（机械制造及其自动化专业论文）基于corbaxml的capp系统数据集成的研究与开发.pdf

西华大学硕十学位论文 基于c o r b a x m l 的c a p p 系统数据集成的研究与 开发 机械制造及其自动化专业 研究生陈琦指导教师蔡长韬教授 摘要 计算机网络技术给制造业带来了重大的影响和革新，网络化制造已经成为 制造业发展的主要趋势之一。企业信息化涉及到企业内部和外部，产品生命全 过程，以及各个部门，因此需要集成多方面资源。为了保证数据的有效性、完 整性、一致性，实现数据交换与共享，迫切要求对设计过程中的大量数据进行 统一管理。设计开发出基于c o r b a x m l 的c a p p 系统数据集成软件，保持了 产品工艺数据的完整性和一致性，为企业生产提供快速、准确的数据源。 本文在分析c a p p 技术研究现状和发展趋势的基础上，结合c o r b a x m l 技术优势，讨论了c o r b a x m l 技术在数据集成中的实现方法。在详细分析系 统需求状况的基础上，提出了在c s 和b s 混合工作模式下基于c o r b a x m l 技术的c a p p 系统体系结构，划分了系统的功能模块。阐述了基于c o r b a 与 x m l 技术的c a p p 数据集成系统的设计思想和实现方法。 讨论了运用x m l 文档树型结构模型描述产品制造信息资源的方法，同时 讨论了c o r b a 技术在程序设计时的实现方法。提出了x m l 技术与传统的数 据库技术相结合的方式，建立网络制造环境下c a p p 系统数据库，实现运用 c o r b a 技术对数据跨平台的集成，消息的发布、订阅等功能。 分析了c a p p 系统中c o r b a 功能需求，利用x m l c o r b a 和v c + + 程序 设计语言等软件技术，实现了c a p p 系统与c a d 系统的数据通讯，以及实现 从c o r b a 服务器的上传、下载功能。 西华大学硕士学位论文 最后，结合已实现的软件系统的应用状况分析，验证c a d c a p p 数据集成 的合理性和可行性。且具有较好的可扩展性，可以为今后与c a m e r p p d m 等 系统的数据集成提供接口支持。 关键词：对象请求代理，x m l ，工艺数据，c o r b a ，数据集成 i i 西华大学硕士学位论文 r e s e a r c ha n d d e v e l o p m e n to f d a t ai n t e g r a t i o n s y s t e m o fc a p pb a s e do nc o r b a x m l m a j o r ：m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n ga n da u t o m a t i o n m a s t e rc a n d i d a t e ：c h e nq i s u p e r v i s o r ：p m yc a ic h a n g t a o a b s t r a c t n e t w o r km a n u f a c t u r i n gh a st u r n e di n t oam a j o rt r e n di nm o d e m m a n u f a c t u r i n g i n d u s t r yw i t ht h er e v o l u t i o n a r yi n f l u e n c eb r o u g h tb yc o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g y e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n i z a t i o n ，w h i c hi n v o l v e si n t e m a la n de x t e m a lf a c t o r s ，p r o c e s s o fp r o d u c tl i f ea sw e l la sa l lf u n c t i o n a ld i v i s i o n s ，n e e d st oi n t e g r a t ev a r i o u sr e s o u r c e s t oe n s u r et h ev a l i d i t y , i n t e g r a l i t ya n dc o n s i s t e n c yo fd a t a ，f u r t h e rp r o m o t ed a t a e x c h a n g ea n ds h a r e ，i t i s n e c e s s a r y t oh a v eau n i t a r yc o n t r o lo fd a t ai nt h e d e v e l o p i n gp r o c e s s b a s e do nc o r b a x m lt e c h n i q u e ，t h ec a p ps y s t e mi s d e v e l o p e