0 前言

    目前國內(nèi)外對(duì)于分布式技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)化制造的應(yīng)用研究十分活躍，分布網(wǎng)絡(luò)化制造是當(dāng)前研究的一個(gè)熱點(diǎn)。許多專家學(xué)者提出了分布式異地協(xié)同設(shè)計(jì)、分布式產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等系統(tǒng)模型并進(jìn)行了一些理論研究。一些制造企業(yè)為了增強(qiáng)市場競爭力，在進(jìn)行信息化建設(shè)過程中，也開發(fā)了一些應(yīng)用系統(tǒng)和部分實(shí)現(xiàn)了企業(yè)內(nèi)部的信息集成。但是如何在分布環(huán)境下實(shí)現(xiàn)企業(yè)之間、企業(yè)內(nèi)部各應(yīng)用系統(tǒng)之間信息的共享，以及對(duì)原有系統(tǒng)的兼容，是一個(gè)十分突出的問題。因?yàn)橐粋€(gè)典型的分布環(huán)境包括有大型主機(jī)，ICNI工作站和PC機(jī)，各種機(jī)器所采用的操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)千差萬別。同時(shí)企業(yè)原有系統(tǒng)采用的體系結(jié)構(gòu)也不盡相同，功能上也不能滿足網(wǎng)絡(luò)化制造的需要，但是全部重新開發(fā)也不現(xiàn)實(shí)。因此基于分布式技術(shù)、向后兼容的、適用于產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)化制造的集成平臺(tái)的開發(fā)是制造企業(yè)當(dāng)前的迫切需要。

    1 分布式系統(tǒng)集成框架

    1.1 問題的引出

    1)對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)格式的不統(tǒng)一，有以下集成方案：

    ①產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)集成；

    ②基于STEP的集成；

    ③先進(jìn)的XML技術(shù)的信息集成。由于XML數(shù)據(jù)模式

    比較靈活，基于XML技術(shù)的信息集成可以隨時(shí)修改和添加實(shí)體信息相對(duì)于采用固定數(shù)據(jù)模式的STEP集成標(biāo)準(zhǔn)和粗粒度的數(shù)據(jù)管理(PDM)集成而言更適合于產(chǎn)品全生命周期中信息的交換和共享。采用XML作為數(shù)據(jù)傳輸格式，XML是W3C制定的用于描述數(shù)據(jù)文檔中關(guān)于數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)的標(biāo)記語言。XML作為一種互聯(lián)網(wǎng)交換數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)，其目標(biāo)是讓各種結(jié)構(gòu)的文檔都作為統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)文件的一部分在網(wǎng)上傳輸，以實(shí)現(xiàn)在不同系統(tǒng)間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。XML具有可擴(kuò)展性、平臺(tái)無關(guān)性、結(jié)構(gòu)化語義、數(shù)據(jù)無縫集成以及面向數(shù)據(jù)而獨(dú)立于應(yīng)用等特點(diǎn)。利用這些特性可以充分滿足Internet和分布式異構(gòu)環(huán)境的要求，將成為下一代網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕d體。

    2)針對(duì)不同操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)以及向后兼容的必要，可采用CORBA標(biāo)準(zhǔn)作為集成的技術(shù)平臺(tái)，可以從技術(shù)上解決集成過程中操作的透明性和系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，即無論任何數(shù)據(jù)源只要進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆庋b并向系統(tǒng)提供用CORBAIDL語言編寫的界面，就可以加入系統(tǒng)。表現(xiàn)在集成企業(yè)或者企業(yè)聯(lián)盟已有的應(yīng)用系統(tǒng)上，如Pro/Engineer，I-DEAS，MDT，MIS/MRP·/ERP系統(tǒng)，電子商務(wù)等等，需要通過CORB系統(tǒng)集成到一起實(shí)現(xiàn)信息的交互和共享。

    1.2 總體結(jié)構(gòu)

