（机械电子工程专业论文）基于web的虚拟加工技术研究与开发.pdf

南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 随着计算机技术和网络技术的迅猛发展，制造业正发生着一场深刻的变革，日益 向着高度自动化，智能化，集成化和网络化的方向发展，充分利用网络技术实现制造 资源的共享，支持跨地区、跨平台的全球制造，是今后制造业的重要发展方向之一。 数控加工可以保证产品达到很高的加工精度和稳定的加工质量，可适应产品快速更新 换代的要求。但是。n c 程序代码中难免会存在各种错误，这就使得在实际加工前发 现并且更改n c 代码中的错误变得很有必要。 本文首先对w e b 技术基础和基于w e b 的软件开发技术进行了讨论，并在此基础 上选定了系统的开发平台。接着重点研究了基于w e b 虚拟加工中的几个关键技术， 包括n c 程序的正确性检验，图形仿真技术，客户端和服务器端的具体开发的j a v a 相关技术等。然后介绍了自行开发的基于w e b 的虚拟加工仿真实验系统，并对其中 的重要实现方案和运行效果做了简要描述。最后对本文所作的研究工作作了总结，并 对后期丁i ：发所需重点解决的问题提出了自己的设恕。 关键词：数控加工仿真、w e b 、j a v a 、j 2 e e 第1 页 一 型鉴! 塑生垫垫| 一! 丝查业塑兰堑丝 a b s t r a c t w i t ht h ef a s t d e v e l o p m e n t o f c o m p u t e r a n dn e t w o r k t e c h n o l o g i e s ，p r o f o u n d i n n o v a t i o n sa r et u r n i n gu pi nt h ea r e ao f m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y , w h i c hi sd e v e l o p p i n g t o w a r d st h ed i r e c t i o no f h i g h a u t o m a t i o n ，h i g h - i n t e l l i g e n c e ，h i g h - i n t e g r a t i o n a n d h i g h - n e t w o r k i n gi n c r e a s i n g l y i nt h ef u t u r e a ni m p o r t a n td e v e l o p m e n to fm a n u f a c t u r i n g i n d u s t r y i st om a k ef u l lu s eo fn e t w o r kt e c h n o l o g i e s ，t oa c h i e v et h eg o a lo fg l o b a l m a n u f a c t u r i n g i na n o t h e rw o r d ，t h em a n u f a c t u r i n gr e s o u r c e s c a nb es h a r e di nm o s t p l a t f o r m so fc o m p u t e r sa n dm o s ta r e a si nt h ew o r l d n cm a c h i n i n gc a ng u a r a n t e et h e p r o d u c t i o nw i t he x t r e m e l yh i g ha c c u r a c ya n d s t a b l eq u a l i t y i tc a n s a t i s f yt h en e e d o fr a p i d p r o d u c tu p d a t i n g h o w e v e r i t i sh a r dt oa v o i dm i s t a k e si nn c p r o g r a m s ，s oi ti sn e c e s s a r y t of i n da n dc o r r e c tt h em i s t a k e si nn c p r o g r a m s b e f o r e p r a c t i c a lp r o c e s s i n g i nt h i sp a p e r , t h ef o u n d a m e n t a lt e c h n o l o g yo fw e ba n dt h es o f t w a r ed e v e l o p m e n t t e c h n o l o g yb a s e d o nw e ba r ed i s c u s s e df i r s t l y , a n dt h ed e v e l o p p i n gp l a t f o r mo ft h e e x p e r i m e n t a ls y s