（计算机应用技术专业论文）fms异构多数据源集成技术研究.pdf

摘要 y3 9 8 1 0 2 本文针对设计制造一体化f m s 存在的异构多数据源集成问题，采用 c s 机制，建立了具有开放性的f m s 异构多数据源集成体系结构，对基 于中间件的多数据源异构信息集成方法等关键技术进行研究。同时结合 数据库应用体系结构，针对设计制造一体化f m s 不同分系统( 管理信息 分系统、c a d c a p p c a m 集成分系统、制造自动化分系统) 数据特点，结 合面向对象的分析、设计、实现方法分剐提出了各自信息的提取方法、 存储方法、数据结构及与数据库系统的接1 3 技术。并从系统的全面集成 运行角度出发，结合数据库系统安全机制，对应用系统的安全性进行设 计。 本文选择柔性制造系统技术国防科技重点实验室主实验系统作为实 例对象，分析了其数据管理存在的问题，并基于s y b a s e 数据库完成了异 构多数据源集成技术研究；结合“九五”预研课题“f m s 制造工程数据 库技术研究”，在实验系统上进行应用、考核，已通过验收并提交鉴定申 请。 关键词：f m sc s 体系结构异构环境制造工程数据 多数据源信息集成 a b s t r a c t i nt h i s p a p e r , t h e m e c h a n i s mo fc si s a d e l l o t e d t ob u i l da l l o p e n a n d i n t e g r a t e da r c h i t e c t u r ef o rt h ei s o m e r o u sm u l t i d a t as o u r c e si nf m s ，a i m i n g a t s o l v i n gi n t e g r a t e dp r o b l e m so fm u l t i - d a t a s o u r c e sw h i c he x i s ti nf m s ， e s p e c i a l l y i nt h ei n t e g r a t i o no fc a d c a ms e v e r a lk e yt e c h n o l o g i e sa r e s t u d i e do nt h eb a s i so fi n t e r m e d i a t ep l u ga n dt h ea p p l i c a t i o nm o d eo fc s c o m b i n i n gt h e m e t h o do fa n a l y s i s ，d e s i g n ，a n d i m p l e m e n t a t i o no fo b j e c t o r i e n t e ds o m et e c h n o l o g i e ss u c ha st h ee x t r a c t i n gm e a n s ，s t o r i n gm e a n s ， d a t as t r u c t u r ea n di n t e r f a c et od a t a b a s eo fd i f f e r e n ts y s t e m sa l ep r e s e n t e d r e s p e c t i v e l y , i nt h el i g h to ft h ec h a r a c t e r i s t i c s o ft h ed a t ao ft h ed i f f e r e n t s u b s y s t e ms u b j e c t e dt of m s f o rt h ei n t e g r a t i o no fc a d c a m ( m a n a g e m e n t i n f o r m a t i o n s u b s y s t e m ，c a d c a p p c a mi n t e g r a t i o ns u b s y s t e m a n d m a n u f a c t u r i n ga u t o m a t i o ns u b s y s t e m ) f r o m t h ep o i n to ft h es y s t e mr u n n i n g e n t i r e l ya n di n t e g r a t i v e , id e s i g n e dt h es y s t e ms e c u d t yw h i c hb ym e a n so f t h e s e c u r i t ym e c h a n i s m o f d a t a b a s e ， a tl a s t t h em a i ne x p e r i m e n t a ls y s t e mi nn a t i o n a l k e yl a b o ff m sf o r d e f e n s i v es c i & t e c h i ss e l e