（机械电子工程专业论文）基于网络的齿轮cad远程设计系统及关键技术研究.pdf

i j _ f 北t 业人学硕i j 学位论文 摘要 计算机技术、软件技术、数据库技术以及机械设计方法的进步使得c a d 技术得到了很大的发展。近年来随着全球信息化和i n t e r n e t i n t r a n e t 技术的迅猛 发展，使得传统机械制造业中的信息快速交互逐渐变为现实，从而促进了网络 技术与c a d 技术的结合。两种技术的结合对于传统机械制造业的发展具有举 足轻重的作用。齿轮的设计制造在机械制造业中具有非常重要的地位。因此， 实现齿轮设计制造技术的网络化、信息化、集成化对于机械制造业的信息化发 展具有重要的作用。 本文以齿轮设计作为课题的研究背景，以弧齿锥齿轮为研究对象，对以下 方面进行了研究和开发： 1 通过对网络技术、组件技术以及客户机与服务器之间的通信机制的研究， 确定了以客户浏览器网络服务器数据库服务器三层开发模式为基础的系 统开发模型，以及系统开发方法和开发环境。 2 探讨了系统开发的关键技术：结合网络技术，采用j s p s e r v l e t 与组件 j a v a b e a n 技术相结合的构建了系统体系结构。 3 对网络数据库管理系统进行了丌发，对数据库接口技术进行了探讨，最后 采用j d b c 方法实现了服务器与数据库的连接。建立了信息数据的查询、 管理系统。 4 在系统结构框架的基础上，结合齿轮的基本设计要求，初步实现了齿轮的 远程计算和设计。 5 研究了a u t o c a d 图形的二次开发技术，对其的a c t i v e x 技术以及通信机制 进行了研究，利用c a d 图形的网上发布技术和s o c k e t 通信机制，实现了 c a d 图形的网上交互。 本系统以在教研室局域网中已经通过测试，整个系统利用j a v a 语言进行开 发，采用s q ls e r v e r2 0 0 0 作为数据库管理系统。 关键词：组件， 图形交互，j s p s e r v | e t ，j a v a b e a n ，c a d 西北t 业人学烦i j 学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e r , s o f t w a r e ，d a t a b a s ea n dt h em e t h o do f m e c h a n i c a ld e s i g n ，t h et e c h n i q u eo fc a d ( c o m p u t e r - a i d e dd e s i g n ) h a v eb e e n g r e a t l yp r o m o t e d i nt h er e c e n ty e a r s ，t h eb o o m i n gg l o b a l i z a t i o no fi n f o r m a t i o na n d i n t e r n e tt e c h n i q u em a k ei tp o s s i b l et oe x c h a n g ei n f o r m a t i o ni nt h em e c h a n i c a l m a n u f a c t u r e t h o s ec h a n g e sb r i n gt h ec o m b i n a t i o nb e t w e e nt h ei n t e m e ta n dc a d i n t e r n e tp r o v i d et h eo p e n e d 、d i s t r i b u t e da n di n t e g r a t e dd e v e l o p i n ge n v i r o n m e n tf o r t h ec a d s y s t e m a sam e m b e ro ft h em e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n g ，t h ed e s i g no fg e a ri sv e r y i m p o r t a n t t h ed e v e l o p m e n to ft h ed e s i g no fg e a ri nt h en e t w o r kh a se f f e c to nt h e a d v a n c eo ft h em e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n gi nt h ei n f o r m a t i o ns u p e rh i g h w a y t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho ns y s t e mo fi n t e r n e tb a s e dg e a rc a dr e m o t ed e s i g nh a st h e g r e a ts i g n i f i c a n