并行工程集成框架

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一、應用需求

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

1.以信息集成為基礎實現(xiàn)產品開發(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;

·互操作的工具和任務;

·產品數(shù)據(jù)管理;

·產品開發(fā)過程管理;

·決策支持。

其中每一步都是下一步的基礎。

通常,第1步和第2步保證數(shù)據(jù)按照標準格式(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。實現(xiàn)方法包括工程圖檔管理、工程數(shù)據(jù)庫、異構數(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步處理更復雜的問題,需要改變企業(yè)的組織結構和產品開發(fā)過程,建立一個跨平臺、跨領域的集成框架,支持產品開發(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.復雜產品開發(fā)涉及領域之間的集成

從企業(yè)功能和體系結構看,企業(yè)業(yè)務可劃分為多個功能領域,其中包括:產品/過程涉及領域、經營運行領域、行政管理/辦公自動化領域和監(jiān)控領域等。對負責產品開發(fā)的并行工程來說,每個功能領域有相應的支撐系統(tǒng),這些子系統(tǒng)間必須在完整的并行工程產品開發(fā)過程中進行相互通信和數(shù)據(jù)共享。近年來,基于面向對象技術和客戶/服務器計算模式的集成框架的研究、開發(fā)和應用,為企業(yè)全過程、多領域的集成提供了技術基礎。

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、異構網(wǎng)絡、不同操作系統(tǒng)和已有的傳統(tǒng)應用軟件的集成及即插即用的環(huán)境。它不僅要把企業(yè)的計算機輔助設計、制造、管理和質量保證等技術子系統(tǒng)有機地集成在一起,實現(xiàn)信息共享和集成,還要充分考慮人在企業(yè)中的作用,實現(xiàn)人、組織、經營管理和技術的集成,以及產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)的產品上市快、質量高、成本低、服務好(TQCS)問題,以贏得市場競爭。

3.注重產品及產品數(shù)據(jù)生命周期的概念

為了做到產品開發(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域之間做到這一點。集成框架為實現(xiàn)這一目標提供了技術基礎。

二、應用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1.研究與應用現(xiàn)狀

集成框架技術是80年代中期出現(xiàn)的。它的提出始于電子設計自動化(BDA)領域,為各種電子CAD工具提供了一個集成的運行開發(fā)環(huán)境,包括統(tǒng)一的用戶界面、設計數(shù)據(jù)的管理(版本管理、配置管理等)、設計方法和設計過程的管理、工具客戶化和第三方工具集成的擴展語言等。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子領域有Me ntor公司的Openview等。

進入90年代后,集成框架的思想、方法和技術以及應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)了基于面向對象技術和客戶/服務器計算模式的“軟總線 ”,以及應用系統(tǒng)、領域層框架和企業(yè)層框架的多層次框架體系結構,并開始研究和開發(fā)支持并行工程的集成框架。Internet/Intranet技術的飛速發(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)。在應用的廣度方面,出現(xiàn)了支持機械設計制造業(yè)領域和經營領域的集成框架。但是,我們必須認識到,到目前為止,還沒有一個跨領域、支持企業(yè)級信息集成和過程集成的集成框架主導產品。

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RPEIS,并于1995年底之前完成了電子、軟件和機械工程環(huán)境下EIS的應用演示。美國國防部認為,其規(guī)范、樣機及演示成果將推動相應的信息模型、框架和工程環(huán)境的開發(fā)。

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

2.發(fā)展趨勢

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

·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。

·針對一定的應用領域,如宇航、機械、電子等。

·采用面向對象技術和客戶/服務器體系結構,努力實現(xiàn)即插即用的“軟總線”式的集成環(huán)境(框架)。

·強調保護已有投資,支持分布、異構環(huán)境下在不同軟硬件平臺、不同網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫以及不同應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成基礎上的過程集成和過程優(yōu)化。

·注重開發(fā)性、可重用性、可擴充性和應用的透明性及互操作性。

·考慮不同標準和規(guī)范間的集成,例如:分布式計算環(huán)境(DCE)、面向對象的分布處理、集成軟件規(guī)范CORBA和COM/OLE、產品設計制造數(shù)據(jù)交換標準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技術為核心的應用系統(tǒng)集成技術成為新熱點。

總之,國外集成框架產品發(fā)展十分迅速,無論是產品的功能還是性能都在大幅度提高,國外的許多研究機構和軟件供應廠商都在積極地研究開發(fā)集成框架產品,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.體系結構

并行工程集成框架是支持企業(yè)內各類應用(設計、制造和經營管理)進行信息、功能和過程集成優(yōu)化的并行工程支撐環(huán)境,體系結構由應用系統(tǒng)層、領域框架層和企業(yè)框架層組成,如右圖所示。

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

領域框架層　由并行工程機械領域框架、電子系統(tǒng)領域框架和經營運行領域框架等組成。這些領域框架實現(xiàn)各自領域內已有應用系統(tǒng)的封裝集成,支持領域內并行產品定義、并行開發(fā)過程和產品開發(fā)團隊的管理。這些領域框架通過企業(yè)框架實現(xiàn)各領域框架的集成、不同領域應用系統(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設施兩部分組成。并行工程企業(yè)層框架基于CORBA2.0規(guī)范,為領域框架之間的集成提供請求/服務機制和互操作機制,建立領域框架和應用系統(tǒng)即插即用集成的“軟總線”。并行工程對象建模和管理服務為企業(yè)實施并行工程提供并行產品定義、產品開發(fā)過程重組建模和管理、集成產品開發(fā)團隊管理等服務設施。

2.主要功能

·并行工程產品定義、過程建模和產品集成開發(fā)團隊管理工具原型可用于定義不同領域應用之間并行產品的全局信息模型、產品結構和資源的管理,建立可視化的工作過程流程模型,定義和管理產品開發(fā)團隊、角色和權限,控制并行過程的實施。

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

·提供已有應用系統(tǒng)與領域框架之間、領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。可允許應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用軟件。

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

3.技術特點

本框架的技術方案以并行工程的過程集成和不同領域的應用系統(tǒng)集成等關鍵技術為突破點,其先進性表現(xiàn)在以下幾個方面:

·采用基于企業(yè)框架和領域框架的集成體系結構,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)范的面向對象和客戶/服務器

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

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