基于SOA(面向服務的架構)架構的工程中間件

傳統的工程軟件(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，面對新的技術和應用不能夠做出有效而迅速的調整。而且由于其所涵蓋的功能越來越多，導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。這類工程軟件內部運行流程一般是不保留的，保留下來的只有設計結果。作為以設計流程為基礎的產品綜合設計平臺，除了保留設計流程外，也希望能夠保留軟件的內部運行流程，否則對于設計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”，一方面實現了對各種異構工具和系統的適配，使分散林立的工程軟件系統可以通過它互聯互通，另一方面又提供了屬于企業自己的統一業務平臺，在此之上可將設計、分析、優化過程中的規則和方法封裝為具有標準形式的知識組件，通過“搭積木”的方式快速完成設計、分析、優化過程，實現工程設計業務的一體化，從而提高設計效率和設計質量，并深入滿足用戶個性化的需求。“工程中間件”技術使得軟件架構模式由過去軟件廠商主導逐步轉變為企業自主，使得系統具有足夠柔性、可擴展性、可更改性，大大降低了軟件開發、維護、發布、遷移、集成、升級和服務等各方面的成本。

工程中間件適應了企業構建基于SOA(面向服務的體系結構)體系的要求。SOA作為一個組件模型，可將應用程序的不同功能單元(稱為服務)通過服務之間定義好的接口和契約聯系起來。工程中間件通過建立具有中立的接口定義實現企業各類業務組件之間的松耦合。保證了企業應用系統體系的靈活性和可擴展性。通過工程中間件，企業可以進一步運用項目管理、流程管理、數據管理、資源管理和知識工程等技術，按照“化整為零、流程再造、數據共享、知識積累”的思想，通過操作流程和協作流程將軟件模塊、任務系統集成起來，通過數據管理系統實現過程數據的集成和共享，構成解決工程問題的業務管理和運行體系，實現“工程經驗模板化、工具軟件集成化、產品設計協同化、項目流程規范化”的研發模式。工程中間件的全面應用一方面可大大提高產品設計的效率和質量;另一方面，將研發流程和操作過程作為知識存儲起來，從而實現企業的知識積累和共享，充分體現敏捷性企業、智慧性企業的特質。

與ERP(企業資源規劃)、CRM(客戶關系管理)等管理軟件主要管理組織中的社會性要素不同，工業軟件主要解決工業領域研發、設計、工藝、試驗、制造、生產、運行、控制和保障等過程中的物理層面問題，例如解決各種專業工程技術問題的CAD、CAE、CAM(計算機輔助制造)、CAPP(計算機輔助工藝規劃)等，解決系統工程問題的PLM、SLM(仿真生命周期管理)、TDM(試驗數據管理)等，解決系統運行和控制問題的嵌入式軟件等。工業軟件對工業體系的質量和層次具有非常重要的影響，是工業信息化的核心內容。

從企業的角度看，研發、制造、生產、服務等各個環節需要使用大量的CAD、CAE、CAM、PDM(產品數據管理)、測試軟件、嵌入軟件等工業軟件，它們大部分來自于不同的軟件供應商，由于缺乏統一標準，以及各廠商之間的技術壁壘和控制，長期以來企業中的工業軟件處于多種來源、相互分立、互不開放的格局，這造成企業工業軟件體系混亂、復雜，業務流程不通暢，應用門檻高(圖1)。

圖1 工業軟件應用現狀

針對這些問題，多年來業內均是通過接口方式，在各種工業軟件之間進行數據交換，從而實現系統集成。然而隨著企業信息化越來越復雜，涉及的工業軟件越來越多，這種模式越來越不可持續。主要原因是接口和系統集成的開發和維護難度越來越大，系統的復雜度和穩定性很難保證，而企業也缺乏有效手段突破國外軟件廠商的技術控制。

工程中間件是一種嶄新的思路和技術方向。通過統一的業務邏輯模型，工程中間件可以建立工業軟件對應的中性模型并在兩者之間保持同步，這樣，各種工業軟件之間的交互過程就可以通過其中性模型實現交互，而無須在各種工業軟件之間進行點對點連接。由于工程中間件對各種工業軟件保持中立，因此可以實現異構工業軟件的全面兼容，另外，中性模型之間的關聯實現了異構系統內容之間的關聯和相容，這突破了傳統系統集成技術的局限性。工程中間件在工程軟件行業的地位類似于Windows操作系統在PC行業的地位，其行業模式也類似于PC產業，工程中間件提供了各種異構系統的統一平臺和標準，各工業軟件廠商可以兼容并存，保持現有生態體系，而用戶則可在工程中間件之上開發自主業務系統，這是一種更加健康的生態體系，有利于技術創新，有利于中小公司的生存，也有利于工業軟件行業的蓬勃發展(圖2)。

圖2 工業軟件廠商生產系統

以工程中間件為紐帶的工業軟件生態體系，具有以下3方面的產業意義。

(1)形成自主業務系統平臺，實現研發技術沉淀。

通用工業軟件和集成化的工業軟件雖構成了企業工程信息化的重要基礎，但并不代表真正的企業競爭力，原因是通用工業軟件的發展出于商業化考慮，不斷追求通用化和可復制性，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化，因此工業軟件只能作為企業工程信息化的基礎，卻無法成為核心競爭力本身。中國的高端制造業所使用的核心通用工業軟件與空客、波音等世界一流企業完全相同，卻無法形成相同的企業能力與核心競爭力，即是證明。無數國際一流企業的經驗表明，在自身業務領域形成獨有的方法論，并使其落地形成自主知識產權的技術和業務體系，即企業自主的業務系統和平臺，這才是企業真正的核心競爭力。