dt om a i n t a i ni n t e g r a l i t ya n dc o n s i s t e n c yo ft h em a n u f a c t u r i n gp r o c e s s ， e n s u r i n ge n t e r p r i s e sas p e e d ya n da c c u r a t ed a t as o u r c e i n i t i a l l yr e v i e w i n gt h es i t u a t i o na n df i e n do fc a p ps y s t e m , t h i sd i s s e r t a t i o n c o n d u c t e dar e s e a r c ho nt h e p o s s i b i l i t yo fa p p l y i n gx m lt e c h n i q u e o nd a t a i n t e g r a t i o nw i t ht e c h n i c a la d v a n t a g eo fc o r b a x m l a f t e rac o m p r e h e n s i v e a n a l y s i so fc a p ps y s t e mr e q u i r e m e n t s ，a 丘a m e w o f ko fc a p ps y s t e mo nt h eb a s i so f c o r b a x m lu n d e rc o m b i n e db sa n dc sm o d e lw a sp u tf o r w a r d ，a l s os y s t e m f u n c t i o n a lm o d u l e sw e r ef o r m e d t h ed i s s e r t a t i o nm a i n l ye x p l a i n e dt h ei d e o l o g ya n d i m p l e m e n t a t i o no fc a p ps y s t e mb a s e do nc o r b a x m lt e c h n o l o g yi nt h ed a t a i n t e g r a t i o n t h i sd i s s e r t a t i o nd i s c u s s e dt h e m e t h o d o l o g y o f d e p i c t i n gp r o d u c t i i i 西华大学硕士学位论文 m a n u f a c t u r i n gw i t ha l lx m l - b a s e dd o c u m e n tt r e ea n dt h ea p p l y i n go fc o r b a t e c h n i q u e si np r o g r a md e v e l o p i n g i ta l s op u tf o r w a r dac a p pd a t a b a s es y s t e m u n d e rn e t w o r km a n u f a c t u r i n ge n v i r o n m e n ti nam o d eo fx m la n dc o n v e n t i o n a l d a t a b a s e t e c h n i q u e s ，h e n c er e a l i z i n g t h eu f i l l s i n t e g r a t i o no fd a t a ，i n f o r m a t i o n r e l e a s i n ga n ds u b s c r i b i n gw i t hc o r b at e c h n i q u e i ta n a l y s e dt h ef u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t so fc o b r au n d e rc a p ps y s t e ma n d r e a l i z e dt r a n s s y s t e md a t ae x c h a n g eb e t w e e nc a p pa n dc a da sw e l la su p l o a da n d d o w n l o a df r o mac o r b as e r v e rw i t ht e c h n i q u e so fx m l c o r b a v c + + a n do t h e r s o f t w a r e f i n a l l y , t h er a t i o n a l i t ya n df e a s i b i l i t yo f c a d c a p pd a t ai n t e g r a t i o na r et e s t e d w i t ha na n a l y s i so fe