并行工程理論與實踐答辯

1、并行工程理論與實踐熊光楞張和明范文慧清華大學自動化系二。&年十二月第八章并行工程集成框架第八章并行工程集成框架8.1并行工程對集成框架的需求分析8.2并行工程集成框架的結構與特點8.3 CORBA技術規(guī)范8.4 并行工程集成框架實例-CEIF?¥臺，工具軟件與集成框架呼臺:一般來說，各種計算機資源、操作一般來說各種計算機資源操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)被統(tǒng)稱為平臺0工具軟件:基于這些平臺上實現(xiàn)某一特定任務的軟件被稱為工具軟件。戈成框架:各工具集成軟件或更高層集成的軟件被統(tǒng)稱為集成框架(Framework。聯(lián)行工程對集成框架的需求并行工程對集成框架的需求表現(xiàn)在以下三個方面：與

2、!，以信息集成為基礎實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程的第一以信息集成為基礎實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程的集成；二,復雜產(chǎn)品開發(fā)所涉及領域之間的集成；第二復雜產(chǎn)品開發(fā)所涉及領域之間的集成嚼!三，并行工程對產(chǎn)品生命周期提出的要求。由息集成-過程集成最近二、三十年，隨著計算機技術的應用，在制造業(yè)中出現(xiàn)了許多自動化系統(tǒng)，如CNC,制造業(yè)中出現(xiàn)了許多自動化系統(tǒng)如FMS,CAD/CAPP/CAM,MRPII,PDM等。個品生命周期中的自動化系統(tǒng)2000BPRSC（供應鏈企業(yè)集成（年AM:VE/VMERP并行工程:IPT,DPR,PDM,DFX過程集成1990信息集成綜合自動化CIMS1980CAPP/PPC三維CADCAD/CAPP

3、/CAM自動化孤島MRPIIFMS機器人CAPPCAMCAE報價系統(tǒng)有限元分析MRPIPPC立體倉庫加工中心市場需求概念設計初步設計詳細設計工藝設計生產(chǎn)計劃生產(chǎn)銷售維護1970二維CADNC（產(chǎn)品生命周期幻IMS解決了企業(yè)自動化孤島”中的信息集成問題，包括市場分析、經(jīng)營決策、管理、產(chǎn)品設計、工藝規(guī)劃、加工制造、市場銷售等企業(yè)活動的信息集成。CE是以CIMS信息集成技術為基礎；幻E是并行地設計產(chǎn)品及其相關過程的系統(tǒng)化方法，在設計過程中考慮產(chǎn)品的可制造性、可裝配性、可測試性，以減少設計過程中不必要的返工，力爭產(chǎn)品設計開發(fā)一次成功；成功幻E通過組成多學科小組（teamwork,實現(xiàn)設計過程的集成，將

4、串行的過程并行起來,以及由CAx/DFx技術支持并行工程的實施。8.1并行工程對集成框架的需求分析概念設計詳細設計過程設計原型制造及測試生產(chǎn)制造修改反饋頻繁（a用行開發(fā)流程概念設計對結構和功能的減（b并行開發(fā)流程詳細設計產(chǎn)品結構、配置、功能、規(guī)范改進意見幾何、特征、可加工性、經(jīng)濟性、評估意見少反饋次過程設計原型制造及測試生產(chǎn)制造精度工藝過程、NC程序、裝夾方案定位裝夾、可行性評估意見數(shù)從傳統(tǒng)的申行產(chǎn)品開發(fā)流程轉變成集成的、并行的產(chǎn)品開發(fā)過程。并行過程不僅是活動的并發(fā)更主要的是下游過程在產(chǎn)品開發(fā)早期參與設計過程另個方面則是縮短的產(chǎn)品開發(fā)時間產(chǎn)品生命周期活動的并發(fā)，更主要的是下游過程在產(chǎn)品開發(fā)早期

5、參與設計過程；另一個方面則是過程的精減，使信息流動與共享的效率更高。8.1并行工程對集成框架的需求分析印行工程特點：產(chǎn)品開發(fā)過程重組從傳統(tǒng)的申行產(chǎn)品開發(fā)流程轉變成集成的隊、并行的產(chǎn)品開發(fā)過程。并行過程不僅是活動的并發(fā)更主要的是下游過程在產(chǎn)品開發(fā)動的并發(fā)，更主要的是下游過程在產(chǎn)品開發(fā)早期參與設計過程；另一個方面則是過程的«j并行工程對集成框架的需求分析cA精減，使信息流動與共享的效率更高并行二程對集成框架的需求并行工程對集成框架的需求表現(xiàn)在以下三個方面：第二，復雜產(chǎn)品開發(fā)涉及多領域之間的集成;第.二7井仃工程對尸”品生命周期提出的要求嘲紀M34UPopIk8.1并行工程對集成框架的需求