c t e dt ob eu s e da sas t u d y i n gi n s t a n c ea f t e r a n a l y z i n gt h ep r o b l e m s o fd a t am a n a g e m e n ta n dt h ei m p e r a t i v er e q u e s tt ot h e m a n a g e m e n to fd a t a b a s e ，ap r o t o t y p eo fi n t e g r a t e ds y s t e mi sd e v e l o p e do n t h eb a s i so f s y b a s e t h ep r o t o t y p eh a sb e e na p p l i e da n de x a m i n e di nf m s a c c o r d i n g t ot h en i n t hf i v ey e a rp r o j e c to ft h er e s e a r c ho nt h et e c h n o l o g yo f m a n u f a c t u r i n g a n d e n g i n e e r i n gd a t a b a s e f o rf m s k e y w o r d s ：f m sc sa r c h i t e c t u r ei s o m e r o u s e n v i r o n m e n t m a n u f a c t u r i n ga n de n g i n e e r i n gd a t a b a s e i n f o r m a t i o ni n t e g r a t i o no f m u l t i - d a t as o u r c e s 第一章绪论 1 1 引言 随着信息时代的到来，社会需求与世界市场发生了重大变化。需求 的多样化使得制造业向着多品种、小批量的方向发展；市场竞争的加剧， 迫使企业产品的更新周期缩短，成本不断降低，质量逐渐提高。为了提 高企业的应变能力和生存能力，人们开始探索用新的概念和方法来组织 企业的管理和生产，由此计算机集成制造系统( c i m s c o m p u t e r i 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 ) 和柔性制造系统( f m s f 1 e x i b l e m a n u f a c f u r i n gs y s t e m ) 技术应运而生。 c i m s f m s 被认为是未来机械制造工业的生产模式。在c l m s 模式中， 从市场预测、经营决策、计划控制、工程设计、生产制造、质量控制到 产品销售各个部门通过计算机网络联结在一起，共享信息以达到高效率、 高质量、低成本和灵活生产的目的。c i m s 集现代管理与多种计算机技术 与一身，是对传统生产方式的革命，代表了未来企业的发展方向。 在c i m s f m s 应用中，产品全生命周期的各个活动如产品设计、计划、 制造等需要各种各样的异构数据，有效地完成这些活动的最理想的途径 是所有数据应该能被并行地设计、建立和管理，因此，制造系统中的信 息集成已成为实现应用集成和最终实现企业集成的基础和关键。 然而，在大多数情况下，不同的制造应用系统根据各自的应用需求 配置了不同的计算机系统、网络系统、数据库系统，从而形成了异构的 分布支撑环境。 同时，在制造系统中，既有关系型数据又有非关系型数据；既有静 态数据，也存在动态实时数据，这些数据的采集方式、存储结构和访问 方式都是不同的，形成了一些信息孤岛，有限的资源共享，缺少数据交 换和信息的不一致给制造系统的集成带来了严重的缺陷。 因此，一个集成制造系统的关键是数据集成，如何在这种异构分布 环境下实现分布的应用系统间、应用系统与不同数据源的访问与操作， 在各种数据源自治的基础上实现信息的共享，提供从设计、计划到制造 的平滑的信息流动，允许多数据源问的自动信息交换，是实现制造系统 信息集成、解决信息孤岛问题的有效途径。 解决异构数据源访问所面临的问题主要有两个方面：一是运行环境 的异构性，包括网络的异构和计算机系统的异构；二是数据结构和数据 存储管理的异构。针对上述问题，本课题从异构数据源的访问层次和映 射机制出发，采用面向对象技术和c s 模式，对制造系统中异构数据源 的表示、存取访问机制和集成技术进行系统研究，探索有效的数据检索 与开放的异构数据源集成技术，为制造系统中的实时控制提供动态数据 接口，并为实现基于异构数据源访问的制造系统信息集成提供关键技术 i2 1 】【22 】 到目前为止，国内在数据库集成领域已经进行了许多的研究和开发 工作，出现了许多原型系统，这些原型系统采用传统技术实现了传统数 据库的集成，某些研究异构数据库的集成问题，也是主要着眼于异构环 境和异构数据库的集成，但它们都没有解决制造领域的某些特殊的数据 集成问题，例如在制造系统存在的大量工程数据的标识与集成问题、各 种异构数据源( 如文件系统、传统数据库系统、0 0 数据库系统) 之间的 集成问题。