c e i nt h i sp a p e r , w el o o kt h ed e s i g no fg e a ra st h er e s e a r c h i n gb a c k g r o u n d ，a n d c h o o s es p i r a lb e v e lg e a rt h a tt h em e m b e ro fg e a ra st h eo b j e c to fr e s e a r c ht od e v e l o p s y s t e m f i r s t l y , w ea n a l y z et h en e t w o r kt e c h n i q u e ，t h ea p p l i c a t i o no ft h ec o m p o n e n t a n dt h ec o m m u n i c a t i o nt oe s t a b l i s ht h em o d e lo ft h ew e b b a s e dd e s i g ns y s t e m s e c o n d l y , w ed i s c u s st h es e v e r a lk e yt e c h n o l o g i e si nd e v e l o p i n gt h i ss y s t e m ；p u t f o r w a r dt h es t r u c t u r eo fa p p l i c a t i o n t h i r d l y ，w ed e v e l o pt h ed a t a b a s em a n a g e m e n t s y s t e m ，a n du t i l i z et h ej d b ca p i t or e a l i z et h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e nw e bs e r v e r a n dd a t a b a s e a tt h es a l t l et i m e ，w er e s e a r c ht h ed a t ar e m o t et r a n s f e r , a n dr e a l i z et h e r e m o t ec o m p u t i n go fg e a r f o u r t h l y , w ea n a l y z et h er e l e v a n tc u r r e n tt e c h n o l o g i c a l s i t u a t i o n ；d i s c u s st h ed e v e l o p i n gt e c h n i q u eo fa u t o c a d2 0 0 0 ，t h et e c h n i q u eo ft h e a c t i v e xa n da c t i v e xc o m m u n i c a t i o n t h r o u g ht h a tr e s e a r c h i n g ，i tr e a l i z e st h e g r a p h i c a li n t e r a c t i v i t yi nt h ew e b f i n a l l y ，w ed e v e l o pt h es y s t e mb a s e do nt h eb sm o d e w em a k eu s eo f j a v at o d e v e l o ps y s t e ma n dt h er e l e v a n tt e c h n o l o g i e so fj s p s e r v l e t ，j a v a b e a na n dn e t w o r k c o m m u n i c a t i o n i ta d o p t sm i c r o s o f ts q ls e r v e r 2 0 0 0a st h ed a t a b a s em a n a g e m e n t s y s t e m 1 k e yw o r d s ：c o m p o n e n t ，g r a p h i c a li n t e r a c t i v i t y , j s p s e r v l e t ，j a v a b e a n ，c a d i i 踽北l 业大学硕士学位论文 i 1 引言 第一章绪论 2 0 世纪4 0 年代中期，计算机的面世与发展推动j ，许多学科的发展和 新技术的兴起。c a d 技术就是从这h 寸开始产生的。近十几年来，随着计算 机技术、软件技术、数据库技术以及设计方法的发展，c a d c a m 得到了 很大的发展。c a d c a m 是推动生产力发展的一门高新技术，它是由设计、 制造和生产部门共同完成的。但是由于空间和时间的差距使得生产效率低 下。所以，为了提高生产效率将各个部门的工作统一有效的协调起来成为 c a d c a m 发展的一种趋势。