中小企业信息化系统集成技术研究

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3.0 陈辉 2025-01-09 29 4 4.08MB 86 页 15积分
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摘 要
随着信息技术及企业信息化建设的不断的发展，制造业所面临的挑战日趋激
烈。各种信息系统如 CAD、CAPP、PDM、ERP 等在中小企业中的应用也越来越
广泛，也为企业快速响应市场做出了重要贡献。伴随着这些系统的实施而产生的
“信息孤岛”问题也非常明显，导致各信息系统之间不能实时共享信息，当数据
量随着企业规模的扩大而急剧增长时这种问题就越加明显，严重影响企业的生产
效率。所以这些信息系统之间的集成及优化是企业实施信息化建设必须讨论的课
题。
本文首先详细阐述了信息系统集成的定义、体系结构，分析论述了各个层面
上的集成内容和方法，详细探讨了数据层信息共享和集成的各种类型和模式，并
分析了其中存在的主要问题和不足之处。从整体上分析了企业的信息化现状及信
息系统集成现状，根据企业信息化的需求，我们提出以下解决方案：从整体上对
企业信息系统重新进行规划，并构建了通用的企业信息系统集成平台，在此平台
上提出以 BOM 为中心集成 PDM、CAPP、销售合同管理系统等企业信息化系统为
一体的 B/S 结构的系统集成思想，把企业的业务孤岛和信息孤岛有机集成起来；
接着设计开发了相关信息系统，验证了运用该方法进行企业信息系统集成的可行
性。根据集成系统中海量数据特点，引入数据库集群及其负载均衡技术，设计基
于MS SQL 的数据库集群及其负载均衡体系架构，并用 JAVA 实现了一个简单的
负载均衡器，用实验验证了其效率。在实现数据存储海量化、消除单点故障的同
时，提高系统运行效率及稳定程度。
关键词：BOM 信息系统集成 集成技术 数据库集群 负载均衡
ABSTRACT
With the development of information technology and enterprise information,the
manufacturing industry have to face the increasingly fierce challenge. So various
information systems such as CAD,CAPP, PDM,ERP and other information systems in
small and medium-sized enterprise are being widely used which make an important
contribution for enterprises to response quickly to market demands. But, the
―information island‖ along with the implementation of these systems is a crucial
problem,which becoming even more obvious with the explosive growth of data.This
problem seriously affects the the productivity of enterprises.So the integration between
these information systems and the optimization of them have become an increasingly
important issue for the current enterprise information construction.
The paper firstly presents the definition and architecture of Information System
Integration in detail, analyzes the integration contents and methods on each layer and
probes into the merits and disadvantages of various information integration and sharing
methods on data layer.Later,we give an comprehensive analysis about the enterprise
information construction status and the information systems integration status,according
to the information system integration requirement,we propese the follwing
solutions:planning the various information systems as a whole,then build a integration
platform on which we through an BOM-centered integration concept that can integrate
the systems such as PDM,CAPP,system of sale and contract which base on B/S
structure.At the same time,we design and develope some modules to verify the
feasibility and correctness of the this framework.According to the characteristics of
mass data,we introduce database cluster and load balancing technology based on MS
SQL database. At the end of the paper,we realize a easy load balancer by java language
and its effective is verified,realizing mass data storage and avoid the single point of
failure,at the same time the systems‘ efficiency and stabilization have improved.
