“制造业CIMS应用集成平台总体设计与原型系统开发”项目介绍

本项目是863/CIMS主题重大关键技术攻关项目。其目的是在有限的资金和较短的时间内开发一个具有应用前景的制造业CIMS应用集成平台并集成一些具有应用价值的软件系统。(集成平台技术介绍) (与项目有关的主要论著)


研究意义

CIMS应用集成平台项目的设立与开发是为了解决当前我国企业在实施CIMS过程中遇到的实施周期长、可靠性低、软件维护性和可重用性差等问题,并在最大程度上保证企业已有的信息资源CIMS应用集成平台项目的设立与开发是为了解决当前我国企业在实施CIMS过程中遇到的实施周期能够充分利用。该集成平台采用“软件总线”的构想,为企业提供了一个实现信息集成和应用集成的软件框架环境,实现了全企业范围内信息的透明共享与管理,大大降低了集成的复杂度,提高了集成的有效性。它通过提供应用的开发工具、应用的原型系统、应用的集成接口、GIS共享信息定义与维护工具和集成了的应用软件等方面给实施CIMS的企业提供全方位的支持。“制造业CIMS应用集成平台原型系统”的开发对于支持我国企业快速、高效、高质量地实施CIMS和促进我国高技术软件的产业化都具有重大意义。


体系结构

“制造业CIMS应用集成平台总体设计与原型系统开发”项目分为下列7个课题。子课题1研究集成平台的集成机制、系统设计开发规范与系统体系结构。

  • 课题1:集成平台总体设计技术和集成机制研究

  • 课题2:集成平台通信和全局信息系统的设计与实施

  • 课题3:CAx(CAE/CAD/CAPP/CAM)信息管理与集成系统的设计与实施

  • 课题4:MIS集成接口开发和应用系统的集成

  • 课题5:车间管理和控制集成开发系统的设计与实施

  • 课题6:企业信息集成的Internet/Intranet实施方法研究与原型系统开发

  • 课题7:集成平台运行管理与控制系统设计和实施
 

主要研究内容

集成平台系统服务层:提供集成平台底层的透明通信服务和信息服务,主要包括集成平台体系结构中的通信服务层、全局共享信息系统层和GIS-API与GIS定义与维护工具。这部分研究开发工作由分课题2完成。

集成平台的应用服务层:在集成平台系统服务层的支持下,按照CIMS应用的不同领域,提供应用集成接口并实现企业常用应用软件的集成。这部分的工作按照MIS、CAx、车间管理与控制和Internet应用四个方面分别由子课题3~ 子课题6完成。

集成平台系统管理层:完成对于集成平台环境下的用户管理、系统资源管理、消息服务与工作流建模与管理功能。它的研究开发工作由子课题7完成。

应用系统的开发、应用集成是在全局信息系统和通信系统的支持下,利于它们提供信息服务和通信服务,开发企业的CAx信息管理与集成系统、车间管理与集成开发系统原型、MIS集成接口、Internet集成接口,并集成相应的应用软件系统。在此基础上,结合山西经纬纺织机械股份公司的需求,开发企业CIMS原型系统。具体内容包括:MIS集成接口开发和应用系统的集成; CAx(CAE/CAD/CAPP/CAM)信息管理与集成系统设计与实施;基于产品数据管理(PDM)技术与产品数据交换标准(STEP/IGES/DXF)技术,研究与开发CAx信息管理与集成系统;车间管理和控制集成开发系统的设计与实施企业信息集成的Internet实施方法研究与原型系统开发。


研究开发范围

研究集成平台的系统体系结构与集成机制,为整个集成平台的设计提供理论基础和设计开发规范。

设计开发一个覆盖制造业企业经营管理、工程设计、车间管理范围的集成平台,为企业提供了一个实现信息集成和应用集成的软件框架环境,实现了全企业范围内信息的透明共享与管理,降低集成的复杂度,提高集成的有效性,为企业快速实施CIMS提供有效工具。