也就是将其开发环境发展成为一种开放的、 分布式的、集成化的工作环境。网络的迅速发展给整个社会带来了巨大的 变化，同时也为地理位置分散的i 殳计人员之间的通讯提供了可能。 另一方面，自九十年代以来，制造业市场的竞争目益激烈，传统的制 造业受到强烈的冲击。新产品的开发周期超过市场寿命而导致企业亏损的 例子比比皆是，因此改进产品的设计开发过程变得尤为重要。随着计算机 软、硬件及网络技术的发展，将各种资源集成在一起获益甚至依托于 i n t e r n e t 进行基于网络的协同、共享、远程： = 作和分布式管理逐渐成为可能。 齿轮在机械制造业中的应用 一分广泛，并且齿轮本身具有很强的产品 特征，它本身就是机械产品中一个重要的零部件。但是，在多数情况下， 它又不是一个完全独立的机械产品，它的技术要求因机械应用领域的不同 而异，因而不能简单地用某种机械齿轮产品装置的技术问题来概括和代表 所有齿轮产品。齿轮的种类繁多、设计繁琐而复杂，所以在齿轮曲面、强 度等方面的计算难度也很大。 如今，网络与信息化的迅速发展，使得齿轮制造业这个典型的传统制 造行业面临着信息时代的严峻挑战。在国外对齿轮设计技术已经有了更深 入的研究和发展，并且已经将参数化、数字化、网络化等技术应用到齿轮 设计以及齿轮l = i 勺加 二设备l 。而在国内一些生产齿轮的中、小企、i k 来说， 他们x , j 齿轮的设计水平有限，对齿轮的研究还达小到更深的层次。但是国 外的设计技术和加工设备费用昂贵，中、小型企业承担不起高额费用，所 以导致了齿轮设计与制造业的发展极其缓慢。 基于网络的齿轮c a d 远程设计系统正是为了适应信息时代的发展需 球而为国内中小型企业量身定制的网络c a d 系统。陔系统能够为中小型 西北- 丁业大学硕士学位论殳 念j l k 提供远程的设计服务，为其提供一些精确的齿轮设计模型，便于企业 的加工制造。这样不仅可以降低生产成本，还可以提高经济效益。因此， 硼究基 二网络的齿轮c a d 远程设汁系统对于加快齿轮制造业的发展具有 重要的意义。 2 网络时代的c a d 技术 c a d 技术作为制造业保证竞争力的有效工具，在规范产品标准、提高 产品质量、缩短上市周期和降低成本诸方面发挥r 不可取代的作用。但由 1 二传统的c a d 系统运行、维护和升级的开销很大，造成了大量时间和资源 的浪费，加之对异构环境适应性差，不能充分利用i n t e r n e t ，已逐渐不满 足制造业的新要求。近几年以i n t e r n e t 技术为代表的网络技术发展迅猛， 相关技术瓶颈逐步得到解决，在这种人趋势下，c a d 技术已经越来越和网 络技术联系在一起。引入网络技术，将系统构建在i n t e r n e t 之上，是c a d 技术的重要发展方向。 1 2 。1 网络c a d 技术的应用方向 总的来说，进入互联网时代，c a d 蔓要应用f 以f 四个研究领域： 1 c a d c a m c a e 集成化。 由于c a d c a m c a e 技术是把人和机器的各自优点结合了起来， 大幅度提高劳动生产率，使c a d c a m c a e 成为衡量国家科技现代化 和工业现代化程度的重要标志之一。c a d c a m c a e 集成化的目的是 提供种能覆盖以某类产品为主的、更高效能的设计制造整体系统， 实现各个应用程序所需要的及产生的信息进行存储和交流，达到软件 资源和信总共享，避免不必要的重复和冗余。网络c a d 本身注重系统 环境共享和软件共享的机制与信息一致性的控制及管理，从硬件集成 和软件集成两方面为c a d c a m c a e 提供了柔性集成。 2 远程计算与设计。 丁场的竞争导致了产品资源的分散性与分布性。异地设计成为降 低成本、加速产品开发的个解决方法。但异地设计的一方( 客户端) 远离设计中一l i , ( 服务端) ，缺乏连续资源保障，导致效率下降、开发周 期延长。网络c a d 利用网络及w e b 寻求设计中心( 服务端) 的支持与协 作，提供远端c a d 计算与设计工具，异地异构服务，改善了远程设计 的丁作模式。目前基于w e b 技术的远程c a d 资源获取是网络c a d 研 商北工业大学硕二七学位论文 究+ 0 应朋的热点。 ：j 工作流管理与p d m 。 网络c a d 的一个主要发展方向就是实现人机交互事件的协作自动 化。无论工作流管理技术还是p d m 系统都具有一定的设计过程管理共 享与自动化特征。从c a d 对象的任务确立、分解、组织、执行、重构 到相关信息的存储、分类、链接、维护、共享，网络技术促使c a d 转向更多考虑产品设计过程管理与协调。相应的产品信息模型建立在 多用户、多学科、多视角的基础上，不仅仅是网络c a d 的需要，也有 利于产品对象的工作流管理与数据管理。 4 虚拟产品可视化。 虚拟产品是指计算机表达的数字化产品信息。新产品特别是些 大型、复杂的产品，如建筑物、飞机等的开发与研制，必须要可视化 模型来设计、验证产品的各种方案、性能。在分布环境下，利用虚拟 产品可视化模型进行c a d 协同工作，更有利于优化设计环境、提高协 作效能、感知设计对象、加深感性认知。虚拟环境、可视化技术等也 逐渐与网络c a d 交叉，构造出更为胁调的人机一体化系统。 