Key Words: BOM, Information system integration, Integration
technology, Database clustering, Load balancing
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论 ..................................................... 1
§1.1 研究背景 .................................................... 1
§1.2 国内外研究现状 .............................................. 2
§1.3 课题的目的和意义 ............................................ 3
§1.4 课题研究内容 ................................................ 4
§1.5 论文组织结构 ................................................ 5
第二章 信息系统集成理论研究 ...................................... 7
§2.1 信息系统集成的定义 .......................................... 7
§2.2 信息系统集成体系结构分析 .................................... 7
§2.2.1 支撑层集成 ............................................ 8
§2.2.2 服务层集成 ............................................ 8
§2.2.3 应用层集成 ............................................ 9
§2.2.4 表示层集成 ............................................ 9
§2.3 信息系统数据集成存储方法 .................................... 9
§2.4 本章小结 ................................................... 11
第三章 信息系统集成业务模型及需求分析 ........................... 12
§3.1 系统集成需求分析 ........................................... 12
§3.1.1 信息系统建设现状分析 ................................. 12
§3.1.2 信息系统集成现状分析 ................................. 12
§3.1.3 信息系统集成中存在的问题 ............................. 13
§3.1.4 信息系统集成的目标 ................................... 14
§3.2 企业整体业务模型 ........................................... 15
§3.2.1 企业业务流程模型 ..................................... 15
§3.2.2 信息系统数据流集成模型 ............................... 19
§3.3 本章小结 ................................................... 20
第四章 信息系统集成数据模型与关键技术 ........................... 21
§4.1 BOM 及其数据结构 .......................................... 21
§4.1.1 BOM .................................................. 21
§4.1.2 BOM 数据结构 .......................................... 22
§4.2 建立系统相关数据模型 ....................................... 24
§4.2.1 建立产品结构树统一信息模型 ........................... 24
§4.2.2 建立工作令信息模型 ................................... 25
§4.2.3 建立领料单信息模型 ................................... 26
§4.2.4 建立销售合同信息模型 ................................. 27
§4.3 产品结构树生成及遍历算法 ................................... 27
§4.4 XML 在集成系统中的应用 .................................... 30
§4.4.1 XML 概述 ............................................ 30
§4.4.2 XML 与关系数据库 .................................... 30
§4.4.3 SQL Server 2005 对XML 的支持.......................... 31
§4.4.4 XML 在集成系统数据存储与交换中的应用 ................ 32
4.5 本章小结 .................................................... 33
第五章 数据库集群及其负载均衡技术 ............................... 34
§5.1 数据库集群及其负载均衡技术基本原理 ......................... 34
§5.2 负载均衡体系结构 ........................................... 35
§5.3 SQL Server 数据库集群在信息系统集成中的应用 ................. 36
§5.4 本章小结 ................................................... 38
第六章 信息系统集成体系架构设计 ................................. 39
§6.1 系统集成体系架构设计 ....................................... 39
