（通信与信息系统专业论文）基于java组件和s2sh的可重构数控服务系统研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着电子和控制技术的飞速发展，当今的数控系统功能已经非常强大，而 加工技术以及其他相关技术的发展对数控系统提出了新的要求。同时，随着网 络通讯的普及化、信息处理的智能化和多媒体技术的实用化，数控技术的普及 应用越来越广泛，越来越深入。数控技术正朝向开放、集成、智能、可重构和 标准化的方向发展。基于w e b 的数控服务系统对基于网络的开放式数控加工提 供远程支持技术，实现对数控程序进行统一管理和共享。利用w e b 模式设计的 数控服务系统可以真正做到完全分布式和开放式，w e b 是实现w w w ( w o r l d w i d ew e b ) 的基本框架，是高度模块化和完全分布式。只要使用浏览器并与 i n t e r n e t 连接都可以使用这种应用程序。 同时，为满足敏捷制造的需求，数控服务系统应该具有可重构可配置的功 能，能够根据用户对机床加工的新需求快速组建新成的应用系统。为了满足用 户更多的需求，数控服务系统应该维护方便，升级容易。为此，系统应该保证 模块耦合性小，组件关系基于x m l 进行配置，对模块的增加删除及更改只需要 对x m l 文件进行更改即可。机床加工对实时性要求高，应保证系统与机床通信 的稳定性和实时性。系统作为w e b 系统，面对的是机床操作用户，应保证用户 界面良好，人性化。 本文对数控服务系统进行了功能设计，阐述了可重构数控系统相关理论及 实现技术。该数控服务系统基于b s 结构，用户只需要使用浏览器即可使用该 系统，易于系统纠错与维护，减轻用户负担。系统严格遵从j 2 e e 分层思想，系 统分为三层，即表示层、业务层及持久层，层次清晰，易于维护及升级。 本文采用j a v a 技术，基于s t r u t s 2 + s p r i n g + h i b e m a t e 开源框架，使得系统成 本低、性能稳定、技术资料丰富，且易于扩展升级。与下位机通信根据现场要 求进行选择采用u d p 或t c p 或无线。服务器及数据库采用开源的t o m c a t 和 m y s q l 。系统通过d o m 4 j 技术对s t r u t s x m l 和a p p l i c a t o n c o n t e x t x m l 进行自动解 析，从而达到机床的可重构和模块组件的可配置，用户能够根据工厂实际需求 快速地对机床信息进行更改和增加，从而满足敏捷开发的要求，提高企业市场 竞争力。 关键词：j a v a 组件，s 2 s h ，可重构可配置，数控服务，d o m 4 j 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fe l e c t r i c i t ya n dc o n t r o lt e c h n o l o g y , t o d a y sn c s y s t e mh a sb e c o m em u c hm o r ep o w e r f u lt h a nb e f o r e b u t ，t h ea d v a n c e m e n to f p r o c e s s i n gt e c h n o l o g ya n dr e l a t e dt e c h n o l o g yp u t sf o r w a r dn e wr e q u i r e m e n tf o rn c s y s t e m f u r t h e r m o r e ，w i t ht h ew i d eu s eo fn e t w o r kt e l e c o m m u n i c a t i o n 、i n t e l l i g e n c e o fi n f o r m a t i o np r o c e s sa n dp r a c t i c a lu t i l i z a t i o no fm u l t i - m e d i at e c h n o l o g y , t h e r ew i l l b em o r ea n dm o r ea p p l i c a t i o n so fn ct e c h n o l o g y , a n dn ct e c h n o l o g yh a sb e e n d e v e l o p i n gi t s e l ft o w a r db e i n go p e n ，i n t e g r a t e d ，i n t e l l i g e n t ，r e c o n f i g u r a b l ea n d s t a n d a r d a n dn cs y s t e mg r a d u a l l yp o s s e s s e st h ec h a r a c t e r i s t i co fn e t w o r k i n ga n d i n t e l l i g e n c e w e b - b a s e dn cs e r v i c es y s t e mi sm a i n l yt op r o v i d ew e b b a s e do p e nn c p r o c e s s i n gw i t l lr e m o t es u p p o r t i n gt e c h n o l o g y , r e a l i z i n gu n i f i e dm a n a g e m e n ta n d s h a r eo fn cp r o g r a m s n cs e r v i c es y s t e md e s i g n e d 、析t hw e bm o d ec a na c h i e v et h e g o a lo fb e i n gc o m p l e t e l yd i s t r i b u t e da n do p e n w e bi st h eb a s i cf l a m eo fr e a l i z i n g w w w ( w o r l dw i d ew e b ) a n dh i g h l ym o d u l a r i z e d a n d c o m p l e t e l yo p e n t h e a p p l i c a t i o np r o g r a m sc a nb ee a s i l yu s e do n l yi ft h eb r o w s e ra n di n t e m e ta c c e s si s a v a i l a b l e m e a n w h i l e ，n cs y s t e ms h o u l db ea b l et ob er e c o n f i