1、1基于 SOAD 大型制造企业设计集成平台的研究及应用摘要：产品设计中设计软件结构的异构性给网络环境中的产品设计带来了较大的困难，导致产品设计过程效率太低和信息孤岛。为了解决这个问题，以实际项目为背景，针对大型变压器电气设计的业务流程，用面向服务的分析与设计 SOAD(service-oriented analyze and design)方法建立了设计系统的过程模型，基于此模型，采用 Web 服务技术，软件集成技术及 XML 语言技术，提出了大型变压器设计集成平台的体系结构及解决方案，实现了大型变压器电气设计集成平台的开发并成功地投入了使用。使该企业的产品整体设计效率提高了10 多倍，为企业
2、带来极大的经济效益。关键词：面向服务的分析设计（）；eb Services； XMLSOAD-based application integration platform of a large-sized manufacturing enterprise designing system Abstract: The heterogeneity of designing software structure makes it more difficult to design product and causes lower efficiency and information islands i
3、n collaborative manufactuue network environment. To solve this problem,under background of one practical engineering, aiming at business process of designing in a large-sized transformer manufacture enterprise , a model of business process of designing was built that adopted SOAD(service-oriented an
4、alyze and design)technology. And whats more, based on this model, the architecture and solution of a large-sized transformer integration platform for designing is proposed.The integration platform was successfully developed and plunged into use. This platform not only increased efficiency of product
5、s designing more than 10 times,but also brought more and more economic benefits for the enterprise.Key words: SOAD；EAI；Web service；XML1 引言随着信息技术的飞速发展, 企业要求其业务系统高度集成和开放。但大多数企业都存在着由遗留应用和异构数据源形成的“信息孤岛”, 同时还面临新开发应用的加入，基于多种开发平台和工具的软件系统得到大量应用, 使得企业中的软件系统变得日益庞大和复杂。这些系统常常是用不同的语言开发并建立在不同的平台之上， 各系统之间也很难进行信息共享
6、。然而，快节奏、高效率的现代化生产与更加复杂的工程应用又有着对新型高效、安全可靠的工程应用集成平台有着迫切的需求。因此，将已有孤立的工程应用软件进行优2化集成，设计出更合理的交互机制，使之成为一套高效可靠的工程应用集成平台是大多数企业所急需的。要完成上述目的，一种新的软件开发思想及方法是必要的，最佳选择就是设计一种松散耦合的基于服务的系统，采用面向服务的分析与设计SOAD ( Service Oriented analysis and design)的集成可很好解决这些问题 1。2 SOAD 的建模思想和建模过程面向服务的分析与设计（Service-oriented Analysis and
7、Design, SOAD）是利用面向服务（）的原理来分析、设计应用系统的方法论,面对企业的应用系统集成，用BPM方法分析设计业务流程，用面向服务的方法分析设计服务，用基于组件的方法设计基础组件，组成一套新的混合模式，来实现对企业应用系统的分析与设计 2。2.1 SOA、BPM和CBD的特点SOA是一个组件模型,它将应用程序的不同功能单元(服务) ,通过服务间定义良好的接口和契约联系起来。接口采用中立方式定义,独立于具体实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言,使得构建在这样的系统中的服务可以使用统一标准的方式进行通信。SOA作为一种新型的应用软件架构模型,与传统的分布式组件架构相比,特别强调基于