1 2 2 研究内容与发展趋势1 2 网络c a d 的研究内容包括技术、组织和方法等多个层次。从技术上 讲，它包括c a d 、数据库、分布计算及网络技术等。从组织上讲，网络c a d 是一个交叉性学科，而其产品对象也涉及多个学科领域。各个学科与技术 的组织、共享与融合是研究的关键。从方法上讲，网络c a d 设计依赖面 向对象技术、分布式对象技术、面向智能体程序设计技术等的支持。 当前，网络c a d 技术的研究与发展方向主要有以下几个方面： 1 基于w e b 的c a d ( w e b b a s e dc a d ) 的设计与开发。 c a d 设计己应用到各个行业中。新的挑战不单单是大量不同的 c a d 系统及各异的用户界面，还包括设计人员、工具、数据的地理 分散性。近几年，软件技术飞速发展促进了i n t e r n e t 网上分布用户界 1 1 ；i j 的应朋。当前基j 二w e b 的c a d 的核心问题是如何利用w e b 技术 方便迅速地获取和提供c a d 远程资源，包括设计工具、设计数据、 设计知识等。w e b 技术可以将地理上不同的c a d 系统联系在一起， 缩短了空间的距离。其中一个严峻的问题是已有的c a d 系统资源是 否能轻易地进入w e b 及用j a v a 构成的虚拟设计环境能否方便地被使 用，而不做大的修改或不用重新开发；而另个问题是获取的不同 c a d 资源能否共同工作。 两- l l ；：i 【业大学f ! ! ：i 卜学位论文 2 多学科c a d 信息模型。 网络c a d 技术的研究是基于不同设计应用程序问共享数据的需 求而产生的。它的发展是面向不同设计模型的协同，具有协同的特性， 其产品对象也涉及多学科。在汁算机表达中虚拟产品应提供足够的信 息以满足多学科、多视角的需求。目前的方法多是从产品的特征信息 入手，构造面向不同学科的完备信息及关联信息。这对产品数据表达 与交换标准提出了很高的要求。现有的s t e p 、1 g e s 、d w g 、d x f 、 d w f 等数据标准是满足不了上述功能的。如何构造新数据标准或扩 充现有数据标准是研究的热点之一。 3 广义c a d 。 广义c a d 是c a d 在网络中的一种扩展。它是指除了传统的应 用外，网络c a d 还要包括以下的功能：相关文件的字处理与制表、 设计表达的可视化技术、设计执行的评估分析、渲染与动画技术、异 构分布信息的数据库管理。此外，还要包括多媒体技术、c s c w 技术 的支持。相对而言，广义c a d 考虑更多的是信息间的连续性与继承 性。一个亟待解决的问题是相关技术的柔性集成。 4 基于a g e n t 的分布虚拟设计环境。 构造基于a g e n t 的虚拟设计环境的目的是创造相对和谐的人机协 作环境，是未来网络c a d 的一个发展方向。基于a g e n t 的方法，特 别是面向智能体程序设计技术，是面向对象技术的一种改进。a g e n t 与众不同的精神状态表达相同于人认识、改造客观世界的精神反映。 对于那些我们尚未深入了解的复杂环境和系统，这种描述方法是一种 最为方便有效的手段。利用这种分布虚拟环境人们可以身临其境地感 知其他人员的操作与设计结果，达到虚拟现实的效果。由于基于 a g e n t 的分布虚拟设计环境对软、硬件要求相当高，目前离该技术的 实用还有很长的路要走。 1 3 国内外技术研究现状 将网络技术引入传统的c a d c a m 技术，将给c a d c a m 技术注入新 的活力，是一个极富有发展前途的研究和应用方向。 1 3 1 国外研究现状 国外对c a d 技术研究起步较早。在对将网络w e b 技术应用于 两：l l j ! l k 大学硕上学位论文 c a d c a m 方面投入了大量的人力物力，并且已经有了很大的发展。早在 1 9 9 6 年a s m e 中的d a c ( d e s i g na u t o m a t i o nc o n f e r e n c e ) 分会上，一个 分布式c a d 设计系统一一w e l d 原型系统被介绍给与会者引起了广泛的 关注。1 9 9 7 年的a s m e 设计工程国际会议上酋次设立“n e t w o r k - - c e n t e r c a d ”专题研究。1 9 9 8 年有关网络c a d 的概念被称为“基于i n t e r n e t 的c a d ( i n t e r n e t b a s e dc a d ) ”。1 9 9 9 年又将其称为“网络辅助设计( i n t e r n e t a i d e d d e s i g n ) ”从1 9 9 7 年连续三年a s m e 将c a d 与网络进行研究p 1 。 近年来，网络c a d 技术的研究十分活跃，相关研究项目多而杂，侧 重点各不相同，一些著名的研究项目有：美国m i t 牵头的a d d f 工程， c a p a m 项目，m i t 与s t a n f o r d 合作的s c p c s s 项目。s t a r t f o r d 的p p p 系统， s p r i n t c a d 系统，s u p r e md d 7 项目。