g u r e dt om e e tt h e r e q u i r e m e n to fa g i l em a n u f a c t u r i n ga n d t of o r man e w p r a c t i c a ls y s t e mu s i n gc u r r e n t c o m p o n e n t s i no r d e rt os a t i s f ym o r en e e d s ，n cs y s t e ms h o u l db ee a s i l ym a i n t a i n e d a n du p d a t e d s oc h a r a c t e r i s t i co fl o wm o d u l ec o u p l i n gh a st ob eg u a r a n t e e da n d r e l a t i o no fc o m p o n e n t sc a nb ec o n f i g u r e db a s e do nx m l ，a n dt h ec r e a t i o na n d d e l e t i o na n du p d a t i n go fm o d u l ei n f o r m a t i o na r ea l s ob a s e do nx m l p a r s e s m a c h i n e p r o c e s s i n gp u t sf o r w a r dah i 曲d e m a n df o rr e a l t i m ep e r f o r m a n c e ，s os t a b i l i t ya n d e f f i c i e n c yo fc o m m u n i c a t i o nb e t w e e nn cs y s t e ma n dm a c h i n eh a st ob eg u a r a n t e e d a sau e - o r i e n t e da n dw e b - b a s e ds y s t e m ，i ti sq u i t ei m p o r t a n tt ob eu s e r - f r i e n d l ya n d p r o c e s se a s i l y t h i sp a p e rm a k e sf i m c t i o nd e s i g nf o rn cs e r v i c es y s t e ma n d e x p l a i n sr e a l i z a t i o n t e c h n o l o g ya n dr e l a t e dp r i n c i p l e s a n dt h i ss y s t e mi sb sb a s e d ，a n du s e r so n l yn e e d 武汉理工大学硕士学位论文 b r o w s e rt ou s es y s t e m ，w h i c hi sg o o df o re r r o r - c o r r e c t i o na n dm a i n t e n a n c ea n de a s e u s e r s b u r d e n ；t h i ss y s t e ms t r i c t l yc o n f o r m st oj 2 e ec o n c e p t ，w h i c hc o n t a i n st h r e e c l e a rl a y e r s ，p r e s e n t a t i o nl a y e r 、l o g i cl a y e ra n dp e r s i s t e n c el a y e r , a n dw h i c hi se a s y f o rm a i n t e n a n c ea n du p d a t e j a v at e c h n o l o g yh a sb e e nu s e dt od e v e l o pt h i ss y s t e m ，w h i c ha l s om a k e su s eo f s t r u t s 2 + s p r i n g + h i b e m a t eo p e n s o u r c ef r a m e w o r k s ，w h i c h a r el o wc o s ta n d p e r f o r m a n c e s t a b l ea n d h a v et r e m e n d o u st e c h n i c a lm a t e r i a l s ；u d po rt c po rw i r e l e s s t e c h n o l o g yh a sb e e nu s e dt oc o m m u n i c a t e 晰t hd s pm a c h i n e s ，w h i c ho ft h e m w i l lb e u s e di si na c c o r d a n c ew i t hp r a c t i c a lc o n d i t i o n ；t o m c a ta n dm y s q lh a v eb e e na d o p t e d a sw e bs e r v e ra n dd a t a b a s e ；d o m 4 jt e c h n o l o g yh a sb e e na p p l i e dt op a r s es t r u t s x m l a n da p p l i c a t o n c o n t e x t x m la u t o m a t i c a l l y u s e r sa r ea b l et or e c o n f i g u r es y s t e me a s i l y a c c o r d i n gt of a c t o r y o n - s i t ec o n d i t i o ns oa s t o s a t i s f yr e q u i r e m e n t o fa g i l e d e v e l o p m e n ta n d e n h a l i c ee n t e r p r i s e s c o m p e t i t i v e n e s s k e yw o r d s ：j a v ac o m p o n e n t s ，s 2 s h ，r e c o n f i g u r a b l e ，n cs e r v i c e ，d o m 4 j i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特 i t j j j l l 以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：鼽日期：趔，哆 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 虢引獬卜桫剔州签少钊谚 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 数控系统是数字控制系统( n u m e r i c a lc o n t r o ls y s t e m ) 的简称，早期是由硬 件电路构成的称为硬件数控( h a r dn c ) ，1 9 7 0 年以后，硬件电路元件逐步由专 用的计算机代替称为计算机数控系统。