隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展和企業(yè)業(yè)務的多樣化，企業(yè)為了增強自身的競爭優(yōu)勢，在信息化建設中投入了大量的資金和人力。企業(yè)使用的軟件及擁有的內(nèi)部系統(tǒng)越來越多，比如PDM系統(tǒng)、CAPP系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)之間相互交叉，有著重復的信息和數(shù)據(jù)，這便催生了EAI(EntERPrise Application Integration)即企業(yè)應用集成的產(chǎn)生。其中，PDM和CAPP之間的集成作為企業(yè)應用集成的重要組成部分越來越被企業(yè)所重視。
傳統(tǒng)PDM和CAPP集成方式不外乎點對點集成和基于中間件的集成。點對點集成方案的基礎架構(gòu)較為脆弱，每一個連接都需要單獨開發(fā)相應的接口程序，缺少靈活性，并且很難保證數(shù)據(jù)的及時傳遞和一致性，這種解決方案只能構(gòu)建在各自系統(tǒng)中，應用之間的藕合度較高，實際應用范圍較為狹窄�；谥虚g件的PDM和CAPP集成在靈活性和擴展性方面都較點對點集成好，利用分布式對象技術(shù)也能很好地實現(xiàn)分布式計算，而且也取得了相當大的收益。但是在Internet環(huán)境下，由于不同廠商提供的組件各自有一套獨立體系結(jié)構(gòu)和私有協(xié)議，不同組件之間無法進行直接的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享，因而組件之間互操作十分不便，實施起來通常會涉及到使用私有集成適配器，這必將導致更高的費用和復雜的連接性，從而限定了它們在Intemet下的廣泛應用。
傳統(tǒng)的PDM和CAPP集成成本高，而且不具備靈活性，另外，該集成方法也不能很好地支持企業(yè)應用系統(tǒng)隨著業(yè)務需求的變化而自由調(diào)整。在不改變原有企業(yè)PDM和CAPP應用系統(tǒng)的基礎上，基于面向服務架構(gòu)(SOA)的企業(yè)應用集成方案開始為越來越多的IT人員所青睞，本文結(jié)合筆者在某航空企業(yè)所做的PDM和CAPP集成工作來具體闡述這一方案。
1 基于SOA的PDM/CAPP系統(tǒng)集成架構(gòu)
SOA的核心理念就是服務，是組織服務的一種架構(gòu)模式。SOA通過應用組件和傳輸協(xié)議的松散耦合（服務的傳輸協(xié)議透明化），服務的即時綁定（服務位置的透明化），從而實現(xiàn)業(yè)務組件虛擬化，造就一個虛擬集成架構(gòu)或者集成平臺服務總線，這樣使服務集成不受任何限制，可以以服務組件形式同時集成現(xiàn)有PDM和CAPP系統(tǒng)的各個功能模塊，以及集成將來開發(fā)的其它新功能模塊，同時也可以根據(jù)企業(yè)的需求隨時更換這些服務組件。
為了解決CAPP的某些管理功能與PDM的管理功能之間存在的重疊和沖突，CAPP保留工藝設計、工藝知識管理、工藝過程管理等一些原有功能，而將剩余管理功能部分與PDM系統(tǒng)進行集成，充分利用PDM系統(tǒng)完備而強大的管理功能，在傳統(tǒng)PDM和CAPP系統(tǒng)集成的基礎上，提出了如圖1所示的CAPP與PDM的SOA集成解決方案。
實現(xiàn)基于SOA框架下的PDM和CAPP系統(tǒng)集成，需要在分析企業(yè)相關(guān)需求的前提下，經(jīng)過一定量的定制，構(gòu)建滿足企業(yè)實際要求的集成架構(gòu)。基于SOA的PDM/CAPP集成架構(gòu)需要解決以下幾個關(guān)鍵問題：
圖1 CAPP與PDM集成的SOA解決方案
(1)CAPP系統(tǒng)需要及時從PDM系統(tǒng)獲得產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)信息。目前多數(shù)企業(yè)都是以BOM的形式來描述產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，因此CAPP系統(tǒng)需要根據(jù)PDM系統(tǒng)BOM的變化及時更新自己的BOM。在之前的CAPP與PDM集成系統(tǒng)當中，CAPP與PDM系統(tǒng)間有特定的接口，一旦PDM系統(tǒng)發(fā)生變化，CAPP與PDM系統(tǒng)之間的接口也要根據(jù)PDM系統(tǒng)的變化進行相應的修改，繁瑣而復雜。采用SOA解決方案以后，CAPP系統(tǒng)要獲取PDM系統(tǒng)中的產(chǎn)品BOM，所做的工作就是通過企業(yè)的私有服務中心來查找PDM系統(tǒng)發(fā)布的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息服務，然后訪問PDM系統(tǒng)的相關(guān)模塊，并把得到的BOM信息導入到自己的系統(tǒng)中，PDM系統(tǒng)內(nèi)部的變化不會牽扯到CAPP系統(tǒng)的改變。
