(1.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院, 哈爾濱 150001;2.哈爾濱理工大學(xué) a.計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院; b.機(jī)械動(dòng)力工程學(xué)院, 哈爾濱 150080)
摘 要:為解決動(dòng)態(tài)聯(lián)盟環(huán)境下的復(fù)雜產(chǎn)品異構(gòu)數(shù)據(jù)集成,針對(duì)傳統(tǒng)集成技術(shù)存在的問題,在對(duì)Web服務(wù)等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上,提出了基于Web服務(wù)的復(fù)雜產(chǎn)品異構(gòu)數(shù)據(jù)集成平臺(tái)層次模型。研究了相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù),重點(diǎn)論述了企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)集成機(jī)制和產(chǎn)品共享數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模型。最后結(jié)合某項(xiàng)目實(shí)例,進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),為實(shí)現(xiàn)應(yīng)用軟件集成與設(shè)計(jì)資源共享提供了有效的解決方案。
關(guān)鍵詞:復(fù)雜產(chǎn)品;Web服務(wù);數(shù)據(jù)集成;模型;動(dòng)態(tài)聯(lián)盟
中圖分類號(hào):TP311文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1001-3695(2009)04-1425-03
Research of integration model of heterogeneous data based on complex product
GE Jiang-hua1,2b, LI Zhi-qiang2a, WANG Ya-ping2b, SHAO Jun-peng2b
(1.School ofMechanical Electron Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China;2.a.School ofComputer Science Technology,b.School of Mechanical Power Engineering, Harbin University of Science Technology, Harbin150080, China)
Abstract:In order to resolve the problem of the heterogeneous integration of product data in dynamic alliance environment, on the basis of analysis Web services, this paper put forward a multi-layer platform hierarchical model of heterogeneous data integration of complex product, a model based on Web services in dynamic alliance environment.Studied key technology of platform development, mainly discussing about product designing mechanism and a model for product data exchange.Finally illustrated implementation and application of system with one project. And provided an effective solution in order to implement integration of application software and sharing of designing resources between alliance entities.
Key words:complex product; Web services; data integration; model; dynamic alliance
在動(dòng)態(tài)聯(lián)盟環(huán)境下,要求實(shí)現(xiàn)不同企業(yè)之間應(yīng)用系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)集成和產(chǎn)品設(shè)計(jì)相互協(xié)作。但由于聯(lián)盟實(shí)體的地域分散性及系統(tǒng)的異構(gòu)性,致使如何將異構(gòu)、異地的應(yīng)用系統(tǒng)集成起來,實(shí)現(xiàn)企業(yè)之間的產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì),成為企業(yè)共同的目標(biāo)之一。構(gòu)建統(tǒng)一的企業(yè)集成平臺(tái),可以很好地解決以上問題。集成平臺(tái)是一個(gè)支持復(fù)雜信息環(huán)境下產(chǎn)品開發(fā)、系統(tǒng)集成和協(xié)同運(yùn)行的軟件支撐環(huán)境。所謂復(fù)雜產(chǎn)品是指結(jié)構(gòu)組成復(fù)雜、功能復(fù)雜、行為復(fù)雜的一類產(chǎn)品。
