并行工程集成框架

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一、應(yīng)用需求

并行工程最重要的支撐系統(tǒng)之一是集成框架，即對產(chǎn)品生命周期中所有數(shù)據(jù)、組織資源和相關(guān)開發(fā)工程的集成化管理。這種需求體現(xiàn)在以下幾個方面:

1.以信息集成為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程的集成

從CIMS的信息集成發(fā)展到并行工程的過程集成可分為5個臺階：

·互操作的計算機(jī);

·互操作的工具和任務(wù);

·產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理;

·產(chǎn)品開發(fā)過程管理;

·決策支持。

其中每一步都是下一步的基礎(chǔ)。

通常,第1步和第2步保證數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)格式(如IGES、STEP、EDIF和VHDL等)在企業(yè)各分系統(tǒng)和工具之間傳遞,無需手工重新輸入。實(shí)現(xiàn)方法包括工程圖檔管理、工程數(shù)據(jù)庫、異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的集成與信息共享等。它們可以被看作是CIMS第一階段集成平臺。

第3步和第4步處理更復(fù)雜的問題,需要改變企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品開發(fā)過程,建立一個跨平臺、跨領(lǐng)域的集成框架,支持產(chǎn)品開發(fā)全過程的信息集成與過程集成。它們是并行工程最重要的特征。

第5步建立決策支持知識庫。一個依賴于產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境框架的策略可支持企業(yè)通過每一個步驟。

2.復(fù)雜產(chǎn)品開發(fā)涉及領(lǐng)域之間的集成

從企業(yè)功能和體系結(jié)構(gòu)看,企業(yè)業(yè)務(wù)可劃分為多個功能領(lǐng)域,其中包括:產(chǎn)品/過程涉及領(lǐng)域、經(jīng)營運(yùn)行領(lǐng)域、行政管理/辦公自動化領(lǐng)域和監(jiān)控領(lǐng)域等。對負(fù)責(zé)產(chǎn)品開發(fā)的并行工程來說,每個功能領(lǐng)域有相應(yīng)的支撐系統(tǒng),這些子系統(tǒng)間必須在完整的并行工程產(chǎn)品開發(fā)過程中進(jìn)行相互通信和數(shù)據(jù)共享。近年來,基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)和客戶/服務(wù)器計算模式的集成框架的研究、開發(fā)和應(yīng)用,為企業(yè)全過程、多領(lǐng)域的集成提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

集成框架軟件是一個軟件系統(tǒng),它提供了支持多廠商、多平臺、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)、不同操作系統(tǒng)和已有的傳統(tǒng)應(yīng)用軟件的集成及即插即用的環(huán)境。它不僅要把企業(yè)的計算機(jī)輔助設(shè)計、制造、管理和質(zhì)量保證等技術(shù)子系統(tǒng)有機(jī)地集成在一起,實(shí)現(xiàn)信息共享和集成,還要充分考慮人在企業(yè)中的作用,實(shí)現(xiàn)人、組織、經(jīng)營管理和技術(shù)的集成,以及產(chǎn)品全生命周期中的信息流和物流的集成優(yōu)化,使企業(yè)集成由信息集成發(fā)展到過程集成。只有這樣才能真正解決企業(yè)的產(chǎn)品上市快、質(zhì)量高、成本低、服務(wù)好(TQCS)問題,以贏得市場競爭。

3.注重產(chǎn)品及產(chǎn)品數(shù)據(jù)生命周期的概念

為了做到產(chǎn)品開發(fā)各環(huán)節(jié)對數(shù)據(jù)存取和操作的一致性,并行工程要求所有產(chǎn)品數(shù)據(jù)必須定義生命周期,并且需要一個過程管理工具,在正確的時刻、把正確的數(shù)據(jù)、按照正確的方式、傳遞給正確的人。目前,還沒有一個工具能在領(lǐng)域之間做到這一點(diǎn)。集成框架為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

二、應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1.研究與應(yīng)用現(xiàn)狀

集成框架技術(shù)是80年代中期出現(xiàn)的。它的提出始于電子設(shè)計自動化(BDA)領(lǐng)域,為各種電子CAD工具提供了一個集成的運(yùn)行開發(fā)環(huán)境,包括統(tǒng)一的用戶界面、設(shè)計數(shù)據(jù)的管理(版本管理、配置管理等)、設(shè)計方法和設(shè)計過程的管理、工具客戶化和第三方工具集成的擴(kuò)展語言等。集成框架的用戶包括CAD工具開發(fā)者、系統(tǒng)集成者和最終用戶。例如,在EDA子領(lǐng)域有Me ntor公司的Openview等。