x i s t i n gs o f t w a r es y s t e m s ag o o de x p a n s i b i l i t yi sc o n f n r n e dt o s u p p o r tc o n n e c t i n gw i t hc a m e r p p d ms y s t e m s k e y w o r d s ：o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ，x m l ，p r o c e s sp l a n n i n gd a t a ，c o r b a ， d a t ai n t e g r a t i o n i v 西华大学硕士学位论文 声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经 发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西华大学或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论 文中作了明确的说明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在西华大学读书期间在导师指导下取得的，论文成 果归西华大学所有，特此声明。 作者签字：7 呀蕊 舻护年么月日 导师签字：坳耘 加g 年，月莎日 6 7 西华大学硕士学位论文 1 绪论 1 1c a p p 概述 计算机辅助工艺设计( c o m p u t e r a i d e dp r o c e s sp l a n n i n g ，c a p p ) 是利用计 算机技术辅助工艺人员设计零件从毛坯到成品的制造方法，是将企业产品设计 数据转换为产品制造数据的一种技术，它从6 0 年代末诞生以来，其研究开发工 作_ 直在国内外蓬勃发展，而且逐渐引起越来越多的人们的重视。c a p p 是制 造业实现自动化的一个重要环节，是联系设计到制造的一个纽带【l 】。c a p p 系统 利用计算机软件硬件作为辅助工具，依据产品设计所给出的信息，对产品的加 工、装配等制造过程进行设计。c a p p 信息就是描述了产品在整个生产过程中 相关的条件和过程，包括总体信息，机加工信息，热处理信息，其他加工方法 和加工信息。随着数字化制造技术的发展，必然要求c a p p 系统支持远程访问处 理、协同设计和多系统数据共享，实现c a p p 与e r p p d m c a d c a m 等的数 据集成。一个能为工艺设计提供有效支持的c a p p 需要解决的诸多问题【2 】： 第一，文件资料的数据信息集成； 第二，业务流程信息集成； 第三，制造资源、工艺参数等以适当的形式建立制造资源和工艺参数库； 第四，c a p p 与其他系统的数据共享与集成，避免从设计到生产过程中数 据孤立问题。 第五，典型工艺模板化生成新的工艺文件。 应用c a p p 技术，可以使工艺人员避免重复的事务性，以及数据的重复录 入、数据冗余和数据不一致现象，从繁琐的工作中解脱出来。迅速从c a d 、p d m 等系统中获得必要数据，编制出完整、详尽、确实可靠的工艺文件，缩短生产 设计准备周期，提高产品制造质量，进而缩短整个产品开发周期。伴随着时代 的信息化，随着计算机集成制造系统( c o m p u t e ri n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ： c i m s ) 、并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ：c e ) 、智能制造系统( i n t e l l i g e n t m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ：i m s ) 、虚拟制造系统( v i r t u a lm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ： v m s ) 、敏捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ：a m ) 等先进制造系统的发展，无论从广 度上还是从深度上，都对c a p p 的发展提出了更新更高的要求【3 。 现今先进制造企业已经广泛使用企业资源计划 西华大学硕士学位论文 ( e n t e r p r i s e r e s o u r c ep l a n n i n g ， e r p ) ，产品数据管理( p r o d u c t d a t a m a n a g e m e n t ，p d m ) 。c a d c a m 向集成化、智能化、网络化、可视化方向的 发展，对c a p p 系统提出了许多新的要求。c a p p 的内涵和外延都在不断地发 展，c a p p 不仅仅是完成工艺过程设计，输出工艺规程，而是已经到了一个新 的发展阶段。