目前,復(fù)雜產(chǎn)品制造已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬W(xué)科、多領(lǐng)域的團(tuán)隊(duì)異地協(xié)同開發(fā)模式,國(guó)內(nèi)外在這一領(lǐng)域已開展了很多相關(guān)研究。在相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,迫切需要一個(gè)支持復(fù)雜產(chǎn)品開發(fā)的支撐平臺(tái)。該平臺(tái)能夠提供強(qiáng)有力的支持工具和手段,使有關(guān)人員有效地參與到復(fù)雜產(chǎn)品開發(fā)中來[1]。國(guó)內(nèi)外研究的產(chǎn)品集成技術(shù)主要有基于CORBA技術(shù)構(gòu)架、基于消息中間件、基于智能agent構(gòu)架等。傳統(tǒng)集成技術(shù)的不足主要體現(xiàn)在:服務(wù)客戶端與系統(tǒng)提供的服務(wù)本身之間必須緊密耦合;不同組件之間無法進(jìn)行直接的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享等。傳統(tǒng)技術(shù)由于其自身的局限性,導(dǎo)致已有研究成果一般局限在企業(yè)內(nèi)部,難以實(shí)現(xiàn)不同企業(yè)間的集成[2]。
Web services技術(shù)的發(fā)展解決了這一問題,運(yùn)用Web服務(wù)構(gòu)建產(chǎn)品異構(gòu)數(shù)據(jù)集成平臺(tái),能有效降低開發(fā)難度與成本。本文基于Web services構(gòu)建了面向復(fù)雜產(chǎn)品的異構(gòu)數(shù)據(jù)集成平臺(tái)層次模型,支持產(chǎn)品企業(yè)間異構(gòu)異地設(shè)計(jì),有效地提高產(chǎn)品開發(fā)效率,從而提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
1 Web services技術(shù)
Web services的基本模型如圖1所示。
基本模型包含以下三種角色:a)服務(wù)提供者(service provider);b)服務(wù)請(qǐng)求者(service requestor);c)服務(wù)注冊(cè)中心(service broker)。模型中包含的三個(gè)基本操作有服務(wù)查找(find)、服務(wù)發(fā)布(publish)、服務(wù)綁定(bind)[3]。
Web services是一種革命性的分布式計(jì)算技術(shù)。它使用基于XML 的消息處理作為基本的數(shù)據(jù)通信格式, 消除使用不同組件模型、操作系統(tǒng)和編程語言的系統(tǒng)之間存在的差異, 使異構(gòu)系統(tǒng)能夠作為計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的一部分協(xié)同運(yùn)行。
Web services的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是可擴(kuò)展標(biāo)記語言(extensible markup language,XML),它具有自描述性, 適合數(shù)據(jù)交換和共享。Web services采用WSDL(Web service description language)來描述其服務(wù)接口。WSDL用于定義Web services以及如何調(diào)用它們(描述Web服務(wù)的屬性)。Web services的訪問機(jī)制采用簡(jiǎn)單對(duì)象訪問協(xié)議(simple object access protocol,SOAP),注冊(cè)與查找機(jī)制采用UDDI(universal description,discovery and integration)[4]。
2 基于Web services的復(fù)雜產(chǎn)品異構(gòu)數(shù)據(jù)集成平臺(tái)層次模型
本文提出的基于Web services的企業(yè)復(fù)雜產(chǎn)品集成設(shè)計(jì)平臺(tái)的層次模型如圖2所示。當(dāng)企業(yè)間相互調(diào)用Web services時(shí),UDDI注冊(cè)中心、服務(wù)請(qǐng)求者和服務(wù)提供者就構(gòu)成了一個(gè)面向Web服務(wù)的企業(yè)集成模型。
1)客戶訪問層 客戶層采用C/S與B/S結(jié)構(gòu)相結(jié)合。這樣客戶端的應(yīng)用程序既可以是傳統(tǒng)的應(yīng)用程序,也可以是基于Web方式的網(wǎng)頁,或是手機(jī)等終端設(shè)備。該層是平臺(tái)入口,用戶通過客戶端瀏覽器與平臺(tái)交互。
2)企業(yè)應(yīng)用層 實(shí)現(xiàn)企業(yè)各種應(yīng)用的再利用和重新整合,以及企業(yè)內(nèi)所有業(yè)務(wù)流程的邏輯表示。在平臺(tái)中企業(yè)的業(yè)務(wù)流程應(yīng)該是對(duì)粗粒度服務(wù)的組裝和排序,服務(wù)的不同組合方式代表了企業(yè)不同的業(yè)務(wù)過程,從而實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)模型。當(dāng)企業(yè)的業(yè)務(wù)需求發(fā)生變化時(shí),只需調(diào)整服務(wù)間的組裝方式就能快速響應(yīng)業(yè)務(wù)的變化,使企業(yè)能以最快的速度滿足市場(chǎng)的需求,這也是企業(yè)協(xié)同的目標(biāo)。該層主要包括Web應(yīng)用和企業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用。Web應(yīng)用采用模型—視圖—控制器(MVC)模式,將企業(yè)應(yīng)用以網(wǎng)頁形式呈現(xiàn)給用戶,實(shí)現(xiàn)企業(yè)門戶網(wǎng)站。企業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用包括工程數(shù)據(jù)管理、文檔管理、項(xiàng)目協(xié)同管理等應(yīng)用系統(tǒng)。