    系統(tǒng)框架如圖1所示，主要由3部分構(gòu)成：

    1)建立CORBA集成技術(shù)平臺(tái)，采用動(dòng)態(tài)連接技術(shù)，以便新服務(wù)能實(shí)時(shí)加入該平臺(tái)，利用CORBA可以方便地實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)之間的通信，CORBAORB/IIOP相當(dāng)于一根軟總線各個(gè)系統(tǒng)的功能模塊都作為CORBA的特定應(yīng)用對(duì)象，實(shí)現(xiàn)與其他信息系統(tǒng)和具有人機(jī)界面的設(shè)備控制器的通信和互操作。

    2)采用XML作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹虚g格式，收發(fā)兩端需要進(jìn)行XML數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，XML結(jié)構(gòu)可以把兩個(gè)數(shù)據(jù)來源集成一個(gè)整體，用戶不必關(guān)心顯示的數(shù)據(jù)來自何處，各系統(tǒng)通過映射表把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成XML數(shù)據(jù)，集成后的數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化的XMI.數(shù)據(jù)，詳細(xì)地定義了某個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如：如描述圖紙，詳細(xì)定義該圖紙的編號(hào)、名稱、版本號(hào)，類型等信息，客戶端可以通過XPATH檢索關(guān)鍵字得到所需要的信息。

    3)對(duì)CAD，CAPP，PDM系統(tǒng)分別進(jìn)行二次開發(fā)，增加含網(wǎng)絡(luò)功能的插件到系統(tǒng)中，二次開發(fā)目的是提供給用戶友好的界面和統(tǒng)一的開發(fā)平臺(tái)，便于以后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能擴(kuò)展。

    圖1 分布式系統(tǒng)集成框架

    2 實(shí)現(xiàn)分布式系統(tǒng)集成的關(guān)鍵技術(shù)

    2.1 CORBA部分

    采用CORBA的ORB作為該集成框架的“軟件總線CAD/CAPP/PDM等應(yīng)用程序只要給出用IDL語言書寫的界面，即可插到ORB上而實(shí)現(xiàn)與其他對(duì)象的互操作各個(gè)異構(gòu)數(shù)據(jù)源和服務(wù)也被封裝成對(duì)象，其界面亦用IDL語言進(jìn)行描述。不同的ORB之間則通過HOP協(xié)議進(jìn)行通訊。

    2.2 XML技術(shù)部分

    需要解決3個(gè)問題：

    1)如何用IDL定義XML的傳輸格式；

    2)如何把CADCAPP的數(shù)據(jù)文件映射為XML文件；

    3)如何提取XML中的數(shù)據(jù)到各個(gè)系統(tǒng)。

2.2.1 用IDL定義XML傳輸

    圖2 XML數(shù)據(jù)傳輸

    通過CORBA傳輸XML文檔有三種方式：

    1)最普遍的使用方式如

    缺點(diǎn)是：①不能保證get_details返回有效的XML，ORB只能保證返回的值是字符串類型，而這個(gè)值是不是有效的XML字符串，OBR卻無能為力。②效率低，服務(wù)器通過在內(nèi)存創(chuàng)建DOM樹實(shí)現(xiàn)get_details對(duì)數(shù)據(jù)的訪問，需要在DOM樹和XML字符串之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換，其應(yīng)用承擔(dān)了編碼和解碼工作，傳輸?shù)膬?nèi)容全通過字符串傳遞，數(shù)據(jù)量小還可以，對(duì)于制造業(yè)的二維三維圖將大大降低傳輸效率。

    2)字符串方式如

    缺點(diǎn)：這樣的結(jié)構(gòu)操作起來比較困難，而且容易出錯(cuò)。比如，由于這里采用sequence的結(jié)構(gòu)，在映射到C++語言時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)從sequence的中間插入或刪除子元素，這也就喪失使用XML的靈活性。