t e m i ss e l e c t e du n d e rt h a tf o u n d a t i o n a f t e rt h a t ，s o m ek e yt e c h n o l o g i e so f w e b b a s e dv i r t u a lp r o c e s s i n ga r es t u d i e dc o n c e n t r a t e l y , i n c l u d i n gt h ea c c u r a c yi n s p e c t i o n o fn c p r o g r a m s ，t h et e c h n o l o g yo fg r a p h i c a li m i t a t i o n ，j a v ar e l a t a t e dt e c h n o l o g yo f t h e c l i e n ts i d ea n dt h es e r v e rs i d ee t c t h e na l le x p e r i m e n t a lw e bb a s e dv i r t u a lp r o c e s s i n g s y s t e mi sd e s c r i b e di nd e t a i l f i n a l l yt h es u m m a r yo f t h ep a p e ri sg i v e na n ds o m en e w h y p o t h e s e s a r er a i s e df o rd e e pr e s e a r c ho f t h es y s t e m k e y w o r d s ：n cm a c h i n i n gs i m u l a t i o n 、w e b 、j a v a 、j 2 e e 拂i i 口c 一壹室堕至：堕蒌盔兰堡主兰垡鲨壅 1 1 概述 第一章绪论 制造业是国家经济的发展支柱，制造技术是制造业的技术基础，是提高企业国际 竞争力和创新能力的根本途径。 计算机技术、网络技术的迅猛发展，使得现代制造以及生产组织过程发生了巨 大变革。制造业正在不断发展其核心技术，将不仅对生产力进行管理。也会对创新力 进行管理。这样才能提高生产核心价值、组织架构、组织文化及商业运作方式的能力， 综合预测及快速反应顾客不断改变的需求。万维网( w o r l d w i d e w e b ，w w w ) 为全球 范围内的计算机化企业提供了神经系统，它的发展和普及，已经极大地改变了制造企 业与系统的生产组织和控制结构，导致了企业结构异地化、企业生产敏捷化。网络提 供的信息交流割裂了传统的等级制度和组织结构，使得企业不得不减少纵向管理层 次，扩大横向联合，促使其组织结构向着扁平化方向发展。网络允许相关的制造企业 和企业内部各个相关的部门之间实时互动，并展现哪些工作应该在企业内完成，哪些 应该寻求外部资源。目前，异地设计、协同设计的研究反映了计算机技术和网络技术 已越来越多的融入到现代制造业中。 另外，市场对制造业的要求也愈加苛刻，消费者的观念与以前相比也发生了巨大 的变化，对产品多样化、个性化的要求越来越高，而新产品的研制开发难度越来越大， 单个的企业很难有足够的资会和技术解决所有问题。 1 2 基于w e b 的虚拟制造的提出 面对市场和竞争的压力，企业能否在短时间内提供用户满意的产品以迅速的占领 市场，成为了决定企业兴衰成败的关键所在。在这种情况下，虚拟制造技术应运而生 了。虚拟制造技术( v m t ，v i r t u a l m a n u f a c t u r i n g t e c h n o l o g y ) 可以模拟由产品设计、制 造到装配的全过程，对设计与制造过程中可能出现的问题进行分析与预测，提出改进 措施，实现产品从丌发到制造整个过程的优化。达到降低产品开发成本、缩短开发周 期、减少丌发风险和提高经济效益的目的。随着对v m 研究和应用的不断深入，v m 的内涵也不断得到拓宽，当今信息技术特别是i n t e m e t 技术的发展和广泛应用，更为 虚拟制造技术提供了强有力的信息基础结构，使得基于w e b 的虚拟制造成为可能。 可以从以下几个方面对w e b 基的虚拟制造进行阐述【i 】： 1 w e b 基的虚拟制造以数字化产品模型，亦称虚拟原型( v i r t u a lp r o t o t y p e ， 第1 页 基于w e b 的虚拟) j n m 技术研究与开发 v p ) 为基础，以并行过程管理为手段，将产品的设计、工艺、制造、分析、 检验等所有产品制造相关活动有机集成在一起，在不制造物理原型的情况下 实现对产品的外观、性能、质量、可制造性、可装配性、可维护性等各方面 性能的全面分析和评价，以降低成本、缩短时间、提高质量。 2 w e b 基的虚拟制造系统是基于i n t e m e t 的分布式开放性系统，其组织结构为 企业间的动态联盟。w e b 基的虚拟制造要求实现基于i n t e r n e t 的全球性的企 业合作。它超越了传统的单一企业运作方式，实现分布式协同设计( d c d ) 和 分布式制造( d m ) 。 