网络化制造中企业应用系统集成方法研究

    1 引言
   
    应用系统集成就是把来自各方的各类部件、子系统、分系统，按照最佳性能的要求，通过科学方法与技术进行综合集成，组成有机、高效、统一、优化的系统。系统集成技术与方法从全局考虑各分系统之间的关系，研究各分系统之间的接口问题。系统集成包括信息集成、功能集成、过程集成及企业集成。网络化制造中包含了以上四种集成。分布计算环境是系统集成的重要基础，其目标是实现分散对等的协同计算(Decentralized， Peer-to-Peer Collaboration Computing)。制造计算环境倾向于是多 CPU 、操作系统、连接能力的异构混合。当前网络化制造的信息平台主要是基于 CORBA，DCOM, RMI ，JINI 等分布式组件技术进行构建的分布式系统。
   
    分布式计算模型是从本地讨算模型的基础上发展而来的。为了能够最大限度减低复杂度，重用本地计算模型去解决分布式计算的问题，传统的分布式计算模型尽量向编程人员屏蔽网络的存在，所以在编程人员看来，网络编程与本地编程并没有根本的差别，他们不用担心网络的存在;无须区分远程地址空间和本地地址空间的区别。所有的组件均利用一种通用语言一接口语言，般称为接口定义语言 (interface definition Language)，通过它来做到与具体编程语言无关。通过这些简化，编程人员采用本地计算模型来实现一个分布式的计算应用。有人称这种方法为"本地化设计、分布式工作"模型。 CORBA， DCOM, RMI 等都属于这种解决方式。 Web Service 和JINI 是新型得动态分布式实现方案。下面分别就以上几种分布式解决方案深入分析，并把它们的优缺点作了分析比较，为将来实施网络化制造平台提供有效的参考和指导。
   
    2 各种集成方法分析和比较研究
   
    尽管 CORBA 和 DOOM 已经在各种平台上得到了实现，但事实上建立在这些技术之上的任何解决方案都是依赖于单一厂商的实现。因此，如果要开发一个 DCOM 应用程序，分布式应用中的所有参与节点都必须以 Windows 风格运行;如果要开发 CORRA 应用程序，其应用环境中的每个节点都须运行相同的 ORB 产品。现在也布来自不同厂商的 CORBAORB 能够相互操作，但是这种互操作性并不能扩展到如安全与事务管理那样更高级别的服务中去，另外，在这种情况下所有特定于厂商的优化将会遗失殆尽。
   
    这两种协议都依赖于严酬情理环境，难以从外部进行调用。此外，程序员必须遵照协议规则处理数据排列和数据类型所需的消息格式。 DCOM 和 CORRA 都是服务器对服务器通信的协议，它们在客户机对服务器通信方面都存在严重的缺陷，特别是当客户机遍布 Internet 时。 CORBA， DCOM, RMI，及 JINI 的分析见表 1 和表 2。
   

    尽管 CORBA 和 DCOM 、RMI 等 RPC 组件存在着局限性，使得传统的网络化制造模式不能很好的满足全球一体化制造的需要。但在 Web Servic四及 SOAP 出现之前，由于我们迫切需要一个分布式计算模型，因此它们还是得到了广泛的应用。随着全球化市场的形成及网络技术的发展，制造企业越来越强烈地希望采用更合理、更先进的技术来提供对网络化制造与协作的支持。
   
    3 基于 Web Service 的企业应用系统集成方法
   
    全球化制造的分布式计算模型需要具备的特征是:解决方案一定是厂商、平台以及语言都无关的;此外.它所提供的不能只是互操作性的简单承诺，须使互操作性有较大的提高与改进;另外，客户机和服务器的通讯协议应当基于通用协议。即，需要建立在开放系统互连标准基础上的全新分布式计算模型。具体的说则是新的解决方案应当克服原有系统的弊端，同时满足以下面向全球的网络化创造的要求:
   
    (1) 互操作性:远程服务必须能为其他平台上的客户端所使用。
    (2)Internet 友好性:该解决方案必须能很好地支持客户端通过网络访问远程服务襟。
    (3) 强类型接口:远程服务所收发的数据类型应该尽可能地利用现有的 Internet 标准，避免重复开发解决问题的方案。
    (4) 广泛支持:该解决方案不应和某种编程语言紧密联系在一起。比如， Java RMI 和 Java 语言紧密联系在一起，要想从visual Basic 或 Perl 调用远程 Java 对象的功能就会很困难。
    (5) 支持任何分布式组件基础结构:该解决方案不应和特定的组件基础结构紧密结合。事实上。应该能够利用底层协议在现有的分布式组件对象基础结构(如 DCOM 和 CORBA)之间进行基本的通信。
   
    综合第 3 部分对 CORBA， DCOM, RMI, JINI 等分布式计算模式的分析比较以及对网络化制造中信息集成的要求，本文提出基于 Web Services 的网络化制造企业应用系统集成方案。
   