欧洲六国联合研制的v i s i n e t 工程。 欧盟r a c e 资助的m w o f l d 项目等等。 基于网络的计算机辅助设计是c a d 远程设计的重要方面之一。要解 决其中的关键技术之一是图形的传输与交互问题。国外各大公司相继推出 了自己的相关产品。美国u g s 公司在其最新版本的u g 软件中融合了部分 w e b 技术，用户可以通过浏览器来操作u g 模型；新推出的v i s p u b l i s h 3 d 可以实现异地企业间三维数模的发布、分配。s d r c 公司在其最新推出的 i - d e a sm a s t e rs e r i e s 软件电开始支持w e b 功能，用户可以直接把设计模 型和相关数据放入i n t e r n e t i n t r a n e t 的w e b 中实现企业级的数据交换。p t c 公司推出了先进的产品协同商务( c p c ，c o l l a b o r a t i o n p r o d u c t c o m m e r c e ) 软件w i n d c h i l l ，w i n d c h i l l 技术是以互联网为基础，能够在一个庞大复杂的 实际开发项目中，处理来自不同单位参与的电脑以及个人的数据，综合协 凋，进而达到共同开发的目的。p r o d u c tv i e we x p r e s s 是p t c 公司新近推出 的基于w e b 的p r o e 文件浏览器，使用它，不需要再在客户端安装p r o e ， 就可以很方便地浏览二维制图、图表以及三维模型；能实现动态旋转、平 移和缩放功能，并支持线框、隐藏线和渲染等显示方式。i b m 公司推出了 c a t w e b 浏览器，用户使用普通的电话线和一个简单配置的客户机，便可 以访问c a t i a 数据库中的三维几何图形和进行远程注解、干涉检查等。美 国s p a t i a lt e c h n o l o g y 公司建立了3 d s h a r e 嘲站，通过i n t e r n e t 向用户提供 3 dc a d 模型的数据格式转换和模型缺陷的修补服务。美国的 o f f i c e c a dc o f f l 公司已推出了在网上运行的三维c a d 软件，它允许任何在 i n t e r n e tw e b 站点上通过i n t e r n e t 在几秒内产生或新建a u t o c a d 格式的图 形pj 。s o l i d w o r k s 公司发布了其3 d p a r t s t r e a mn e t 和3 d i n s t a n t w e b s i t e 站点。 弼北1 _ 业人学坝i 二学位论文 1 3 2 国内研究现状 国内在该方面的研究和应用还处于起步阶段，但是也取得一定的进展， 主要是对基于信息网络的设计与制造系统的提示结构构架进行了概念研究 和理论探讨，提出分布式网络化制造系统的初步构想、制造模式，研究计 算机支持下的协同设计及其环境。并且在已实现用网页上的文本输入框提 交零件数据输入。该领域的成果包括异地协作系统c d e s i g n 、敏捷制造环 境下的线切割c a d c a m 系统和基于b s 模式的远程协同设计系统等。但 是这些系统基本上都没有实现图形交互的输入方式，而图形交互是一个好 的c a d c a m 系统所必须具备的。 具体的开发实现有南京理工大学对基于i n t e r n e t 的模具c a d c a m 系 统进行了一些研究并取得一定的成果；上海交大c i m s 研究所丌发出的基 于i n t e r n e t 的异地设计制造系统；武汉开目信息技术有限公司推出了在线 设计的服务，用户在w e b 页上通过输入相应的参数能完成多种机械零件的 设计等。 1 4 本论文的选题和主要研究内容 齿轮c a d 远程设计系统是一个具有重要的研究价值的课题。将作为 传统制造业具有代表性质的齿轮的设计应用于网络上对现代工业、加工制 造业都有重大意义。在传统的制造业中，由于部门之间信息交流滞后，使 得生产周期过长，而且，齿轮作为主机制造业的一个配套产业，与c a d 技术结合还处于初期，如果通过现代网络技术与c a d 技术的结合，将复 杂的齿轮计算和绘制通过网络c a d 技术加以开发和设计，必将会减短生 产周期，提高齿轮设计的效率，促进部门之间信息的交流与传递，资源共 享，提高生产效率。课题主要是以齿轮为研究背景，主要研究齿轮c a d 技术的远程计算和远程绘图等功能如何在网络上实现，以及对远程设计系 统的研究和开发。 论文的主要研究内容包括： 1 研究客户机和服务器问的通讯机制 客户端发送参数信息，服务器端接收监听信息进行相对应的处 理。处理结果存贮到数据库，并且返回到客户端。或者根据客户端的 参数进行处理后，显示刷新图形。寻找一种可靠的通讯方法并且开发 相应的程序，完成客户端和服务器端消息的传递。服务器端提供数据 库查询和修改服务、并发处理服务等。对服务器端的可执行程序系统 西北工业大学硕上学位论文 进行比较，寻找一一种行之有效的方法，提高客户端和服务器端的远程 交互的效率。 