CC BY
89
УДК 519.68: 62-52 Дата подачи статьи: 28.01.16
DOI: 10.15827/0236-235X.114.113-117 2016. Т. 29. №° 4. С. 113-117
МЕТОД ОБМЕНА ИНФОРМАЦИЕЙ МЕЖДУ ПРОГРАММНЫМИ СИСТЕМАМИ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
С.Ю. Рябов, ведущий бизнес-аналитик, [email protected] (Synchronoss, Inc. 12012 Сансет-Хиллс Rd, 910, Рестон, VA 20190); А.Г. Лютов, д.т.н.., профессор, lutov1@mailru; Ю.В. Рябов, к.т.н.., доцент, [email protected]; А.В. Вавилова, аспирант, [email protected] (Уфимский государственный авиационный технический университет, ул. К. Маркса, 12, г. Уфа,, 450000, Россия)
Для повышения эффективности технологических и производственных процессов, их производительности и качества предложен метод обмена информацией между программными системами, основанный на применении универсального интерфейса управления информационными потоками на базе языка XML. В настоящее время многие приложения используют собственные форматы данных, что делает невозможным взаимодействие с другими приложениями. В данной работе проанализирован процесс обмена информацией между программными системами CAPP-PDM-MES. При этом создается универсальный XML-документ на основе набора унифицированных XSD-схем. XSD-схемы содержат информацию о характере данных в XML-документе, таким образом, XSD является базой знаний, содержащей метаданные. Предлагается создание единого информационного пространства, включающего XSD-базу знаний и универсальный интерфейс на базе языка XML для всего ПО, используемого в производственном процессе. Полученные при работе конкретной программной системы XML-документы могут быть обработаны Java- или Python-приложе-ниями для создания универсального XML-документа на основе набора унифицированных XSD-схем. Передача информации с использованием универсальных XML-документов и XSD-схем рассмотрена на примере использования программы СПРУТ-ТП при формировании технологического документа «маршрутная карта». Показан фрагмент XML-схемы, отображающий структуру маршрутной карты. На основе XSD с использованием JAXB-приложений создаются XML-документы, содержащие конкретную информацию. Таким образом, набор XSD-файлов формирует базу знаний предметной области. Взаимодействие между программами предлагается осуществлять с помощью протокола SOAP, использующего для этого XML-документы, называемые сообщениями SOAP. Рассмотрен пример создания SOAP-сообщения типа «запрос» и «ответ». Спецификация SOAP содержит соглашения по преобразованию однонаправленного обмена сообщениями, а также определяет, как осуществлять передачу всего XML-документа. В итоге получаем XML-файлы, содержащие данные в форме XML-документа и знания в форме XSD, понятные человеку и компьютеру, а потому удобные в использовании.
Ключевые слова: технологические и производственные процессы, XML-документ, XSD-схема, метаданные, протокол SOAP.
Функциональная совместимость и обмен информацией между различными программными системами - в числе главных целей предприятий, которые активно применяют в своей работе CAD/CAM/CAPP/PDM-системы [1]. Многие приложения используют собственные форматы данных, что затрудняет или даже делает невозможным взаимодействие с другими приложениями. Проблема обмена информацией между различными программными системами вызывает необходимость многократного ввода одной и той же информации, что закономерно ведет к снижению производительности технологических и производственных процессов.
Постановка задачи
Для решения этой проблемы предлагается метод обмена информацией между программными системами, основанный на применении универсального интерфейса управления информационными потоками на базе языка XML [2, 3]. Так,
объединяя ПО в единую систему и создавая единое информационное пространство, можно облегчить и ускорить работу с программными системами технологических и производственных процессов [4]. Создание единого информационного пространства подразумевает, во-первых, единую базу знаний, во-вторых, универсальный интерфейс для всего ПО, используемого в производственном процессе.
Реализация универсального интерфейса подразумевает управление информационными потоками между отдельными программными средствами. По типу используемых информационных потоков в технологических и производственных процессах различают текстовые, графические и специфичные потоки [5].
В настоящее время обмен данными между отдельными программными средствами в некоторых программах автоматизированного проектирования осуществляется посредством языка STEP [6, 7]. Так, с его помощью реализован обмен данными между отдельными CAD- и CAM-программами.
Рис. 1. Процесс обмена информацией между программами Fig. 1. Information exchange between programs
Однако следует отметить, что язык STEP применяется прежде всего для обмена данными об изделиях, что существенно ограничивает область его применения. Во-вторых, STEP-файлы плохорасши-ряемые, то есть при добавлении нового параметра в уже используемый файл необходимо полностью переписывать код во всех экземплярах файла. В-третьих, для освоения языка STEP работникам потребуются дополнительные знания в области программирования, но на производстве далеко не все технологи и конструкторы их имеют.