6、分析0A企業(yè)樞架共性中件腳絡.數(shù)JR庫計算機，操作系統(tǒng)2fUI-ni8.1并行工程對集成框架的需求分析多領域系統(tǒng)組成- 彈總體分系統(tǒng)- 結構分系統(tǒng)- 電子分系統(tǒng)（SPAA）- 以計劃調度為主要功能的院、所兩級結合的項目管理分系統(tǒng)- 具有先進調度、管理、監(jiān)控功能的結構件數(shù)控加工制造分系統(tǒng)- 支撐分系統(tǒng)：以分布式網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫、集成框架為基礎的，具有C/S及B/S結構、開放式的支持團隊工作的信息與過程管理分系統(tǒng)2011-01-018.1并行工程對集成框架的需求分析某電子產(chǎn)品對象描述號理線信處系多路接受機.自適應DBF多路接受機琮合冠顯控系統(tǒng)動系統(tǒng)主控計算機2011-04-04HA并行工程對集成框架的

7、需求分析QA某電子產(chǎn)品并行開發(fā)過程IC1'8.1并行工程對集成框架的需求分析聯(lián)行工程對集成框架的需求并行工程對集成框架的需求表現(xiàn)在以下三個方面：與!，以信息集成為基礎實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程的第一以信息集成為基礎實現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)過程的集成；二,復雜產(chǎn)品開發(fā)所涉及領域之間的集成；第二復雜產(chǎn)品開發(fā)所涉及領域之間的集成嚼!三，并行工程對產(chǎn)品生命周期提出的要求。8.1 并行工程對集成框架的需求分析PDM:ProductDataManagement1995年2月，CIMdata總裁EdMiller對PDM定義如下：PDM是用來管理所有與產(chǎn)品相關信息和所有與產(chǎn)品相關過程的技術；T產(chǎn)品相關白所有信息，包括零部件

8、信息、結構配置、文件、CAD文檔、審批信息等；置文件CAD文檔審批信息等T產(chǎn)品相關白所有過程，包括過程的定義與監(jiān)控。cPDM:collaborativeProductDefinitionManagementpPDm主要是指虛擬企業(yè)范圍內貫穿產(chǎn)品定義全生命周期的協(xié)同產(chǎn)品定義管理；pPDm是基于成功實踐的各種技術發(fā)展起來的，這些技術包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、協(xié)作、可視化、協(xié)作產(chǎn)品商務、企業(yè)級應用集成、組件供應商管理等等；pPDm可以使企業(yè)在不斷發(fā)展的電子商務世界中，充分開以使企業(yè)在不斷發(fā)展的電子商務世中充分發(fā)擴展企業(yè)的創(chuàng)新能力、對市場迅速做出反應，從而把創(chuàng)新性和高利潤的產(chǎn)品推向市場。?cPDM:PDMPD

9、企業(yè)范圍內cPDm擴展企業(yè)，強調協(xié)同產(chǎn)品研發(fā)領域產(chǎn)品定義全生命周期8.2 并行工程集成框架的結構與特點小行工程集成系統(tǒng)的組成并行工程集成系統(tǒng)的體系結構由七層結構組成，分別為:計算機及操作系統(tǒng)層；網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫層共性中件層（如JAVAROSE等據(jù)庫層;共性中件層（如JAVA,ROSE等;企業(yè)框架;領域框架;應用支撐軟件；用戶層。8.3 并行工程集成框架的結構與特點聯(lián)行工程集成系統(tǒng)體系結構應用（用戶領域集成環(huán)境（領域框架應用支撐軟件并行工程集成框架網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫共性中件支撐分系統(tǒng)網(wǎng)絡、數(shù)據(jù)庫計算機、操作系統(tǒng)并行程集成框架的定義我們認為集成框架是聯(lián)行工程集成框架的定義：使企業(yè)內各類應用進行信息集成、功能集成