完成异构操作系统(Unix(IRIX), Windows NT, Windows 95)网络环境下通信系统的设计和开发。提供在分布计算机、不同操作系统和不同通信协议环境下透明的通信服务功能。

完成异种数据库(Oracle、Sybase与SQL Server等)和文件系统上全局信息系统的设计和开发,为运行于集成平台上的应用提供透明、一致的信息访问和控制手段,提供建立和维护企业全局共享信息模型的机制和工具。

完成集成平台运行管理与控制系统原型的设计和开发,利用代理机制完成集成平台上用户、应用、数据的管理、监控和应用协调。用户、应用、数据管理与权限控制以Client/Server模式,通过代理(Agent)机制完成CIMS应用集成平台的动态、静态配置与裁剪;对系统部分或全部组分(数据、运行代码、配置参数)进行定期的、不定期的备份;对平台中各节点运行的应用进行控制和管理;对系统中重要资源进行共享管理;维护系统的安全性、可靠性、完整性。应用协作模块完成应用协作模型(工作流模型)的建立;应用协作模型实例化等。

完成车间控制器应用开发与集成原型工具的设计和开发,它由一组控件以及可以使用这些控件的集成开发环境组成的。开发系统提供的控件主要有以下几类:车间管理控件、通信类控件、数据访问控件、调度类控件、Internet控件、用户界面类控件等。车间管理和控制集成开发系统二次开发的车间管理和控制集成系统原型包括五个模块:车间配置和维护、车间生产管理、车间调度、车间控制、车间信息显示。

完成CAD/CAPP/CAM系统集成工具和接口原型的开发,

结合CIMS应用示范企业的工程设计部门的信息管理与集成的需要,提供了支持CAx应用系统信息交换的应用集成接口。 以商用PDM系统(Metaphase, IMAN等)为产品数据管理框架,实现CAx应用系统所产生的工程信息的统一管理与控制。实现商用PDM系统与CAx应用系统之间的应用集成,PDM系统与全局信息系统(GIS)集成。实现了PDM与MRPII、Pro/E、GH-CAD、北航-“金银花”、车间管理与控制系统的集成。

完成MIS集成接口原型设计和开发,MIS集成接口提供一组集成接口来实现对多种MIS开发工具与MIS应用系统的集成。MIS集成接口还包括了具有一定通用意义的OA集成接口,用于实现OA系统和MIS的集成,真正达到为企业提供一整套的事务处理和业务处理集成管理信息系统的目标。

完成INTERNET接口的开发,将Web技术与CIMS应用集成平台技术有效地结合起来,使平台支持的企业资源信息能够方便地以Web浏览器的方式被访问。

完成应用软件(CAD软件,PDM软件、MIS软件,MIS开发工具、调度软件等)的集成

成整个原型系统的集成和运行,并利用本集成平台开发企业CIMS应用原型系统。


采用的关键技术

  • 集成平台运行与控制的代理技术和集成平台数据、应用的安全访问机制以及应用的协调管理方法实现;

  • 基于全局信息系统的应用集成技术 ;

  • 面向对象的车间控制器建模;

  • 基于PDM的3C集成技术;

  • 基于DCOM的应用集成技术;

  • 基于Internet/Intranet的企业管理信息系统的实施方法;

  • 基于CGI或NSAPI(Netscape Server API)的访问数据库信息编程接口开发;

  • 风格一致、友好的集成平台用户界面的设计与开发;

  • 基于关系模型的多数据库系统的体系结构和GIS-ODBC接口实现。

 