这些制造系统集成中异构数据源访问与集成技术还需要进一 步的研究与开发。 当前，分布式计算正朝着标准化和规范化方向发展，对异构数据源 的访问已成为分布式计算的重要研究内容。为此，国际上已成立了许多 标准化组织和联盟机构，如o s i 、o m g 、x o p e n 和o s f 等，它们从不同 的方面制定多数据源访问和操作的技术标准，如o d p 、c o r b a 、x o p e i q 、 d c e 等，参加这些组织和联盟的一些较大的计算机公司正按着上述的国 际标准规范开发相应的软件产品，这为制造系统信息集成中异构数据源 访问技术的研究奠定了一个良好的基础。 本课题作为“九五”国防科技跨行业重点预先研究计划“f m s 制造 工程数据库技术研究”项目( 项目编号为18 1 2 2 ) 的重要组成部分， 将针对柔性制造系统技术国防科技重点实验室主实验系统建立分布式工 程数据库系统，为各分系统的数据信息进行有效、合理的存储和管理提 供应用环境，实现f m s 全系统信息的并行访问，保证系统的稳定可靠运 行，实现由文件级的数据集成向数据库级的数据集成过渡。 2 课题预期完成目标是建立f m s 环境下异构多数据源信息集成，实现 c a d c a m c a p p f m s 有效集成，并在柔性制造系统技术国防科技重点实验 室主实验系统进行验证。 1 2f m s 对数据管理的需求 1 2 1 柔性制造系统( f m s ) 柔性制造技术( f m t ) 是当代制造领域迅速发展和应用的高新技术之 一，以柔性制造技术为基础发展起来的柔性制造系统( f m s ) 是实现工业 产品更新换代，加速开发和生产的强有力工具。 f m s 和c i m s 经过二十年的长期实践，近年来逐渐认识到以全盘自动 化为特征的大规模的f m s 和c i m s 工程投资巨大，技术难度高，承担风 险大，见效慢，因而开始转入寻求低值自动化( l o wc o s th u t 0 1 1 1 a ti o n ) 。 同时也对c i m 的哲理进行再认识，提出了许多f i i s 更加灵活的方式。主 要有下面4 种o ”5 1 ： 1 、p f m s p - f m s ( p s e u d of m s ) 意为准柔性制造系统，数控机床和普通机床并 存，物流系统由人工和自动相结合，侧重信息流的自动化并具有f b l s 的 基本结构。兵总5 8 所和湖南大学等一些单位相继开发了一批p - f m s 。 2 、“独立制造岛”模式下的f m s 独立制造岛( a m i ) 是一种以成组技术为基础，由数控机床和普通机 床组成的，具有自治能力和相对独立的生产系统。这种系统的特征是组 织、人员和技术三者的有机集成，面向车间，强调信息自动化并以获得 最佳经济效益为主要目标。 3 、柔性制造单元一一经济型f m s 柔性制造单元( f m c ) 有两种类型：一种是指若干台同种设备或功能 相同的设备集合，如铣削单元、车削单元；另一种是所谓成组单元，是 由若干台不同设备组成，但这些设备共同完成某一族零件的加工。由于 其规模小，复杂程度低，又将f m c 称为经济型f m s 。 4 、设计制造一体化先进制造系统 这种先进制造系统( a m s ) 是以设计制造一体化为特征的。面向产品 零件试制全过程，不追求物流系统全盘自动化，强调信息集成，是一种 适合我国国情并行之有效的生产系统。 柔性制造系统技术国防科技重点实验室主实验系统即是设计制造一 体化先进制造系统 1 2 2 广义f m s 功能子系统信息 c i m s 通常由管理信息系统、产品设计与制造工程设计系统、制造自 动化( 柔性自动化) 系统、质量保证系统4 个功能分系统和网络、数据库 两个支撑分系统组成“”1 。四个功能分系统之间的联系如图1 1 所示。 i 设计要求 物 市场信息 管理信息系统l ! 型耋二三苎塑l 工程设计子系绕 制造自动化系统 b o m 表、工艺规程 零件 测试结果 b o m 表、 工艺规程 质量保证子系统 图1 1c i m s 功能分系统之间的关系 管理信息系统：是以经营生产计划、主生产计划、物料需求计划、 能力需求计划、车间计划、车间调度与控制为主体形成闭环的一体 化生产经营与管理信息的系统。 制造自动化系统：是在计算机的控制与调度下，按照n c 代码将一个 毛坯加x - 戍合格的零件，并装配成部件以至产品，并将制造现场信 息实时反馈到相应部分。制造自动化系统要生成作业计划、优化调 度控制；生成工件、刀具、夹具需求计划及供应计划；进行系统状 态监控，故障诊断处理以及生产数据采集及评估等。 3 工程设计系统通常划分为c a d 、c a p p 、c a m 三部分。c a d 系统成功应 用有计算机绘图、有限元分析、计算机造型与图像显示、优化设计、 动态分析与仿真、生成物料清单( b o m ) ；c a p p 系统完成由产品设计 转换为按设计要求将原材料加工成产品所需的一系列加工动作和资 源的描述：c a m 系统完成刀具路径的规划、刀位丈件的生成、刀具轨 迹的仿真及n c 代码的生成。 4 质量保证系统主要采集、存储、评价与处理存在于设计、制造过程 中与质量相关的大量数据，从而形成一系列控制环，并且这些控制 环有效促进质量的提高。 