10、和過程集成的軟件系統(tǒng)。集成框架系統(tǒng)是一個軟件系統(tǒng)，它提供一種即插即用的軟總線環(huán)境，能夠集成已有的傳統(tǒng)應用軟件,并能夠支持多廠商、多平臺、異構網(wǎng)絡和不同的操作系統(tǒng)。并行程集成框架括下幾個層次聯(lián)行工程集成Ig架包括以下：戈成框架環(huán)境層系統(tǒng)平臺層皿用系統(tǒng)層作業(yè)活動層聯(lián)行工程集成框架應用系統(tǒng)的層次結構經(jīng)營管理產(chǎn)品開發(fā)制造過程企業(yè)活動層管理信息CAD/CAMPDM過程管理應用系統(tǒng)層系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)程管系統(tǒng)集成接口與系統(tǒng)平臺系統(tǒng)平臺層面向對象集成框架環(huán)境層客戶/服務器技術技術8.2并行工程集成框架的結構與特點管理與監(jiān)控仿真與優(yōu)化DFASTEP分析BPR協(xié)同工作環(huán)境CAFDCAPPMPS微波CADQFD質量管理

11、CADCAECAMZCAEEDACATCAD計算應用支撐軟件層制造機械框架（PDM電子框架彈總體框架管理框架設計并行工程集成框架層并行工程集成框架（企業(yè)框架并行工程集成框架（企業(yè)框架計算機和操作系統(tǒng)層網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫層網(wǎng)絡和數(shù)據(jù)庫計算機和網(wǎng)絡（UNIX,Windows8.2并行工程集成框架的結構與特點管理信息CAD/CAMPDM過程管理經(jīng)營管理產(chǎn)品開發(fā)制造過程企業(yè)活動層應用系統(tǒng)層集成接口與系統(tǒng)平臺系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)系統(tǒng)平臺層辣成框架環(huán)境層集成框架環(huán)境層提供以面向對象技術集成框架環(huán)境層客戶/服務器技術系統(tǒng)集成的技術規(guī)范和標準，以支持異構環(huán)境和系統(tǒng)的集成與互聯(lián)。它是整個集成框架實現(xiàn)的技術基礎和環(huán)境集成框

12、架支撐環(huán)境是架實現(xiàn)的技術基礎和環(huán)境。集成框架支撐環(huán)境是面向對象的處理服務層，其目的是將通用對象服務從多種語言的運行環(huán)境中獨立出來封裝并集成到系統(tǒng)中語言的運行環(huán)境中獨立出來，封裝并集成到系統(tǒng)中，以實現(xiàn)異構部件的集成和互操作。戈成框架環(huán)境層的重要支撐技術就是客戶機/服務器技術和面向對象技術，二者的結合就形成了分布式對象技術。8.2并行工程集成框架的結構與特點段成框架環(huán)境層的重要支撐技術方布式對象技術始于90年代初，目前已經(jīng)發(fā)展成為分布異構環(huán)境下建立應用系統(tǒng)集成框架和標準構件的核心技術，已經(jīng)在企業(yè)集成、集成化的分布式環(huán)境管理、軟件構件技術等方面發(fā)揮重要作用?；脂F(xiàn)應用系統(tǒng)集成和即插即用的一個關鍵是系統(tǒng)

13、集成標準規(guī)范和相應的支持軟件。-目前,幾種流行的分布式對象標準和具體化模型及其支持環(huán)境主要有：對象管理組織OMG(ObjectMangementGroup的CORBA(CommonObjectRequestBrokerArcMtechture、Microsoft公司的OLE/COM、DEC公司的ObjectBroker、舊M公司的SOM(SystemObjBkSObjectModel及DSOM(DistributedSOM等。其中CORBA已成為集成框架的主流標準規(guī)范。為集成框架的主流標準規(guī)范8.2 并行工程集成框架的結構與特點CAD/CAM經(jīng)營管理產(chǎn)品開發(fā)制造過程企業(yè)活動層集成接口與系統(tǒng)平臺

14、管理信息系統(tǒng)C/C系統(tǒng)PDM系統(tǒng)過程管理系統(tǒng)應用系統(tǒng)層系統(tǒng)平臺層?面向對象技術集成框架環(huán)境層客戶/服務器技術系統(tǒng)平臺層系統(tǒng)平臺層基于集成框架環(huán)境層所提供的技術支持，提供軟硬件支撐平臺和集成軟件接口，建立各分系統(tǒng)之間信息集成與共享、過程集成和生命周期數(shù)據(jù)管理的軟總線，使各應用工具按照面向對象的思想能夠方便地即插即用。戈成框架環(huán)境層中的技術規(guī)范與標準是系統(tǒng)平臺層的軟總線實現(xiàn)的基礎的用系統(tǒng)層皿用系統(tǒng)層按照企業(yè)集成框架的國際標準，提供基于軟總線的應用系統(tǒng)，為企業(yè)活動服務。它包括管理信息系統(tǒng)、CAD/CAM系統(tǒng)等多種應用系統(tǒng)。心業(yè)活動層作業(yè)活動層包括經(jīng)營管理、產(chǎn)品開發(fā)、產(chǎn)品制造等三企業(yè)活動層包括經(jīng)營管理