3 虚拟制造技术充分利用虚拟现实( v r ) 技术、增强现实( a r ) 技术，实现产品全 生命周期演变仿真和产品设计、制造、分析等相关过程所有活动的精确、逼 真的仿真。 1 3 虚拟加工一虚拟制造的关键技术 虚拟制造的关键技术包括如下几个方面p 】： 1 建模技术：产品模型( 完备的产品模型使产品实旌过程中的全部活动融于一 体) 、工艺模型( 包括功能模型、物理和数学模型、统计模型、计算机工艺仿真、 制造数据表和制造规则) 、生产模型( 静态描述和动态描述，从而可预测产品生 产的全过程) 。 2 加工过程仿真技术：构造虚拟环境，包括从宏观、微观两个角度进行生产系 统、加工过程和加工单元的仿真，甚至物理过程中运动学、动力学、热力学 和应力等的仿真，以支持制造全过程。 3 可制造性评价：基于规则或基于方案，通过工艺模型和生产系统动态模型， 应能精确的预测技术可行性、m t 成本、工艺质量和生产周期等。 4 系统集成支撑技术：p d m 平台、数据库、e r p 等。 5 虚拟现实技术：人机接口，软件技术以及虚拟现实的计算平台。 在上述这些关键技术中，加工过程仿真是虚拟制造技术的基础。而加工过程仿真 的现实映像就是数控加工过程。因此，研究基于w 曲的虚拟加工技术具有较高的理 论和现实意义。 1 4 国内外研究现状 国外在虚拟加工仿真方面做了许多工作，美国m a r y l a n d 大学开发了用于培训数 控操作人员的虚拟数控机床仿真器【4 l 。作为a m t 计划的一部分，美国n i s t 也丌展 了虚拟机床的研究，韩国t 1 l r b o t e k 公司开发出面向培训的虚拟数控车削及铣削加 第2 页 工环境，能够实现数控加工的几何仿真并配有声音信息。日本s o n y 公司研制的 f r e d a m 系统可对球头铣刀加工自由曲面进行三维仿真，并进行干涉、碰撞检查。 意大利b o l o g n a 大学用b 样条曲面建立端铣刀与工作台模型，采用真实感图形显示铣 床精加工过程。由于数控加工在机械制造业中发挥着日益重要的作用，因此以其为背 景出现了一批优秀的应用软件，这些软件基于已被生产实践检验的实体造型核心系统 ( 如p a r a s o l i d ) ，具有现今的管理基础，强大的工程背景，完善的操作功能和专业化的 技术服务，能够显著的提高制造业的整体经济效益因此很快便赢得了广大c a d c a m 用户的青睐，成为了制造业中真正的商品化软件。较具代表性的有m a s t e r c a m 、g i b b s 、 u g 、p r o e 等。 在将w e b 技术应用到传统的c a d c a m 方面，国外也取得了很多进展。在最新 版的u g 中，用户已经可以通过浏览器来操作u g 模型【5 1 。s d r c 公t 6 1 在其最新推 出的i - d e a ss e r i e s 软件也开始支持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1 7 】推出了先进的产 品协同商务软件w i n d e 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 的设计开发项目中，处理来自不同地方的数据，达到共同开发的目的。i b m 公司的 c a t i a 系统v 5 3 提供了应用于w 曲的解决方案( c a t w e b ) 1 8 ，审核人员可在i n t e r n e t 上通过w e b 浏览器审查产品设计结果，并可对其中的问题进行批注，提示设计人员 进行相应的修改。美国c a l i f o r n i a 大学b e r k e l e y 分校的集成制造实验室的c y b e r c u t 项目1 9 j 、基于w 曲的c a d 软件w e b c a d 软件和基于w w w 用于快速原型制造和教 学的环境。新加坡国立大学的设计实验室的c y b e r c a d 软件【l0 】，加拿大m c m a s t e r 大 学加工系统实验室开发的在线加工参数仿真软件f l l l 。香港大学工业与制造系统工程系 的黄国全博士在i n t e m e t 上开发的面向制造与装配的设计系统【1 2 l 。 国内在这方面也开展了诸多研究工作，并取得了很多重要的成果【射。如华中科技 大学开发的n c p v s s 系统，具有数控铣削加工过程仿真功能，即通过生成刀具轨迹， 由三维动画显示数控加工过程，以此发现数控程序错误。华中科技大学还与新加坡国 立大学合作开发了基于w e b 的多用户n c 仿真系统1 4 4 1 。同济大学研制的数控程序微 机动画仿真系统，以二维图形方式动态模拟加工过程，能够满足生产现场的实时性要 求。哈尔滨工业大学的n c m p s 系统，可建立集成的数控加工仿真环境，面向多轴数 控加工中心，在图形工作站上实时显示三维多轴数控加工过程。上海交通大学c i m s 研究所开发的基于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。 清华大学c i m s 工程研究中心开发的“通用加工过程仿真器”已在多家企业得到应 用。