c i m s 技术的关键是将各功能子系统有机集成一起，实现信息共享， 才能在较短的时间里作出高质量的经营( 业务) 决策，才能提高产品的质 量、降低成本、缩短交货期。c i m s 的核心在于集成，而集成的重要基础 是信息共享。数据库方法是实现信息共享的最重要途径。 c i m s 工程中，数据源的不一致性是一个突出的问题。在数据管理上， 一般采用下列机制：实时数据库系统、关系数据库系统、c a d c h m 设计 系统以及操作系统的文件管理系统，如图1 2 所示。 图1 2 当前c i m s 的数据存储机制 对于管理信息，如果不需实时处理，郝可采用关系数据系统进行管 理：对于需实时处理数据( 要进行快速响应并进行快速处理) ，则采用实 时数据库系统进行管理；对于图形数据，采用c a b 系统实现对图形数据 的处理和管理，即用专门的图形文件格式存储图形信息；文件管理系统 实现对一般文件的管理。在这样的配置下，c i m s 环境下数据完整性的控 制不能象在单一数据库环境下可由完整性约束控制，由系统自动实施。 而在这种c i m s 配置下，部分数据的完整性控制必须要由应用系统实现 ( 即通过用户自己编制程序来保证其数据的正确性与完整性) 由图1 2 可以看出：对不同数据源数据的存取是一个关键性的问题， 如何采取一种机制，能对不同数据源的数据进行安全、正确的存取，是 必须首先要解决的问题。 广义f m s 包含c i m s 四大系统中的制造自动化系统、工程设计子系统 和一部分管理信息系统的功能。 1 2 3f m s 数据类型及特点 f m s 中数据类型按各分系统描述如下“”： l 、管理信息系统的数据类型 管理信息系统数据类型一般为结构化信息，既可以用确定的表格 ( 表) 表示，其数据类型通常为数值型和字符型，用r d b m s 即可满 足管理信息系统处理要求。 2 、工程设计系统的数据类型 在c a d c a m 集成过程中要利用和生成大量的工程数据，这些数据包 括： 夺工程设计和分析数据：其中一部分是各种设计规范和标准以及 产品的技术参数，这些数据是供设计过程选用的静态数据。另一 部分是设计过程中生成的数据，如产品的结构分析、性能分析、 图形、尺寸公差、技术要求、材料热处理等数据，这些数据具有 高度的动态性。 夺产品模型数据：包括基本体素，产品零、部件的几何拓扑信 息，零部件的整体几何特征信息，几何变换信息和其它特征信息， 这类数据量大，数据结构复杂。 冷产品图形数据：零件图、部件图和装配图的数据。 6 夺专家知识和推理规则：主要包括智能c a d c a p p 系统中专家的经 验知识和推理规则。 夺产品的加工数据：计算机辅助制造中，需要查找一系列的标准 和工艺数据，同时还生成大量的加工数据，这些数据同样具有动 态特性。 3 、制造自动化系统的数据类型 制造自动化系统除了管理功能外，还要实时收集现场信息。管理功 能所涉及的信息为结构化数据，而实时信息在流程工业中采用d c s 控制系统采集实时信息，在制造自动化系统中实现信息集戍的关键 是如何管理实时数据信息，如何向管理型数据库系统传递信息。 总之，f m s 申的数据( 信息) 是相当复杂的，涉及到有关的产品、设 计、工艺生产、计划、资源、组织和管理等方面的内容，其特点是： 夺由于涉及大量工程数据，其数据类型比较复杂； 夺数据结构复杂，有结构化扣非结构化数据，对结构化数据有 多种表示方式，非结构化数据包括图形、工艺规程和n c 代 码等； 夺数据载体是多介质的，如正文，图形，图象等。 1 3 基于数据库的异构多数据源集成概述 数据库在其发展过程中，产生了各种各样的产品，这些产品在不同 的领域中发挥着巨大的作用。在8 6 3 c i m s 重点应用工厂中，由于经济和 历史的原因，本身就存在着异构数据库，生产的发展需要集成的技术和 环境。所以说，研究如何将不同的数据源集成起来，最大程度地保护用 户的投资，实现异种数据源的信息共享，是一个非常复杂而有实际意义 的问题。 1 3 1 异构数据库集成要解决的问题 异构数据库集成要解决的问题大致可以分为以下几个方面 1 、平台和网络的透明性 7 由于异构数据库系统可能运行在从桌面机到主机的多种机型上，而 且操作系统也可能不同，所以要实现异构数据库的集成，首先应当提供 平台的透明性，能够对依赖于平台的不同数据存储格式、浮点表示、字 节排列、国际字符格式、字符集等自动进行转换，使这些差别对用户和 开发人员透明。 异构数据库系统通常都在网络环境下进行通讯。异构数据库的集成 应当提供网络的透明性，支持常用的网络拓扑和协议。目前多数流行的 数据管理系统都能支持d e c n e t 、n e t b i o s 、t c p 1 p 、s p x i p x 、x 25 等常 用的网络协议。 2 、数据模型的转换 异构数据库集成是关系、网状、层次、语义和面向对象等多种数据 模型的数据库的集成，这就需要在不同的数据模型之间进行转换，使得 用户能够采用与本地数据库一致的方式访问到不同数据模型的远程数据 库中的数据。 