基于SOA(面向服務(wù)的架構(gòu))架構(gòu)的工程中間件

傳統(tǒng)的工程軟件(如CAD、CAE等)往往是由眾多的功能模塊組成，這些功能模塊之間的集成比較緊密，但是缺乏靈活性，面對新的技術(shù)和應(yīng)用不能夠做出有效而迅速的調(diào)整。而且由于其所涵蓋的功能越來越多，導(dǎo)致其自身越來越龐大。這種龐雜的功能體系很難被工程人員充分理解和掌握，對于工程人員來說使用門檻比較高。這類工程軟件內(nèi)部運(yùn)行流程一般是不保留的，保留下來的只有設(shè)計(jì)結(jié)果。作為以設(shè)計(jì)流程為基礎(chǔ)的產(chǎn)品綜合設(shè)計(jì)平臺，除了保留設(shè)計(jì)流程外，也希望能夠保留軟件的內(nèi)部運(yùn)行流程，否則對于設(shè)計(jì)過程的記錄是不完整的。

工程中間件作為工程軟件的“通用語言和中間人”，一方面實(shí)現(xiàn)了對各種異構(gòu)工具和系統(tǒng)的適配，使分散林立的工程軟件系統(tǒng)可以通過它互聯(lián)互通，另一方面又提供了屬于企業(yè)自己的統(tǒng)一業(yè)務(wù)平臺，在此之上可將設(shè)計(jì)、分析、優(yōu)化過程中的規(guī)則和方法封裝為具有標(biāo)準(zhǔn)形式的知識組件，通過“搭積木”的方式快速完成設(shè)計(jì)、分析、優(yōu)化過程，實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)的一體化，從而提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，并深入滿足用戶個(gè)性化的需求。“工程中間件”技術(shù)使得軟件架構(gòu)模式由過去軟件廠商主導(dǎo)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)槠髽I(yè)自主，使得系統(tǒng)具有足夠柔性、可擴(kuò)展性、可更改性，大大降低了軟件開發(fā)、維護(hù)、發(fā)布、遷移、集成、升級和服務(wù)等各方面的成本。

工程中間件適應(yīng)了企業(yè)構(gòu)建基于SOA(面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu))體系的要求。SOA作為一個(gè)組件模型，可將應(yīng)用程序的不同功能單元(稱為服務(wù))通過服務(wù)之間定義好的接口和契約聯(lián)系起來。工程中間件通過建立具有中立的接口定義實(shí)現(xiàn)企業(yè)各類業(yè)務(wù)組件之間的松耦合。保證了企業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)體系的靈活性和可擴(kuò)展性。通過工程中間件，企業(yè)可以進(jìn)一步運(yùn)用項(xiàng)目管理、流程管理、數(shù)據(jù)管理、資源管理和知識工程等技術(shù)，按照“化整為零、流程再造、數(shù)據(jù)共享、知識積累”的思想，通過操作流程和協(xié)作流程將軟件模塊、任務(wù)系統(tǒng)集成起來，通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程數(shù)據(jù)的集成和共享，構(gòu)成解決工程問題的業(yè)務(wù)管理和運(yùn)行體系，實(shí)現(xiàn)“工程經(jīng)驗(yàn)?zāi)０寤⒐ぞ哕浖苫a(chǎn)品設(shè)計(jì)協(xié)同化、項(xiàng)目流程規(guī)范化”的研發(fā)模式。工程中間件的全面應(yīng)用一方面可大大提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量;另一方面，將研發(fā)流程和操作過程作為知識存儲起來，從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)的知識積累和共享，充分體現(xiàn)敏捷性企業(yè)、智慧性企業(yè)的特質(zhì)。

與ERP(企業(yè)資源規(guī)劃)、CRM(客戶關(guān)系管理)等管理軟件主要管理組織中的社會性要素不同，工業(yè)軟件主要解決工業(yè)領(lǐng)域研發(fā)、設(shè)計(jì)、工藝、試驗(yàn)、制造、生產(chǎn)、運(yùn)行、控制和保障等過程中的物理層面問題，例如解決各種專業(yè)工程技術(shù)問題的CAD、CAE、CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)、CAPP(計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃)等，解決系統(tǒng)工程問題的PLM、SLM(仿真生命周期管理)、TDM(試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理)等，解決系統(tǒng)運(yùn)行和控制問題的嵌入式軟件等。工業(yè)軟件對工業(yè)體系的質(zhì)量和層次具有非常重要的影響，是工業(yè)信息化的核心內(nèi)容。