实现方案

整个集成平台采用Client/Server结构。集成平台系统层支持系统(通信系统和GIS)采用关系模型作为整个集成平台全局信息共享模型,提供一组独立于应用的应用编程接口,为了方便一批具有典型意义的采用ODBC接口作为数据库通用接口的应用系统的集成,集成平台GIS提供GIS-ODBC集成接口。集成平台的应用层为应用系统提供集成接口,并完成应用系统的集成、应用开发工具原型和应用系统原型的开发。集成平台在支持企业信息集成的基础上,所设计和实施的集成平台的运行管理与控制系统将实现对于平台应用资源的管理、权限的管理和应用(部分)间的协调和控制,从而使集成平台环境下的整个应用系统形成一个整体协调的集成运行系统。整个集成平台按照层次结构加以划分:通信服务CS处于集成平台的最底层,它为其他层次提供基本的应用服务,包括应用通信、底层设备屏蔽等;全局信息系统GIS建立在通信服务之上,它维护整个信息系统的完整性和一致性,为应用层提供通用的信息访问和操作手段;通信服务和全局信息系统服务共同构成了统一的集成平台系统使能接口,它是构建应用使能层次的基础。在系统使能接口之上是用于特定领域集成接口和领域子平台:MIS集成接口、CAx(CAE/CAD/CAPP/CAM)信息管理和集成系统、车间管理与控制集成系统,它们一方面提供各特定应用领域信息组织方式,一方面提供领域内信息集成和应用集成接口。这些接口构成了集成平台的应用使能接口。平台运行管理系统利用集成平台提供的应用及系统管理服务完成系统运行监控和管理功能。


实施特点

<>CIMS应用集成平台使企业的CIMS实施方式得到了革命性的改变。在传统的实施方式中,采用的方法是先开发各个分系统应用软件,然后实现它们之间集成。这样的做法使企业CIMS的实施风险增加,并且在全部系统实施集成未完成之前企业不能见到直接效益。而平台支持下的实施方法,是根据企业的需求,首先提供CIMS原型系统,使企业可以很快进入应用,在此基础上进一步利用集成平台提供的集成开发工具与集成接口,完善企业的应用系统功能。采用这种方式的最大优点是实施周期可以大大缩短,企业很快可以见到效益。


成果转化及应用成果评价

制造业CIMS应用集成平台在中国具有广泛的应用需求和应用前景。首先要在中国制造业大范围内推广CIMS应用工程,没有制造业CIMS应用集成平台的支持是十分困难的,没有CIMS应用集成平台的支持,企业CIMS工程的实施效率低、工程周期长、工程质量难以得到可靠的保证,另外没有CIMS应用集成平台的支持,企业实施CIMS工程的软件开发投资很大、建成后的系统开放性和可扩展性也得不到保证,给企业以后的发展不利。按照CIMS在中国的推广应用前景,制造业CIMS应用集成平台具有广阔的市场前景,并且有巨大的经济效益和社会效益。

制造业CIMS应用集成平台在中国的广泛推广又有利于中国863高技术软件产业的形成。因此制造业CIMS应用集成平台的开发和推广应用具有重大的经济效益和重要的社会意义。

“制造业CIMS应用集成平台”已经在海信电器股份有限公司CIMS工程中进行了试用,北汽福田车辆股份有限公司的技术人员在清华大学国家CIMS中心对集成平台进行了3天的试用,试用效果反映良好。目前,还正在积极联系一些企业进行CIMS应用集成平台的应用工作。通过在一批典型企业的CIMS工程中进行应用。根据企业应用的需求,丰富集成平台的功能,不断集成新的应用软件系统,从而能够形成一套功能比较全面,有丰富的应用支持系统的CIMS集成平台。

制造业CIMS应用集成平台的产业化工作也正在积极的进行,以集成平台原型系统为基础,由东北大学软件集团(东大阿尔派)和清华大学国家CIMS工程技术研究中心为主申请的863/CIMS重大产品化项目“基于CIMS应用集成平台的集成系统”的申报、专家评审、专家组现场考察工作已经完成,后续的立项准备工作也正在加紧进行。我们希望通过实现清华大学国家CIMS工程技术研究中心和东北大学软件集团(东大阿尔派)的合作,实现强-强联合,利用东北大学软件集团(东大阿尔派)的公司机制和市场优势,结合清华大学国家CIMS中心的技术开发优势,在国家科技部和863/CIMS主题专家组推动企业实施CIMS的大好形势下,尽快实现集成平台技术成果转化成有一定市场竞争力的集成平台产品,在我国企业的CIMS应用中发挥积极的作用。