提出基于c o r b a 和x m l 的c a p p 系统，有效的解决了数据在 诸多不同系统中的共享传输问题，设计一个智能化数据共享工艺信息系统 ( i n t e l l i g e n td a t as h a r i n gp r o c e s si n f o r m a t i o ns y s t e m ：i d s p i s ) ，实现了c a p p 对c a d 与c a m 承上启下的数据纽带关系。在集成化、智能化、网络化、可视 化c a d c a m 系统或先进制造模式中，c a p p 一方面向生产规划最佳化及作业 计划调度最佳化发展，作为e r p 的一个重要组成部分；c a p p 另一方面是能够 与物流系统相联系，生成n c 加工控制指令，以控制物流或加工过程【4 】。 1 2c o r b a 概述 c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ，公共对象请求代理体 系结构) 是由o m g ( 对象管理组织，o b i e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 【5 】提出的应用 软件体系结构和对象技术规范，其核心是一套标准的语言、接口和协议，以支 持异构分布应用程序间的互操作性及独立于平台和编程语言的对象重用。 c o r b a 经过近十年的发展，已逐步走向成熟，并成功地应用在我国许多 大型的软件系统中。近年来，随着互联网技术的日益成熟，公众及商业企业正 享受着高速、低价网络信息传输所带来的高品质数字生活。但是，由于网络规 模的不断扩大以及计算机软硬件技术水平的飞速提高，给传统的应用软件系统 的实现方式带来了巨大挑战。 首先，在企业级应用中，硬件系统集成商基于性能、价格、服务等方面的 考虑，通常在同一系统中集成来自不同厂商的硬件设备、操作系统、数据库平 台和网络协议等，由此带来的异构性给应用软件的互操作性、兼容性以及平滑 升级能力带来了严重问题。 另外，随着基于网络的业务不断增多，传统的客户服务器( c s ) 模式的 分布式应用方式越来越显示出在运行效率、系统网络安全性和系统升级能力等 方面的局限性。 2 西华大学硕士学位论文 为了解决分布式计算环境( d c e ，d i s t r i b u t e dc o m p u t i n ge n v i r o n m e n t ) 中 不同硬件设备和软件系统的互联，增强网络间软件的互操作性，解决传统分布 式计算模式中的不足等问题，对象管理组织( o m g ) 提出了公共对象请求代理 体系结构( c o r b a ) ，以增强软件系统间的互操作能力，使构造灵活的分布式 应用系统成为可能。 正是基于面向对象技术的发展和成熟、客户服务器软件系统模式的普遍应 用以及集成已有系统等方面的需求，推动了c o r b a 技术的成熟与发展。作为 面向对象系统的对象通信的核心，c o r b a 为当今网络计算环境带来了真正意 义上的互联【6 1 。 1 3c a p p 系统的研究现状及发展趋势 我国研究c a p p 系统是始于7 0 年代末，1 9 8 2 年上海同济大学正式发表了 我国第一个c a p p 系统t o j i c a p ，北京航空航天大学、南京航空航天大学、西 北工业大学、西安交通大学和济南第二机床厂等单位也研制成功了适用于特定 类型零件的系统，1 9 8 8 年5 月在南京航空航天大学召开了国内第一次c a p p 的 专题研讨会受到广大科研院所和制造企业的普遍关注，引发了国内的研究热潮， 至今已开发各类c a p p 有近百种，比如金叶c a p p 、同方c a p p 、天喻c a p p 等， 几乎遍及所有行业的机械制造部f - i t 7 11 8 。 c a p p 的研究已成为研究制造系统的重要课题之一，从目前国内外研究情 况看，以下领域成为c a p p 研究的热点： ( 1 ) 工艺设计的自动化 ( 2 ) c a p p 与c a d 、c a m 等系统的信息集成 ( 3 ) c a p p 与p p s ( 生产计划与调度) 的集成 ( 4 ) 工程化、商品化c a p p 工具类系统 随着企业信息化在制造型企业中的深化，各种先进制造模式不断出现， c a p p 系统的应用开始大规模铺开，当前c a p p 技术的发展趋势是： ( 1 ) 创成式系统发展为基于知识的智能专家系统。创成式c a p p 主要依靠 系统的逻辑决策来自动生成新零件的工艺规程，虽然具有较高的柔性但是由于 工艺过程设计较为复杂，针对性强，很难生成符合生产环境变化的合理工艺规 程。c a p p 系统不会停留在以解决事务性、管理性工作为主的阶段。基于知识 西华大学硕士学位论文 的c a p p 系统除了作为工艺设计辅助工具，还有将工艺专家的经验和知识积累 起来并加以充分利用的任务。在知识化的基础上，c a p p 系统应从实际出发， 从工艺设计在工序、特征形体层次或在全过程提供备选的工艺方案，并根据操 作者的工作记录进行各种层次的自学习、自适应。 ( 2 ) 交互式、渐进式c a p p 系统。c a p p 系统是用来帮助而不是取代工艺 设计人员，实用、通用的c a p p 工具系统不宜追求完全的自动化。操作者要有 足够的工艺知识和判断能力，关键决策要由操作者做出。决策、判断对具备足 够工艺判断能力的工艺人员来说不是很困难、很繁琐的工作；但对计算机而言 可能难以胜任。