為建立企業自主的業務系統，目前主要的做法是在商業軟件之上進行二次開發。該方法雖然容易實施，但是由于企業中的各種商業軟件本身是異構分立的，造成在其基礎之上二次開發的系統也難以相互融合，實質上導致企業的方法論也被割裂為離散狀態，無法很好貫通。再者，各種異構系統的二次開發環境不同，這也導致自主業務系統的開發只能是各自為戰，按小作坊模式進行，維護升級困難，也難以擴展。

工程中間件技術通過將各種異構軟硬件系統轉換為中性業務模型，然后根據業務邏輯將中性業務模型進行關聯和融合，這一“上層建筑”包含了流程、規范、方法、數據、知識等，其實質正是企業方法論的一個實現，而且是一套不依賴于具體商業軟件的自主業務系統，這些自主業務系統既無需適應特定的工業軟件工具和系統，也不會因為底層工業軟件工具和系統的更換和升級而受到影響。類似于操作系統將應用軟件從硬件上解放出來一樣，基于工程中間件的自主業務系統擺脫了商業工業軟件的束縛，其繼承、升級、移植、共享更加容易，因此生命力更強大，也更加安全，是企業方法論和自主知識產權的真正體現，也是企業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、不同學科、不同工具、不同系統之間的壁壘，因此可以利用分布式技術來集成各個學科(子系統)的方法和知識，通過充分探索和利用工程系統中相互作用的機制來完成復雜系統設計，并可以應用有效的設計優化策略，組織和管理設計過程，獲得系統的整體最優解，實現并行設計和多學科優化設計，縮短設計周期。同時，在工程中間件之上，還可以結合知識組件與流程技術，融入過程控制與保質設計的理念和方法，幫助設計人員在滿足技術指標要求的同時，兼顧滿足質量要求，并通過過程分析發現并改進設計過程中的不良問題，減少設計沖突與設計更改，縮短設計周期，降低設計成本。

(2)推進知識的結構化收集、存儲、應用。

在更高層次上，方法論從屬于知識工程。以當前的行業技術，知識還需附屬于特定工具，由于工具和系統的異構特性，這也造成各領域知識無法很好關聯和融合，知識工程雖然看似重要，卻很難發揮真正工程實用的價值。另外，人即是知識的擁有者、使用者，也是知識的加工者和創造者，現有技術體系中，知識擁有者整理知識，知識加工者將知識轉換為易用形式如軟件，知識使用者使用軟件形態的知識，如果知識使用者創造了新的知識，由于無法直接改變軟件形態的知識，還需通過原始知識擁有者進行知識追加和改造，這種行業分工模式看似合理，卻造成知識使用、創造和積累的過程包含了太多中間環節，實際上造成知識工程的做法不可靠，也難以奏效。

工程中間件本質上代表了開放業務系統的理念，在這種理念下，工程中間件平臺，以及商業軟件與中性模型之間的適配器由軟件廠商負責。在工程中間件平臺之上，所有業務模型和業務系統是開放的，因此可以由用戶自行構建，而且正因為開放性，用戶在使用業務系統(已有知識)的同時，也可隨時自行改造業務系統(積累知識)，從而即是知識的使用者，也是知識的創造者和加工者。這令企業的“自主業務系統”真正落在實處，體現了知識工程的本質。進一步，由于工程中間件的技術中性，使得各種知識管理和應用可以不依賴于特定的工具，催生知識更好地流動、關聯和融合，構建企業知識工程真正的未來。

(3)提供了中國發展自主工業軟件體系的歷史性機會。

中間件并非全新思想，在商業軟件領域和管理信息化領域，中間件已經是成熟的技術、成熟的產業。而在工業軟件領域，由于涉及大量的三維模型、分析模型、仿真模型、半物理模型和試驗模型等信息量大結構復雜的數據，而且數據關聯關系十分復雜，起源于管理信息化領域的中間件理論和技術無法適用，因此一直以來中間件思想未能在工業軟件領域得以應用。此外，工業軟件起源于西方，各種工業軟件整合的知識和方法實際掌握在國外企業手中，中國企業雖然可以購得絕大部分通用工業軟件，卻無法獲得系統整合的方法和知識，即使獲得系統整合的方法，也無法完全照搬西方企業的方式實現自主業務系統。因此，工程中間件恰恰成為最適合中國工業軟件行業當前特點和需求的技術方向和產業模式。發展工程領域的中間件，不僅是時代賜予中國工業軟件行業的機會，而且是打破國外工業軟件壟斷格局，并在更高層次上超越國外工業軟件的最佳途徑，不僅有助于提高中國工業軟件體系的自主性和安全性，而且也是幫助中國企業提高面對國外大型軟件供應商話語權的最好方式。圖3為基于工程中間件建設的我國擁有完全自主知識產權的大型客戶總體綜合設計平臺樣例。

圖3 基于工程中間件的大型客機總體方案綜合設計平臺

結束語

縱觀計算機產業的發展歷史，操作系統的出現使開發人員和用戶擺脫了硬件的技術細節，應用軟件市場因此得以蓬勃發展;而網絡中間件的出現使開發人員和用戶擺脫了網絡的技術細節，互聯網應用市場因此得以蓬勃發展。同樣，在工業軟件領域，工程中間件作為工業軟件的操作系統，使開發人員和用戶擺脫了通用工業軟件的技術細節，面向工程的自主業務系統將得到解放，從而推動我國工業軟件行業發生變革和飛躍。