§6.1.1 设计原则 ............................................. 39
§6.1.2 总体架构 ............................................. 39
§6.2 系统总体功能设计 ........................................... 41
§6.2.1 产品数据管理系统功能 ................................. 41
§6.2.2 工作令管理系统功能 ................................... 41
§6.2.3 领料单管理系统功能 ................................... 42
§6.2.4 销售合同管理系统功能 ................................. 42
§6.2.5 系统间的功能集成 ..................................... 43
§6.3 系统安全与访问控制设计 ..................................... 44
§6.4 数据库设计 ................................................. 45
§6.4.1 数据库设计的目标和方法 ............................... 45
§6.4.2 E-R 图到关系模型的转换 ................................ 46
§6.4.3 数据库物理结构设计 ................................... 47
§6.4.4 数据字典设计 ......................................... 50
§6.5 本章小结 ................................................... 56
第七章 信息系统集成实现 ......................................... 57
§7.1 Java 平台上的应用集成技术 ................................... 57
§7.2 系统运行环境 ............................................... 58
§7.2.1 硬件环境 ............................................. 58
§7.2.2 软件环境 ............................................. 59
§7.3 集成系统运行实例 ........................................... 59
§7.3.1 产品数据管理系统 ..................................... 59
§7.3.2 工作令管理系统 ....................................... 66
§7.3.3 领料单管理系统 ....................................... 72
§7.3.4 销售合同管理系统 ..................................... 74
第八章 总结和展望 ............................................... 77
参考文献 ......................................................... 78
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ................... 82
致 谢 ............................................................ 83
第一章 绪论
1
第一章 绪 论
§1.1 研究背景
在20世纪中后期，诸如CAD、CAM等计算机辅助设计技术被广泛应用于制造
型企业的产品的设计和生产过程中，新技术的应用在大大提高企业生产效率的同
时也为这些企业带来了新的挑战。这些计算机辅助技术之间缺少有效的信息沟通
与协调机制，信息孤岛问题十分明显，进行产品设计时设计者需要花费大量的时
间去查询设计所需信息。因而，如何实现信息的高效存储、交换与管理并保持企
业在未来的竞争中处于领先地位成为企业进行信息化必须解决的难题。在这一背
景下PDM（Product Data Management，产品数据管理）技术应运而生。PDM以制
造型企业为背景，以产品为核心，利用IT技术实现对产品相关的数据、过程、资
源进行一体化集成管理，它是企业信息集成和协同产品开发与生产的基础平台[1]。
随着PDM技术的日益成熟， PDM软件的功能也趋于完善，它们能够对产品生命周
期内各种形式的产品数据、产品结构与配置进行管理，同时各种CAX应用如CAD、
CAPP、CAE等通过PDM进行集成[2,3,4]，以PDM作为企业进行产品设计数据的管理
中心和设计流程的管理中心，真正实现了企业级的信息集成和过程集成。
随着PDM及信息技术的发展，制造业所面临的挑战日趋激烈。企业的经营战
略也开始发生根本性的转变，这些转变给企业的管理带来了新的挑战，要求企业
必须采用先进的管理思想和技术，ERP（Enterprise Resource Planning，企业资源计
划）技术的出现为企业带来了新的生命力[5]。ERP是企业信息化的技术中枢，是企
业范围内与销售订单处理、存货管理及控制、生产和分销计划及财务关联的事物
处理框架，它集成了企业内部的业务流程和信息系统，可以对生产计划、加工订
单、销售订单、采购订单和生产成本等资源和过程进行统一管理。这些管理软件
的优点使得PDM、ERP等系统在中小型企业中的实施与应用越来越广泛，许多中
小企业也纷纷开发了符合自生生产特点的PDM、ERP等信息系统模块。
但是从总体看，大部分企业在上线信息系统时普遍缺乏信息化在企业应用中
的整体观念。企业内部的各个功能模块系统的开发常常是按需开发，在设计阶段
未从系统交互的角度出发，按照统一的思路进行规划，使得各个功能模块通常只
关注某一个业务环节或管理功能，都是针对某个部门或独立业务模块建立的，缺
乏通用性。他们把企业业务过程按照系统功能切分成不同的业务段，各自独立发
挥作用，彼此之间缺少有效的信息沟通与协调，造成业务过程“孤岛”，导致系统
整体集成和沟通程度不高，系统之间不能及时进行数据交换和共享，最终带来的
中小企业信息化系统集成技术研究
2
问题是难以从整体上加以集成进而发挥信息共享所带来的优势。
根据目前对企业信息化的相关理论的研究如CIMS (Computer Integrated
Manufacturing System，计算机集成制造系统)、并行工程、敏捷制造等主要是针对