    3)DOM/ValueMapping方式

    把需要傳送的數(shù)據(jù)(節(jié)點(diǎn))，以一定的規(guī)則(XPATH等技術(shù)定位)取出，傳送FRAGMENT對(duì)象。DOM/value用IDL值類型值(valuetypes)表示XML解析樹中的結(jié)點(diǎn)，而DOM是用IDL界面(interfaces)表示XML解析樹中的結(jié)點(diǎn)。由于IDL值類型支持方法實(shí)現(xiàn)，結(jié)點(diǎn)擁有自己的方法實(shí)現(xiàn)，因此不需要將結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)成員公布給所有的應(yīng)用。更重要的是傳遞的是值而不是地址，應(yīng)用能直接將XML數(shù)據(jù)作為樹結(jié)構(gòu)發(fā)送和接受，而不需要轉(zhuǎn)化為字符串格式。這對(duì)應(yīng)用來說，避免了低效的字符串格式轉(zhuǎn)換，提高了應(yīng)用性能。

    2.2.2 數(shù)據(jù)映射

    從CAD/CAPP各個(gè)系統(tǒng)提取數(shù)據(jù)生成XML格式的數(shù)據(jù)作為中性格式進(jìn)行操作：

    1)CAD信息模型(圖3)

    圖3 CAD信息模型
 

CAD以XML格式導(dǎo)出零件信息模型的總體屬性，形狀特性，精度特性通過CORBA存入PDM供其他系統(tǒng)調(diào)用。

    2)CAPP信息模型(圖4)

    CAPP系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)，可以分為零件特征信息、工藝規(guī)程數(shù)據(jù)、工藝約束信息和制造環(huán)境數(shù)據(jù)。零件特征信息是來自設(shè)計(jì)階段零件的幾何數(shù)據(jù)、拓?fù)潢P(guān)系描述數(shù)據(jù)和技術(shù)要求數(shù)據(jù)，是對(duì)零件特征的描述；工藝規(guī)程數(shù)據(jù)包括表示零件制造的工藝過程和操作方法的所有文件，工藝過程卡片、工序卡屬于工藝規(guī)程數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)各階段的中間結(jié)果也是工藝規(guī)程數(shù)據(jù)；工藝約束信息，是生產(chǎn)流程中系統(tǒng)受到的約束條件，是進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)不可忽略的信息，是進(jìn)行工藝決策必須參照的規(guī)則；制造環(huán)境數(shù)據(jù)是CAPP的主要設(shè)備資源數(shù)據(jù)，分為對(duì)設(shè)備的管理信息和設(shè)備自身的靜態(tài)特性數(shù)據(jù)和動(dòng)態(tài)特征數(shù)據(jù)。

    圖4 CAPP信息模型

    為了后面開發(fā)的方便和系統(tǒng)中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的清楚.首先我們要對(duì)建模的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼。然后建摸，最后完成數(shù)據(jù)映射XML表達(dá)。

    ①零件的編碼規(guī)則(基于特征的編碼)零件信息編碼的目的是將零件的加工信息代碼化，以便于計(jì)算機(jī)的處理。這里，我們是基于零件的特征編碼。對(duì)于一個(gè)具體零件，所有的特征都用唯一的特征ID來標(biāo)識(shí)。主特征號(hào)用字符串“01～99”表示；輔特征的ID號(hào)用“主特征ID+01～99"表示。主特征編號(hào)的原則是從左至右、先外特征、后內(nèi)特征。0101～0103分別代表01號(hào)主特征的3個(gè)輔特征，其它輔特征的表示方法由此類推。

    ②建模零件的每一個(gè)主特征抽象為第一層節(jié)點(diǎn)(元素)，節(jié)點(diǎn)(元素)編號(hào)依據(jù)以上的編碼原理得到。為"01～99"；輔特征抽象為第二層節(jié)點(diǎn)(子元素)，其編號(hào)為“主特征編號(hào)+01～99"；特征的相關(guān)信息比如尺寸、表面質(zhì)量等抽象為邊(子元素或?qū)傩?。這樣子就可以抽象出零件的信息模型。

