0 前言

    目前國內外對于分布式技術和網絡化制造的應用研究十分活躍，分布網絡化制造是當前研究的一個熱點。許多專家學者提出了分布式異地協同設計、分布式產品數據管理等系統模型并進行了一些理論研究。一些制造企業為了增強市場競爭力，在進行信息化建設過程中，也開發了一些應用系統和部分實現了企業內部的信息集成。但是如何在分布環境下實現企業之間、企業內部各應用系統之間信息的共享，以及對原有系統的兼容，是一個十分突出的問題。因為一個典型的分布環境包括有大型主機，ICNI工作站和PC機，各種機器所采用的操作系統、網絡通信協議和數據庫管理系統千差萬別。同時企業原有系統采用的體系結構也不盡相同，功能上也不能滿足網絡化制造的需要，但是全部重新開發也不現實。因此基于分布式技術、向后兼容的、適用于產品網絡化制造的集成平臺的開發是制造企業當前的迫切需要。

    1 分布式系統集成框架

    1.1 問題的引出

    1)對現有數據格式的不統一，有以下集成方案：

    ①產品數據管理(PDM)集成；

    ②基于STEP的集成；

    ③先進的XML技術的信息集成。由于XML數據模式

    比較靈活，基于XML技術的信息集成可以隨時修改和添加實體信息相對于采用固定數據模式的STEP集成標準和粗粒度的數據管理(PDM)集成而言更適合于產品全生命周期中信息的交換和共享。采用XML作為數據傳輸格式，XML是W3C制定的用于描述數據文檔中關于數據組織結構的標記語言。XML作為一種互聯網交換數據的標準，其目標是讓各種結構的文檔都作為統一的網絡文件的一部分在網上傳輸，以實現在不同系統間進行數據交換。XML具有可擴展性、平臺無關性、結構化語義、數據無縫集成以及面向數據而獨立于應用等特點。利用這些特性可以充分滿足Internet和分布式異構環境的要求，將成為下一代網絡數據傳輸的主要載體。

    2)針對不同操作系統、網絡通信協議和數據庫管理系統以及向后兼容的必要，可采用CORBA標準作為集成的技術平臺，可以從技術上解決集成過程中操作的透明性和系統的可擴展性，即無論任何數據源只要進行適當的封裝并向系統提供用CORBAIDL語言編寫的界面，就可以加入系統。表現在集成企業或者企業聯盟已有的應用系統上，如Pro/Engineer，I-DEAS，MDT，MIS/MRP·/ERP系統，電子商務等等，需要通過CORB系統集成到一起實現信息的交互和共享。

    1.2 總體結構

    系統框架如圖1所示，主要由3部分構成：

    1)建立CORBA集成技術平臺，采用動態連接技術，以便新服務能實時加入該平臺，利用CORBA可以方便地實現不同系統之間的通信，CORBAORB/IIOP相當于一根軟總線各個系統的功能模塊都作為CORBA的特定應用對象，實現與其他信息系統和具有人機界面的設備控制器的通信和互操作。

    2)采用XML作為數據傳輸的中間格式，收發兩端需要進行XML數據轉換，XML結構可以把兩個數據來源集成一個整體，用戶不必關心顯示的數據來自何處，各系統通過映射表把數據轉換成XML數據，集成后的數據是結構化的XMI.數據，詳細地定義了某個數據對象的數據結構，如：如描述圖紙，詳細定義該圖紙的編號、名稱、版本號，類型等信息，客戶端可以通過XPATH檢索關鍵字得到所需要的信息。

    3)對CAD，CAPP，PDM系統分別進行二次開發，增加含網絡功能的插件到系統中，二次開發目的是提供給用戶友好的界面和統一的開發平臺，便于以后對系統進行功能擴展。

    圖1 分布式系統集成框架

    2 實現分布式系統集成的關鍵技術

    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等應用程序只要給出用IDL語言書寫的界面，即可插到ORB上而實現與其他對象的互操作各個異構數據源和服務也被封裝成對象，其界面亦用IDL語言進行描述。不同的ORB之間則通過HOP協議進行通訊。

    2.2 XML技術部分

    需要解決3個問題：

    1)如何用IDL定義XML的傳輸格式；

    2)如何把CADCAPP的數據文件映射為XML文件；

    3)如何提取XML中的數據到各個系統。

2.2.1 用IDL定義XML傳輸

    圖2 XML數據傳輸

    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，而這個值是不是有效的XML字符串，OBR卻無能為力。②效率低，服務器通過在內存創建DOM樹實現get_details對數據的訪問，需要在DOM樹和XML字符串之間進行轉換，其應用承擔了編碼和解碼工作，傳輸的內容全通過字符串傳遞，數據量小還可以，對于制造業的二維三維圖將大大降低傳輸效率。

    2)字符串方式如

    缺點：這樣的結構操作起來比較困難，而且容易出錯。比如，由于這里采用sequence的結構，在映射到C++語言時，很難實現從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