大中型企业而言，缺少对中小型企业实际情况和和所具有的特点的考虑，但是中
小型企业占到了我国企业的大多数，它们对信息化建设的需求日益增加，其信息
化的建设及信息系统集成程度对企业的发展，甚至国民经济的发展都有着重要的
影响。鉴于上述原因及中小企业信息化的实施现状，对中小企业信息系统进行集
成及对相关技术进行研究，从中小企业内部的信息管理以及部门之间的业务交互
角度出发，具有十分重要的理论和实践意义。
§1.2 国内外研究现状
企业信息系统集成在其应用过程中可以分成三个层次：信息集成、过程集成、
企业集成[6]，如图1-1所示。随着信息技术及相关系统在中小企业中的不断应用和
推广，国内外学者针对系统间的集成也做了大量的研究工作，也取得了很多成果。
组织与人员的集成
信息集成
过程集成
企业集成
集成
程度
时间
过去 未来
图1-1 信息系统集成层次
信息集成是系统集成的基础，利用通信技术和数据库技术，在共享信息模型
的支持下，实现不同应用系统之间的信息共享，在正确的时候以正确的方式传递
正确的信息。广东工业大学的徐雁博士提出利用中间文件进行信息交换结合中间
库的两层信息系统集成方法。在上层采用中间文件交换的方式实现信息系统部分
物料信息的共享，在底层采用中间库策略，结合Java的多线程技术和连接池技术，
采用Tomcat作为应用服务器实现不同数据库（数据源）中数据的共享与交换。当
两系统内部的数据发生更新操作时，可以利用触发器策略实时跟踪[7]。该方法实时
性高，能够满足系统间大量数据交换的需求；缺点在于利用XML中间件技术尽管
可以实现对数据源的封装，但难以继承分布式系统的优点。
第一章 绪论
3
过程集成对应于业务链的集成，在完成信息集成的基础上，进行过程间的协
调，消除过程中各种冗余和非增值的子过程，以及由于人为因素和资源问题等造
成的影响过程效率的一切障碍，使企业业务过程总体达到最优。唐维俊等人从过
程集成角度提出了面向网络化制造的ERP系统的组成原理，实现机制和总体结构，
该结构能有效实现企业内外部物流、信息流和价值流与责任流的有机集成[8]。
企业集成是信息系统集成中最高层次的集成，它以过程集成为基础：包括企
业内集成即企业内各部门实行纵向集成和企业间集成即横向集成，如不同类型企
业沿着供应链集成或合作伙伴组成虚拟企业和动态联盟等而实现的集成等。清华
大学的温颖怡等人利用J2EE技术和XML的信息共享技术，构建了面向单个企业和
企业联盟的信息集成系统的体系结构和功能模型，解决了异构信息资源共享等信
息孤岛问题[9]。
国内外学者在信息系统集成基础架构方面的研究也有很多成果，如
SOA(service-oriented architecture，面向服务的体系结构)技术框架、企业应用集成
EAI(Enterprise Application Integration，企业应用集成)技术框架、针对制造型企业
的PDM/PLM集成框架[10,11,12]等，并在企业中也得到了广泛的应用。此外，随着各
行各业对信息系统集成的迫切需求，很多信息产品和技术提供商也纷纷推出信息
集成框架，发布了各自的信息集成解决方案及相关产品。如IBM提出基于数据库体
系结构的信息集成平台，该体系结构由数据层、服务层、应用程序接口层三层组
成，可以实现对异构关系数据和XML及文本等非结构化数据的统一访问和管理。
Oracle公司作为世界上最大的数据库厂商，其最新推出的Oracle数据库11g，在 数据
层集成方面提供了面向运营和分析环境的全面、开放、集成的解决方案。此外，
该解决方案中包含了实时和批量数据迁移、转换、同步、数据质量、数据管理和
数据服务数据集成的所有要素，以确保各个异构系统的信息及时、准确和一致。
Oracle数据集成11g提供了与Oracle管理软件和技术更紧密的集成、对其他异构系统
的支持，以及一流的性能，从而提供了实时的企业级数据集成。
针对国内制造型企业信息系统间的集成，大家研究的重点集中在系统间的数
据流上，诸如BOM表、数据库、API函数等，采用CAX，CAD，CAPP系统技术作
为桥梁，并根据可利用的资源数据开发相适应的集成工具，有些还需要对现有系
统进行调整和再开发，在关键的集成技术上缺乏更深入的研究。
§1.3 课题的目的和意义
某企业在前几年已经开始了信息化工作，该企业在分析自身特点的基础上，
构建了各个独立的信息化子系统，实现了信息技术替代人工机械性操作的工作以
中小企业信息化系统集成技术研究
4
及有限的数据集成，提高了各部门的工作效率。但是该企业初期信息化建设缺乏
整体规划，各信息化系统主要是针对其相关领域的业务流程和数据进行了有效的
管理和控制，缺乏数据共享和集成机制，这势必会导致企业在异构信息系统下的
信息孤岛问题，以及业务流、数据流无法协同的问题。而且随着商业智能以及协
同应用等系统的建设，企业内部以及企业与社会之间信息交流和共享会日益频繁，
企业快速响应市场的能力也必须能够适应这一变化，这就要求企业信息系统具有
高度的集成性和开放性，以提高系统对业务需求变化的敏捷性目标。
与此同时，随着企业产品规模的扩大，设计数据和技术文档信息也呈现出爆
炸性的增长趋势，对企业的相应管理形成巨大压力：数据重复冗余，数据量大且
检索困难，不同业务之间数据交换频繁，数据的安全性差及共享管理难度大等等。
这就为企业的应用和管理系统提出了新的挑战：在同一时间段内相同模块并发访
问量比较大，同时每个模块涉及的关联数据表相当多，而且这些数据库表之间的
关联关系相当复杂，造成每个应用和管理系统需要与数据库做频繁的交互工作来
读取和修改大量的数据库表。对于海量数据的存储，在网络有限带宽下如何实现
数据的高效查询与管理，同时还要保证服务的高可用性和可靠性是企业应用与管
理系统面临的主要问题。
本课题的主要研究目的是以BOM为基础，研究企业信息系统的集成框架和集
成的关键技术，以及信息系统之间信息的交互集成方式，在此基础上采用数据库
集群技术实现系统的集成优化，达到对海量数据进行高效存储的目的。
§1.4 课题研究内容
本课题从整体上分析了企业信息化的需求，收集和分析了该企业现有的信息
系统信息共享的各种类型和模式，并分析了信息共享中存在的主要问题和不足之
处。根据企业的信息化现状，我们提出以下解决方案：对各个信息系统进行整体
规划，以BOM作为信息传递桥梁，构建了企业信息系统集成平台，把企业的业务
孤岛和信息孤岛有机的集成起来；最后引进了数据库服务器集群的理念，搭建数
据库服务器集群框架为企业应用和管理系统提供可扩展、负载均衡和故障转移等
服务，在实现数据存储海量化的同时，提高系统稳定程度。在现有系统体系结构
下突破了业务隔离的限制和“信息孤岛”的局面，通过协议建立信息集群共同联
合体，达到信息的融合、提升和有机交流，实现专家型的精、准、专、新、深、
尖的精确信息共享立体服务，有效地提升信息的价值和利用空间，实现实质性的
信息集成。
主要研究的内容有以下几点：
中小企业信息化系统集成技术研究.pdf

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