等其他操作系统平台上使用这种技术。 dcom只是一种可行的局域网内的分布 式集成方式。由于其自身实现和在安全方面的限制，dcom在跨局域网和internet外网上 的应用很受限制，而且它和corba一样不能穿透防火墙。 考虑到基于异地web化集成中 间件主要用于实现internet上外网制造企业间信息化应用软件的集成，所以不能采用 dcom技术。 corba是一种较好的分布式通信框架，也是事实上的工业标准，但是对于实现异 地web化集成中间件而言并不适用。主要出于以下的考虑：利用corba通信必须遵循 corba规范，使用idl（接口定义语言）作为主要的通信接口，系统紧密耦合，没有良 好的可扩展性与通用性。这样的系统往往十分脆弱，如果一端的执行机制发生变化，那 么另一端便会崩溃。 例如，如果服务器应用程序的接口发生更改，那么客户端便会崩溃， 对于已经定型的软件系统（不是corba体系）和基于消息的通信而言，使用不便。 corba同样在internet通信方面存在穿越防火墙等限制，同时在传送文件和大数据量二 进制数据方面存在缺陷。考虑到本集成系统是通过采用即插即用异地web化集成中间件 的方式，将当前已经成熟应用的信息化软件产品扩展到外网下，对已有的系统不能做太 大的改动，并且最好能够没有端口的限制，安全方便的进行通信。因此，采用corba 技术将不是一个很好的解决方法11- 12。 web service(web 服务)是一种较新的分布式处理技术，它是基于网络的、分布式的 模块化组件，并遵守 internet技术规范，这些规范使得 web service 能与其它兼容的组件 进行互操作。web 服务成功的关键在于它基于开放的标准，诸如微软、ibm 和 sun等主 要供应商都支持这些标准，使它拥有作为跨平台和跨供应商的集成技术的潜力。同时 web services 采用通用的 80 端口，可以很轻松的跨越防火墙的限制。基于 web services 技术的系统集成在利用原有软硬件资源的基础上， 为企业形成一个松散耦合的、 开放的、 跨平台、可扩展的软件支持。基于 web 服务的异地桌面软件集成技术是一个很好的解 决方案， 故本系统采用 web service 作为异地 web 化制造业信息化软件集成的关键技术。 2.3.2 基于 web服务软件集成技术 internet的迅速普及和广泛应用对软件技术的发展产生了深刻影响， pdm等信息化桌 华中科技大学硕士学位论文 16 面应用软件正在向网络应用转移，从网上获得的不仅是信息，还包括程序、交互式应用 （即服务） ，操作界面将在浏览器层面上得到统一，兼容性由网络标准技术实现（如 soap，uddi，wsdl等） 。在web services框架下，使用一组web services协议，构建信 息集成系统。对每个数据源都为其创建一个web service，然后使用wsdl向服务中心注 册。当要构建一个新的集成应用时，集成端首先向注册中心发送查找请求收集并选择合 适的数据源，然后通过soap协议从这些数据源获取数据。这种方法具有完好封装，松 散耦合，规范协议高度可集成能力等特性。因此，基于web services的信息集成方案是 构建web数据集成系统较为理想的体系结构。基于web services的集成技术具有以下特 点13： (1) 松散耦合： 基于web services的集成具有松散耦合的特性。 当服务请求者和提供 者之间业务关系改变时可灵活集成或取消，在为请求者提供高效服务的同时也 保证了服务提供者的知识产权。 (2) 良好的重用性：将业务逻辑封装作为服务注册发布后，可被互联网的任何节点 上的合法请求者远程调用，从而实现系统级的较大粒度重用，并通过软件实现 数据资源的共享。 (3) 低成本实现系统集成：由于各个系统所用开发语言不同，平台受限、程序移植、 部署困难，所以传统系统集成方法成本高昂。web services跨平台、开放、不受 语言限制、便于软件重用的特性， 可以低成本协调不同的设计模式和实现策略。 (4) 可扩展性： web services具有良好的封装性， 为服务提供者屏蔽了服务内部的实 现机制。在需求变化时，只需根据新的情况修改提供者，服务请求者基本不需 要改变自身的实现过程，避免了系统功能改变后的多次部署。 正是基于 web