    把需要傳送的數據(節點)，以一定的規則(XPATH等技術定位)取出，傳送FRAGMENT對象。DOM/value用IDL值類型值(valuetypes)表示XML解析樹中的結點，而DOM是用IDL界面(interfaces)表示XML解析樹中的結點。由于IDL值類型支持方法實現，結點擁有自己的方法實現，因此不需要將結點的數據成員公布給所有的應用。更重要的是傳遞的是值而不是地址，應用能直接將XML數據作為樹結構發送和接受，而不需要轉化為字符串格式。這對應用來說，避免了低效的字符串格式轉換，提高了應用性能。

    2.2.2 數據映射

    從CAD/CAPP各個系統提取數據生成XML格式的數據作為中性格式進行操作：

    1)CAD信息模型(圖3)

    圖3 CAD信息模型
 

CAD以XML格式導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供其他系統調用。

    2)CAPP信息模型(圖4)

    CAPP系統中的數據，可以分為零件特征信息、工藝規程數據、工藝約束信息和制造環境數據。零件特征信息是來自設計階段零件的幾何數據、拓撲關系描述數據和技術要求數據，是對零件特征的描述；工藝規程數據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、工序卡屬于工藝規程數據進行工藝設計各階段的中間結果也是工藝規程數據；工藝約束信息，是生產流程中系統受到的約束條件，是進行工藝設計不可忽略的信息，是進行工藝決策必須參照的規則；制造環境數據是CAPP的主要設備資源數據，分為對設備的管理信息和設備自身的靜態特性數據和動態特征數據。

    圖4 CAPP信息模型

    為了后面開發的方便和系統中數據結構的清楚.首先我們要對建模的數據進行編碼。然后建摸，最后完成數據映射XML表達。

    ①零件的編碼規則(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，以便于計算機的處理。這里，我們是基于零件的特征編碼。對于一個具體零件，所有的特征都用唯一的特征ID來標識。主特征號用字符串“01～99”表示；輔特征的ID號用“主特征ID+01～99"表示。主特征編號的原則是從左至右、先外特征、后內特征。0101～0103分別代表01號主特征的3個輔特征，其它輔特征的表示方法由此類推。

    ②建模零件的每一個主特征抽象為第一層節點(元素)，節點(元素)編號依據以上的編碼原理得到。為"01～99"；輔特征抽象為第二層節點(子元素)，其編號為“主特征編號+01～99"；特征的相關信息比如尺寸、表面質量等抽象為邊(子元素或屬性)。這樣子就可以抽象出零件的信息模型。

    ③數據表達基于上面建立的概念模型進行邏輯模式的設計.把模型中每個節點變成一個具有同名的元素類型。對于沒有引出邊的概念根據本身意義，定義為屬性或者是子元素。物理建模的時候，我們選用了XML的DTD來定義模式，并且依據CAPP中數據的特點，對于零件特征數據采用面向數據處理進行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數據以XML文檔的形式進行存儲和交換，同時保證不同系統間PDM數據的統一，有利于PDM數據以XML形式進行存儲。利用NXD把PDM數據以XML的形式存儲起來，可以解決PDM數據和關系數據庫的阻抗問題，保證數據的一致性和完整性。而建立PDM數據的XSD，就可以對存儲的XML文檔數據進行驗證，保證數據存儲的正確性。建立PDM的XML模式，還有利于PDM數據的共享和交換。

    建立的PDM對象模型主要包括產品及零部件對象模型(BOM，包含了產品的結構與配置、零部件分類、產品相關文檔與電子倉庫等)、工作流對象模型(WorkFlow)、項目對象模型(Project)、人員對象模型(Person)、文件對象模型(File)等。如圖5所示。

    根據PDM信息模型的對象模式，我們用XSD建立PDM信息模型的XML數據模式。XSD本身也是以XML文檔的格式書寫，XSD文檔的后綴名是xsd，XSD定義的數據模式以元素為節點，元素可以具有簡單類型和復雜類型兩種數據類型，每一個元素可以具有自己的子元素和屬性。

    圖5PDM對象模型的組成

    3 分布式集成系統的實現

    1)首先需要定義IDL接口，封裝各個系統的服務；

    2)然后根據這些IDL接口生成STUB，SKELETON；

    3)在PDM，CAD，CAPP各系統上進行二次開發，以插件的形式提取所需數據并轉化為XML通用格式，以STUB，SKELETON為基礎實現到CORBA總線的連接；

    4)配置命名服務，注冊服務對象；

    5)使用DOM，SAX加上XPATH技術對接收到的XML文件進行過濾，選取有用信息。

    4 結束語

    CORBA和XML技術將整個Intemet資源統一起來，其應用領域一般具有大量的數據源，各個數據源互相獨立而且包含結構化和非結構化的數據，這些數據都被轉化為XML結構并通過ORB進行通訊，隨著XML技術的不斷發展以及CORBA規范的不斷完善，必將二者有效地結合起來，充分發揮各自的長處，才能構造出高效的、高擴展性的應用程序。

    本文詳細介紹了采用CORBA為基礎的分布式CAD/CAPP/PDM集成時所需要解決的問題，如何將各種數據結構映射為XML結構，為進一步實施集成提供了理論依據。