南京理工大学的李东波等对基于i n t e m e t 技术的模具c a d c a m 系统进行了一些 研究并取得了些成果【1 3 l 。目前国内对数控加工仿真的研究尚处于跟踪、消化阶段， 所涉及的仿真系统主要集中在2 2 5 轴，对3 轴及3 轴以上的多轴数控加工仿真一般 仅局限于某一个或某一类特定实例上。 第3 页 基于w e b 的虚拟加工技术研究与开发 1 5 论文的选题及各章研究内容的安排 i n t e r n e t 作为当今信息社会基础结构的原型，其影响是任何其他技术都难以企及 的。而其中w e b 技术的应用则遍布了人类社会的各个角落。只要拥有一台与w e b 相 连的计算机，任何人都可以访问i n t e r n e t 上的w e b 站点，获取自己想要的任何信息。 当前，随着计算机及网络技术在制造领域的普遍应用，已经有了许多成熟的商业 软件投入使用，但有很多还是集中在局域网的p c 机和图形工作站上，w e b 技术的高 速发展为推动制造业融和到i n t e m e t 之中提供了一种有效的手段。 本文主要针对w e b 技术在虚拟加工过程的数控加工仿真的应用进行了相应的研 究。可以为制造领域的企业提供一种工具，达到资源共享、异地协同设计与制造，以 达到缩短制造过程分析周期、降低企业生产成本的目的。本文各章的主要研究内容安 排如下： 第一章分析了当前制造业面临的形式，虚拟制造技术出现的必然性和必要性，指 出了虚拟加工在虚拟制造中的重要地位，阐述了基于w e b 虚拟加工技术国内外的发 展，介绍了论文的结构。 第二章介绍了w e b 技术的基本知识，w e b 应用的常见体系结构及其比较，介绍 了开发基于w e b 应用的常用客户端和服务器端技术，最后在对当前两种流行的开发 卜台的比较的基础上，给出了本实验系统开发的平台选择。 第三章是本论文研究的重点，对基于w e b 的虚拟加工技术的几个关键部分做了一 定的研究，提出了自己的解决方案。给出了系统实现时用到的具体的软件技术，并做 了较为详细的说明。 第四章在前述各章的基础上，给出了一个基于w e b 的虚拟加工仿真系统的实例， 客户端可以在浏览器内实现n c 代码的正确性检验和实时仿真。 第五章对全文内容及所取得的研究成果进行了总结，并对后续开发所需重点解决 的问题给出了自己的设想。 第4 页 一 塑塞堕窒堕丕查堂堡主堂垡笙塞 第二章基于w e b 的应用软件开发技术及平台选择 2 1w e b 技术及其发展 2 0 世纪末i n t e m e t 技术的发展，已经极大的改变了人们的生活方式，如今 i n t e m e t 已经渗透到人们的日常生活当中，对当今社会的发展和变革产生了深刻的 影响。 i n t e m e t 的发展始于1 9 6 9 年，源于美国国防部高级研究计划署的a r p a n e t 网。最初的a r p a n e t 网只有四台计算机，用来连接分散在不同地域的计算机，使 得网络在遭受外界攻击时，仍然能够正常工作。到了7 0 年代末，由于局域网和 广域网的高速发展，资源共享成为最迫切的要求。而在a r p a n e t 发展的同时， 其他组织也都在建立各自的网络，其中最为引人注目的是美国国家科学基金会 n s e 建立的美国国家科学基础网( n s f n e t ) ，至8 0 年代后期，n s f 建立了全美五 大超级计算中心，随着美国以外的互联网络的不断接入，使该网络最终成为了一 个覆盖全球的网络系统，这便是今天的i n t e m e t l l 4 】。 虽然早期的i n t e m e t 资源已经很丰富，但是如何为用户提功一个友好的操作界 面又成为了开发人员所面临的新的课题。明尼苏达大学的研究人员开发出了第一 个综合性的工具o o p h e r ，g o p h e r 的出现使i n t e m e t 的发展迈出了一大步。此后1 9 9 3 年伊利诺伊大学的研究人员开发出了第一个用于w e b 浏览的图形浏览器软件 m o s a i c ，成为了w e b 发展的里程碑，随后n e t s e a p e 公司和m i e r o s o f t 公司相继推 出了自己的浏览器，使得i n t e m e t 在全球迅速的普及起来。如今w 曲浏览器已经 成为了i n t e m e t 所有应用中最为流行，也最为不可缺少的客户软件，目前在全球 市场上占主导地位的是m i c r o s o f t 公司的i n t e m e te x p l o r e r 和n e t s c a p e 公司的 n e t s c a p en a v i g a t o r 。 我国在i n t e m e t 方面的应用虽然起步较晚，但是发展迅速，自1 9 9 4 年我国接 入互联网开始，短短的几年时间，互联网在我国得到了飞速的发展，i n t e r n e t 技术在各行各业中得到了广泛的应用。根据中国互联网信息技术中心 ( c n n i c ) 2 0 0 3 年1 月份宣布的统计调查结果【l5 l ：截止到2 0 0 2 年1 2 月3 0 日，我国 的上网计算机数已达2 0 8 3 万台。其中专线上网计算机数为4 0 3 万台，拨号上网 计算机数为1 4 8 0 万台，使用其他方式上网的计算机数为2 0 0 万台。