并行工程集成框架

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一、应用需求

并行工程最重要的支撑系统之一是集成框架，即对产品生命周期中所有数据、组织资源和相关开发工程的集成化管理。这种需求体现在以下几个方面:

1.以信息集成为基础实现产品开发过程的集成

从CIMS的信息集成发展到并行工程的过程集成可分为5个台阶：

·互操作的计算机;

·互操作的工具和任务;

·产品数据管理;

·产品开发过程管理;

·决策支持。

其中每一步都是下一步的基础。

通常,第1步和第2步保证数据按照标准格式(如IGES、STEP、EDIF和VHDL等)在企业各分系统和工具之间传递,无需手工重新输入。实现方法包括工程图档管理、工程数据库、异构数据库的集成与信息共享等。它们可以被看作是CIMS第一阶段集成平台。

第3步和第4步处理更复杂的问题,需要改变企业的组织结构和产品开发过程,建立一个跨平台、跨领域的集成框架,支持产品开发全过程的信息集成与过程集成。它们是并行工程最重要的特征。

第5步建立决策支持知识库。一个依赖于产品开发环境框架的策略可支持企业通过每一个步骤。

2.复杂产品开发涉及领域之间的集成

从企业功能和体系结构看,企业业务可划分为多个功能领域,其中包括:产品/过程涉及领域、经营运行领域、行政管理/办公自动化领域和监控领域等。对负责产品开发的并行工程来说,每个功能领域有相应的支撑系统,这些子系统间必须在完整的并行工程产品开发过程中进行相互通信和数据共享。近年来,基于面向对象技术和客户/服务器计算模式的集成框架的研究、开发和应用,为企业全过程、多领域的集成提供了技术基础。

集成框架软件是一个软件系统,它提供了支持多厂商、多平台、异构网络、不同操作系统和已有的传统应用软件的集成及即插即用的环境。它不仅要把企业的计算机辅助设计、制造、管理和质量保证等技术子系统有机地集成在一起,实现信息共享和集成,还要充分考虑人在企业中的作用,实现人、组织、经营管理和技术的集成,以及产品全生命周期中的信息流和物流的集成优化,使企业集成由信息集成发展到过程集成。只有这样才能真正解决企业的产品上市快、质量高、成本低、服务好(TQCS)问题,以赢得市场竞争。

3.注重产品及产品数据生命周期的概念

为了做到产品开发各环节对数据存取和操作的一致性,并行工程要求所有产品数据必须定义生命周期,并且需要一个过程管理工具,在正确的时刻、把正确的数据、按照正确的方式、传递给正确的人。目前,还没有一个工具能在领域之间做到这一点。集成框架为实现这一目标提供了技术基础。

二、应用现状与发展趋势

1.研究与应用现状

集成框架技术是80年代中期出现的。它的提出始于电子设计自动化(BDA)领域,为各种电子CAD工具提供了一个集成的运行开发环境,包括统一的用户界面、设计数据的管理(版本管理、配置管理等)、设计方法和设计过程的管理、工具客户化和第三方工具集成的扩展语言等。集成框架的用户包括CAD工具开发者、系统集成者和最终用户。例如,在EDA子领域有Me ntor公司的Openview等。

进入90年代后,集成框架的思想、方法和技术以及应用的深度和广度有了很大的发展。其中在研究和开发的深度方面, 出现了基于面向对象技术和客户/服务器计算模式的“软总线 ”,以及应用系统、领域层框架和企业层框架的多层次框架体系结构,并开始研究和开发支持并行工程的集成框架。Internet/Intranet技术的飞速发展,促使人们考虑采用基于Interne t/Intranet的企业集成框架和集成系统。在应用的广度方面,出现了支持机械设计制造业领域和经营领域的集成框架。但是,我们必须认识到,到目前为止,还没有一个跨领域、支持企业级信息集成和过程集成的集成框架主导产品。

美国Wright-Patterson空军基地的Wright研究开发中心在1987年4月至1990年12月期间研究开发了用于宇航和电子类企业集成的集成框架,并分别开发了适用于这两类企业集成的信息系统(IISS);Wright实验室在1987年9月至1991年7月期间研究开发了适用于企业内部和企业之间信息集成的集成框架——工程信息系统(EIS)样机RPEIS,并于1995年底之前完成了电子、软件和机械工程环境下EIS的应用演示。美国国防部认为,其规范、样机及演示成果将推动相应的信息模型、框架和工程环境的开发。

在机械产品CAD/CAPP/CAM方面有:SDRC公司的产品数据管理软件Metaphase、EDS公司的产品数据管理系统IMAN、CV公司的产品数据管理软件Optegra、PTC公司的产品设计管理软件 Pro/PDM等;在经营管理方面有DEC公司的FBE框架等;在电子和机械多领域设计方面研究和开发了一些原型和产品。例如,加州大学Berkeley分校的工程系统研究中心于1995年开发的支持消费电子产品并行设计的电子、机械CAD系统并行设计制造的集成框架原型DUCADE。