知识库及其使用法则需要逐步建立、验证、完善，商品化的、 基于知识的c a p p 工具系统需要有目标、有计划的渐进式发展。 ( 3 ) c a p p 系统标准化。根据对国家标准、国际标准和先进制造技术的分 析，结合各类企业工艺的根本需求，引导企业的工艺活动，促进工艺活动的规 范化，从而规范c a p p 系统的实施过程，使大部分企业使用的c a p p 系统是主 体相似的工程产品而不是个性独特的艺术品。 c a p p 的标准化是提高c a p p 系统适应性和系统集成的基础。为实现 c a d c a p p c m 之间的数据交换，国际标准化组织i s o 从1 9 8 4 年开始提出产 品模型数据交换标准s t e p 草案，以及近年来快速发展的x m l 技术。随着i s o 标准的通过，必将在数据交换方面使集成化的c a p p 系统向标准化方向发展。 ( 4 ) c a p p 系统集成化、网络化。 网络化是现代系统集成应用的必然要求，c a d c a p p c a m 的集成是c i m s 的难点和关键，c a p p 对内各种角色、工种的并行工艺设计，对外与c a d 的双 向数据交换，与c a q 、c a m 、p d m 等的集成应用都需要网络技术支撑，才能 实现企业级乃至更大范围的信息化。 ( 5 ) c a p p 系统工具化、工程化 各企业的工艺环境、管理模式千差万别，c a p p 既要适应各企业的具体情 况，又要控制针对具体企业的实施工作量、提高通用性，就需要加强c a p p 系 统的工具化和工程化。将c a p p 系统的功能分解成一个个相对独立的工具，用 户或软件公司的实施服务人员根据企业具体情况输入数据和知识，形成面向特 定的制造和管理环境的c a p p 系统；用户可以在实施服务人员指导下进行二次 开发。 4 西华大学硕士学位论文 在工程化方面，不加考虑地完全服从用户原有的环境和模式，去构建具体 的c a p p 系统并不完全合理，有必要根据对国家、国际标准和先进制造技术的 分析，结合各类企业工艺的根本需求，引导企业的工艺活动，促进工艺活动的 规范化，从而规范c a p p 系统的实施过程，使大部分企业使用的c a p p 系统是 主体相似的工程产品而不是个性独特的艺术品； 1 4 传统c a p p 在网络化制造中存在的问题 c a p p 的基本功能是利用计算机辅助工艺人员编制工艺规程，并将某些中 间数据和最终分析提供给企业信息制造的其它系统继承使用。针对传统c a p p 系统的开发中忽视了信息集成化重要性，使得c a p p 软件系统集成性、通用性 和扩展性差，因此，现有c a p p 系统面临的具体问题分析如下1 9 】： ( 1 ) 并行化问题：设计和制造是串行进行的，设计者、规划者和制造者之 间缺乏必要的通讯联系。 ( 2 ) 集成化问题：商业化c a d 系统的信息不能直接被c a p p 使用，增加了 c a p p 系统信息输入的难度和工作量，不同规划的系统之间相互独立不具备功 能集成，不能满足应急生产敏捷制造的需求。c a p p 系统是一个完整的分布式 网络应用系统。在集成制造环境下，c a p p 不但需要完成零件工艺设计、工艺数 据的管理和在其基础上的工艺决策，而且需要结合制造企业内各种技术单元，如 c a d 、p d m 、c a m 等实现集成的、并行的产品开发，进一步发挥c a p p 在整 个生产活动中的信息中枢和功能调节作用【lo 】。 在网络化设计和制造中，各网络化软件在产品的生命周期各个阶段发挥自 己的特长，从设计、加工工艺、装配工艺到制造，每一个过程都有专门的软件： c a d 、c a p p 、装配c a p p 、c a m 、c a e 等，这些软件也都有不同格式的输出 数据。同时，由于技术的发展，各个专业软件本身也存在版本问题，从而使得 不同时期同一类系统产生的数据会有所区别。这种异质系统的应用贯穿产品生 命周期的各个阶段，会使系统之间的数据通讯和数据共享成为一个瓶颈问题。 c a p p 与制造业信息系统之间不能g 很z 好地进行数据共享和数据交换，主要 问题是各个系统对数据的描述方法不一致，导致对有效数据的提取和挖掘难以 实现。如果应用x m l 来描述产品数据，为实现网络化制造环境下的信息、资 源的集成与共享【1 1 】。c a p p 从工艺数据库中存取数据，其它系统如c a m 、b o m 、 西华大学硕士学位论文 p d m 和c a p p 的集成完全基于在工艺数据库之上的x m l 数据，工艺数据库由 于安全性和并发方面的考虑，不能被外界系统任意访问，通过使用x m l 来描 述各个系统需要的数据，就可以提高系统的开放性、可靠性和安全性。 ( 3 ) 分布式规划问题：生产过程分散，通常涉及到许多部门，缺乏统一的 管理程序，协调组织困难。目前的大部分c a p p 系统只能提供单一操作的规划 功能，而不适合多个加工过程。 ( 4 ) 柔性化问题：不同企业不同的工艺规划要求，c a p p 系统应该有良好 的适应性。由于产品工艺规程问题的复杂性和制造环境的多变性，这些也要求 c a p p 系统应该有良好的柔性。 工艺设计对使用环境有着极大的依赖性，且工艺设计中许多工艺知识不具 备精确的定义和严密的数学模型，许多问题是非确定性的，至今工艺设计仍处 于经验决策阶段，这就导致工艺设计的动态性和经验性。