3)Web服務(wù)層 實(shí)現(xiàn)對(duì)企業(yè)遺留系統(tǒng)和新開發(fā)系統(tǒng)的Web服務(wù)封裝,包含基礎(chǔ)服務(wù)、安全服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)等支撐服務(wù)。通過對(duì)企業(yè)遺留系統(tǒng)的Web服務(wù)封裝,實(shí)現(xiàn)CAD、PDM等產(chǎn)品設(shè)計(jì)軟件和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理軟件的集成,實(shí)現(xiàn)平臺(tái)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理及設(shè)計(jì)過程協(xié)同的支持。對(duì)新開發(fā)的ERP、CRM等系統(tǒng)也進(jìn)行Web服務(wù)封裝,以便實(shí)現(xiàn)異構(gòu)互操作。數(shù)據(jù)服務(wù)是數(shù)據(jù)訪問、集成、轉(zhuǎn)換以及重用服務(wù),是平臺(tái)應(yīng)提供的主要服務(wù)。
該層還采用企業(yè)服務(wù)總線作為連接服務(wù)的通信橋梁。ESB所提供的基于標(biāo)準(zhǔn)的連接服務(wù),可將應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)的功能或者數(shù)據(jù)資源轉(zhuǎn)換為服務(wù)請(qǐng)求者能以標(biāo)準(zhǔn)的方式來訪問的服務(wù),從而使得服務(wù)請(qǐng)求者與服務(wù)提供者之間以松散耦合、動(dòng)態(tài)的方式交互。元數(shù)據(jù)存儲(chǔ)庫存放企業(yè)應(yīng)用集成所涉及到的所有數(shù)據(jù)元模型、規(guī)則等,它是一個(gè)存儲(chǔ)規(guī)則和模式的數(shù)據(jù)倉庫。企業(yè)UDDI 注冊(cè)中心是企業(yè)應(yīng)用程序以Web服務(wù)的方式封裝后,所有關(guān)于這些Web服務(wù)的WSDL文檔均要在這個(gè)注冊(cè)中心注冊(cè)。對(duì)這些服務(wù)的調(diào)用均要在注冊(cè)中心搜索以決定調(diào)用的端口和方式。如果注冊(cè)中心是私有的,則集成的是企業(yè)內(nèi)部的應(yīng)用系統(tǒng)。如果注冊(cè)到公有注冊(cè)中心,則可以通過Internet 跨企業(yè)間實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的集成。
4)企業(yè)資源層 包含與設(shè)計(jì)相關(guān)的各種數(shù)據(jù)資源,如零件庫、結(jié)構(gòu)件庫、文檔庫、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、流式數(shù)據(jù)文件、企業(yè)遺留數(shù)據(jù)庫等[5,6]。
3 關(guān)鍵技術(shù)研究
3.1 基于平臺(tái)的企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)集成機(jī)制
3.1.1 企業(yè)內(nèi)集成
本文采用Web services技術(shù)實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部的集成。企業(yè)中基于Web服務(wù)開發(fā)的系統(tǒng),可直接注冊(cè)到企業(yè)的私有UDDI中心。對(duì)于企業(yè)中的遺留系統(tǒng),可以利用一些專用的工具(如SUN 的開發(fā)包JWSDP等)將整個(gè)系統(tǒng)或者其中的一個(gè)獨(dú)立部分包裝為Web服務(wù)。對(duì)于開放數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用系統(tǒng),可以通過實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存取、轉(zhuǎn)換等功能并封裝為Web服務(wù),供其他應(yīng)用進(jìn)行調(diào)用。對(duì)已有系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)封裝的過程如下:
a)將要封裝的應(yīng)用系統(tǒng)的功能模塊和調(diào)用方法生成WSDL文檔。對(duì)服務(wù)封裝后生成的一個(gè)WSDL文檔如下所示:
〈wsdl:definitions〉
〈wsdl:types〉
〈xsd:schema〉
〈xsd:element name=\"OperationMethod\"/〉
……
〈/xsd:schema〉
〈/wsdl:types〉
〈wsdl:portType name=\"ProductPDM\"〉
〈wsdl:operation name=\"OperationMethod \"〉
〈/wsdl:operation〉
〈/wsdl:portType〉
〈wsdl:bindingname=\"ProductPDMSOAP\" type=\"tns:Product-PDM\" 〉
〈wsdl:operation name=\"OperationMethod \"〉
……
〈/wsdl:operation〉
〈/wsdl:binding〉
〈wsdl:service name=\"ProductPDM\"〉
〈wsdl:port binding=\"tns:ProductPDMSOAP\" name=\"ProductPDMSOAP\"〉
〈soap:address location=\"http://www.productdesign.org/\"/〉