数据模型的转换有两种方法：一种是进行数据库语言的转化，譬如 在层次数据库、网状数据库中提供支持s q l 语言的机制；另一种是采用 公共模型，其它模型均可与这种公共模型进行双向转换，从而实现不同 模型之间的转换。 3 、模式转换和集成 每个本地数据库都有描述自身数据结构的本地模式，各个本地模式 要构成全局模式以便进行跨数据库系统的数据操作。由于不同数据库中 的本地模式、全局模式和用户模式可能各不相同，应当能够将本地模式 转换并集成为全局模式，并从全局模式构造出不同的用户模式。 4 、分布环境的支持 分布环境下异构数据库集成后应当支持分布式查询语句，同时从两 个以上的异构数据库中检索数据，并连接成一个查询结果，既支持分布 式查询功能，也支持同时更新两个以上异构数据库中的数据。对于分布 式语句应当具有相应的自动优化功能，以提高数据访问的效率。应当有 分布式事务管理功能，保证一个事务的所有语句作为一个单元进行提交 或回退。 5 、位置透明性 位置透明性是指用户和编程人员不必知道数据库中数据的具体存入 位置，便能直接访问它。通常用户和编程人员只要指明数据项的逻辑名， 系统就能自动把逻辑名映射到该数据的物理地址上。 6 、语言透明性 异构数据库集成应当提供语言的透明性，让用户使用一种公共的标 准语言集就能够访问不同的成员数据库的数据。s q l 语言已成为事实上 的标准语言。 选择公共语言集有两种方法- 一是选不同数据库语言的公共集或标 准集；二是取某种数据库的操作语言作为公共语言。 以上考虑的几个问题仅是异构数据库系统集成中要解决的一些主要 问题，其它如局部自治性、用户管理和权限管理等问题也必须认真考虑 和处理。 1 3 2 异构数据库集成的常用方法 当前，异构数据库系统集成主要采用三种策略：公共编程接口、专 用数据库信关和公共协议。它们都是基于c s 体系结构的。 公共编程接口包括客户应用编程接口( c a p i ) 和服务器应用编程接口 ( s a p i ) 。c a p i 是一组过程库，通常以t s r 方式或d l l 方式驻留在客户工 作站上，一个c a p i 通常可以装载后端专用的驱动程序以访问不同的数据 源。s a p i 提供一个应用编程接口，并提供控制服务器与客户应用请求和 目标数据库之间的交互。象m i c 0 $ o r t 的o d b c 、o r a c l e 的s q l * n e t 等 就是这类用途的a p i 。 专用数据库信关( g a t e w a y ) 是一个转换器，客户通过它可以访问信关 支持的异种数据库。o r a c l e 、s y b a s e 、i n g r e s 等一些大型数据库都有自 己的信关产品，但这些信关产品通用性不好，只能支持有限的异种数据 库互连，并且数据通讯通常是单向的。 公共协议指对客户和服务器间通讯的格式和协议f a p ( f r a ma n d p r o t o c 0 1 ) 以及对数据库语言进行标准化，目前比较典型的有关f a p 的标 准是a n s i i s 0 的r d a 标准( i s o i e c 9 5 7 9 ) 和i b m 的分布式关系数据库体 系结构( d r d a ) 。在数据库语言方面，i s o 有数据库查询语言s q l 的标准( 如 i s 0 9 0 75 ：1 9 9 2 ) ，很多数据库产品部分或完全支持它。 上述三种策略在异构数据库系统集成中通常可以配合使用，并不互 相排斥。 1 3 3 几个主要的数据库集成产品 当前一些主要数据库产品基本上都采用了c s 的体系结构，提供了 许多分布式功能。以下对几个有代表性的数据库产品在访问异构数据库 方面作一简单介绍。 1 、s y b a s e s y b as e 数据库在体系结构方面首先实现c i e n t s e r v e r 结构，在分 布式功能的实现开口对异构数据库的访问以及集成方面有一套开放的机 制。 o p e nc 1 i e n t 和s y b a s e 之间联系的a p i ，为当今应用中出现的异构 客户软件和广泛的数据源及服务提供了非常好的可操作性。s y b a s eo p e n c 1 e n t 可以支持数以百计的s y b as e 或其它软件开发者的现成的应用和 工具，其中包括非s y b a s e3 7 - 具( 如基于o d b c 的工具) 。o p e nc 1 i e n t 允 许用户和软件厂商使用与s y b a s es q ls e r v e r 同样的方式访问非s y b a s e 数据源。程序员只需编写少量的代码便可将已有的非s q l 数据库应用转 化到服务器上。 s y b a s e 的n e t l i b r a r y 实现了网络透明性，用户可以在多种网络环 境下用其建立客户端和服务端的联系。此外，客户服务器之间的数据传 输格式和协议( f a p ) 不仅支持s y b as e 的t d s ( t a b u l a rd a t as tr e a m ) ，而 且可以扩充其它标准的f a p ，如r d a 、d r d a 等。s y b a s eo p e ng a t e w a y 是 针对特定目标数据源的信关产品，是s y b as e 的第一代信关( p a ss t h r u g a t e w a y ) ，它只是把目标数据的语言传递到目标r d b m s 中，不作任何翻 译。