CIM异构环境下信息集成规范与方案选讲

CIM异构环境下信息集成规范与方案李杰*李杰，1973年出生，博士生。主要研究方向：现代集成制造、智能成组技术。Email: leejie0390 徐勇 王云峰 吴晓丹（河北工业大学 天津 300130）摘要 本文在指出信息交换基本方式的基础上，分别分析了CIM实施企业的集成方案和几个主要的标准化集成规范。前者主要通过建立数据库管理系统或基于使能器的集成框架实现集成。后者主要包括CORBA、DCOM、EJB 和XML。最后指出，结合企业特征、基于WEB、建立在标准规范基础上的集成将是解决企业信息集成的主要方式。关键词 CIMS 信息集成 CORBA XML 1 引言从1973年美国的约瑟夫哈林顿（Joseph Harrington）博士在Computer Integrated Manufacturing一书中首次提出计算机集成制造（CIM，Computer Integrated Manufacturing）的概念，我国863计划CIMS主题项目的实施到今天的现代集成制造系统（Contemporary Integrated Manufacturing Systems，CIMS）CIMS关键在于集成已成为人们的共识。从CIMS集成的发展过程来看，系统集成从信息集成、过程集成向企业间集成发展123。信息集成是过程集成和企业间集成的前提和基础。信息集成在今天和今后仍然是企业信息化的主要内容，也是实施诸如并行工程等其它先进技术的基础2。信息集成是针对设计、管理和加工制造中大量存在的自动化孤岛，解决异构环境下信息的正确、高效共享和交换。这是改善企业技术和管理水平必须首先解决的问题2。企业的信息集成要解决两个方面的问题，即分布在企业各处的信息集成和企业支撑环境集成4。企业信息极端复杂，涉及到设计、工艺、生产、资源、计划管理、组织等各方面。数据类型复杂，语义繁多。由异构分布式的操作系统、数据库系统和网络协议所构成的复杂支撑环境的集成也是企业实现信息集成所必须解决的问题。由于信息集成问题的重要性和复杂性，它已经成为学术界和企业界研究的重点。本文将在指出信息交换基本方式的基础上，从CIMS实施企业集成方案和标准集成规范与框架、以数据为中心和以代码为中心的集成技术等两个角度对信息集成进行分类研究，并提出企业信息集成的发展趋势。文章第二部分在介绍信息交换基本方法的基础上，给出了CIMS信息集成方式的分类框架。第三和第四部分分别介绍了CIM实施企业的CIMS集成方案和由微软公司、对象管理组等建立的DCOM、CORBA等标准集成规范。文章最后的结论给出了信息集成的发展趋势。2 信息集成方式2.1信息交换的基本方法信息交换的基本方式有三种，即通过特定类型的文件、通过转换程序和通过数据库进行不同应用间的信息交换5。第一种是相对较简单的信息传递方式。在这种方式下，对于两个不同的应用，第二个应用能够读取第一个应用产生的特定类型的文件。一般这种以特定类型文件方式进行的是单向信息传递。第二种方式指中间转换程序将前一个应用的数据转换为后一个应用可以读取的数据或文件。转换程序可以对数据进行补充或修改。这是一种基于程序代码的集成方式。目前，许多软件商提供的转换程序能够进行双向数据交换。第三种方式是通过数据库系统进行信息交换，减少了不同应用之间信息交换的大量中间文件或转换程序。这是一种基于数据的集成方式。这种数据库集成系统既可以是公共数据库与各应用的分布数据库共存，也可以是所有数据都存放在一个公共中心数据库中。2.2 信息集成分类框架对于一个企业来说，CIMS集成无非有两种情况。一种是企业完全新建CIMS，从系统分析和设计开始，构建全新的基于标准数据模型的数据库系统以集成和管理各种设计、计划、制造和管理等信息。这种集成化系统的建立不仅成本高，而且由于管理和工程等数据在性质、范围和特征上存在着巨大的区别，建立这样基于一种标准数据模型的标准数据库几乎不可能6。对于大部分企业来说，均不同程度的存在自动化孤岛，造成原有自动化孤岛与新建系统共存与集成的问题。如何将原有自动化孤岛集成到CIMS系统成为企业信息集成的关键。80年代中后期，处理原有系统的方法是理解原程序并从程序代码中提取关键功能。将原有应用转化为两层的客户-服务器体系结构。随着网络交通需求的日益增加，90年代早期，三层结构取代了两层结构。90年代中期，面向对象语言和构件框架成熟起来，将重点从原有自动化孤岛系统的转换变为系统的集成。面向对象技术的成熟和被接受打开了通向对象封装器的大门。90年代已经过去，Internet促使企业放弃了成本高、浪费时间的软件改写。相反，公司正在现有应用上放置前端浏览器或创建新的能够平衡原有系统功能的综合应用7。目前，针对原有自动化孤岛集成的问题，一方面，企业在CIM设计和实施中，建立实施了针对企业特征和集成需求的集成方案。另一方面，对象管理组（Object Management Group，OMG）、微软公司等软件企业或组织也建立了CORBA（Common Object Request Broker Architecture）、DCOM（Distributed Component Object Model）、XML（eXtensible Markup Language）等标准化的集成规范、协议和框架。上述方案和规范分别从程序编码和数据管理角度实现信息集成，如表1所示。表1针对自动化孤岛的信息集成方式基于程序编码的信息集成基于数据的信息集成企业集成方案建立集成框架，通过使能器实现信息交换，如461011建立中心数据库与分布式数据库并存的DBMS，如89标准集成规范CORBA DCOM EJBXML3 企业集成方案CIMS实施企业集成自动化孤岛有两种方式，一是设计一个集成化的数据管理系统管理中心数据库，属于各子系统的多种异构分布式数据库同时存在89。如图1所示，这是一种基于数据的集成方式。这种方法能够创建一个集成化制造系统。但是，建立这种集成系统需要对数据库和系统进行重新设计和重新编程，成本巨大，费时费力10。然而，企业可以建立一个集成化的框架作为现有异构数据库连接的桥梁。