Описание метода обмена информацией между программами
Для выполнения обмена информационными потоками предлагается использовать язык XML [1], у которого нет перечисленных выше недостатков. На рисунке 1 представлен обмен информацией между тремя программами (CAPP-PDM-MES) с помощью XML. Полученные XML-документы при работе конкретной программной системы могут быть обработаны Java- или Python-приложениями для создания универсального XML-документа на основе набора унифицированных XSD-схем [8, 9].
XML-схема (XSD-документ) содержит информацию о характере данных в XML-документе, таким образом, XSD является базой знаний, содержащей метаданные [9]. С помощью универсального XML-документа можно осуществлять обмен информацией между любыми программными системами.
Передачу информации от CAPP-системы с использованием универсальных XML-документа и XSD рассмотрим на примере использования программы СПРУТ-ТП. Результатом работы с данной программой является комплект технологических документов: маршрутная карта, операционные карты, карты эскизов, контрольные карты и т.д.
Маршрутную карту (см. по ссылке http://www. swsys.ru/uploaded/image/2016-4/2016-4-dop/1.jpg)
можно разграничить на две части: шапка, содержащая основную информацию по изделию, и строки, в которых описывается последовательность технологического процесса. Каждая часть, в свою очередь, состоит из областей. Так, в шапку маршрутной карты входят области «Создатели», «Главная информация», «Данные по материалу M01», «Данные по материалу M02» и «Изменения». Каждой области соответствует свой элемент XSD. На рисунке 2 показана XML-схема области «Главная информация». Она содержит поля «Обозначение номера изделия», «Обозначение основного документа» и другие.
В полях XSD отображается тип данных, например, поле «Обозначение номера изделия» имеет строковый формат (string), поле «Количество листов» - целочисленный (integer) и т.д. Помимо этого, XML-схема может содержать ограничения на вводимую информацию. Так, в поле «Литера1» может быть введена информация, состоящая только из символов А и Б.
Аналогичным образом создаются XSD операционной карты, карты эскизов и других технологических документов. На основе XSD с использованием JAXB -приложений создаются XML-докумен-ты, содержащие конкретную информацию. Таким образом, набор XSD-файлов формирует базу знаний предметной области.
Использование протокола SOAP
С целью обеспечения взаимодействия программ между собой необходимо применять протокол SOAP, использующий для этого XML-документы, называемые сообщениями SOAP [10]. Применение протокола SOAP инвариантно к используемой модели, поскольку он включает в себя только функции, необходимые для взаимодействия программ. Таким образом, SOAP не зависит от используемой платформы, и его реализация может быть осуществлена на любом языке программиро
Рис. 2. XML-схема области маршрутной карты «Главная информация» Fig. 2. XML scheme of process list field "General information "
вания. Надо отметить, что в рамках протокола SOAP поддерживается транспортный протокол любого типа. Также протокол SOAP поддерживает любые методы кодирования данных, что позволяет посылать в сообщениях SOAP информацию любого типа. На рисунке 3 показана схема SOAP-взаимодействия.
Технологии web-сервисов включают протокол SOAP в качестве главной составляющей, обеспечивающей доставку данных. Он дает возможность поддерживать общий протокол передачи данных и отправителю, и получателю XML-документов, что обеспечивает согласованную передачу сообщений и эффективность сетевой связи. Спецификация протокола SOAP содержит соглашения по преобразованию однонаправленного обмена сообщениями с использованием принципа «запрос/ответ», а также определяет процедуру передачи всего XML-документа.
SOAP-сообщение является XML-документом и состоит из трех частей: конверт (SOAP Envelope), заголовок (SOAP Header) и тело (SOAP Body) [10].
Представим пример с приведенной выше маршрутной картой, создав SOAP-сообщения типа «запрос» и «ответ». В теле запроса содержится всего одна строчка, в которой передается идентификационная информация о требуемом элементе (рис. 4). В нашем примере - это обозначение основного документа.
В ответ на запрос получен SOAP-от-вет, который содержит XML-документ со всей информацией, хранящейся в маршрутной карте (рис. 5). Для примера показана основная информация маршрутной карты, остальная скрыта.
Таким образом, для организации информационных потоков между различными программными средствами рекомендуется использовать файлы в формате XML, которые отображают данные в виде XML-документа и знания в виде XML-схемы. Эти файлы легко расширяемы, понятны человеку и компьютеру и потому удобны в использовании. Обмен информацией через XML-документы между программными средствами организуется с помощью SOAP-сообщений.