由于s y b as e 的o p e ng a t e w a y 和o p e n a p i 相结合，又同时支持s q l 和r p c ，因而使得用户能灵活地综合很宽范围的异种数据源，其中包括 非s o l 数据源。 o m n is q lg a t e w a y 是s y b as e 开发的新一代信关产品+ 它是可以同 时支持对多个异种数据源进行读写访问的通用信关，具有单一的开发管 理环境和单一的数据访问语言，同时也可作为一个p a ss t h r ug a t e w a y 使 用。它提供了非常出色的位置透明性、s q l 透明性。 2 、o r a c l e 0 r a c l e 数据库从7 0 开始采用了c s 的体系结构，可以实现许多分 布式数据库功能、如位置透明性、分布式查询更瓢、事务和二阶段提交 机制、分布式故障恢复等，其中也提供了集成异构数据库的机制。 o r a c l e 的s q l * n e t 作为联接网络中不同计算机上的客户和服务器接 口，可进行分布式事务处理，对客户和服务器之间的所有差别如内部数 据类型表示法、1 s 字符集等都进4 5 - 7 屏蔽。它采用了单一、公共的接 口，通过协议适配器就可把t n s 功能映象到任何工业标准协议上。 o r a c le 使用s q l * c o n n e c t 和o p e n * g a t e w a y 可以支持对非o r a c le 数据库的访问，使o r a c l e 和非o r a c l e 数据库可通过s q l * n e t 保持通信。 o p e n * g a t e w a y 提供了对多达1 2 种公共数据库格式的访问。 3 、s q bs e r v e r m ic e o s o f ts o ls er v e r 是一个在w in d o w sn t 操作系统下运行的多 用户、高 生能的关系数据库管理系统。s q l ( s tr u c t ur e dq u er yl a n g u a g e ) ， 一种被美国国家标准学会推荐为标准关系查询语言，被许多d b m s 广泛使 用的高级数据库语言。s o l 成为标准关系数据库语言，它描述了三种基 本语句形式：数据定叉语言( d d l ) ，用来连主数据库结构；数据控制语言 ( p c l ) ，用来处理用户对某个对象的允许：数据操作语言( d m l ) ，是最 重要的，它用来作其它一件事，包括增加、修改数据和执行查询。 从上述各种数据库产品所提供的导构数据库集成的机制来看， g a l e g , + a y 和a p l 是当今集成异构数据慝均主要方法。当前，一些戈型数 据库厂商的新版本d b m s 产品几乎都采用7c s 的体系结构，强调对分布 式功能的支持。它们都提供了访问异构：i 二 库的能力，可以与异构数据 库系统共同构成一个f d b s 。 13 4 分布环境下异构多数据源集成技术 f m s 环境下的信息集成是实现应用集成和企业集成的基础和关键， 但因f m s 在实施过程中，根据各自的应用需求配置了不同的计算机系 统、网络系统、数据库系统以及其它支撑系统，从而导致了c i m s 的支撑 环境是异构分布的环境。那么，如何在这种异构分布环境下实现不同数 据源之间的互操作，实现分布的应用系统间、应用系统与多种数据库源 间的互连与互操作，在各种数据源自治的基础上实现数据的共享与分布 处理，是当前c i m s 集成技术的关键之一。 目前，信息系统的集成方法主要有两种”1 ：重构方式和互操作方 式。在重构方式中，需要把旧系统中的应用逻辑、数据定义和数据都转 移到新系统中。这种方式的优点便于新系统维护和集成，但重构过程复 杂，且费用昂贵；互操作方式是通过设置新的标准界面，在已有信息系 统的基础上建立一个互操作平台，实现不同系统之间的互操作这种方 式既保持了已有系统中的数据和应用程序，还允许新的系统加入互操作 平台中，实现计算资源的共享，为用户提供一种统一的、规范化的、跨 越不同领域的、独立于数据源的互操作手段。因此，它更受人们的欢迎。 在数据库互操作和分布计算领域中，人们已经进行了许多的研究和 开发工作，出现了许多的原型系统和产品，譬如，m i c r o s o f t 的o d b c ， s y b a s e 的开放客户接口和开放服务器接口，o s f 和d c e 等，它们采用了 单一的c s 模式，实现了应用与不同数据库的互连和互操作，以及应用 系统之间的互连和互操作。这种互操作主要针对同构环境下的关系数据 库系统舜口应用系统，但对于c i m s 异构环境下某些特定的互操作与分布处 理问题，还需要进一步研究和开发。 为异构分布环境下多种数据源互操作与开放分布处理技术的研究奠 定了一个艮好的基础，特别是由分布式计算和面向对象技术基础上发展 起来的分布对象技术，为实现c l b t s 环境下的多数据源互操作和分布处理 开辟了一个良好前景。 