系统中的使能器连接现有的信息孤岛，实现信息的顺畅流动和数据库间的自动信息交换，实现动态信息集成461011。如图2所示，这属于基于代码的集成方式。有的企业已经开始建立基于CORBA的CIM集成系统121314。集成界面使能器1使能器2使能器nDBMS1DBMS2DBMSnDB1DB2DBn图2 基于程序代码的企业信息集成方案中心数据库全局DBMSDBMS2DB2DBMS1DBMSnDBnDB1图1 基于数据的企业信息集成方案4 标准集成规范在CIMS实施企业设计建立自己的集成系统的同时，一些著名的商业软件公司和联合组织也正在致力于建立集成标准规范和框架，最具有代表性的是对象管理组（OMG）的CORBA、微软公司的DCOM、Sun 微系统公司的EJB（Enterprise JavaBeans）和W3C（World Wide Web Consortium）的XML715。CORBA、DCOM和EJB是分布式对象领域主要的三个系统。而且无论对象处于何处，用户均可用相同的方式向其提出服务请求。CORBA的核心是对象请求代理器（Object Request Broker，ORB）建立对象间客户-服务器关系的中间件。通过ORB，客户端可以访问服务器端的对象和方法，不同ORB产品之间通过协议（Internet Inter-ORB Protocol, IIOP）进行通信。CORBA利用界面定义语言（Interface Definition Language, IDL）描述对象的接口。任何对象，只要利用IDL对其接口参数进行定义和说明，就可接到ORB上，为其它系统提供服务或提出服务请求，而不需考虑系统的物理位置、运行平台和具体实现方式。DCOM，1996年提出，帮助建立基于微软WINDOWS系统COM构件的网络化应用，能够与UNIX和IBM主机的各种版本连接。EJB定义了一个用于开发和配置可重用的JAVA服务器构件的以JAVA为中心的框架。它的体系结构逻辑上扩展了早期基本的可视化JavaBeans构件模型以支持服务器服务。尽管本身是纯粹的JAVA技术，EJB提供了对CORBA和COM对象的互连，因而能够在不同分布构件框架之间通信。这些技术的每一个都使一种新的应用成为可能。但是，系统的能力有一定的限制。例如，CORBA中不是所有语言的所有数据类型能够被传送。然而，对于以数据为中心的方法不存在这种限制。如XML的对于特定领域的标记能力开创了原有系统集成的新方向。XML规范提供了通过使用嵌入式标签的描述数据框架。XML正带动产生着新一代的以数据为中心的系统集成方案，而不再需要对象封装器或专有的企业集成方案。XML本质上使数据不再依赖于软件基本结构。其层次数据模型使其能够很好的适应面向对象数据库存储，并且数据库厂家已经通过向它们的产品增加XML存贮和查询能力迅速的消除了不同应用的界限。解除数据对软件的依赖也使应用XML的基于当前WEB协议的数据交换成为可能。基于数据的中间件而非基于构件界面甚至将允许更大的系统集成，因为中间层服务器能恰当的将标签化的XML转换为一个应用所要求的任何形式。使用HTTP的WEB上存储和交换XML数据的标准，WDDX（Web Distributed Data Exchange）支持通用数据结构的交换，使之成为基于对象的体系结构如CORBA、COM和EJB的可能替代方案。5 结论对于信息集成问题，一方面，CIMS实施企业建立了适合企业需要的的个性化集成方案。另一方面，基于新技术新理念的集成标准规范和框架也不断出现。随着这些标准和规范的不断成熟，一些企业也开始建立基于CORBA等的CIMS系统。可以预见，未来企业信息集成方案将是CORBA等框架与企业特征相结合。同时，由于XML规范、协议等的不断发展和完善，基于Web的信息集成也将成为企业信息集成的另一个特征。总之，结合企业特征、基于WEB、建立在标准规范基础上的集成将是解决企业信息集成的主要方式。参考文献1 吴澄，李伯虎. 从计算机集成制造到现代集成制造-兼谈中国CIMS系统论的特点. 计算机集成制造系统，1998, 4(5): 1-6.2 李伯虎，吴澄，刘飞，戴国忠，张申生，齐二石，李华，张霖，田雨华，李永戎. 现代集成制造的发展与863/CIMS主题的实施策略. 计算机集成制造系统，1998, 4(5): 7-15.3 王云峰, 李杰, 颜威利. 信息社会CIMS的未来发展及应用. 河北工业大学学报, 2000，29(1): 30-33.4 Li G., Yin C. and Zheng H. 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Specifications and Schemes for Information Integration in Heterogeneous CIM EnvironmentLi Jie Xu Yong Wang Yunfeng Wu Xiaodan(Hebei University of Technology, Tianjin 300130)Abstract Based on the basic means of information connection, we analyzed the integration schemes with center DBMS or enabler-based integration framework, and several major standard integration specifications including CORBA, DCOM, EJB and XML. The conclusion is that the web and specification-based integration systems according to enterprises requirements will be the mainstream. Keywords CIMS Information Integration CORBA XML