Отправит
Получатель
XML-сообщение
1
SOAP-конверт
XML-сообщение
1
SOAP-конверт
Рис. 3. Схема SOAP-взаимодействия Fig. 3. SOAP-interaction scheme
1. <soap: Envelope xmlns: S0AP-ENV="http://ww.w3.orq/2003/05/soap-envelope">
2. <soap:Body>
3. <getMarshKart xmlns="http://warehouse.example.com/ws">
4. <obosnach_osn_doc>BA3-18.3.Ш.01.103 Tn</oboznach_osn_doc>
5. </getMarshKart>
6. </soap:Body>
7. </soap:Envelope>
8. |
Рис. 4. Пример SOAP-запроса Fig. 4. SOAP-query example
1. <soap:Envelope xmlns:soap="http://schemas.xmlsoap.org/soap/envelope/">
2. <soap:Body>
3. <Marshrutnaya_Karta xmlns:http://www.w3.org/2 0 01/12/soap-encoding>
4. <Shapka>
5. <Sozdateli>
15. <Main_Info>
16. <Oboznach_nomer:_izdel>BA3-18.3.Ш.01.103</0boznach_nomer_izdel>
17. <0boznach_osn_doc>BA3-18.3.Ш.01.103 Tn</0boznach_osn_doc>
18. <Kol-vo_Listov>2</Kol-vo_Listov>
19. <Nomer_Lista>l</Nomer_Lista>
20 <Predpriyatie>CnpyT технология< Predpriyatie >
21. <0boznach_Izdel> BA3-18.3.Ш,01.103</0boznach_Izdel>
22. <Kod_Clas_Fik_Grop></Kod_Clas_Fik_Grop>
23. <0boznach_Tech_Process>BA3-18.3.Ш.01.103 Tn</0boznach_Tech_Process>
24. <0bsch_EH>Mra</0bsch_EH>
25. <Naimen_Izd>BecH автомобильные</Naimen_Izd>
26. <Literal></Literal>
27. <Litera2></litera2>
28. <Litera3></Litera3>
29. </Main_Info>
30. <M01> 36. <M02>
49. <Izmenenia>
59. </Shapka>
60. <Stroka>
151. </Marshrutnaya_Karta>
152. </soap:Body>
153. </soap:Envelope>
154.
Рис. 5. Пример SOAP-ответа Fig. 5. SOAP-response example
Предложенный метод организации информационных потоков между программными системами является универсальным с точки зрения обмена информацией и формирования знаний.
Применение метода обмена информацией между программами с помощью XML позволяет получить ряд преимуществ.
Средства разработки и стандартные библиотеки для XML существуют практически на всех платформах и для большинства популярных языков программирования. Методы работы с XML достаточно распространены, поэтому в разных системах используются одинаковые приемы. XML-ин-формация может обрабатываться и восприниматься не только ПЭВМ, но и человеком. Интеграция по XSD формирует базу знаний предметной области. Представленная информация в формате XML не зависит от аппаратных и программных платформ, поэтому XML-формат позволяет связывать разнородные системы. К тому же высокая сте-
пень выразительности XML-документа дает возможность использовать XML-технологию для описания данных практически любой сложности.
Литература
1. Лютов А.Г., Рябов Ю.В. Применение интеллектуального управления для обеспечения качества производственных процессов // СТИН. 2015. № 7. С. 2-4.
2. Старых В.А., Дунаев С.Б., Коровкин С.Д. Спецификация и форматы обмена данными в разнородных информационных системах на базе XML-технологий. Библиотека портала CIT Forum. URL: http://www.citforum.ru/intemet/xml/xmltech/ (дата обращения: 10.11.2015).
3. Погорелов В.И., Щеглов Д.К., Рындин А.А. Методы обмена данными между системами поддержки жизненного цикла изделий на основе языка XML // Третьи Уткинские чтения: тез. докл. Рос. науч.-технич. конф. СПб: Изд-во БГТУ «Военмех», 2007. 171 с.
4. Скворцов А.В., Схиртладзе А.Г., Чмырь Д.А. Автоматизация управления жизненным циклом продукции: учебник для студ. ВПО. М.: Академия, 2013. 320 c.
5. Васенев К.А. Анализ информационных потоков про-
мышленного предприятия в контроллинге // Управление компанией. 2003. № 2. С. 40-45.
6. Куликов Д.Д., Соболев С.Ф. Интеллектуальные программные комплексы для технической и технологической подготовки производства. СПб: Изд-во СПбГУ ИТМО, 2012. 80 с.
7. Хабибуллин И. Самоучитель XML. СПб: БХВ-Петер-бург, 2003. 333 с.
8. W3C Extensible Markup Language (XML). URL: http://
www.w3.org/XML/ (дата обращения: 10.11.2015).
9. W3C XML Schema Definition Language (XSD) 1.1 Part 1: Structures W3C Recommendation 5 April 2012. URL: http://www.w3.org/TR/xmlschema11-1/ (дата обращения: 10.11.2015).