目前，不同企业在加 工过程中使用的工艺卡片千差万别。通常，各个企业都是根据自身的标准和习 惯制定各种工艺卡片格式，工艺卡片种类繁多，针对性较强，缺乏灵活性和通 用性；其次由于卡片数据项之间的结构性关系不强，且不同卡片之间差异较大， 所以在设计软件时不得不对每张卡片设计一个数据库表来对应，为每一个工艺 卡片设计相应的存储和检索数据的程序，如果卡片的内容或形式发生变动，程 序就要修改，这对于随时自主的调整工艺卡片格式，轻松地适应企业标准化革 新不相符。另一方面，工艺卡片是工艺设计人员日常工作的主要对象，c a p p 软件很容易定位为工艺卡片的生成工具，然而企业真正关心的是工艺卡片上反 映的工艺数据，工艺卡片只是工艺设计人员要描述的工艺数据的表现形式。在 企业中工艺数据的汇总、计算、抄写等重复性工作占全部工作量的5 0 6 0 。工 艺人员的很大部分时间用于工艺数据的汇总统计等重复性劳动，不仅工作效率 低，而且很难保证工艺文件的准确性和一致性。 ( 5 ) 模型化问题：工艺过程是一种层次化结构，虽不同系统有所差别，但 也存在一些共性。根据共性，模型化，结构化才能得以实现，充分协调局部约 束的模块化工艺规程系统，使系统具有良好的鲁棒性。 ( 6 ) 动态规划问题：当前大多数工艺规划系统没有直接考虑到车间实时资 源的动态反馈，由于工厂的特殊事件和资源瓶颈，影响预定规划的顺利执行。 ( 7 ) 实用性问题：目前可以在实际工业生产中使用的c a p p 系统并不多， 6 西华大学硕士学位论文 能真正发挥c a p p 系统的作用的就少之又少，主要原因就是系统的实用性差。 1 5 课题来源及研究意义 ( 1 ) 课题来源 四川省教育厅重点科研项目：基于c o r b a 的区域网络化制造集成平台的 开发与应用( 项目编号0 5 2 0 2 0 9 4 ) 。 目前，随着信息技术和计算机网络技术的迅速发展，国内企业应用c a p p 技 术已开始普遍，但是c a p p 技术的数据集成应用研究远远落后于其他技术，对 c a p p 数据集成技术的开发和研究就显得更加必须和迫切了。由于实际生产中 c a d c a m 的不确定性，以及各个企业工艺流程，企业信息集成化程度的不同 的迥异，c a p p 的数据集成更加的困难。因此，在继承传统的c a p p 系统研究 成果的基础上，进一步探索网络化制造环境下的集成化、工具化c a p p 系统， 开发一个跨平台数据集成c a p p 系统、解决工艺设计是一个亟待探索的问题。 企业信息化和网络化制造是一种现今比较先进的制造模式，由于企业存在 差异，企业的资源很难有效地相互利用。而且各网络化软件在产品的生命周期 各个阶段发挥自己的特长，各个部门有着不同的软件：c a d 、c a p p 、c a m 、 c a e 、e r p 等，这些软件也都有不同格式的数据格式。同时，由于产品的差异 性，各个行业软件本身也存在不同点，从而使得数据难以区别以至于难于集成 共享。这种异质系统的应用贯穿产品生命周期的各个阶段，会使系统之间的数 据通讯和数据共享成为一个瓶颈问题。 目前国内外对于分布式技术和网络化制造的应用研究十分活跃，分布网络 化制造是当前研究的一个热点。许多专家学者提出了分布式异地协同设计、分 布式产品数据管理等系统模型并进行了一些理论研究。计算机辅助工艺规划 ( c a p p ) 被认为是联接计算机辅助设计( c a d ) 和计算机辅助制造( c a m ) 的桥梁，也是计算机集成制造系统( c i m s ) 的重要环节。c a p p 的研究和应用 可以提高产品质量，缩短产品开发周期，降低成本，从而提高产品设计和制造 的自动化水平，增强企业的市场竞争力。 本论文主要来源于四川省教育厅重点科研项目：“基于c o r b a 的区域网络 化制造集成平台的开发与应用”中c a p p 子系统及数据跨平台集成的研发。作者 负责网络化工艺设计系统的设计开发工作，x m l 的通用数据格式定义，以及本 c a p p 系统c o r b a 的读取、发布和订阅功能的完成。原先c a p p 系统于 西华大学硕士学位论文 c a d c 栅r p p d m 等系统独立，数据的录入和使用需要人工重新输入，工艺 图纸和工艺文件无法于其他系统共享，一旦所需要管理的图纸多，数据量大， 人工录入会出现无法避免的失误。鉴于此，设计和实现c a d c 黼r p p d m 多系统集成共享数据的系统是当务之急。 ( 2 ) 研究意义： 本文研究了在网络制造环境下c a p p 系统与c a d 以及及其他系统的数据集 成问题。系统采用x m l 技术，设计一个基于c o r b a 的c a p p 数据集成平台 的开发，可以将工艺设计人员从大量繁重的重复性的手工劳动中解放出来，使 他们能将主要精力投入到新产品的开发、工艺装备的改进及新工艺的研究等具 有创造性的工作中：可以大大缩短工艺设计周期，保证工艺设计的质量，提高 产品在市场上的竞争能力；可以提高企业工艺设计的标准化，并有利于工艺设 计的最优化工作；能够适应当前日趋自动化的现代制造环节的需要，并为实现 计算机集成制造系统创造必要的技术基础。其先进性的体现就是具有良好的可 扩展性和与制造业信息系统集成的能力，更好地保持产品工艺数据在整个制造 过程中的完整性、一致性。 