我国的上网 用户人数为5 9 1 0 万人，其中专线上网用户人数为2 0 2 3 万人，拨号上网用户人数 为4 0 8 0 万人。我国c n 下注册的域名数为1 7 9 5 4 4 个，同1 9 9 7 年1 0 月第一次调 查相比，域名总数已是当初4 0 6 6 个的4 4 倍。我国w w w 站点数为3 7 1 6 0 0 个。 第5 页 一茎主鲨! 塑生型垫王垫查竺窒量茎茎 我国国际出口带宽的总容量为9 3 8 0 m ，是1 9 9 7 年1 0 月第一次调查结果2 5 4 0 8 m 的3 7 5 倍。由以上这些数据可以看出，互联网在我国经历了从无到有，直至现在 无所不在的高速的发展过程。 w e b 技术发展到今天，已经具备了如下一些主要特点【1 6 】： w e b 是种超文本信息系统 w e b 的超文本连接使得w e b 不再像固定的书本一样，而是具有连接功能，可 以从一个页面跳转到另一个页面，从一个主题跳转到另一个主题，一切都变得非 常的简单，只要轻轻用鼠标点击相关联接即可在瞬间完成。 w e b 是图形化和易于导航的 w e b 如此流行的一个很重要的原因是他可以在页面上显示图形和其他超媒体 的能力。在w e b 之前i n t e r n e t 上的信息只是文本格式的，而w e b 则可以将图形， 音频和视频集合于一身，大大丰富了i n t e r n e t 的用途。 w e b 是平台无关的 w e b 对系统平台没有任何限制，无论是p c ，工作站，还是m a c i n t o s h ，抑或 者w i n d o w s ，m a c o s ，或u n i x ，都可以通过i n t e r n e t 访问w e b 。 w e b 是分布式的 基于w e b 的分布式特点，i n t e r n e t 上大量的图片，音频，视频等信息就可以 存放在不同的主机和站点只上，w e b 只要通过超链接就可以把这些物理上分散的 个体组合成为逻辑上的整体并展现给客户。 w e b 是动态的、交互的 早期的w e b 是静态的，用户只能被动浏览，而随着动态w e b 交互技术的发 展，用户已经可以很方便的根据自己的需要定制页面。以j a v a 为代表的动态交 互技术使得w e b 从静态的页面成为可执行的程序，大大提高了w e b 的动态性和 交互性。 2 2 w e b 技术基础 2 2 1w e b 应用的三层体系结构 w e b 的发展经历了两层体系结构和三层体系结构阶段，在两层体系结构中又可分 为终端主机( t e r m i n a l m a i n f r a m e ) 体系结构( 图2 - 1 ) ，客户机服务矧x ：( c l i e n t s e r v e r ) 体系 第6 页 南京航空航天大学硕士学位论文 结构( 图2 - 2 ) ，虽然现今基于这两种体系结构的应用仍然存在，但随着计算机网络及 其相关技术的不断发展与完善，基于浏览器服务器( b r o w e r s e r v e r ) 的三层体系结构 ( 图2 - 3 ) 得到了越来越广泛的应用【1 7 】。 图2 - 3 浏览器朋r 务器体系结构 第7 页 基于w e b 的虚拟加工技术研究与开发 图2 - 3 即为典型浏览器服务器( b s ) 体系结构，他利用超文本传输协议 h t t p ( h y p e r t e x t t r a n s f e r p r o t o c 0 1 ) 的消息传递机制，客户端通过浏览器访问服务器并 发出服务请求，服务器进行相应的处理后将响应结果返回给客户端，与传统的c s 结 构相比，b s 结构具有一下特点： c s 结构必须根据客户端所使用的操作系统及访问的后台应用的不同，安装 不同的软件，而b s 结构简化了客户端软件，只需安装w e b 浏览器作为客户 端应用的运行平台，将所有的开发、维护和升级工作集中在服务器端。 c s 结构需要混和多种传输协议，而在b s 结构中，所有的系统都使用t c p i p 协议进行通信。 c s 结构需要不断的使用新的软件版本，用以更新用户系统，而在b s 结构 中，系统版本的升级及维护是在w e b 服务器端进行的，用户在需要访问时才 进行动态的下载，这样就可以保证用户每次使用的都是最新版本。 表2 1 对终端，主机、客户端朋匪务器、浏览器朋艮务器三种体系结构的计算模型进 行了比较。从表中可以看出，浏览器服务器体系结构具有灵活方便而不失强大的交 互功能等优点。 表2 - 1 三种体系结构计算模式比较 体系结构终端主机客户机，服务器浏览器，月务器 应用软件位置主机客户端服务器 用户端需要的软件终端客户端软件浏览器 用户界面字符界面图形用户界面图形用户界面 每次传输对网络要求几次一次或几次一次 2 2 2w e b 应用的三种三层体系结构及其比较 前面已经讨论了基于w e b 应用的通用三层体系结构及其优点。本节将对当前流行 几种w e b 应用体系进行探讨，并对他们加以比较。当前，流行的三层w e b 体系结构 主要有基于c o r b a 的、基于微软的a c t i v e x 的和基于s u n 公司的j a v ar m i 的三层 w e b 体系结构l 。 