〈/wsdl:port〉
〈/wsdl:service〉
〈/wsdl:definitions〉
b)生成服務(wù)器端基于SOAP的框架代碼(service skeleton),在框架代碼的基礎(chǔ)上開發(fā)適用于該應(yīng)用系統(tǒng)的服務(wù)封裝器(Web service wrapper)。服務(wù)封裝器的功能就是將SOAP請(qǐng)求轉(zhuǎn)換為應(yīng)用系統(tǒng)能夠接受的數(shù)據(jù)格式,并將處理結(jié)果轉(zhuǎn)換成XML格式,封裝成SOAP消息后發(fā)送給請(qǐng)求者。
c)將WSDL描述文件發(fā)布到企業(yè)私有UDDI注冊(cè)中心[7]。
3.1.2 企業(yè)間集成
企業(yè)間的集成機(jī)制與企業(yè)內(nèi)的集成相似。企業(yè)聯(lián)盟的各成員根據(jù)開展產(chǎn)品設(shè)計(jì)的需求,將自己可提供的服務(wù)發(fā)布到平臺(tái)的UDDI注冊(cè)中心,借助平臺(tái)完成服務(wù)的注冊(cè)后,就可以通過訪問平臺(tái)的統(tǒng)一界面開展產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)。企業(yè)對(duì)服務(wù)的調(diào)用是透明的,由平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)的管理、發(fā)布、查找和綁定。另外,平臺(tái)也可以將企業(yè)聯(lián)盟可公開的服務(wù)注冊(cè)到公共的UDDI中心,供第三方系統(tǒng)調(diào)用。
基于Web services的企業(yè)集成平臺(tái)中,企業(yè)應(yīng)首先對(duì)企業(yè)內(nèi)部原有各系統(tǒng)進(jìn)行整合,將那些對(duì)外的、需要共享的業(yè)務(wù)邏輯通過Web services封裝,用WSDL進(jìn)行描述,并將其在平臺(tái)或第三方機(jī)構(gòu)的UDDI注冊(cè)中心進(jìn)行發(fā)布、注冊(cè),不同的企業(yè)通過到UDDI注冊(cè)中心發(fā)現(xiàn)對(duì)方,通過SOAP消息動(dòng)態(tài),按需地進(jìn)行Web服務(wù)調(diào)用,實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、跨地域的協(xié)同設(shè)計(jì)。
3.2 企業(yè)間產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享模型
數(shù)據(jù)服務(wù)包括數(shù)據(jù)的訪問、共享、集成以及轉(zhuǎn)換等服務(wù)。由于各企業(yè)在產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段采用不同的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(computer aided design,CAD) 、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(product data management,PDM)和企業(yè)資源計(jì)劃(enterprise resource planning,ERP)等軟件,產(chǎn)生了不同格式的輸出數(shù)據(jù),使得這些系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)集成和共享成為一個(gè)制約性問題。STEP等標(biāo)準(zhǔn)在一定程度上實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享,但是這些格式的文件很難在網(wǎng)絡(luò)上傳輸。XML作為Web services的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ),具有簡(jiǎn)單、跨平臺(tái)、與實(shí)現(xiàn)語言無關(guān)、易于在網(wǎng)絡(luò)上傳輸和實(shí)現(xiàn)企業(yè)間的數(shù)據(jù)集成等特點(diǎn),能夠很好地解決這一問題。因此,本文利用XML技術(shù)解決產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享問題,研究基于XML的產(chǎn)品共享數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模型以及XML與數(shù)據(jù)庫之間的轉(zhuǎn)換問題。
利用XML描述需要共享的數(shù)據(jù),使其從一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)傳遞到另一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中,可以解決數(shù)據(jù)不能共享的問題?;赬ML的產(chǎn)品共享數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模型如圖3所示。
企業(yè)共享數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程如下:服務(wù)提供者在收到服務(wù)請(qǐng)求后,將企業(yè)的數(shù)據(jù)由XML轉(zhuǎn)換模塊封裝成XML數(shù)據(jù)。XML的格式由預(yù)先定義的XML schema或者文檔類型定義(document type definition,DTD)確定。XML轉(zhuǎn)換接口可以實(shí)現(xiàn)將已有XML、STEP或數(shù)據(jù)庫表等格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成需要的XML格式的數(shù)據(jù)。服務(wù)請(qǐng)求者得到所要的XML數(shù)據(jù)后,根據(jù)XML schema或DTD進(jìn)行解析,轉(zhuǎn)換為應(yīng)用程序可用的數(shù)據(jù)。服務(wù)請(qǐng)求者與服務(wù)提供者之間利用HTTP或SOAP協(xié)議進(jìn)行通信,易于實(shí)現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)傳輸。