8、标准和松散耦合。其特点是服务重用和共享,非常适用于设计具有高度灵活性的现代企业应用程序。BPM概念是 Howard Smith和Peter Fingar 3于2003年正式明确地提出，BPM提出要以流程管理为企业的核心,可以让企业根据自身的业务需求量身定做自己的流程,并可以方便地控制和管理流程。BPM的本质是将流程作为一种新的抽象数据类型,它直接操作和管理的对象就是流程,而不是一个整数、一个字符串或数据库中的一张表。流程将成为BPM 中最基本的对象。基于组件的设计（Component-based Design，CBD）是在OO方法基础上发展起来的，是OO技术应用于系统设计级别上的一种自然延伸。
9、CBD采用自底向上从实际实现对象开始分析，特点是接近软件实现 4。虽然SOA是当今最先进的软件架构模式，但若没有正确的管理思想,就无法最大化地发挥它的优势。同样，BPM作为第三代流程管理思想,强调流程在企业中的重要性,符合当今企业应用系统集成对管理要求。然而任何一种管理思想都需要一定的技术体系来支撑，使它在企业应用系统开发中充分表达业务的需求,对原本根植在应用系统中的流程作出清晰的定义,将业务流程作为独立的对象提取出来管理,方便企业对流程进行控制和管理,提高企业的3灵活性和响应速度。2.2 SOA、BPM和CBD的有机结合对于SOA架构的系统而言,服务模块最好通过BPM来确定，这样可以充分发挥
10、作用，通过BPM来分析企业的业务流程,将主要业务流程以图表的方式表示,然后层层分解。这样可以很清楚地知道企业需要完成什么样的工作,对于这些工作又需要什么样的服务模块。然后对比现有系统的功能模块,可以确定哪些服务从现有系统中封装实现,哪些服务必须要新实现,从而能以更合适的方式来实现所需要的功能服务。这样不但能更好地实现资源共享,而且可以使整个系统发挥最大效能。此外,通过对业务流程的分析,使企业管理者更清楚地知道信息系统所提供的功能,以及这些信息系统对于企业运作的真正价值 5。由于企业现在业务流程面临的情况越来越复杂,单个应用程序无法满足企业的各种要求,即使是一个大型的ERP解决方案,仍然会存在功
11、能上的不足,无法为企业提供所需的特定功能。因此今后的企业往往要求多个应用程序来实现其业务流程。传统的集成方法是将流程内嵌在集成工具中,采用私有模型(如工作流) 。有的则是直接将流程散布在代码中,并没有显式地标志流程。BPM中的核心思想是将流程作为一个新的抽象数据类型单独提取出来操作和管理。所以传统的集成方法不能很好地支持BPM。服务是SOA的核心,所以采用SOA的架构意味着企业的业务功能均以服务的形式存在。而服务具有基于标准的开放接口以及松散耦合等优良特点,所以BPM可以非常方便地通过服务的组合来实现流程的构建。SOA可以作为一座桥梁,将BPM和底层的集成框架无缝连接。在面向服务的建模过程中，
12、自顶向下从业务目标开始分析，特点是接近业务需求，高层制定蓝图符合企业长期发展；自底向上从实际实现对象开始分析，特点是接近软件实现和考虑已有的应用系统和技术。但是，为了使基于 SOA 的构架的系统能够真正缩小业务流程和软件之间的差距，结合企业信息化的总体目标和现有的应用系统，采取中间相遇的建模方法，中间相遇结合二者的优点，实现面向服务的应用体系的建模。使用 BPM 进行过程分析与建模，识别和设计目标系统的业务流程，建立过程域并进行过程分解，在过程中识别所需业务服务组件。采用 CBD 遗留系统进行分析设计，从中提取可用的业务服务组件或功能服务组件。为实现业务过程的底层服务提供一个良好的解决方案。用
13、面向服务的方法建立服务模型，设计松耦合可重用的服务，并对服务进行组合构成粗粒度的服务以支持业务流程。通过对不同粒度的服务组件进行编排，满足业务服务组件或是业务流程的需要。43 用的方法对大型变压器电气设计业务的分析与设计3.1 业务分析及设计流程中存在的问题某电气股份有限公司是我国变压器行业三大骨干生产厂家之一。公司的主要产品是高电压大容量变压器、互感器、电抗器等。其中，高电压大容量变压器为公司的主要产品。这种产品有着多品种、小批量生产、单件产品价值大的特点，甚至单件生产占有较大的生产份额。在市场产品需求急速增长的情况下，企业对于新产品的急速研发产生了新的需求，需要短时期设计出性能更好，成本更
14、经济的变压器产品。由于当今市场环境下单件定制产品增多以及产品的复杂度增加，对原有的产品设计流程产生较大的压力，使得对原有的设计流程进行优化整合成为急需解决的问题。整个电气设计的业务流程为：（1）公司按照客户订单来组织生产。一般是接受客户订单后，进行设计，生产，交付等过程。公司市场部接到合同后，市场部审验完毕后会交付设计处。（2）设计处负责对客户需求的产品进行完整的电气设计。设计处进行产品的电气设计时的主要依据之一是从公司市场部转来的产品合同。（3）电气设计完成后，一个变压器的产品再经过一定的工程设计、外观设计等就进入有关生产的流程。整个的设计流程如图所示。5电气 ： 接收合同 、 阅读合同 、