1 基于c o r b a 的w e b 体系结构 c o r b a ( c o m m o no b j e c tr e q u e s t b r o k e r a r c h i t e c t u r e ，通用对象请求代理体系结构) 是近年来由o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p ) 组织提出的一种面向对象的中间件和分 布式的处理平台。它集合了面向对象技术和分布处理机制，被认为是开发分布式管 理系统的一种有效方法。按照c o r b a 标准编写的应用程序可以独立于各种不同的网 络协议及传输细节，它们之间依靠对象请求代理o r b ( o b j e c tr e q u e s tb r o k e r ) 来提供 第8 页 南京航空航天大学硕士学位论文 快速灵活的信息交换，充分体现了分布对象计算系统的异构性、互操作性、可迁移性 和可重用性。基于c o r b a 和j a v a 的w e b 体系结构如图2 4 所示。c o r b a 客户方程 序从h n p 服务器下载执行，与应用服务器上的c o r b a 应用对象通过i i o p 协议进 行通信，调用其指定的操作。c o r b a 应用对象首先对客户的请求进行认证和解释， 根据客户请求的内容，或直接访问资源层的数据库或与网络上的其它c o r b a 对象交 互，共同完成客户请求。各种新开发的w e b 应用只要使用i d l 语言封装成c o r b a 对象，在c o r b a 系统中登记注册后，就可以动态地加载进入w e b 系统，迅速地为 客户提供服务。 浏览器w e b 服务器r d b m s l i a ，j 、程序k 一lh t t p 服务器ild b l 7 11 jl 功能 ， 功能 调用 调用 返回 id b l 服务对象r d b m s 2 1 j a v a jj a v a o r b 1 i t m o r bfd b 2 服务对象 j d b 2 lo一l l 资源层客户层服务层 图2 - 4 基于c o r b a 和j a v a 的三层w e b 体系结构 2 基于微软a e t i v e x 的w e b 体系结构 1 9 9 0 年，m i c r o s o f t 的对象链接与嵌入( o b j e c tl i n k i n ga n de m b e d d i n g ，o l e ) 技术 开始使用，起初是为了提供w i n d o w s 应用程序间的”剪切与粘贴”功能。在o l e 升级 为o l e 2 0 以后，新的通信模型被命名为组件对象模型，也即c o m 。随后m i c r o s o f t 公司开发了d c o m ，用于支持分布式环境下的应用。当微软在1 9 9 5 年底涉足因特网 时，将c o m d c o m o l e o c x 技术统称为a c t i v e x ，o l e 控件被称为a e t i v e x 控件。 基于a c t i v e x 的w e b 应用的运行机制是：浏览器下载a c t i v e x 控件、脚本或文档 并在本地运行，它们可作为d c o m 客户，利用d c o m 的对象远程过程调用 o r p c ( o b j e c t r e m o t ep r o c e d u r ec a l l ) 机制访问应用服务器中的d c o m 对象；也可通过 服务器上的i s a p i ( i n t e m e ts e r v i c e a p p l i c a t i o np r o g r a m m i n gi n t e r f a c e ) 等接口访问后端 的资源数据库，即：a c t i v e x 的w e b 体系中客户端与应用服务器之间采用o r p c 通 信，而应用服务器与数据库资源之间采用i s a p i 通信，而其核心技术为 c o m d c o m 。 3 壮于s u n 公司的j a v a r m i 第9 页 苎王鲨! 堕生型垫三垫查堕壅兰墅垄 j a v a r m i 是s u n 公司用j a v a 语言建立的分布对象环境。客户方程序是j a v a a p p l e t 或j a v a b e a n 对象，通过r m i ( r e m o t em e t h o di n v o c a t i o n ) 内部通信机制调用应用服务 器上的j a v a 对象的有关方法，继而以j d b c 等方式访问资源数据库。因为j a v ar m i 是用纯j a v a 环境实现的，j a v a 语言本身的可移植性使得p d v l i 具有很强的跨平台 特性。此外，在处理纯j a v a 对象之间的通信时，r m i 具有较高的效率。 4 三种分布式w e b 应用的比较 总体来讲，就适用环境而言，c o r b a 面向的是异构环境下的分布式应用的集成： 而c o m 面向的是w i n d o w s 平台上应用的集成。