1 6 论文主要工作 本论文主要分四大部分共六章内容，主要论述如何研究和实现了基于 c o r b a 和x m l 的c a p p 系统的数据集成开发工作。本论文的主要结构如下： 第一章介绍了c o r b a 技术的基本概念、国内外c a p p 研究和开发现状、 发展趋势和现有c a p p 系统存在的不足，以及建立跨平台数据集成体系结构的 必要性。 第二章介绍了c o r b a x m l 技术和采用c o r b a x m l 进行制造信息集成 的优势，论述了基于c o r b a x m l 技术的网络化制造系统的实现和基于x m l 文档结构的产品设计制造信息资源模型。 第三章论述了基于c o r b a x m l 的c a p p 系统的需求分析、技术选型、 系统框架和系统开发工具，阐述x m l 对工艺元数据及工艺设计的描述方法。 对c a p p 客户端和c o r b a 传输的数据格式和数据分析处理进行了详细的设计。 第四章详细阐述了基于c o r b a x m l 的c a p p 系统中主要功能的实现细 节。从c a p p 工艺数据的加载、文件的管理、工程文件的分类，到x m l 数据 西华大学硕士学位论文 接收、解析、处理，最后阐述了如何通过c o r b a 与其他系统迅捷的数据无缝 集成以及数据安全管理，并列举了一些系统实现的编码。 第五章结合项目应用实例介绍了基于c o r b a d ( m l 技术的应用和数据传 送、处理与分析，并进行演示。 第六章对本论文做了总结，并对基于c o i 氇a ，x m l 的c a p p 系统的研究 和开发进行了展望。 9 西华大学硕士学位论文 2 基于c o r b 刖x i l 数据集成的关键技术 2 1c o r b a x m l 的技术特点 2 1 1c o r b a 技术特点 通用对象请求代理体系结构( c o m m o n0 b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ， c o r b a ) 是o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p 对象管理集团) 组织在其o m a ( o b j e c tm a n a g e m e n ta r c h i t e c t u r e 对象管理体系结构) 中所指定的分布式对象 计算领域的规范。采用c o r b a 的o r b 作为该集成框架的“软件总线 c a d c a p p p d m 等应用程序只要给出用i d l 语言书写的界面，即可插到o r b 上而实现与其他对象的互操作各个异构数据源和服务也被封装成对象，其界面 亦用i d l 语言进行描述。不同的o r b 之间则通过i i o p 协议进行通讯。c o r b a 包括下列组件【】2 1 3 1 4 ： 客户端 戮黝缀戮燃 o r b 客产端 焉璧晨 t - 雾簟劂瞻熏 上下文对象对鬈适配 。，7 、_ 鬻黝溯i f i g u r e 2 1f r a m e w o r ko ft h ec o r b a 图2 1c o r b a 架构图 ( 1 ) o r b ( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r 对象请求代理) 驱动程序( o r be n g i n e ) ； 1 0 繁 西华大学硕士学位论文 ( 2 ) 动态调用接口：接口定义语言( i d l ) ； ( 3 ) 对象适配器； ( 4 ) o r b 接口； ( 5 ) 工具库：接口。 o m g 成立于1 9 8 9 年，作为一个非营利性组织，集中致力于开发在技术上 具有先进性、在商业上具有可行性并且独立于厂商的软件互联规范，推广面向 对象模型技术，增强软件的可移植性( p o r t a b i l i t y ) 、可重用性( r e u s a b i l i t y ) 和互操作性( i n t e r o p e r a b i l i t y ) 。 c o r b a 规范充分利用了现今软件技术发展的最新成果，在基于网络的分 布式应用环境下实现应用软件的集成，使得面向对象的软件在分布、异构环境 下实现可重用、可移植和互操作【”】【1 6 】。其特点可以总结为如下几个方面： 1 引入中间件( m i d d l e w a r e ) 作为事务代理，完成客户机( c l i e n t ) 向服 务( s e r v e r ) 提出的业务请求( 引入中间的件的概念后分布计算模式) ： 2 实现客户与服务对象的完全分开，客户不需要了解服务对象的实现过程 以及具体位置( 参见图2 1 所示的c o r b a 系统体系结构图) ； 3 提供软总线机制，使得在任何环境下、采用任何语言开发的软件只要符 合接口规范的定义，均能够集成到分布式系统中； 4 c o r b a 规范软件系统采用面向对象的软件实现方法开发应用系统，实 现对象内部细节的完整封装，保留对象方法的对外接口定义。 