    Web Services 主要目标就是在现有的各种异构平台的基础上构筑一个通用的与平台无关、语言无关的技术层，各种不同平台之上的应用依靠这个技术层来实施彼此的连接和集成。通过基于 XML 的 SOAP 协议，Web Services因为面向全球的网络化制造集成提供了便利，同时，Web Services 是一种无须购买并部署的组件，这种组件是被一次部署到 Internet 中，然后到处可用的一种新型组件，所有应用只需要能够连人 Internet，就可以使用和集成 Web Services。通过采用 Web Services，开发的代价显著降低了，程序员无须与多种平台进行互，只需要与一种组件进行交互，即 Web Services，同时， Web Servic剧的调用界面完全采用标准的 XML 及相关技术，在代码实现上代价也有显著下降。通过采用 Web Servic曲，部署和集成的费用大大降低，流程的更改也无须改变太多的代码，甚至通过工具的支待，根本无须更改程序代码。同时，随着新的 Web Services 技术，如 WSDU UDDIJWSFL 的大量使用， Web Services 在运行时进行动态装配将成为现实，甚至可以应用户的需要而实时装配。
   
    图 1 给出了基于 Web Services 的体系架构模型。在这个模型中，企业内部所有的应用系统在对外接口上都用统一的对象模型 Web Services 封装。所有的 Web Services 挂接在 Internet。Intnmet 上，同时，通过 UDDI 注册机制在 UDDI 注册中心登记，面向 Internet/Intranet 提供商业服务。任意的客户，同样可通过UDDI 注册机制发现合乎自己要求的服务，找到服务提供者(企业 A，B，C)，然后通过 Internet 远程调用该服务。
   
    在这种模型下，任意制造企业只需要理解一种通用的组件接口(即 Web Service)，就可以利用现有的 Internet 上的 Web Services，而无须考虑 Web Services 的内部实现机制、操作平台、开发语言等细节。同时，对该服务的调用通过 SOAP 消息机制远程调用实现。因此，两者之间实现的是松散销合机制。即使在日后的运作过程中，当 Web Servic臼产生了接口上或是功能上的更改，制造企业作为服务消费者可以通过 Web Services 的描述性文梢及时地发现这一更改，自动消化并适应之。基于 Web Servic的体系构架给面向Internet 的网络化制造提供了一个全新的解决方案，其优越性表现如下:
   
    (1) 基于现行软硬件基础之上 :Web Services 团体系架构并不是一种全新的系统。制造企业内部的解决方案可以完全保留现状，并且可以采用不同的平台、语言和对象模型实现。企业为了把自己的服务发布到 Web 上，只需在原有的基础上按照标准迸行封装，而这种封装是基于 XML 的。比如图 1 中企业 A 只需要在其原有的 COM 对象模型基础之上增加一个 Web Services的接口封装就可以提供对外服务。
   
    (2)基于开放平台 :Web services 基于开放标准，如 HTTP，XML, SOAP。因此，许多支持这些标准协议的应用也同时支持Web Services。比如图 1 中的企业 A， B， C 和虚拟企业 A ，B 全部挂接在 Internet 上，所有的 Web services的描述、注册、查找、调用都基于 XML 格式的消息进行。而基于 XML 是一种完全的跨平台的标识语言，因此它可以畅通无阻地通过任何 Internet 协议，比如 HTTP， SMTP，FTP 在 Internet 上传输。
   
    (3)黑箱实现:跟组件一样， Web Services 是黑箱操作，并且可以在不知道 Web Services 是如何实现的情况下被重用。比如图中企业 A 和 B 使用了不同的对象模型实现了 Web Services，但是对于服务消费者一方而言，看到的却是封装好的 Web Services 。
   
    (4) 系统集成:通过 Web Services ，应用程序之间可以很轻松地互连，即使是通过 Internet。不同的客户端都可以使用 Web Web Services，甚至浏览器也可以。同时， Web Services 本身也可以互相通信或者调用别的 Web Services 所提供的方法。许多设备也可以调用服务，比如智能数控机床也可以访问 Web Services。
   
    (5)信息描述、发现和集成:比如图 1 中 Web Services 的提供者通过 Internet 在 UDDI 注册中心登记了自己所提供的 WehServices的描述信息，就有可能被任何 Web Services 客户所发现并利用。
   

    4 结论
   
    络化制造突出强调制造企业要具有快速、灵活的协同能力;尤其要求协同工作要能方便、动态地扩大到企业之间，以实现跨地区、跨企业的合作。作为实现动态企业虚拟联盟和有效提升企业敏捷性的关键，网络化制造环境下的应用系统的集成必须实现制造资源的快速发布和发现，支持跨越平台的松散稿企及异构制造资源的集成，维持制造资源的高度自治性和鲁棒性，同时保护企业原有的应用系统投资。本文提出一种基于 Web Services 的网络化制造企业应用系统集成方法，具有网络化制造系统集成所要求的特性，能够全面地支持网络化制造环境下制造资源的集成。不仅支持分布式制造资源 Web 服务的统一定义、发现与集成，还具有更强的安全性、可伸缩性和可维护性。
   
    本文作者创新点:网络化制造环境下的应用系统的集成必须实现制造资源的快速发布和发现，支持跨越平台的松散藕合及异构和制造资源的集成，维持制造资源的高度自治性和鲁棒性，同时保护企业原有的应用系统投资。本文提出的基于 Web Services 的网络化制造企业应用系统集成框架，具有网络化制造系统集成所要求的特性，能够全面地支持网络化制造环境下制造资源的集成。此文为作者的博士论文的基础组成部分，以后还有后续成果出现。