(2)CAPP系統(tǒng)還需要及時從PDM系統(tǒng)獲得用戶信息，以便約束特定用戶對CAPP的操作權(quán)限。CAPP系統(tǒng)通過企業(yè)的私有服務中心來查找PDM系統(tǒng)發(fā)布的用戶信息服務，然后訪問PDM系統(tǒng)的相關(guān)模塊，并把得到的用戶信息導人自己的系統(tǒng)中。
(3)PDM系統(tǒng)需要及時獲取CAPP編輯好的工藝文件的信息，例如工藝文件編號，以便更系統(tǒng)地管理CAPP生成的工藝文件。PDM系統(tǒng)根據(jù)自己所需通過企業(yè)私有服務中心來查找CAPP系統(tǒng)發(fā)布的工藝文件信息服務，然后通過該服務訪問CAPP系統(tǒng)以獲取工藝文件信息。
經(jīng)過上述分析后，基于SOA來集成PDM和CAPP所做的主要工作就是創(chuàng)建產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息服務、用戶信息服務、工藝文件信息服務3個服務模塊，然后將這3個模塊以“插拔式”方式加入服務總線，給PDM或者CAPP系統(tǒng)調(diào)用即可。由于3種服務都是以“插拔式”的方式加入服務總線，所以可以隨時更新這些服務。
2 基于XML的BOM描述
PDM和CAPP系統(tǒng)集成需要交互各自的BOM信息，事實上在產(chǎn)品的全生命周期中，BOM貫穿了企業(yè)生產(chǎn)活動的始終，通過BOM將同產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)、過程、人員組織起來，就可以將產(chǎn)品生命周期中不同的階段和過程進行連接并實現(xiàn)信息和過程的集成。因此，BOM不僅是連接CAPP和PDM系統(tǒng)的橋梁和紐帶，而且是制造企業(yè)的基礎數(shù)據(jù)，是PDM和CAPP信息集成的主要環(huán)節(jié)，BOM集成完善以后，剩余的工藝文件信息以及用戶信息等，可以根據(jù)BOM表輕而易舉地組織起來。
BOM是以數(shù)據(jù)格式來描述產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的文件，是定義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的技術(shù)文件。PDM系統(tǒng)和CAPP系統(tǒng)有各自的BOM，存在形式不一樣，不可能直接拿來交互，為此必須選擇一種中間文件作為BOM信息的載體。XML語言由于其良好的靈活性以及獨立于具體的操作平臺和應用系統(tǒng)，成為了BOM信息載體的首選。選用XML作為BOM信息的數(shù)據(jù)載體，PDM和CAPP系統(tǒng)各自把自己的BOM數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成XML格式，通過集成框架進行數(shù)據(jù)交換，從而實現(xiàn)CAPP系統(tǒng)與PDM的數(shù)據(jù)集成。在某航空企業(yè)以XML語言書寫的BOM結(jié)構(gòu)樹導出文件如下：
產(chǎn)品BOM一個典型的特點是其具有層次性，在傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中存儲起來相當復雜，存在大量冗余數(shù)據(jù)，并且難以保證數(shù)據(jù)的一致性和完整性，而用XML語言來存儲BOM信息就不一樣了，XML語言的層次性正好和產(chǎn)品BOM的層次性對應起來，可以保證產(chǎn)品BOM信息的一致性和完整性。用XML語言來存儲產(chǎn)品BOM信息時擴充和修改起來也非常方便，因此選用XML語言作為產(chǎn)品BOM信息的載體。
3 基于Web Service和XML的BOM轉(zhuǎn)換模型
將BOM信息用XML語言的形式來表示，解決了在PDM和CAPP系統(tǒng)之間進行BOM交互的基本問題，而SOA是一個概念，一種理念，一種模型，要實現(xiàn)該模型則需要一種與之相對應的技術(shù)手段。使用標準XML協(xié)議的Web Services技術(shù)使服務平臺、語言和發(fā)布者能夠互相獨立，并以一種高度靈活和自動化方式組織交互活動，建立起基礎牢固的系統(tǒng)應用集成，是系統(tǒng)集成解決方案的一個理想的選擇。這也符合SOA的初衷，很好地屏蔽了兩種平臺的技術(shù)細節(jié)，實現(xiàn)業(yè)務和技術(shù)的解耦，PDM與CAPP集成方案中基于Web Service和XML的BOM轉(zhuǎn)換模型如圖2所示。
圖2 基于Web Service和XML的BOM信息交互模型
為實現(xiàn)BOM信息在PDM系統(tǒng)和CAPP系統(tǒng)之間的交互，需要對PDM系統(tǒng)和CAPP系統(tǒng)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊進行Web Service封裝，用Web服務描述語言對PDM系統(tǒng)所提供的API接口服務進行描述，形成WSDL接口文件，并將其發(fā)布到服務注冊中心。