1 4 主要研究内容 本丈既是国防科学技术工业委员会“九五”国防科技跨行业重点预 先研究计划“f m s 制造工程数据库技术研究”项目的重要组成部分，也 是作者参与研究开发异构多数据源集成技术研究的工作总结。论文研究 内容主要包括以下几个方面： 1 ) 通过对柔性制造系统技术国防科技重点实验室主实验系统中设计、 制造数据信息进行分析，基于c s 机制，确定异构多数据源制造工 程数据库应用体系结构。 2 ) 管理信息系统中异构信息集成。主要研究的关键技术有： 夺多数据源异构信息集成方法 冷实现c s 模式的应用方法 3 ) 采用面向对象的方法，提取c a d c a m c a p p 特征信息，并实现对象到 关系数据库的映射。主要研究的关键技术有： 夺零件的信息描述方法 令c a d c a m c a p p 工程数据的提取与存储 夺工程设计系统与数据库系统的集成技术 4 ) 利用s y b a s e 安全机制，实现系统安全性设计。 第二章异构多数据源集成体系结构 随着c i m s 应用需求的复杂化( 包括并行工程、精良生产和协同设计 等) 和相关技术的发展，特别是基于c s 模型的分布式计算技术和面向 对象技术的发展，使得信息集成平台中的分布计算采用分布对象技术成 为必要和可能。由于融入了面向对象的思想，分布对象技术能在保留现 有系统的技术与应用的基础上，集成新的技术和应用，实现基于开放分 布计算环境下的异构多数据源系统的无缝连接和互操作。 国际上已成立了若干标准化组织和联盟机构，如：o s i 、o m g 、 x o p e n 、o s p 等，它们从不同的侧面制定或正在制定与分布对象计算相 关的技术标准，如o d p 、c o r b a 、x o p e n 、d c e 等。参加这些组织和联盟 的一些较大的计算机公司正按着上述的国际标准规范开发相应的软件产 品。这为异构分布环境下多数据源互操作与开放分布处理技术的研究奠 定了一个良好基础。其中o m g 组织制定的c o r b a 规范目前已成为分布对 象技术的重要标准。 2 1o s 机理 在异构数据源的集成技术中，开放体系结构下的数据集成技术较适 合从实用的角度来解释当前包括c i m s f m s 在内的大量的数据集成问题。 从当前的技术发展趋势看，c s 结构是一种典型的开放结构，这种结构 下采用的一些技术( 如中间件、开放的分布式事务管理等) 非常有利于 异构数据源的集成。 1 、c s 应用机理 c s 技术包括c s 计算和c s 系统。 c s 计算是把应用分割成几个部分，并将它合理地分配到整个网络 上，这样就能最佳地利用计算机资源。当它与先进的微处理器、分布式 处理、关系型数据库、图形用户接口( g u i ) 、多媒体和先进的网络技术结 合使用时，c s 计算将成为一种强大的计算方法。 c s 计算的大致定义为：一个或多个c l l e n t 和一个或多个s e r v e r ， 以及操作系统和进程间的通信系统构成一个复合系统。这个复合系统允 许分布式计算、分析、处理、显示和打印。这样的系统称为c s 系统( 简 称c s 系统) 。 c s 系统是随着计算机技术、网络技术、数据库技术、通讯技术信 息处理技术的不断发展而产生的，它的出现为计算机界提供了一次的发 展高潮。目前，对c s 系统还没有统一严格的定义，但有人将其定义为： 以网络环境为基础，将计算机应用有机地分布在多台计算机中，其中作 为后台的s e r v e r 负责数据的存储管理及文件服务，作为前台的c li e n t 负责处理用户对数据及文件提出的请求服务，由s e r v e r 把信息传给 c 1i e n t 。因此，将c 1i e n t 端承担的数据处理部分交由s e r v e r 来完成， 降低了网络流通量，使系统整个性能有了较大提高。s e r v e r 控制管理数 据的能力由文件方式上升到数据库方式。 c s 计算通常在不同的处理机中运行。c 1l e n t 和s e r v e r 分别执行不 同的功能，因而也具有不同的特点： c 1 - e n t 的主要特点：c l i e n t 包含有文档处理软件、图形用户接口、 决策支持工具、前端电子邮件、数据库请求程序等；c 1l e n t 使用标准语 言( 如s o l ) 组成一个或多个请求给服务器和s e r v e r 进行通信，而这种通 信对用户是透明的；c 1 i e n t 根据s e r v e r 送来的对请求的处理结果进行 分析，然后再送给用户。 s e r v e r 的主要特点：s e r v e r 有文件s e r v e r ( 或称网络s e r v e r ) 和数据库 s e r v e r ，文件s e r v e r 负责网络通信和共享外设与文件的管理，数据库 s e r v e r 负责数据管理，执行公用的应用程序；s e r v e r 只是在c 1i e n t 的 请求下才为c l l e n t 提供服务，而不主动为c l i e n t 提供服务；s e r v e r 对 用户完全透明，一个与s e r v e r 通信的c 1l e n t 完全不知道s e r v e r 的硬件 与软件。 2 、o s 系统的构成 从目前应用情况看，c s 系统主要由以下几部分构成 夺局域网络b a n 。