2.发展趋势

据有关部门分析和预测,支持并行工程、多设计领域的集成已成为企业产品设计自动化新的发展趋势。从当前各公司推出的各种集成框架产品看,其主要特点与发展趋势在于以下几点:

·重视支持企业中组织和人的集成,支持多用户的交互操作,支持信息集成、功能集成和过程集成。

·针对一定的应用领域,如宇航、机械、电子等。

·采用面向对象技术和客户/服务器体系结构,努力实现即插即用的“软总线”式的集成环境(框架)。

·强调保护已有投资,支持分布、异构环境下在不同软硬件平台、不同网络和数据库以及不同应用系统的数据集成基础上的过程集成和过程优化。

·注重开发性、可重用性、可扩充性和应用的透明性及互操作性。

·考虑不同标准和规范间的集成,例如:分布式计算环境(DCE)、面向对象的分布处理、集成软件规范CORBA和COM/OLE、产品设计制造数据交换标准STEP、EDIF等。

·将企业计算环境中的资源与Internet集成在一起。以Internet/Intranet技术为核心的应用系统集成技术成为新热点。

总之,国外集成框架产品发展十分迅速,无论是产品的功能还是性能都在大幅度提高,国外的许多研究机构和软件供应厂商都在积极地研究开发集成框架产品,甚至将集成框架的研究开发作为赢得竞争的有效途径。

三、体系与功能

1.体系结构

并行工程集成框架是支持企业内各类应用(设计、制造和经营管理)进行信息、功能和过程集成优化的并行工程支撑环境,体系结构由应用系统层、领域框架层和企业框架层组成,如右图所示。

应用系统层　由机械领域软件(如CAX/DFX等)、电子系统并行开发领域软件(如EDA软件、微波CAD/CAT软件等)和经营领域软件(如MRPⅡ等)组成。这些设计、制造和经营应用系统大多都有各自的集成子环境(称为子领域框架),如在电子设计方面有Mentor EDA的Falcon框架,在机械设计方面有SDRC的Metaphase等。本课题把这些设计、制造和经营管理软件及其集成子环境/子领域框架作为已有应用系统进行集成。

领域框架层　由并行工程机械领域框架、电子系统领域框架和经营运行领域框架等组成。这些领域框架实现各自领域内已有应用系统的封装集成,支持领域内并行产品定义、并行开发过程和产品开发团队的管理。这些领域框架通过企业框架实现各领域框架的集成、不同领域应用系统之间的全局信息和全局过程的集成。

企业框架层　由并行工程企业层框架与并行工程对象建模和管理服务设施两部分组成。并行工程企业层框架基于CORBA2.0规范,为领域框架之间的集成提供请求/服务机制和互操作机制,建立领域框架和应用系统即插即用集成的“软总线”。并行工程对象建模和管理服务为企业实施并行工程提供并行产品定义、产品开发过程重组建模和管理、集成产品开发团队管理等服务设施。

2.主要功能

·并行工程产品定义、过程建模和产品集成开发团队管理工具原型可用于定义不同领域应用之间并行产品的全局信息模型、产品结构和资源的管理,建立可视化的工作过程流程模型,定义和管理产品开发团队、角色和权限,控制并行过程的实施。

·提供基于CORBA规范的即插即用“软总线”,支持领域框架和应用软件的单点集成。

·提供已有应用系统与领域框架之间、领域框架与并行工程企业层框架之间封装集成的 IDL定义和编译工具及适配器开发工具。可允许应用软件模块插入系统的“软总线”,并由各类用户按需要在工作流中启动应用软件。

·提供框架管理、应用封装集成的图形用户界面(GUI),为框架系统管理者、应用封装集成者和最终用户的使用及浏览提供方便。

3.技术特点

本框架的技术方案以并行工程的过程集成和不同领域的应用系统集成等关键技术为突破点,其先进性表现在以下几个方面:

·采用基于企业框架和领域框架的集成体系结构,支持并行工程的信息集成、功能集成和过程集成。

·采用基于CORBA规范的面向对象和客户/服务器

分布计算模型技术,建立应用系统即插即用的单点集成式“软总线”。这不仅符合国际主流标准,具有很好的开放性、可重用性、可扩充性和互操作性,而且能方便、灵活、快速地支持应用系统的集成,支持企业实施并行工程。

·采用国际上目前最新的研究成果,开发和集成支持并行产品定义、产品开发过程重构、集成产品开发团队的工具原型,支持并行工程的产品、过程、组织资源集成与优化运行。