    ③數(shù)據(jù)表達(dá)基于上面建立的概念模型進(jìn)行邏輯模式的設(shè)計(jì).把模型中每個(gè)節(jié)點(diǎn)變成一個(gè)具有同名的元素類型。對(duì)于沒有引出邊的概念根據(jù)本身意義，定義為屬性或者是子元素。物理建模的時(shí)候，我們選用了XML的DTD來定義模式，并且依據(jù)CAPP中數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，對(duì)于零件特征數(shù)據(jù)采用面向數(shù)據(jù)處理進(jìn)行XML建模。

    3)PDM信息模型

    用XML模式建立PDM的信息模型有利于保證PDM數(shù)據(jù)以XML文檔的形式進(jìn)行存儲(chǔ)和交換，同時(shí)保證不同系統(tǒng)間PDM數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，有利于PDM數(shù)據(jù)以XML形式進(jìn)行存儲(chǔ)。利用NXD把PDM數(shù)據(jù)以XML的形式存儲(chǔ)起來，可以解決PDM數(shù)據(jù)和關(guān)系數(shù)據(jù)庫的阻抗問題，保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性。而建立PDM數(shù)據(jù)的XSD，就可以對(duì)存儲(chǔ)的XML文檔數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證，保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的正確性。建立PDM的XML模式，還有利于PDM數(shù)據(jù)的共享和交換。

    建立的PDM對(duì)象模型主要包括產(chǎn)品及零部件對(duì)象模型(BOM，包含了產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與配置、零部件分類、產(chǎn)品相關(guān)文檔與電子倉庫等)、工作流對(duì)象模型(WorkFlow)、項(xiàng)目對(duì)象模型(Project)、人員對(duì)象模型(Person)、文件對(duì)象模型(File)等。如圖5所示。

    根據(jù)PDM信息模型的對(duì)象模式，我們用XSD建立PDM信息模型的XML數(shù)據(jù)模式。XSD本身也是以XML文檔的格式書寫，XSD文檔的后綴名是xsd，XSD定義的數(shù)據(jù)模式以元素為節(jié)點(diǎn)，元素可以具有簡單類型和復(fù)雜類型兩種數(shù)據(jù)類型，每一個(gè)元素可以具有自己的子元素和屬性。

    圖5PDM對(duì)象模型的組成

    3 分布式集成系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

    1)首先需要定義IDL接口，封裝各個(gè)系統(tǒng)的服務(wù)；

    2)然后根據(jù)這些IDL接口生成STUB，SKELETON；

    3)在PDM，CAD，CAPP各系統(tǒng)上進(jìn)行二次開發(fā)，以插件的形式提取所需數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)化為XML通用格式，以STUB，SKELETON為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)到CORBA總線的連接；

    4)配置命名服務(wù)，注冊(cè)服務(wù)對(duì)象；

    5)使用DOM，SAX加上XPATH技術(shù)對(duì)接收到的XML文件進(jìn)行過濾，選取有用信息。

    4 結(jié)束語

    CORBA和XML技術(shù)將整個(gè)Intemet資源統(tǒng)一起來，其應(yīng)用領(lǐng)域一般具有大量的數(shù)據(jù)源，各個(gè)數(shù)據(jù)源互相獨(dú)立而且包含結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)都被轉(zhuǎn)化為XML結(jié)構(gòu)并通過ORB進(jìn)行通訊，隨著XML技術(shù)的不斷發(fā)展以及CORBA規(guī)范的不斷完善，必將二者有效地結(jié)合起來，充分發(fā)揮各自的長處，才能構(gòu)造出高效的、高擴(kuò)展性的應(yīng)用程序。

    本文詳細(xì)介紹了采用CORBA為基礎(chǔ)的分布式CAD/CAPP/PDM集成時(shí)所需要解決的問題，如何將各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)映射為XML結(jié)構(gòu)，為進(jìn)一步實(shí)施集成提供了理論依據(jù)。