10. Simple Object Access Protocol (SOAP) 1.1. URL: http://www.w3.org/TR/2000/NOTE-SOAP-20000508/ (дата обращения: 10.11.2015).
Software & Systems Received 28.01.16
DOI: 10.15827/0236-235X.114.113-117 2016, vol. 29, no. 4, pp. 113-117
METHOD OF INFORMATION EXCHANGE BETWEEN SOFTWARE SYSTEMS OF AUTOMATION OF TECHNOLOGICAL AND PRODUCTION PROCESSES
S.Yu. Ryabov1, Lead Business Analyst, [email protected]
A.G. Lyutov2, Dr.Sc. (Engineering), Professor, [email protected]
Yu. V. Ryabov2, Ph.D. (Engineering), Associate Professor, [email protected]
A. V. Vavilova2, Postgraduate Student, [email protected]
1 Synchronoss, Inc. 12012 Sunset Hills Rd, 910, Reston, VA 20190
2 Ufa State Aviation Technical University, K. Marks St. 12, Ufa, 450000, Russian Federation
Abstract. The article suggests a method of information exchange between software systems to improve technological and production processes efficiency, productivity and quality. The method is based on general information flows control interface based on XML language. Nowadays lots of applications use their own data formats. It makes communication with others applications impossible. The paper analyzes information exchange between CAPP-PDM-MES program systems process.
In addition, there is a general XML document based on unifying XSD schemes combination. XSD schemes contain information about XML document data type, so that XSD schemes are a knowledge base containing metadata. The authors suggest to creaty $ consolidate information area including XSD data knowledge and general interface based on XML language for all software used in production process. Obtained XML documents can be processed by Java ore Python applications to create general XML-document based on unifying XSD schemes combination. Information transfer using general XML-documents and XSD-schemes is considered by the example of creating technological document "process list" in SPRUT-TP. The presented XML-scheme segment represents a process list structural arrangement. Based on XSD using JAXB application there are XML-documents produced including explicit information. Thus, a set of XSD files combine a object domain knowledge base. The authors suggest to implement communication between programs by Simple Object Access Protocol (SOAP) using XML-documents called SOAP message. The paper contains an example of creating a "request" and "response" types of SOAP-message. SOAP specification contains agreements about transformation one-way message exchange and determines complete XML document transfer. The results include XML-files containing an XML-document form data and XSD-form knowledge that are understandable by a human and a computer and, therefore, accessible.
Keywords: technological and manufacturing processes, XML document, XSD scheme, meta data, Simple Object Access Protocol.
References
1. Lyutov A.G., Ryabov Yu.V. Intelligent control for manufacturing processes quality assurance. STIN [ENTO]. 2015, no. 7, pp. 2-4 (in Russ.).
2. Starykh V.A., Dunaev S.B., Korovkin S.D. Data exchange specification and forms in different information systems based on XML technologies. CITForum. Available at: http://www.citforum.ru/internet/xml/xmltech/ (accessed November 10, 2015).
3. Pogorelov V.I., Shcheglov D.K., Ryndin A.A. Methods of data exchange between product life cycle support systems based on XML. 3 Utkinskie chteniya: tez. dokl. Ros. nauch.-tekhnich. konf. [Proc. Russian Science and Fiction Conf. "3rd Utkin's readings"]. St. Petersburg, BGTU Voenmekh Publ., 2007, 171 p. (in Russ.).
4. Skvortsov A.V., Skhirtladze A.G., Chmyr D.A. Avtomatizatsiya upravleniya zhiznennym tsiklom produktsii [Product life cycle control automation]. Textbook. Moscow, Academy Publ., 2013, 320 p.
5. Vasenev K.A. Enterprise information flows analyze in controlling. Upravlenie kompaniey [Company Control]. 2003, no. 2, pp. 40-45 (in Russ.)
6. Kulikov D.D., Sobolev S.F. Intellektualnye programmnye kompleksy dlya tekhnicheskoy i tekhnologicheskoy podgotovki proizvodstva [Intelligent Program Complexes for Technical and Technological Preproduction]. St. Petersburg, SPbSU ITMO Publ., 2012, 80 p.
7. Habibullin I. SamouchitelXML [XML Teach-yourself Guide]. St. Petersburg, BHV-Peterburg Publ., 2003, 333 p.
8. W3C Extensible Markup Language (XML). Available at: http://www.w3.org/XML/ (accessed November 10, 2015).
9. W3C XML Schema Definition Language (XSD) 1.1 Part 1: Structures W3C Recommendation. 2012. Available at: http://www.w3.org/TR/xmlschema11-1/ (accessed November 10, 2015).
10. Simple Object Access Protocol (SOAP) 1.1. Available at: http://www.w3.org/TR/2000/NOTE-SOAP-20000508/ (accessed November 10, 2015).