技术水平

本项目的研究开发取得了丰富的成果,整个项目的水平达到了当今国际先进、国内领先水平。项目取得的成果具有重要的理论意义和实际应用价值。其中显著的成果有:

所设计开发的制造业CIMS应用集成平台是一个全企业范围的集成平台,其功能覆盖了经营管理、工程设计、车间管理与控制、企业Internet服务,并实现了这些不同领域功能之间的信息集成,国际联机文献查新结果表明,国际上未见具有类似功能与覆盖范围的集成平台系统。

集成平台的全局共享信息系统开发了一个采用与具体数据库类型、数据库位置无关的GIS-ODBC方式实现全局共享信息透明访问服务的ODBC驱动器,并且以此为基础提供了全局共享信息的管理和信息源集成,实现了Oracle、Sybase、SQL Server 和Access数据库的模式集成和透明访问,国际联机文献查新结果表明,国际上未见具有类似功能与覆盖范围的全局信息系统。

集成平台的运控系统采用先进的代理机制,实现了对集成平台环境下系统资源、用户和应用的有效管理,使企业的整个应用和资源真正成为协调运作的整体,其水平达到了当今国际先进、国内领先水平。

设计并实现了8种集成接口,集成了9个应用软件系统(2个MRPII软件(经纬-MRPII,利玛-MRPII)、1个Word软件(MS Word)、2个PDM软件(IMAN,Metaphase)、3个CAD软件(GH-CAD,Pro/E,金银花CAD)和1个CAPP软件(JW-CAPP))、5个开发工具(STEP开发工具STEP-Developer、MIS开发工具Powerbuilder、决策支持工具BO、控制工作站开发平台、Internet开发工具Intrabuilder),设计并开发了4个开发工具(全局共享信息建立与维护工具、系统配置与维护工具、车间管理与控制系统开发工具、工作流建模与管理工具),并实现了这些应用系统与开发工具之间的信息集成,集成的软件在数量和质量上都属于国际先进水平,国际联机文献查新结果表明,国际上未见具有集成数量与范围类似的集成平台系统。

开发了4个原型系统(MIS原型系统、CAD/CAPP/CAM/PDM集成原型系统、车间管理与控制原型系统、基于Internet/Intranet的企业MIS应用原型系统),这些原型系统开为企业快速实施CIMS提供有效的支持,其完成系统的水平和质量达到了国内先进水平。

开发了一个企业的CIMS原型系统,国内有2个企业对集成平台原型系统进行了试用,试用效果反映良好,试用企业均认为本项目开发的集成平台原型系统对我国企业的CIMS应用有重要的应用价值。

发表了高水平的论文共 68篇。其中国际杂志1篇,国际会议10篇,国内核心杂志42篇,国内会议论文15篇。


应用水平

本项目开发的“制造业CIMS应用集成平台原型系统”已经有2家企业进行了试用。在应用验证过程中我们主要是针对企业现有应用的集成,特别是MIS应用和CAx应用之间的集成。同时,集成平台的运控系统在企业中的试用得到了企业的好评,确实可以把企业的各种资源很好地管理起来。有关企业应用的情况可以参考用户试用意见书。

作为一个重大关键技术攻关项目取得的成果,我们也希望能够得到国家科技部和CIMS主题专家组的进一步支持,对原型系统进行完善,在更多的企业中得到应用和验证,使“CIMS集成平台”成为真正的企业应用产品。


产品化概况

目前CIMS应用集成平台正在国家863/CIMS主题支持下进行产品化工作, 预期在1999年底完成产品化一期工程,并在几家企业得到应用


获奖情况

"制造业CIMS应用集成平台"获2000年度教育部科技进步二等奖