2 研究齿轮远程计算的传输和交互问题 用户在客户端打开浏览器根据提示选择需要计算的内容并且输 入参数，服务器端在得到后，进行提取，编译，运行，保存计算结果， 对于不合理的结果给以提示，最后生成结果并将其回传到浏览器中。 3 研究图形的传输和交互的问题 服务器端需要安装c a d 软件以及二次开发c a d 工具软件，接收 到客户端消息后，服务器端对接收到的数据进行处理，通过 a u o t o c a d 2 0 0 0 接口函数，更新图形，并且将图形显示于客户端。可 进行图形的绘制。 4 研究有关w e b 数据库系统的建立和维护 结合相关的内容，研究适合于浏览器j l h l 务器需要的关系数据库系 统，正确创建数据库，使之能够通过网络实现数据的正确存放和读取， 通过管理权限限制对数据库的安全维护。 1 5 论文章节安排 本论文结构安排如下： 第一章绪论 主要概括论述了c a d 技术的特点以及在对制造业的推动作用，以及 基于网络的c a d 技术的发展。并对论文的研究内容做了深刻的阐述。 第二章网络齿轮c a d 远程设计系统的开发基础 第二章主要对基于网络的齿轮c a d 远程设计系统开发的关键技术进 行了研究，对网络的系统结构模式进行了比较与讨论，并且对构建系统框 架的重要理论进行了论述。 第三章系统的总体设计 第三章内容是论述系统的研究目标和总体设汁结构，对系统的各个功 能层的内容进行详细的阐述，并且根据研究内容以及完成的任务对系统的 功能模块进行i 划分。介绍了功能模块的内容。 第四章系统网络图形交互的设计与实现 第四章是对系统中的一个关键功能的实现单独进行了论述。介绍了其 图形交互所要利用的网络以及c a d 图形的二次开发的技术。并且介绍了 系统图形交互的实现方法以及其实现的过程。 第五章系统的实施与实现 本章主要介绍了在系统实现过程中的方法，组件技术的应用，重要参 7 一 塑苎= = ! ：些查兰型! ：堂笪堡兰 数的选择基准，以及系统具体的示例。 第六章 总结与展望 主要是对本论文的研究内容和结果进行了总结，并且对系统中所用到 的技术以及未来的发展进行了展望。 1 6 本章小结 本章主要概括介绍了c a d 的发展特点，齿轮业在制造业中的重要作 用；介绍当前c a d 技术发展的热点一一网络c a d 及其发展、应用方向， 以及国内外技术的研究和发展现状，最后概述了论文的研究内容和论文的 章节安排。 i 【玎北1 ：! 人学顺l 。学位论文 第二章网络齿轮c a d 远程设计系统的开发基础 近几十年以来，随着计算机技术、软件技术、数据库技术以及设计方 法的发展，计算机辅助设计( c a d ) 得到了很大的发展，特别是计算机网 络技术。全球广域网i n t e r n e t 的飞速发展，引起了制造业发生了很大的变 化，带动了远程设计技术的发生、发展，并且迅速的壮大。 2 1 基于w e b 的分布式远程设计系统结构 2 1 1 系统相关计算结构环境发展历程 从最早的计算模式应用逻辑结构模式，到主机批处理模式，用户和计 算机交互极少，并且花费时问很长，系统的资源利用率和工作效率极低。 七十年代开始，终端主机模式产生并发展起来。用户可以不再等待计算机 处理任务，并且能够键入数据并开始自己处理数据。但是主机计算机价格 昂贵。 八十年代初。随着p c 机的深入发展和广泛应用，它允许用户将计算 能力带到办公桌上。电子计算机及其应用技术与通信技术的逐步发展和密 切结合产生了计算机网络，出现了网络文件服务器的计算模式。由于网络 文件服务器计算模式存在问题，所以导致了c l i e n t s e r v e r 计算模式的诞生。 c l i e n t s e r v e r 计算模式是在八十年代末产生并发展起来的。c l i e n t s e r v e r 结构模式是用户在客户端( c l i e n t ) 应用程序向服务器发出请求，服务器端 完成计算并将结果返回客户端，客户端将服务器返回结果进行分析并且显 示给用户的计算模式。网络上传送的仅仅是请求信息和结果信息，网络流 量大大降低了。 但是随着计算机应用的深入发展、软硬件同益频繁的更新换代和系统 的大型化发展趋势，传统的c l i e n t s e r v e r 结构在可维护性、可扩展性、可 访问性、安全性以及开发难度等方面都表现出了不适应性。当这种不适应 性在发展过程中表现的越来越明显时，一种新的计算模式应运而生。这种 模式就是在九十年代提出的b r o w s e r s e r v e r 模式结构。它是在i n t e r n e t 标准 与技术逐渐成熟，c l i e n t s e r v e r 结构与w w w 技术相结合产生的。 c l i e n t s e r v e r 与b r o w s e r s e r v e r 是现代很多协作系统，远程设计系统所 采用的技术。各有自己的优缺点，现在下面分别介绍。 2 i 2 传统的c l i e n t s e r v e r 结构 传统的c l i e n t s e r v e r 结构系统是。个或多个客户羽1 个或多个安务器 jp 层的操作系统羽i 网络系统所形成的种允许分加j 式计算、分析和表示 n 勺复合系统，它l ! 