在以上特点中，最突出的是中间件的引入，在c o r b a 系统中称为对象请 求代理( o r b ，o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ) 和采用面向对象的开发模式。 对象模型是应用开发人员对客观事物属性和功能的具体抽象。由于c o r b a 使用了对象模型，将c o r b a 系统中所有的应用看成是对象及相关操作的集合， 因此通过对象请求代理( o r b ) ，使c o r b a 系统中分布在网络中应用对象的 获取只取决于网络的畅通性和服务对象特征获取的准确程度，而与对象的位置 以及对象所处的设备环境无关。 2 1 2x m l 技术特点 2 0 世纪6 0 年代末，i b m 公司为了解决不同专用格式创建的法律文件无法 在公司的各部门之间相互移植的问题，提出了通用标记语言，后来建立了标准 西华大学硕士学位论文 通用标记语言( s t a n d a r dg e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e ，简称s g m l ) 。1 9 8 6 年， 国际标准化组织i s o 采用了s g m l 。作为s g m l 的一个子集，目前已被广为使 用的h t m l 只具有格式化数据的功能，是一种不可扩充的标记集合，因此用户 无法根据自己的需要设置和添加有意义的、能够让其他人使用的标记【17 1 。 x m l 的语法有着严格的规范：树型结构、格式良好、合法，从而使得x m l 文档具有稳定、可靠、通用等良好性能。x m l 是一种描述数据内容、描述资源 的语言，具有清晰的语义性。x m l 清晰的语义性主要反映在它的标记( t a g ) 是开 放的，任何用户都可以根据自己的需要来定义标记，以反映标记所描述的数据 的种种性质。 x m l 对数据描述的具体形式是x m l 文档，而x m l 文档则以纯文本的形 式存在。尽管d t d 能够对x m l 文档中数据结构的有效性进行验证，但是d t d 自身存在着一些局限性，因此又推出了另一种用于验证x m l 文档结构合法性 的方法，即x m ls c h e m a 。它使用x m ls c h e m a 定义语言( 即x m ls c h e m a d e f i n i t i o nl a n g u a g e ，简称x s d ) 来定义用户标记语言，验证x m l 文档的有效性， 比d t d 更为有效，能够更好地控制标记语言的设计 1 8 】 1 9 】。与d t d 相比，x m l s c h e m a 本身就是一个x m l 文档。可以由x m l 文档编辑器编辑，并由x m l 解析器解析，甚至为其他应用程序( 如d o m 和s a x ) 提供了标准的编程接口。 此外，x m ls c h e m a 机制提供了丰富的数据类型，如s t r i n g 、b o o l e a n 、 d a t e a n d t i m e 等。用户甚至可以根据需要自行定义所需的数据类型。 x s ds c h e m a 文档的基本格式如下： x m l 的这些特点使得它不但迅速成为了网络数据交换的事实标准，而且 正在逐渐成为数据表示的标准。随着它的流行，一系列相关的标准( 如x m l s c h e m a ，x q u e r y ，x m l d a t a m o d e l 等) 也不断出现，形成了围绕x m l 的标 准集合，这反映了工业界对x m l 的巨大支持。越来越多的w e b 应用，如电 子商务，数字图书馆，信息服务等采用x m l 作为数据表现形式，也有很多的 网站采用x m l 作为信息发布的形式，可以预见到将有越来越多的x m l 数据 1 2 西华大学硕士学位论文 出现在i n t e m e t 上。 x m l 的优势之一是允许各个组织、个人建立适合自己需要的标记集合，并 且这些标记可以迅速地投入使用。这一特征使得x m l 可以在电子商务、政府 文档、司法、出版、c a d c a m 、保险机构、厂商和中介组织信息交换等领域 中一展身手，针对不同的系统、厂商提供各具特色的独立解决方案。 x m l 的最大优点在于它的数据存储格式不受显示格式的制约。一般来说， 一篇文档包括三个要素：数据、结构以及显示方式。对于h t m l 来说，显示方 式内嵌在数据中，这样在创建文本时，要时时考虑输出格式，如果因为需求不 同而需要对同样的内容进行不同风格的显示时，要从头创建一个全新的文档， 重复工作量很大。此外h t m l 缺乏对数据结构的描述，对于应用程序理解文档 内容、抽取语义信息都有诸多不便。 x m l 把文档的三要素独立开来，分别处理。首先把显示格式从数据内容中 独立出来，保存在样式单文件( s t y l es h e e t ) 中，这样如果需要改变文档的显示 方式，只要修改样式单文件就行了。x m l 的自我描述性质能够很好地表现许多 复杂的数据关系，使得基于x m l 的应用程序可以在x m l 文件中准确高效地搜 索相关的数据内容，忽略其他不相关部分。x m l 还有其他许多优点，比如它有 利于不同系统之间的信息交流，完全可以充当网际语言，并有希望成为数据和 文档交换的标准机制【2 0 2 1 1 2 2 1 。 当然，x m l 作为一个新建立的标准，还有许多不足之处：它在强调