这是c s 通信子系统的骨干，是构成c s 系统的 核心，为网络提供低层通讯。 夺l a n 上的服务器。它可以是文件服务器或数据库服务器，也可以 满足用户业务需要为用户定制的服务器。主要由高档次计算机组 成。 夺连接到服务器上的机器。如果需要的话，这使c 1l e n t 容易访问 现有机器( 主机) 的海量信息资源。 夺高层连接支持。由远程过程调用( r p c ) 支持、c s 对话支持、s q l s e r v e rd b 语言构成。 夺采用图形用户接口g i j i 。 较典型的c s 系统构成如图2 1 所示。 数据库服务器 ( d s e r v e r 图2 1 典型的c s 系统构成图 2 2f m s 制造工程数据的多库结构 6 f m s 制造工程数据管理不仅有许多制造管理信息，而且有工程数据 信息。在工程信息中，一类为共用标准数据，包括设计规范、标准零部 件、刀具信息、加工知识等；另一类是某个具体设计项目的设计结果数 据库。由于工程设计具有反复试探性及多人共同参与的特性，在设计过 程中含有大量的临时性中间数据和中间结果”。”。因此，我们采用了多 图2 2 系统的多库结构 库结构如图2 2 所示。图中： 夺系统共享库：是各种标准化、规范和标准零部件库的集合，是一 个共享的数据库，可以被设计者读取，但对数据的修改维护等操 作则有权限管理； 夺项目共用库：存放工程项目的设计数据，可以有一组用户打开读 取，但与其它项目库相互独立： 夺私有库：支持具体的设计过程，属于每个具体的设计者。对数据 的操作、管理均由每个具体的设计者决定。 随着设计的进行，在系统共享库、项目共用库、私有设计库中的某 些信息会有所更替变动。如某个设计者的局部设计成熟后，提交到小组 内共享等，我们采用c h e c k i n ，c h e c k o u t 功能实现。 2 3 异构多数据源集成体系结构 制造工程数据信息集成，不仅要支持c a d c a p p c a m f m s 对数据管理 鼍、 的要求，而且要在数据一致性的条件下保证各应用系统之间的信息共享。 即在底层支持环境与上层应用系统之间建立一个有效的信息集成环境， 为整个集成系统有效地提供共享数据的集成和管理，为上层应用系统提 供一个方便、高效的集成开发和运行环境。 但是由于企业现有的底层支持环境多是由不同类型、不同型号的计 算机软、硬件组成，乃是一个异构的环境，同时在地理上它们往往又分 布在不同的场所，要通过网络实现互联访问，又是一个分布的环境。随 着网络数据库等技术的结合而发展起来的c s 技术则是在解决企业的信 息集成环境中发挥着越来越重要的作用。 c s 体系结构已成为构建企业信息系统的流行模式。服务器提供数 据访问服务，客户则进行应用处理，两者均衡负荷，协同工作，为开发 大型数据库信息系统提供了良好环境。 针对上述特点和要求，结合c s 概念的广泛应用，我们研制了一个 基于c s 的多库、多用户、异构的f m s 分布式工程数据库系统集成体系 结构1 4 8 1 1 4 9 | 。基于c s 异构分布式制造工程数据库系统体系结构见图2 3 。 盟! 塑! q ! 塑型! 工程数据库服务 数据一致性安全性管理 o p e ns e r v e r 接1 3 c g l t c p p 通讯管理 a r c h i v e i d b l 、一 e t h e m e tt c p i p 墨驰oobc接 用户界面客户应用ho 掣l 口 l 一 一! ! 婴望亟堡旦i 三三： 嵩需；圄用户界面客户应用 l ! ! c l i e n tn 图2 3 基于c s 的异构分布式制造工程数据库集成体系结构 通过c s 体系结构将_ t - 程数据管理系统与工程数据库应用程序分 开，从而增强了工程数据库的处理能力，较好地利用计算机资源。在客 户机上的应用程序处理所有的用户界面客户应用界面及本地的局部性 操作；服务器上的后端系统则主要进行数据库的管理维护工作“”1 。 1 o p e ns e r v e r 接口：o p e ns e r v e r 是s y b a s e c 1i e n t s e r v e r 技术 中的重要组成部分，由s e r v e r l ib r a r y 、n e t - l i b r ar y 和用户开发 服务程序组成。开放服务器接1 ：提供开放的可编程接口，以事件驱 动的方式为客户提供统一的数据库服务，通过r p c 将多种数据源集 成完成整个事务处理，为用户提供多线索、多路链接和网络的透明 访问功能。 2 o p e nc 1 i e n t 接口：是一组d b l i b r a r y 程序库，允许客户应用和 s y b a s es q ls e r v e r 和o p e ns e r v e r 交互作用，其中一部分程序发 送命令给s q ls e r v e r ，另一部分程序则处理这些命令的结果，还有 一些程序则处理错误，执行数据转换和提供一系列应用程序与s q l s e r v e r 交互的有关信息。基于o p e nc l i e n t 的应用访问服务器数据 流程见图2 4 。 3 。0 d b c