15、產(chǎn)品開發(fā)產(chǎn)品制造等三種活動，這是并行工程集成框架所最終支持的活動。作為一個完整的并行工程集成框架應用系統(tǒng)，應用系統(tǒng)層和企業(yè)活動層是其中的重要組成部分。是其中的重要組成部分并行程集成框架由于采用新的集成思想和技聯(lián)行工程集成框架由于采用新的集成思想和技術，具有以下特點：對有效地保護企業(yè)已有投資和積累。對于已有系統(tǒng)，只要按照規(guī)定的格式進行封裝，就能方便地加入到集成框架系統(tǒng)中，實現(xiàn)與系統(tǒng)其他部分的合作工作，而無需重新開發(fā)。市于采用軟總線的集成技術，所構建的集成框架系統(tǒng)具有良好的可伸縮性，應用系統(tǒng)可以做到即插即用，企業(yè)可以按照自身的需要構建集成框架系統(tǒng)。心于軟總線的通用性和開放性，對可集成的應用軟件和系

16、統(tǒng)沒有任何的限制晚成框架技術現(xiàn)狀戈成框架技術是八十年代中期出現(xiàn)的，它首先是由電子設計自動化（EDA領域的應用和開發(fā)提出的，的應用和開發(fā)提出的它為各種電子CAD工具提供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（包括版本管理、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。"EDA領域有Mentor公司的FalconftViewlogic公司的Openview等集成框架產(chǎn)品。陳成框架技術發(fā)展融入九十年代后，集成框架在方法、技術和應用上都有很大的發(fā)展。市研究和開發(fā)的深度方面，出現(xiàn)了基于面向對象技術和客戶機/服務器計算模式的軟總線，以及分為應用

17、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。隨著Internet/Intranet技術的研究和應用的飛速發(fā)展，人們又開始考慮采用基于Internet的企業(yè)集成框架和集成系統(tǒng)。市應用的廣度方面，出現(xiàn)了支持機械設計制造業(yè)領域的集成框架和支持經(jīng)營領域的集成框架。丈國Wright-Patterson空軍基地的Wright實驗室在1987年4月到1990年12月期間研究開發(fā)了用于宇航子類集成的集成框架分別開發(fā)了適用和電子類企業(yè)集成的集成框架，分別開發(fā)了適用于這兩類企業(yè)的集成信息系統(tǒng)（IISS;Wright實驗室在987年9月到99年7月期間研究、開發(fā)了適用19871991于企業(yè)內部和企業(yè)之間信息集

18、成的集成框架一一工程信息、系統(tǒng)（EIS,并于1995年底之前完成了電子、軟件和機械工程環(huán)境下應用演示。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(chǎn)品方面有公司開-CAD/CAPP/CAM方面，有SDRC發(fā)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理軟件MetaphaseEDS公司開發(fā)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)IMAN、CV公司開發(fā)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理軟件OPTEGRA、PTC公司開發(fā)了產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理軟件Pro/PDM和WindChill等。在電子產(chǎn)品設計方面P/PDMWidChill等在電子產(chǎn)品設計方面，美國加州大學Berkeley分校的工程系統(tǒng)研究中心于1995年開發(fā)了支持電子產(chǎn)品并行設計的電

19、子、機械CAD系統(tǒng)并行設計制造的集成框架原型系統(tǒng)DUCADE。陳成框架的發(fā)展趨勢1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。2針對一定的應用領域，如宇航、機械、電子等領針對定的應用領域如宇航機械電子等領域。3采用面向對象技術和客戶機/服務器體系結構，努實現(xiàn)線式力實現(xiàn)能夠做到即插即用的軟總線式的集成環(huán)境。4強調保護已有投資，支持分布、異構環(huán)境下不同軟硬件平臺、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。5注重開放性、可重用性、可擴充性和應用的透明性及互操作性。6考慮不同標準和規(guī)范間的集成，如集成軟件規(guī)范CORBA、COM/O

20、LE、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標準STEP等之間的集成。7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。8.3 CORBA技術規(guī)范CORBA規(guī)范的產(chǎn)生2OIHM4M«.3CORBA技術規(guī)范-公共對象請求代理體系結構CORBA(ConionObjectRequestBrokerArchitecture)是由對象管理組織OMG(ObjectManagenentGroup)制定的一個面向對象的集成軟件工業(yè)規(guī)范，是前主流的軟件集成標準規(guī)范。它綜合和繼承了客戶機/服務器技術和面向對象技術，可以有效構成集成框架環(huán)境層，是并行1