從企業(yè)的角度看，研發(fā)、制造、生產(chǎn)、服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)需要使用大量的CAD、CAE、CAM、PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)、測試軟件、嵌入軟件等工業(yè)軟件，它們大部分來自于不同的軟件供應(yīng)商，由于缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，以及各廠商之間的技術(shù)壁壘和控制，長期以來企業(yè)中的工業(yè)軟件處于多種來源、相互分立、互不開放的格局，這造成企業(yè)工業(yè)軟件體系混亂、復(fù)雜，業(yè)務(wù)流程不通暢，應(yīng)用門檻高(圖1)。

圖1 工業(yè)軟件應(yīng)用現(xiàn)狀

針對這些問題，多年來業(yè)內(nèi)均是通過接口方式，在各種工業(yè)軟件之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成。然而隨著企業(yè)信息化越來越復(fù)雜，涉及的工業(yè)軟件越來越多，這種模式越來越不可持續(xù)。主要原因是接口和系統(tǒng)集成的開發(fā)和維護(hù)難度越來越大，系統(tǒng)的復(fù)雜度和穩(wěn)定性很難保證，而企業(yè)也缺乏有效手段突破國外軟件廠商的技術(shù)控制。

工程中間件是一種嶄新的思路和技術(shù)方向。通過統(tǒng)一的業(yè)務(wù)邏輯模型，工程中間件可以建立工業(yè)軟件對應(yīng)的中性模型并在兩者之間保持同步，這樣，各種工業(yè)軟件之間的交互過程就可以通過其中性模型實(shí)現(xiàn)交互，而無須在各種工業(yè)軟件之間進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)連接。由于工程中間件對各種工業(yè)軟件保持中立，因此可以實(shí)現(xiàn)異構(gòu)工業(yè)軟件的全面兼容，另外，中性模型之間的關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)了異構(gòu)系統(tǒng)內(nèi)容之間的關(guān)聯(lián)和相容，這突破了傳統(tǒng)系統(tǒng)集成技術(shù)的局限性。工程中間件在工程軟件行業(yè)的地位類似于Windows操作系統(tǒng)在PC行業(yè)的地位，其行業(yè)模式也類似于PC產(chǎn)業(yè)，工程中間件提供了各種異構(gòu)系統(tǒng)的統(tǒng)一平臺和標(biāo)準(zhǔn)，各工業(yè)軟件廠商可以兼容并存，保持現(xiàn)有生態(tài)體系，而用戶則可在工程中間件之上開發(fā)自主業(yè)務(wù)系統(tǒng)，這是一種更加健康的生態(tài)體系，有利于技術(shù)創(chuàng)新，有利于中小公司的生存，也有利于工業(yè)軟件行業(yè)的蓬勃發(fā)展(圖2)。

圖2 工業(yè)軟件廠商生產(chǎn)系統(tǒng)

以工程中間件為紐帶的工業(yè)軟件生態(tài)體系，具有以下3方面的產(chǎn)業(yè)意義。

(1)形成自主業(yè)務(wù)系統(tǒng)平臺，實(shí)現(xiàn)研發(fā)技術(shù)沉淀。

通用工業(yè)軟件和集成化的工業(yè)軟件雖構(gòu)成了企業(yè)工程信息化的重要基礎(chǔ)，但并不代表真正的企業(yè)競爭力，原因是通用工業(yè)軟件的發(fā)展出于商業(yè)化考慮，不斷追求通用化和可復(fù)制性，這樣雖然大大增加了軟件廠商的利潤率，卻造成用戶方軟件體系的同質(zhì)化，因此工業(yè)軟件只能作為企業(yè)工程信息化的基礎(chǔ)，卻無法成為核心競爭力本身。中國的高端制造業(yè)所使用的核心通用工業(yè)軟件與空客、波音等世界一流企業(yè)完全相同，卻無法形成相同的企業(yè)能力與核心競爭力，即是證明。無數(shù)國際一流企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)表明，在自身業(yè)務(wù)領(lǐng)域形成獨(dú)有的方法論，并使其落地形成自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)和業(yè)務(wù)體系，即企業(yè)自主的業(yè)務(wù)系統(tǒng)和平臺，這才是企業(yè)真正的核心競爭力。