進(jìn)入90年代后,集成框架的思想、方法和技術(shù)以及應(yīng)用的深度和廣度有了很大的發(fā)展。其中在研究和開發(fā)的深度方面, 出現(xiàn)了基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)和客戶/服務(wù)器計算模式的“軟總線 ”,以及應(yīng)用系統(tǒng)、領(lǐng)域?qū)涌蚣芎推髽I(yè)層框架的多層次框架體系結(jié)構(gòu),并開始研究和開發(fā)支持并行工程的集成框架。Internet/Intranet技術(shù)的飛速發(fā)展,促使人們考慮采用基于Interne t/Intranet的企業(yè)集成框架和集成系統(tǒng)。在應(yīng)用的廣度方面,出現(xiàn)了支持機(jī)械設(shè)計制造業(yè)領(lǐng)域和經(jīng)營領(lǐng)域的集成框架。但是,我們必須認(rèn)識到,到目前為止,還沒有一個跨領(lǐng)域、支持企業(yè)級信息集成和過程集成的集成框架主導(dǎo)產(chǎn)品。

美國Wright-Patterson空軍基地的Wright研究開發(fā)中心在1987年4月至1990年12月期間研究開發(fā)了用于宇航和電子類企業(yè)集成的集成框架,并分別開發(fā)了適用于這兩類企業(yè)集成的信息系統(tǒng)(IISS);Wright實(shí)驗室在1987年9月至1991年7月期間研究開發(fā)了適用于企業(yè)內(nèi)部和企業(yè)之間信息集成的集成框架——工程信息系統(tǒng)(EIS)樣機(jī)RPEIS,并于1995年底之前完成了電子、軟件和機(jī)械工程環(huán)境下EIS的應(yīng)用演示。美國國防部認(rèn)為,其規(guī)范、樣機(jī)及演示成果將推動相應(yīng)的信息模型、框架和工程環(huán)境的開發(fā)。

在機(jī)械產(chǎn)品CAD/CAPP/CAM方面有:SDRC公司的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理軟件Metaphase、EDS公司的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)IMAN、CV公司的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理軟件Optegra、PTC公司的產(chǎn)品設(shè)計管理軟件 Pro/PDM等;在經(jīng)營管理方面有DEC公司的FBE框架等;在電子和機(jī)械多領(lǐng)域設(shè)計方面研究和開發(fā)了一些原型和產(chǎn)品。例如,加州大學(xué)Berkeley分校的工程系統(tǒng)研究中心于1995年開發(fā)的支持消費(fèi)電子產(chǎn)品并行設(shè)計的電子、機(jī)械CAD系統(tǒng)并行設(shè)計制造的集成框架原型DUCADE。

2.發(fā)展趨勢

據(jù)有關(guān)部門分析和預(yù)測,支持并行工程、多設(shè)計領(lǐng)域的集成已成為企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計自動化新的發(fā)展趨勢。從當(dāng)前各公司推出的各種集成框架產(chǎn)品看,其主要特點(diǎn)與發(fā)展趨勢在于以下幾點(diǎn):

·重視支持企業(yè)中組織和人的集成,支持多用戶的交互操作,支持信息集成、功能集成和過程集成。

·針對一定的應(yīng)用領(lǐng)域,如宇航、機(jī)械、電子等。

·采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu),努力實(shí)現(xiàn)即插即用的“軟總線”式的集成環(huán)境(框架)。

·強(qiáng)調(diào)保護(hù)已有投資,支持分布、異構(gòu)環(huán)境下在不同軟硬件平臺、不同網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫以及不同應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成基礎(chǔ)上的過程集成和過程優(yōu)化。

·注重開發(fā)性、可重用性、可擴(kuò)充性和應(yīng)用的透明性及互操作性。

·考慮不同標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范間的集成,例如:分布式計算環(huán)境(DCE)、面向?qū)ο蟮姆植继幚怼⒓绍浖?guī)范CORBA和COM/OLE、產(chǎn)品設(shè)計制造數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP、EDIF等。

·將企業(yè)計算環(huán)境中的資源與Internet集成在一起。以Internet/Intranet技術(shù)為核心的應(yīng)用系統(tǒng)集成技術(shù)成為新熱點(diǎn)。

總之,國外集成框架產(chǎn)品發(fā)展十分迅速,無論是產(chǎn)品的功能還是性能都在大幅度提高,國外的許多研究機(jī)構(gòu)和軟件供應(yīng)廠商都在積極地研究開發(fā)集成框架產(chǎn)品,甚至將集成框架的研究開發(fā)作為贏得競爭的有效途徑。

三、體系與功能

1.體系結(jié)構(gòu)

并行工程集成框架是支持企業(yè)內(nèi)各類應(yīng)用(設(shè)計、制造和經(jīng)營管理)進(jìn)行信息、功能和過程集成優(yōu)化的并行工程支撐環(huán)境,體系結(jié)構(gòu)由應(yīng)用系統(tǒng)層、領(lǐng)域框架層和企業(yè)框架層組成,如右圖所示。