要具柏以卜优点：具有弩_ l j i 1 勺1 1 i 端应用程序，町提供慢 人的在线帮助1 f 1 i 错处理等功能，交互性强，可靠性姒；有大赶的优秀丌 发l 具支持，具订习 务处理能力强、性能高的特点。 c l i e n t s e r v e r 结构给合作i _ 卜算，内符个进程交互作川定义了一种结构， 它将一个网络应j 日程序一1 1 的儿个_ i 同进程规定出几种层次或级别关系：一 部分进程运行在客户端，称为阿端应刚程序( f r o n t e n dc l i e n t a p p l i c a t i o n ) ； ) 外一部分进程运行在服务器上，称为后端应j t j 程序( s e r v e r a p p l i c a t i o n ) 。c l i e n t s e r v e r 程序可以在相同的机器上运行也可以在不1 司的 村i 卜运 j 二。其结十句【矧女f 巨i2 1 ： i 应川槲序( 客j 、，端) lf 数据席服务器 i 刳2 1 传统两层c s 架构模型 其结构是二级结构即：前端c l i e n t 和后端s e r v e r 。这种传统的二二级结 构r 作原理是客户端应用程序向数据库服务器发送s q i 。请求，从服务器存 1 i ；器 i 取 1 1 所需数拆：返唧相应结果，最后客户端再对结果进行格式化处理。 柏：这引模式f 客户端和服务器端共刚承担j e , 7 j 叭r 算，所以该模型具= _ f 1 封闭 州佣j “1 台扪天性等特点。这种模式限制了信息在更大范f q i _ ；f 的共享，而随 菥j 、t 川情况的变化，特别是地理上分前j 的信息存储和访问要求的现，限 制j 艇川系统的灵活性和扩展。h - 以及使用效率。所以随赣应j _ 1 ：l 程序一i 断的 扩人，_ 1 户要求的h 益提高，它所袭现m 束的! ! j ( 端也越来越明娃。 两北t 业人学坝 学位论文 2 1 3 基于w e b 的b r o w s e r s e r v e r 结构 浏览器服务器( b r o w s e r s e r v e r ，简称b s ) 结构是在传统两层的c s 模式的基础上发展起来的，它解决了c s 系统中出现的问题，将w e b 技术 与数据库技术相结合，扩展了c s 模式的分布计算特性，实现了动念w e b 应用。在这种结构下，用户界面完全通过w e b 浏览器实现，一部分事务逻 辑在前端实现，但是事物逻辑在服务器端实现，形成一个由用户服务层、 应用服务层、和数据服务层组成的三层结构的客户服务器体系，如图2 - 2 所示。 用户服务层 成用服务层 数据服务层 客户端 w e b 浏览器 t 超文本传输协议h t t p w e b 服务器 数据引擎层 一一一一 一一一一一 数据库服务器 图2 - 2 三层b s 架构模型 用户服务层( u s e rs e r v i c et i e r ) 也称为表现层( p r e s e n t a t i o nt i e r ) 。该层可以是j a v aa p p l e t 、 a c t i v e x 组件也可以是w e b 浏览器，它主要负责在客户端通过图形用 户界面实现与用户的交互，并向应用服务层提交服务请求，显示应用 输出的数据。该层对应于客户端的w e b 浏览器。 应用服务层( a p p l i c a t i o ns e r v i c et i e r ) 称为商业逻辑层( b u s i n e s sl o g i ct i e r ) 。该层相当于应用的本体， 它处理所有来自客户端的服务请求，包括数值计算、数值分析、数据 查询等工作。同时也能作为中介，进一步向其它的分布式应用系统服 务器提交服务请求。该层对应于w e b 服务器。 数据服务层( d a t as e r v i c et i e r ) 数据层就是数据库管理系统( d b m s ) 。负责管理对数据库数据 两北 ：业大学顿l 学位论文 的读写，系统通过该层完成数据的查询、存储等操作。d b m s 必须能迅 速执行大量数据的更新和检索。现在的主流数据库管理系统是关系数据 库管理系统( r d b m s ) ，因此一般从应用层传送到数据层的要求都使用 s q l 语言。 该结构的核心是w e b 服务器，它负责接收w e b 浏览器的w e b 页请求 和数据请求，并处理w e b 页请求，同时将数据请求通过数据库接口程序转 换成数据库服务器能够接受的形式( 如s q l ) 之后送到数据库服务器，数据 库服务器根据数据请求执行相应的数据库操作( 如查询、修改、统计等) ， 并将结果通过数据库接口程序的转换送回w e b 服务器，w e b 服务器将结果 处理成w e b 浏览器能够接受的形式( 如h t m l ) 后送回发出请求的w e b 浏览 器，由浏览器解释执行结果并将其显示出来。由上述工作原理可以看出， b s 模式增加了较厚的中间层服务器( 包括w e b 服务器及相关的接口程序) ， 它将浏览器与数据库服务器连接的同时分提了数掘库服务器上较多的任 务，真正实现了“瘦客户机一胖中问层一瘦数据库服务器”的计算模式。 