因此c o r b a 更适合用于开发企业级 的分布式应用，而c o m 更适合于开发w i n d o w s 平台上的分布式应用。从r m i 的内 部机制看，r m i 与c o r b a o r b 非常相似，可以认为是一种扩展的o r b 。目前， r m i 与c o r b a 正相互靠拢。s u n 已宣布采用i i o p 作为r m i 的标准通信协议，并 将把c o r b a 的部分对象服务作为r m i 自己的对象服务标准。o m g 也拟在j a v a b e a n s 构件模型的基础上建立c o r b a 自己的分布对象构件模型，并在c o r b a 3 0 规范中 推出。由此看来，j a v a r m i 和c o r b a 将逐步融和。基于c 0 r b a 的、基于微软a c t i v e x 的和基于s u n 公司的j a v ar m i 的三层w e b 体系结构，它们的主要差别在于层与层 之间的通信不同，即客户端与应用服务器之间、应用服务器与数据库资源之间的通讯 协议不同。三种体系结构的主要区别见表2 2 。 表2 - 2 三种w e b 对象计算体系之间的简要比较 客户，应用服务应用服务器数 开发者实现语言支持平台核心 器通信协议据库通信协议 c ，c 4 - 4 - 。 只支持 a e t i v e xm i c r o s o rw i n d o w s c o m ， o r p ci s a p i v b ，j a v a 等 d c o m 平台 j a v a s u nj a v a多种平台i u d ii u 以i i i o pj d b c r m i c ，c + + ，j a v a c o r b ao m g多种平台o r b l i o p 直接 s m a l l t a l k 等 2 2 3w e b 服务器 w e b 服务器是浏览器服务器( b s ) 体系结构的核心，w e b 服务器不仅可以按 h t m l 文档形式提供静态w e b 页，而且能够执行一些可极大的增强w e b 页内容的应用 程序。目前常用的w e b 服务器软件系统有【l ”。 i n t e r n e t 信息服务器( i i s ) ：m i c r o s o f t 公司的i i s 是当前w i n d o w sn t 上最 主要的w e b 服务器。 个人w e b 服务器( p w s ) ：是m i c r o s o f t 专门为w i n d o w s9 5 9 8 和n t 工作站设 南京航空航天大学硕士学位论文 计的服务器。 a p a c h es e r v e r ：是当前全球用的最为广泛的w e b 服务器，有u n i x 、l i n u x 、 w i n d o w sn t 多种版本。 j a v aw e bs e r v e r ：是完全由j a v a 所实现的w e b 服务器，因此提供与平台 无关的w e b 服务器解决方案，j a v aw e b 服务器为文家服务、c g i 和j a v a s e r v l e t 提供文档服务接口。 b e aw e b l o g i cs e r v e r ：是企业级的w e b 服务器，在很大程度上也建立在 j a v a 平台上，w e b 服务器提供具有j 2 e e 模型的b e aw e b l o g i cs e r v e rv 5 0 ， 并提供j a v as e r v l e t 和j s p 环境，除支持文档服务和c g i 外，b e aw e b l o g i c s e r v e r 还支持基本的n s a p i 和i s a p i 文档服务接口。 2 2 4w e b 浏览器 目前应用最多的w e b 浏览器主要有m i c r o s o f t 公司的i n t e r n e te x p l o r e r 和 n e t s c a p e 公司的n e t s c a p en a v i g a t o r 。 i n t e r n e te x p l o r e r 由m i c r o s o f t 公司开发，其功能十分丰富，是目前最为 强有力的浏览程序。i n t e r n e te x p l o r e r 的广泛流行很大程度上源于他对已 存在的h t m l 标准和h t m l 的特殊扩充、j a v a 和a c t i v e x 的支持。 n e t s c a p en a v i g a t o r 是一个可用于m a c i n t o s h 、w i n d o w s 和u n i x 不周操作系 统的浏览器。n e t s c a p en a v i g a t o r 是第一个支持h t m l 表模式的浏览程序， 可支持j a v a 、h t m l 、p l u g i n s 和j a v a s c r i p t 。 2 2 5w e b 基础协议 1 t c p i p 协议 传输控制协议网间协议( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l i n t e m e tp r o t o c o l ， t c p i p ) 丹】是目前最完整、最被普遍接收的通信协议标准。