為建立企業(yè)自主的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，目前主要的做法是在商業(yè)軟件之上進(jìn)行二次開發(fā)。該方法雖然容易實(shí)施，但是由于企業(yè)中的各種商業(yè)軟件本身是異構(gòu)分立的，造成在其基礎(chǔ)之上二次開發(fā)的系統(tǒng)也難以相互融合，實(shí)質(zhì)上導(dǎo)致企業(yè)的方法論也被割裂為離散狀態(tài)，無法很好貫通。再者，各種異構(gòu)系統(tǒng)的二次開發(fā)環(huán)境不同，這也導(dǎo)致自主業(yè)務(wù)系統(tǒng)的開發(fā)只能是各自為戰(zhàn)，按小作坊模式進(jìn)行，維護(hù)升級困難，也難以擴(kuò)展。

工程中間件技術(shù)通過將各種異構(gòu)軟硬件系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為中性業(yè)務(wù)模型，然后根據(jù)業(yè)務(wù)邏輯將中性業(yè)務(wù)模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)和融合，這一“上層建筑”包含了流程、規(guī)范、方法、數(shù)據(jù)、知識等，其實(shí)質(zhì)正是企業(yè)方法論的一個(gè)實(shí)現(xiàn)，而且是一套不依賴于具體商業(yè)軟件的自主業(yè)務(wù)系統(tǒng)，這些自主業(yè)務(wù)系統(tǒng)既無需適應(yīng)特定的工業(yè)軟件工具和系統(tǒng)，也不會因?yàn)榈讓庸I(yè)軟件工具和系統(tǒng)的更換和升級而受到影響。類似于操作系統(tǒng)將應(yīng)用軟件從硬件上解放出來一樣，基于工程中間件的自主業(yè)務(wù)系統(tǒng)擺脫了商業(yè)工業(yè)軟件的束縛，其繼承、升級、移植、共享更加容易，因此生命力更強(qiáng)大，也更加安全，是企業(yè)方法論和自主知識產(chǎn)權(quán)的真正體現(xiàn)，也是企業(yè)核心競爭力的最佳載體和平臺。

在工程中間件之上，由于跨越了不同專業(yè)、不同學(xué)科、不同工具、不同系統(tǒng)之間的壁壘，因此可以利用分布式技術(shù)來集成各個(gè)學(xué)科(子系統(tǒng))的方法和知識，通過充分探索和利用工程系統(tǒng)中相互作用的機(jī)制來完成復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并可以應(yīng)用有效的設(shè)計(jì)優(yōu)化策略，組織和管理設(shè)計(jì)過程，獲得系統(tǒng)的整體最優(yōu)解，實(shí)現(xiàn)并行設(shè)計(jì)和多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)，縮短設(shè)計(jì)周期。同時(shí)，在工程中間件之上，還可以結(jié)合知識組件與流程技術(shù)，融入過程控制與保質(zhì)設(shè)計(jì)的理念和方法，幫助設(shè)計(jì)人員在滿足技術(shù)指標(biāo)要求的同時(shí)，兼顧滿足質(zhì)量要求，并通過過程分析發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)設(shè)計(jì)過程中的不良問題，減少設(shè)計(jì)沖突與設(shè)計(jì)更改，縮短設(shè)計(jì)周期，降低設(shè)計(jì)成本。

(2)推進(jìn)知識的結(jié)構(gòu)化收集、存儲、應(yīng)用。

在更高層次上，方法論從屬于知識工程。以當(dāng)前的行業(yè)技術(shù)，知識還需附屬于特定工具，由于工具和系統(tǒng)的異構(gòu)特性，這也造成各領(lǐng)域知識無法很好關(guān)聯(lián)和融合，知識工程雖然看似重要，卻很難發(fā)揮真正工程實(shí)用的價(jià)值。另外，人即是知識的擁有者、使用者，也是知識的加工者和創(chuàng)造者，現(xiàn)有技術(shù)體系中，知識擁有者整理知識，知識加工者將知識轉(zhuǎn)換為易用形式如軟件，知識使用者使用軟件形態(tài)的知識，如果知識使用者創(chuàng)造了新的知識，由于無法直接改變軟件形態(tài)的知識，還需通過原始知識擁有者進(jìn)行知識追加和改造，這種行業(yè)分工模式看似合理，卻造成知識使用、創(chuàng)造和積累的過程包含了太多中間環(huán)節(jié)，實(shí)際上造成知識工程的做法不可靠，也難以奏效。