應(yīng)用系統(tǒng)層　由機(jī)械領(lǐng)域軟件(如CAX/DFX等)、電子系統(tǒng)并行開發(fā)領(lǐng)域軟件(如EDA軟件、微波CAD/CAT軟件等)和經(jīng)營領(lǐng)域軟件(如MRPⅡ等)組成。這些設(shè)計、制造和經(jīng)營應(yīng)用系統(tǒng)大多都有各自的集成子環(huán)境(稱為子領(lǐng)域框架),如在電子設(shè)計方面有Mentor EDA的Falcon框架,在機(jī)械設(shè)計方面有SDRC的Metaphase等。本課題把這些設(shè)計、制造和經(jīng)營管理軟件及其集成子環(huán)境/子領(lǐng)域框架作為已有應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行集成。

領(lǐng)域框架層　由并行工程機(jī)械領(lǐng)域框架、電子系統(tǒng)領(lǐng)域框架和經(jīng)營運(yùn)行領(lǐng)域框架等組成。這些領(lǐng)域框架實(shí)現(xiàn)各自領(lǐng)域內(nèi)已有應(yīng)用系統(tǒng)的封裝集成,支持領(lǐng)域內(nèi)并行產(chǎn)品定義、并行開發(fā)過程和產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊的管理。這些領(lǐng)域框架通過企業(yè)框架實(shí)現(xiàn)各領(lǐng)域框架的集成、不同領(lǐng)域應(yīng)用系統(tǒng)之間的全局信息和全局過程的集成。

企業(yè)框架層　由并行工程企業(yè)層框架與并行工程對象建模和管理服務(wù)設(shè)施兩部分組成。并行工程企業(yè)層框架基于CORBA2.0規(guī)范,為領(lǐng)域框架之間的集成提供請求/服務(wù)機(jī)制和互操作機(jī)制,建立領(lǐng)域框架和應(yīng)用系統(tǒng)即插即用集成的“軟總線”。并行工程對象建模和管理服務(wù)為企業(yè)實(shí)施并行工程提供并行產(chǎn)品定義、產(chǎn)品開發(fā)過程重組建模和管理、集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊管理等服務(wù)設(shè)施。

2.主要功能

·并行工程產(chǎn)品定義、過程建模和產(chǎn)品集成開發(fā)團(tuán)隊管理工具原型可用于定義不同領(lǐng)域應(yīng)用之間并行產(chǎn)品的全局信息模型、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和資源的管理,建立可視化的工作過程流程模型,定義和管理產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊、角色和權(quán)限,控制并行過程的實(shí)施。

·提供基于CORBA規(guī)范的即插即用“軟總線”,支持領(lǐng)域框架和應(yīng)用軟件的單點(diǎn)集成。

·提供已有應(yīng)用系統(tǒng)與領(lǐng)域框架之間、領(lǐng)域框架與并行工程企業(yè)層框架之間封裝集成的 IDL定義和編譯工具及適配器開發(fā)工具?？稍试S應(yīng)用軟件模塊插入系統(tǒng)的“軟總線”,并由各類用戶按需要在工作流中啟動應(yīng)用軟件。

·提供框架管理、應(yīng)用封裝集成的圖形用戶界面(GUI),為框架系統(tǒng)管理者、應(yīng)用封裝集成者和最終用戶的使用及瀏覽提供方便。

3.技術(shù)特點(diǎn)

本框架的技術(shù)方案以并行工程的過程集成和不同領(lǐng)域的應(yīng)用系統(tǒng)集成等關(guān)鍵技術(shù)為突破點(diǎn),其先進(jìn)性表現(xiàn)在以下幾個方面:

·采用基于企業(yè)框架和領(lǐng)域框架的集成體系結(jié)構(gòu),支持并行工程的信息集成、功能集成和過程集成。

·采用基于CORBA規(guī)范的面向?qū)ο蠛涂蛻?服務(wù)器

分布計算模型技術(shù),建立應(yīng)用系統(tǒng)即插即用的單點(diǎn)集成式“軟總線”。這不僅符合國際主流標(biāo)準(zhǔn),具有很好的開放性、可重用性、可擴(kuò)充性和互操作性,而且能方便、靈活、快速地支持應(yīng)用系統(tǒng)的集成,支持企業(yè)實(shí)施并行工程。

·采用國際上目前最新的研究成果,開發(fā)和集成支持并行產(chǎn)品定義、產(chǎn)品開發(fā)過程重構(gòu)、集成產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊的工具原型,支持并行工程的產(chǎn)品、過程、組織資源集成與優(yōu)化運(yùn)行。