他可以让采用不同硬 件结构，不同操作系统的计算机之间互相通信。t c p i p 协议又称网络通信协议， 是i n t e m e t 上各种系统之间互联时使用的协议族。他包括了t e l n e t 、f t p 、s m t p 、 n f s 、u d p 等等，他们分布在t c p i p 不同的协议层，完成不同的功能。t c p i p 协议的基本传输单位是数据包( d a t a g r a m ) 。t c p 协议负责把数据分成若干个数据 包，并给每个数据包加上包头，包头上有相应的编号，以保证在数据接收端能将 数据还原为原来的格式。i p 协议在每个包头上再加上接收端主机地址，保证数据 传输到正确的地方，如果传输过程中出现数据丢失或数据失真，t c p 协议会自动 要求数据重新传输，并重新组装，保证数据传输的质量。 第l l 页 基于w e b 的虚拟加工技术研究与开发 2 h t t p 协议 超文本传输协议( h y p e rt e x tt r a n s m i s s i o np r o t o c o l ，h t t p ) 1 1 9 1 是在w c b 上发 布信息的主要协议。它是在w e b 上进行文件( 文字、图形、图象、声音和视频等 多媒体文件) 交换的一组规则。他建立在网络结构的应用层上，是一种请求应答 ( r e q u e s t r e s p o n s e ) 式协议。浏览器通过h t t p 向w e b 服务器发送一个h t t p 请求， 其中包括方法、数据头、数据体等。常用的方法类型包括：g e t 、p o s t 、p u t 、 d e l e t e 等。w e b 服务器接受到h r r p 请求后，执行客户所请求的服务，生成一 个h 1 v r p 应答返回给客户。h t t p 应答有一个状态行、几个数据头、一个数据体。 在数据头中可以定义返回文档的内容类型、c a c h e 控制、失效时间等。 2 2 6 超文本标记语言h t m l 超文本标记语言h t m l ( h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e ) 1 2 0 1 是一种置标语言，以标签 ( t a g ) 来标识出一个文档是如何组织的，以及它的各种元素是什么，这样就能很容易 在服务器及客户之间进行传输和翻译。h t m l 文档由标准a s c i i 码组成，利用统一资 源定位符u r l s ( u n i f o r m e dr e s o u r c el o e m o r s ) 进行超媒体链接，在文本内指向其他网 络资源。 2 2 7 可扩展标记语言x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) x m l 是一种建立在s g m l ( s t a n d a r dg e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e ) 基础上的一种 可扩展标记语言【2 ”。x m l 的形成与发展s g m l 和h t m l 有着密切的关系。s g m l 语言作为一种文档语义标记的国际标准，( i s o8 8 7 9 ) ，主要用于处理大量的高度结构 化的数据，允许用户根据需要定义文档的文法，包括标记集及他们之间的结构关系， 但是，由于它使用复杂且应用成本高，因此并没有在i n t e r n e t 上得到广泛的应用。 与s g m l 相比，x m l 建立在s g m l 的基础上，不仅保持了原有的功能和可扩展 性，而且更加易于使用，在功能方面，仅有很少的s g m l 功能x m l 不能实现。 x m l 的主要用途有：数据交换、结构化文档和特殊领域的标记语言。用x m l 来 建立某一领域内的标记，可以构造用于相应领域的专用标记语言，使同一领域的人员 能够方便的交流信息，目前已经出现了化学标记语言c m l 和数学公式标记语言 m a t h m i 。 2 2 8 矢量标记语言v m l ( v e c t o rm a r k u pl a n g u a g e ) v m l 是一种基于x m l 的，用来在w e b 上进行高质量图形的交换、编辑和传输 第1 2 页 南京航空航天大学硕士学位论文 的一种格式 2 2 o v m l 是一种基于文本的用于在w 曲上进行图象传输的矢量图形格式， 他不需额外的插件，并且是完全免费的。v m l 是x m l 的一个应用分支。他是一种 基于文本的编码系统。也就是说可以在客户端浏览器中查看其源代码并对其进行更 改。传统的在网上传递不同的图形时需要人们对图形进行一些物理上的改变，而利用 v m l 来进行网络间图象的传输，要改变一个图形的颜色，线性，填充模式等只需在 浏览器中更改一下其源代码并将网页刷新一下，则立即会看到更改后的结果。 2 2 9 虚拟现实建模语言v r m l 虚拟现实建模语言v r m l ( v i r t u a lr e a l i t ym