15、 设计评审 、 粗规划对计算单进行计算 ， 生成新的计算单提取合同上的变压器设计参数 、 再加入有关电气参数 ， 生成初始信息表 （ 初始计算单 ）市场部合同 / 联络单是否规范YN ， 生成新联络单判断产品类型常规产品导变产品全新产品参数优化校核审查审定YNYNN产品设计方案确定Y合同图 变压器电气设计流程图经过对设计流程的进一步分析发现，数据审核服务已经成为制约产品生产的瓶颈其流程如图 2 所示（图 2 中的加粗线条为当前业务流程的瓶颈）：由于数据审核软件来自于不同的年代，不同的平台，并且对数据格式要求及其严格，且输出结果都是内容较多的文本文件和图像文件，并且输出结果之间没有比较、过滤、优
16、化功能，需要靠人工从繁杂的数据中找最优结果，费时费力，问题主要表现在下列几个方面：(1) 在进行电气参数设计的过程中，对参数提取效率不高；计算过程中重复劳动太多，效率太低；计算单以 Excel 形式存放，并且不同设计员、不同产品的计算单格式不尽相同，产品设计数据缺乏统一标准。(2) 计算程序输出的结果，都是内容较多的文本文件，结果之间没有比较功能，全靠人工从繁杂的结果中找最优结果。设计中心未能形成产品设计数据的统一管理，数据信息都是孤岛，没有信息共享。6(3) 审核软件如波过程、电场等来自于不同的年代，不同的平台，并且对数据格式要求及其严格，使得不同软件之间的数据传输出现问题，严重影响产品设计
17、速度；进行数据过程所需数据需人工进行采集，严重影响了产品设计的效率以及准确率。波过程 , 确定纵绝缘电场磁场油流分布短路强度其他计算程序的输入文件运行相应计算软件相应输出结果调整计算单图 2 数据审核流程图3.2 利用对业务流程进行建模首先，采用自顶向下的业务层设计方法来设计业务层。用BPM方法来分析设计业务流程，业务流程包括市场部的订单处理，设计中心的产品设计，生产车间的产品生产，销售中心的配送结算等流程。再通过对业务流程的分析用的方法建立服务件模型。图3中的业务层。第二，采用自底向上的组件设计层来设计组件层。用和的方法对设计流程中使用的各计算软件和使用的软件平台进行分析设计，分析和利用原有
18、系统的接口、模块等，重新模块化现有系统的组件。为功能服务组件能够服务接口，支持服务层的建模。图3中的服务层。第三，利用中间相遇的方法来设计功能服务组件。用的设计方法来设计和编排中间服务组件。SOA定义层中的服务层起到连接业务层和组件层的责任。服务组件的设计要满足以下要求：松耦合、易重构性；服务抽象内聚、完整和一致；服务组件在设计过程中始终遵循统一的规则，使得服务组件成为业务流程和软件件集成架构之间良好连接的枢纽。图3中的组件层。7参数预审服务组件设计服务组件参数终审服务组件参数中审服务组件算单服务组件电气设计软件波过程计算软件电场计算软件磁场计算软件短路阻抗计算软件短路强度计算软件杂散损耗计算
19、软件业务层服务层组件层BPM、IDEFSOADCBD、OOAD业务流程市场部处理订单设计中心产品设计市场部处理订单市场部订单处理生产车间产品生产实验车间产品实验销售中心配送结算型号判断服务功能设计服务结构设计服务参数审核服务参数设计服务业务服务结构设计软件图 3 基于 SOAD 的变压器设计系统模型图4 基于 的变压器设计集成平台的设计与实现4.1 基于的设计平台的体系结构根据前面的分析，对变压器的设计系统应构建三层的信息集成平台。分别为组件层，服务层，业务应用层。同时，通过在集成环境中引入协同技术，从而实现设计过程中，人与人，人与系统之间的协作与沟通，提高设计的工作效率。(1) 组件层。变压
20、器设计的各种子系统，软、硬件资源都属于组件层，它用于支撑整个设计部门的正常运作。(2) 服务层。服务层为业务层提供业务功能，其主要作用是利用开放的标准和协议封装底层企业资源。在集成的过程中，为了保证设计部门内部不同资源系统的安全性，又需要和外部进行信息共享。我们将需要共享的数据和业务逻辑通过 Web 服务的方式放在对外的 Web 服务器上。服务层还提供服务契约，服务安全，交换数据标准等功能。(3) 业务应用层。其中包括业务层和应用层，业务层是在基于 SOA 的企业应用集成模型中，业务层通常也叫业务流程管理BPM(Business Process Management )。通过在集成8中引入 B
21、PM，就可以减少业务需求与 IT 系统间的失配，让业务用户对流程建模，然后由 IT部门提供执行和控制这些业务流程的基础服务。通过将业务逻辑与业务规则显示分离，并以一种简单、可视化的形式来表示业务流程，从而增加了设计系统的灵活性，能够对激烈的市场变化做出快速响应。应用层是客户端浏览器和各种应用程序 6。4.2 集成平台体系结构的总体框架基于 SOA 的变压器设计集成平台框架如图 4 所示。在集成框架中，设计中心所拥有的产品数据管理系统、各种设计子系统等对应着体系结构中的组件层；为了构建一个统一的集成协作工作平台，首先需要将现有的业务子系统利用标准的协议服务化，使其能够加入到信息集成平台中，供用户