CAPP系統(tǒng)想要從PDM中獲取設計BOM，首先要到企業(yè)私有服務注冊中心查找并發(fā)現(xiàn)PDM系統(tǒng)發(fā)布的信息服務，此時CAPP作為PDM系統(tǒng)Web Service的服務請求方，通過Web Services平臺發(fā)送XML格式的SOAP消息給PDM的Web Services平臺，PDM的Web Services平臺通過數(shù)據(jù)交換封裝接口解析CAPP系統(tǒng)傳遞過來的XML格式的消息，并轉(zhuǎn)換為PDM內(nèi)部數(shù)據(jù)格式，PDM系統(tǒng)根據(jù)得到的數(shù)據(jù)來查找PDM的產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)庫，然后通過數(shù)據(jù)交換封裝接口把查詢結(jié)果由PDM系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成XML格式，并把得到的XML數(shù)據(jù)通過Web Services封裝成SOAP消息傳回給CAPP系統(tǒng)的Web Service平臺，CAPP系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)交換封裝接口，把得到的XML格式的結(jié)果轉(zhuǎn)換成CAPP系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)格式，此時即得到了CAPP系統(tǒng)所需的設計BOM。反之，PDM要獲取CAPP的工藝BOM與制造BOM時也是同樣的原理，這樣就實現(xiàn)了CAPP與PDM在BOM數(shù)據(jù)上的集成。
4 企業(yè)服務總線(ESB)技術(shù)
Web Service技術(shù)為實現(xiàn)基于SOA的PDM和CAPP的集成提供了一個堅實的基礎，然而Web Service技術(shù)僅僅是實現(xiàn)了PDM系統(tǒng)和CAPP系統(tǒng)之間服務請求者和服務提供者之間點對點的連接。
圖3所示是一種點到點的交互方式，雖然這有別于傳統(tǒng)集成的點到點集成方式，克服了傳統(tǒng)點到點集成方式耦合度高等缺點，但是在一個擁有多個服務請求者和服務提供者的PDM和CAPP集成系統(tǒng)環(huán)境當中，這種點對點的連接方式使集成架構(gòu)脆弱，靈活性也不高。因此在用SOA架構(gòu)實現(xiàn)PDM和CAPP系統(tǒng)之間的集成時，還需要一個中間層，它能夠幫助實現(xiàn)在SOA架構(gòu)中不同服務之間的智能化管理，即企業(yè)服務總線(ESB)技術(shù)，如圖4所示。
圖3 直接連接
圖4 使用ESB連接
ESB在本質(zhì)上就是一種可以提供可靠的、有保證的消息技術(shù)的新型中間件技術(shù)。更重要的是，充當“緩沖器”的ESB負責在諸多服務之間轉(zhuǎn)換業(yè)務邏輯和數(shù)據(jù)格式，這種功能使服務邏輯與服務本身之間相分離，從而使不同的應用程序可以同時使用同一服務，不用在應用程序或者數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，改動服務代碼。ESB在該集成架構(gòu)中主要完成以下幾件工作。
(1)PDM系統(tǒng)和CAPP系統(tǒng)之間相關(guān)服務的消息路由，以請求到正確的服務提供者。
(2)對服務提供者進行注冊命名，對服務請求者進行尋址管理。
(3)服務請求者與服務之間傳輸協(xié)議的轉(zhuǎn)換。
(4)服務請求者與服務之間消息格式的轉(zhuǎn)換。
(5)處理各自來自不同業(yè)務模塊的事件。
(6)保證服務質(zhì)量的安全可靠。
ESB為PDM和CAPP在SOA環(huán)境下集成提供了與企業(yè)需要保持一致的基礎架構(gòu)，通過ESB，PDM和CAPP之間并不直接交互服務，而是通過一個總線交互，該總線提供虛擬化和管理功能來實現(xiàn)和擴展SOA。結(jié)合筆者在某航空企業(yè)基于SOA集成PDM和CAPP所做的工作，ESB的基本功能模型如圖5所示。
圖5 ESB的基本功能模型圖
ESB就是在SOA架構(gòu)中實現(xiàn)服務間智能化集成與管理的中介，它的出現(xiàn)改變了直接連接的PDM和CAPP系統(tǒng)的集成架構(gòu)，又可以提供比傳統(tǒng)中間件產(chǎn)品更為廉價的解決方案，同時還可以消除PDM和CAPP系統(tǒng)之間的技術(shù)差異，實現(xiàn)了不同服務之間的通信與整合。
5 結(jié)束語
本文針對傳統(tǒng)PDM和CAPP集成解決方案中的不足，基于SOA思想，提出了一種面向服務的PDM和CAPP系統(tǒng)集成架構(gòu)。該架構(gòu)具有SOA的松散耦合、可重用和高度可集成等特征，能有效地集成企業(yè)現(xiàn)有資源，提高業(yè)務敏捷能力和消除“信息孤島”。SOA技術(shù)架構(gòu)是企業(yè)應用需求和信息化發(fā)展的必然產(chǎn)物，其表現(xiàn)出來的靈活性與優(yōu)越性毋庸置疑，它也是新興的PDM和CAPP集成技術(shù)方案。
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本文標題：基于SOA的PDM與CAPP系統(tǒng)集成技術(shù)研究
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