21、：程集成框架的一種重要的支撐技術。-OMG是1989年由600多個信息系統(tǒng)廠商、軟件開發(fā)商和用戶組成的非高利性國際組織，-OMG組織的中心任務是開發(fā)實用的分布式對象技術及其對象管理規(guī)范，建立應用系統(tǒng)的通用集成框架,基于實用的面向對象技術，建立一個體系結構和一組規(guī)范，在分布式環(huán)境下實現(xiàn)應用軟件的集成，使得基于對象的軟件成員在分布異構環(huán)境中可重用、可移植和可互操作。8.3CORBA技術規(guī)范8.3CORBA技術規(guī)范-OMG于1991年提出了對象管理體系結構ONIA(ObjectManagementArchitecture),發(fā)表了對象請求代理器ORB(ObjectRequestBroker)的技術標

22、準CORBA1.0,1994年發(fā)表了CORBA2.0。OMG成員紛紛推出遵循CORBA的初級產(chǎn)品，包括IBM的DSOM、DEC的ObjectBro的r、HP的HP-DOMS、SUN的NEO和IONA的Orbix等，并開始應用于企業(yè)應用系統(tǒng)集成和管理。-CORBA規(guī)范是分布式計算技術和面向對象技術發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物。-CORBA規(guī)范將面向對象的概念結合到分布式計算中,定義了一組與實現(xiàn)無關的結構方式，引入代理機制分離了客戶機和服務器，使得CORBA規(guī)范成為開放的、基于客戶機/服務器模式的、面向對象的分布式計算的工業(yè)標準?？蛻魴C_.代燈譏.，服務器392OII-4M4M8.3CORBA技術規(guī)范0*

23、»分布式計算技術一分相式計算般是基于客戶機/服務器體系結構?？蛻魴C軟件提出服務請求,服務器軟件則提供所需的服務。-客戶機/服務器軟件系統(tǒng)的主要優(yōu)點有：(1)可以實現(xiàn)資源的共享：(2)可以實現(xiàn)計免負我的平衡：(3)可以實現(xiàn)應用軟件系統(tǒng)靈活的結構配置。2OIIMM-O4«.3CORBA技術規(guī)范CORBA在C/S基礎上的一些關鍵性改進措施Pipe401)在客戶機與服務器之間加入了代理器(Broker),這樣客戶機與服務器間的關系變得更加靈活；2)允許服務器內存在多個進程，滿足多進程應用程序的需求：3)支持客戶機與服務器間的同步及異步兩種通信形式；4)提供了軟件總線機制。任何應用程

24、序或軟件系統(tǒng)只要具有與CORBA接口規(guī)范相符合的接口定義，就能方便地集成到CORBA系統(tǒng)中，而這個接口規(guī)范獨立于任何實現(xiàn)語言和環(huán)境.把一個應用程序加入到CORBA系統(tǒng)中，只需要包裝該應用程序，讓代理器把它看成是服務器上的一個CORBA實現(xiàn)就可以了，然后每個客戶機就可以對這個實現(xiàn)進行請求Pace4120IHMXM8.3CORBA技術規(guī)范Ok面向對象技術-面向對象(Objccl-Orictcd)技術是CORBA所采用的重要技術基礎，它是CORBA所遵循的重要設計思想。-面向對象程序設計(OOP:Object-OrieledProgramming)的主要特點是以對象作為基本的邏輯構造，用類來描述具有

25、相同特征的一組對象，以繼承性作為共享機制，共享類中的方法和數(shù)據(jù)，8.3CORBA技術規(guī)范CORBA中分布式計算與面向對象技術的結合-OOP的基礎構件是對象和類，基本機制則是方法、消息和繼承性。-CORBA是分布式計算技術與面向對象技術的緊密結合。-在CORBA規(guī)范中，應用程序的集成是基于面向對象模型的.該模型提供分析、設計和實現(xiàn)技術來構造可擴展的、可重用的軟件。-由于CORBA使用了對象模型，CORBA把CORBA系統(tǒng)中的所有應用程序都看成是對象及其相關操作的集合.這樣網(wǎng)絡中應用程序所在的位置及其運行的操作系統(tǒng)對客戶機來說是透明的。CORBA的面向對象模型提供了許多優(yōu)點，使應用程序更易集成到一個分布式系統(tǒng)中。2011-08.3CORRA技術規(guī)范對象服務(1)對象請求代理器ORB(ObjectRequestBr