22、进行调用。 集成平台业务层则对所有信息实现总的控制，负责不同资源的注册、发布以及查询；将相应的数据，服务聚集在全局数据库中；通过事务管理服务将设计流程与底层服务关联；实现消息路由以及信息转换。这主要是为了对平台信息进行统一管理，实现全局的信息共享以及数据交换。使得整个设计中心成为一个整体，集成框架中的 Web 客户端以及各种应用程序充当数据的应用层。客户端主要是门户网站或者其它应用服务，为用户提供各种产品信息支撑服务；另一方面在合作环境中，通过集成平台可以向用户提供企业的产品设计信息，服务信息，使处于同一合作环境中的合作者实时获得需要交换的共享信息，从而实现各用户信息互通与共享 7。设计中心用
23、户门户各种服务应用程序基于服务的其它应用子系统变压器电气设计服务子系统变压器结构设计服务子系统服务适配器 服务适配器 服务适配器设计中心内部服务提供服务总线事务管理服务工作流控制数据管理服务系统安全服务监控 私有服务目录服务网关其它程序接口业务应用层服务层组件层 路由器公共服务目录全局数 据库系统服务适配器图 4 基于 SOA 的变压器设计集成平台的框架94.3 框架中各主要组成部分功能描述(1)设计中心内部服务提供设计中心内部服务提供中包含已有应用或新开发的 Web Service 应用，它们均被封装为标准的 Web Service 组件，成为系统中的一个集成点。对已有系统集成的关键在于对系
24、统的封装和包裹，可以先利用 WSDL 生成器生成该服务对应的 WSDL 文件，然后生成服务器端基于 SOAP 的框架代码，在框架代码的基础上开发 Web 服务适配器，通过该服务适配器，将 XML 格式的请求转换为已有系统能解析的格式，同时，将已有系统处理后的结果转换为XML 格式。服务适配器还具备与后端服务器建立通信连接，验证数据有效性等功能 7。框架负责管理服务的注册和调用，内部服务组件注册到相应的内部 UDDI 中，它可以是设计中心内部的数据库、目录服务或 XML 文件；若为需要提供给企业外部用户使用的向 UDDI中心注册该服务对应的 businessService,其中的 binding
25、Template 块包含了服务的访问入口和 WSDL 绑定信息。一旦注册成功，需要使用服务的组件就可以定位和调用该服务 8。（2）服务总线 Service Bus业务流程的集成是 EAI 中最有价值的一部分，为了更好地组合、集成和协调各种服务，服务总线通过一个处于中间层的集中式服务器，为业务流程控制、服务路由、协议转换和安全扮演着中央控制点的角色。主要采用面向 SOAP 消息的中间件技术，通过 Hub 模式来标准化消息处理并控制信息流 5。(3)服务网关用户门户对于设计中心外部集成，使用服务网关，一方面可以安全地对外公开 Web 服务，另一方面，防火墙之外的客户也能调用这些服务。它包括一个服务
26、管理模型和过滤器。服务网关能够将客户端支持的服务协议转换为提供方支持的服务协议，如：客户的请求可能是 HTTP 上的 SOAP，但在内部可以使用 JMS 协议上的 SOAP。终端用户界面集成特定用户访问的全部应用程序和服务来提供可用、高效、一致的界面 9。4.4 变压器电气设计子系统中数据审核瓶颈的解决方案在解决变压器电气设计子系统数据审核服务的过程中，我们根据变压器行业的特点和每个计算软程序的要求，用 XML 设计了一种专门用于变压器电气设计的行业标记语言（Transformer Electric Computing Markup Language，TECML） ，用些语言构建不同计算程序所
27、需参数模板，设计出搜索引擎，建立设计数据的全局数据库，很好的解决了数据审10核过程中过多的采取人工提取数据问题。以下是各功能模块的功能：（1）模板设计模板设计作为审核参数设计的最初步骤为以后各个模块的操作提供了基础。计算模块、解析模块和转换引擎都是围绕模板进行。模板的编写依照 TECML 语法和变压器数据审核测试软件说明书编写而成。模板本身可以对数据类型、数据输入格式等都作了较为详细的规定。（2）计算模块计算模块将对 XML 模版中所涉及到的参数以及属性等进行解析，并提取参数名所对应的参数值按指定格式输出。其中在解析 XML 文档时，需要对不同结构的语句分别进行解析，而且对于一些特定的参数名的属性还要进行操作。其流程图如图 5 所示：参数 数据库E x c e l文件用行业标记语言编写模板生成参数名创建计算程序用的表单填写参数名重新排列磁心重新排列线圈输入到各个计算程序合法性检查重新排列线圈 重新排列磁心是否是否图 5 计算模块流程图（3）解析模块解析模块对 TECML 文档进行解析，并将解析出来的参数值填入指定的 Excel 文件中的“计算参数用参数”表单的指定的列。解析模块的流程图如图 6 所示：