對(duì)于圖3中的XML轉(zhuǎn)換模塊,本文實(shí)現(xiàn)了XML與數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,如圖4所示。
在將XML數(shù)據(jù)導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫時(shí), 首先根據(jù)XML與數(shù)據(jù)庫之間的映射規(guī)則和DTD文檔建立映射文件,并根據(jù)映射文件將DTD映射成數(shù)據(jù)庫中的表結(jié)構(gòu);然后利用XML轉(zhuǎn)換器對(duì)XML文檔進(jìn)行解析,提取XML文檔中相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),并通過數(shù)據(jù)庫訪問接口導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中。
從數(shù)據(jù)庫中導(dǎo)出數(shù)據(jù)生成XML文檔時(shí),首先要根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的表結(jié)構(gòu)生成映射文件;然后根據(jù)該映射文件,XML轉(zhuǎn)換器從數(shù)據(jù)庫中提取數(shù)據(jù),生成XML文檔對(duì)象模型(document object model,DOM);最后序列化為XML文檔[8]。
4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用
基于上述設(shè)計(jì)思想,采用Oracle作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、JBoss作為應(yīng)用服務(wù)器,利用Web services和J2EE技術(shù)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜產(chǎn)品異構(gòu)數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)。其應(yīng)用界面如圖5所示。
系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯由會(huì)話EJB組件實(shí)現(xiàn),對(duì)象模型采用實(shí)體EJB實(shí)現(xiàn),從而與系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫建立起ORM映射,利用JPQL語言訪問實(shí)體對(duì)象;利用開發(fā)工具對(duì)企業(yè)業(yè)務(wù)進(jìn)行Web服務(wù)封裝,生成相應(yīng)的WSDL文檔,用JAXP在UDDI中心發(fā)布和查找Web服務(wù),用RPC接口中的方法調(diào)用服務(wù)請(qǐng)求,用Ajax技術(shù)實(shí)現(xiàn)XML文檔的解析。
系統(tǒng)支持項(xiàng)目協(xié)同管理、文檔管理、工作流管理、服務(wù)定義和調(diào)用等功能,實(shí)現(xiàn)了服務(wù)描述、數(shù)據(jù)管理、資源共享和數(shù)據(jù)集成等服務(wù)。利用該系統(tǒng),可以集成不同企業(yè)的應(yīng)用構(gòu)建協(xié)同產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)境,幫助企業(yè)尋找和發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)、商務(wù)合作的合作伙伴,實(shí)現(xiàn)合作伙伴間的資源共享和相互協(xié)作。
該系統(tǒng)在黑龍江省某科技攻關(guān)項(xiàng)目中得到了應(yīng)用。在各聯(lián)盟實(shí)體間部署該系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了制造企業(yè)間復(fù)雜產(chǎn)品異構(gòu)數(shù)據(jù)共享、集成和協(xié)同設(shè)計(jì)。應(yīng)用實(shí)踐證明能有效提高產(chǎn)品開發(fā)效率。
5 結(jié)束語
本文以Web services技術(shù)為基礎(chǔ),構(gòu)建動(dòng)態(tài)聯(lián)盟環(huán)境下企業(yè)間復(fù)雜產(chǎn)品異構(gòu)數(shù)據(jù)集成平臺(tái)層次模型,實(shí)現(xiàn)聯(lián)盟實(shí)體間產(chǎn)品設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)資源整合和資源共享,為企業(yè)間的數(shù)據(jù)集成和產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了一種解決方案,也為分布式產(chǎn)品設(shè)計(jì)平臺(tái)的構(gòu)建提供了一種參考方法。同時(shí)由于復(fù)雜產(chǎn)品制造和Web services仍屬于較新的技術(shù),有很多問題還需進(jìn)一步的深入研究。
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