工程中間件本質(zhì)上代表了開放業(yè)務(wù)系統(tǒng)的理念，在這種理念下，工程中間件平臺，以及商業(yè)軟件與中性模型之間的適配器由軟件廠商負(fù)責(zé)。在工程中間件平臺之上，所有業(yè)務(wù)模型和業(yè)務(wù)系統(tǒng)是開放的，因此可以由用戶自行構(gòu)建，而且正因?yàn)殚_放性，用戶在使用業(yè)務(wù)系統(tǒng)(已有知識)的同時(shí)，也可隨時(shí)自行改造業(yè)務(wù)系統(tǒng)(積累知識)，從而即是知識的使用者，也是知識的創(chuàng)造者和加工者。這令企業(yè)的“自主業(yè)務(wù)系統(tǒng)”真正落在實(shí)處，體現(xiàn)了知識工程的本質(zhì)。進(jìn)一步，由于工程中間件的技術(shù)中性，使得各種知識管理和應(yīng)用可以不依賴于特定的工具，催生知識更好地流動、關(guān)聯(lián)和融合，構(gòu)建企業(yè)知識工程真正的未來。

(3)提供了中國發(fā)展自主工業(yè)軟件體系的歷史性機(jī)會。

中間件并非全新思想，在商業(yè)軟件領(lǐng)域和管理信息化領(lǐng)域，中間件已經(jīng)是成熟的技術(shù)、成熟的產(chǎn)業(yè)。而在工業(yè)軟件領(lǐng)域，由于涉及大量的三維模型、分析模型、仿真模型、半物理模型和試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷刃畔⒘看蠼Y(jié)構(gòu)復(fù)雜的數(shù)據(jù)，而且數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系十分復(fù)雜，起源于管理信息化領(lǐng)域的中間件理論和技術(shù)無法適用，因此一直以來中間件思想未能在工業(yè)軟件領(lǐng)域得以應(yīng)用。此外，工業(yè)軟件起源于西方，各種工業(yè)軟件整合的知識和方法實(shí)際掌握在國外企業(yè)手中，中國企業(yè)雖然可以購得絕大部分通用工業(yè)軟件，卻無法獲得系統(tǒng)整合的方法和知識，即使獲得系統(tǒng)整合的方法，也無法完全照搬西方企業(yè)的方式實(shí)現(xiàn)自主業(yè)務(wù)系統(tǒng)。因此，工程中間件恰恰成為最適合中國工業(yè)軟件行業(yè)當(dāng)前特點(diǎn)和需求的技術(shù)方向和產(chǎn)業(yè)模式。發(fā)展工程領(lǐng)域的中間件，不僅是時(shí)代賜予中國工業(yè)軟件行業(yè)的機(jī)會，而且是打破國外工業(yè)軟件壟斷格局，并在更高層次上超越國外工業(yè)軟件的最佳途徑，不僅有助于提高中國工業(yè)軟件體系的自主性和安全性，而且也是幫助中國企業(yè)提高面對國外大型軟件供應(yīng)商話語權(quán)的最好方式。圖3為基于工程中間件建設(shè)的我國擁有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的大型客戶總體綜合設(shè)計(jì)平臺樣例。

圖3 基于工程中間件的大型客機(jī)總體方案綜合設(shè)計(jì)平臺

結(jié)束語

縱觀計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展歷史，操作系統(tǒng)的出現(xiàn)使開發(fā)人員和用戶擺脫了硬件的技術(shù)細(xì)節(jié)，應(yīng)用軟件市場因此得以蓬勃發(fā)展;而網(wǎng)絡(luò)中間件的出現(xiàn)使開發(fā)人員和用戶擺脫了網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)細(xì)節(jié)，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場因此得以蓬勃發(fā)展。同樣，在工業(yè)軟件領(lǐng)域，工程中間件作為工業(yè)軟件的操作系統(tǒng)，使開發(fā)人員和用戶擺脫了通用工業(yè)軟件的技術(shù)細(xì)節(jié)，面向工程的自主業(yè)務(wù)系統(tǒng)將得到解放，從而推動我國工業(yè)軟件行業(yè)發(fā)生變革和飛躍。