b s 模式简化了客户端，使得客户端具有统一的浏览器界面。用户只 需浏览器便可进行各种信息处理，而不需安装专用的前端应用程序即实现 了客户端零配置；并且各种处理完全交给数据层完成，功能层发生变化不 会影响到数据层的改变，实现了开发环境与应用环境的分离；绝大部分工 作由服务器端完成，当对网络应用进行升级时，只需更新服务器的软件， 实现了与平台的无关性：数据库结构的改变不再对客户端产生连锁影响， 只需修改服务器端的应用程序即可，极大地提高了系统的维护效率：从而 增强系统的可伸缩性和适应软硬件变化的能力。因此，三层b s 模式的设 讨系统现在正在被广泛的采用。 2 1 4 分布式系统的发展趋势 当今，基于w e b 的计算结构已经得到了越来越广泛的流行。随着 i n t e r n e t 技术的进步，这种流行的趋势还会在未来得到进一步的加强。目前， 分布式计算结构的发展存在着以下趋势： 1 ) w e b 臼益成为分布式计算中一个重要的平台。这个平台独立于操作 系统，这使得人们对操作系统的依赖性大大减少。在这种计算结构 下，人们不仅可以选择w i n d o w s 操作系统，也可以采用l i n u x 等 其它操作系统。 2 ) 基于集成框架的思想得到广泛应用。现代分布式应用系统规范日趋 扩大，系统开发的分工日趋细化，单纯一、两种技术已经难以解决 问题，因此需要依靠一种集成框架，将各种技术结合起来，形成一 西1 1 ；k j l k 大学硕学位沦文 种体系结构( a r c h i t e c t u r e ) ，并依靠集成框架所提供的开发模式来 简化丌发和管理。 3 1w e b 的汁算能力将得到进步的提高，x m l 被用来作为w e bi ：数 据交换和存储的格式。基于x m l 的计算技术大大提高了w e b 的信 息处理能力。 4 ) 基于w e b 的移动计算技术越来越流行。利用移动计算技术，人们 可以在外出途中照常办公。 5 1 对安全性的要求越来越高。 2 ，2 齿轮c a d 远程设计系统的开发技术 2 2 iw e b 技术 进入9 0 年代以来，由于信息技术的发展和信息量的高度膨胀，使已 诞生了20 多年的i n t e r n e t 以惊人的速度发展起来，并围绕着i n t e r n e t 出现 了许多新的技术和新的应用，可以说，信息产业已经进入了一个崭新的时 代一一网络中心计算的时代，w w w 系统作为网络化信息服务的基础也得 到了迅速地发展。w w w ( w o r l dw i d ew e b ) 也称为w e b 服务，它使用了包 括搜索和超级链接的直觉技术使用户容易找到所需要的信息，充分利用了 开放式的不依赖平台的标准，在客户和服务器两方面简化了管理。它是 i n t e r n e t 、超文本和多媒体技术结合的产物，本质上是一个基于 i n t e r n e t i n t r a n e t 的分布式、动态多平台交互式超媒体信息系统，正是由于 w e b 技术的引入，推动了i n t e r n e t 的迅速发展，使之成为构建全球信息高 速公路g i i 的基础。 2 2 2j a v a 技术【5 8 j a v a 是s u n 公司推出的新一代面向对象程序设计语言，特别适合于 i n t e r n e t 应用程序的开发。它具有很多优异的特点： 1 简单性。 j a v a 作为一种面向对象的语言，通过提供最基本的方法来完成指 定任务。它的简单性在于j a v a 的风格类似于c + + ，容易被掌握；j a v a 摒弃了c + + 容易弓1 发程序错误的地方，如指针和内存管理；并且j a v a 还提供了丰富的类库供开发者使用。 2 面向对蒙。 两北丁业夫学硕卜学位论文 j a v a 最重要的特性就是面向对象。支持静态和动态风格的代码继 承及重用。j a v a 语言的设计集中于对象及其接口，它提供了简单的类 机制以及动态的接口模型。对象中封装了它的状态变量以及相应的方 法，实现了模块化和信息隐藏；而类则提供了一类对象原型，并且通 过继承机制，子类可以通过使用父类所提供的方法，实现代码的复用。 3 分布式。 分布式包括数据分布和操作分布。数据分布是指数据可以分散在 网络中的不同主机上，操作分布是指把一个计算分敞在不同主机上处 理。j a v a 支持w w w 客户机，服务器计算模式，因此，它支持这两种分 稚特性。 4 健壮性。 j a v a 程序致力于检查程序在编译和运行时的错误。j a v a 自己操纵 内存减少了内存出错的可能性。它只能访问内存中允许它们访问的那 些部分，所以不可能修改不允许修改的值。j a v a 在编译和运行程序时， 都要对可能出现的问题进行检查，以消除错误的产生。它提供自动垃 圾收集来进行内存管理，防止程序员在管理内存时容易产生的错误。 通过集成的面向对象的异常处理机制，在编译时，j a v a 揭示出可能出 现但未被处理的异常，帮助程序员正确地进行选择，以防止系统的崩 溃。 5 结构中立。 与平台无关的特性使j a v a 程序可以方便地被移植到网络中的不同 机器上。同时，j a v a 的类库也实现了与不同平台的接口，使类库可以 移植。另外，为了建立j a v a 作为网络的一个整体，j a v a 将