计算机数控( c o m p u t e r i z e dn u m e r i c a l c o n t r o l ，c n c ) 系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统，其充分利用 计算机强大的数字处理和存储能力和计算机网络的通信功能，从而达到远程控 制操作机床和高效灵活的目的1 1 - 3 1 。计算机数控系统是当今先进制造技术的重要 组成部分。然而，市场上组成c n c 系统的硬件模块和软件组件因为厂家商业 专利原因常常接口不统一互不兼容，从而无法进行动态地对硬件模块和软件组 件进行组装和配置重构，不能根据市场需求快速生成新的数控系统，导致市场 反应缓慢，影响生产效率。数控系统的这一现状已不能适应当今制造业市场变 化与竞争，也不能满足现代制造业向信息化、敏捷制造模式发展的需要 4 - 6 】。 随着数控技术的不断进步，对数控服务系统功能组件进行可重构可配置是 数控技术发展方向之一r 7 。8 】。可重构理论是指利用可重用的软硬件资源，根据工 厂不同的现实需求，为了快速响应市场需求，从而能够灵活地改变自身体系结 构的设计理念。对于数控系统而言，可重构可以分为软件可重构和硬件可重构。 采用硬件可重构设计的数控系统具有硬件普适性，通过更换处理器控制平台或 配置不同的软件代码，即可实现不同设备的控制功能，从而减少硬件开发上的 投入、提高利用效率和缩短产品开发周期。而软件可重构表现能够根据当前系 统存在的功能组件，不改变系统架构，根据市场需求和工厂实际，快速灵活地 对功能组件进行动态组装，对机床参数能够动态地进行配置，从而生成新的数 控系统。本文根据前人关于数控系统的可重构设计理念，结合实验室项目需求， 设计并实现了基于j a v a 组件和s 2 s h 的可重构数控服务系统。其特点如下：一、 本文设计的不仅是数控系统，能够远程操作控制机床，在保证实时性、可靠性 和稳定性的同时，而且强调“服务”这个概念，即充分利用计算机软件和网络的优 势，开发出更多的用户加工机床所需要的人性化功能，提供更优质的现场加工 所需的服务。其二、本文设计的系统充分实现了基于软件组件技术的可重构， 即把各个功能组件当成一个基本单元，在系统框架和结构不变的情况下，能够 武汉理工大学硕士学位论文 根据工厂现实需求动态地对机床的x m l 文件进行配置，从而达到组件的可复用 和系统的可重构，这大大地提高了软件组件的重复利用率，为快速响应市场需 求和进行敏捷制造奠定了坚实的基础。 可重构数控服务系统是数控领域发展的方向。随着计算机技术、网络技术 日益普遍运用，数控机床走向可重构、集成化已成为必然的趋势，软件技术及 w e b 技术进入制造工厂的车间必将成为一种趋势 9 q o 。 1 1 可重构数控系统的国内外研究现状 1 1 1 国内外研究现状 当今世界，工业发达国家对数控机床工业高度重视，纷纷投入巨资发展该 产业，竞相发展机电一体化和先进数控系统，以促进制造产业快速地发展。长 期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，特别是随微电子、计算 机技术的进步，数控机床在2 0 世纪8 0 年代以后加速发展，各方用户提出更多 需求，早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用 户、扩大市场的焦点卜1 3 j 。 美国政府重视机床工业，相关部门不断提出机床的发展方向、科研任务和 提供大量的经费，注重基础科研。由于美国首先结合汽车、轴承生产需求，充 分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机网络技术快速 发展，因此其数控机床的主机设计、制造及数控系统基础扎实，其高性能数控 机床技术在世界上遥遥领先。 德国特别重视数控机床主机及配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、 刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。如西门 子公司的高性能数控系统和h e i d e n h a i n 公司之精密光栅。 日本追随美国和德国，积极发展机电一体化，并且发展中小批柔性生产自 动化的数控机床。其通过学习美国全面质量管理( t q c ) ，保证产品质量。加速发 展电子、计算机技术，为发展机电一体化的数控机床开道。日本在发展数控机 床的过程中。，狠抓关键，突出发展数控系统。日本f a n u c 公司战略正确，仿效 结合，快速开发高中低档数控系统，产量和技术均领先于其它厂家。 目前，国际上关于可重构开放式数控服务系统的研究如火如荼，最有代表性 2 武汉理工大学硕士学位论文 的是美国的n g c 和o m a c 计划、欧盟的o s a c a 计划以及日本的o s e c 计划， 这三个计划的发展基本上反映了国外可重构数控的发展现状。除此之外，许多 公司还推出了一些网络化可重构数控系统产品：s i e m e n sa g 在8 4 0 d 数控系统中 采用了开放式设计结构：利用双p c 来完成人机接口和实时控制工作，前者采用基 于w i n d o w s 的图形接口，后者则采用实时控制内核来完成。美国的d e l t a t a u 公司 提供了单台p c 的解决方案和系统的插补运算、伺服控制以及p l c 控制等实时 控制功能。日本f a n u c 新推出的高性能3 0 im o d e l a 型数控系统，其软件可配 合控制4 0 轴，2 4 轴联动控制，同时执行1 0 个不同的c n c 程序，是世界该领域性能 最强大的数控系统【1 4 d 叫。 我国在2 0 余年数控发展过程中，数控机床的设计和制造技术有较大提高。 通过合作生产先进数控机床，使设计、制造水平大大提高，缩小了与世界先进 技术的差距；通过利用国外先进部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造 高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，满足市场需求，但在数控系 统的功能扩展性和可重构可配置方面发展却十分缓慢，功能软件组件常常因厂 家特性不同而接口不统一，导致各自为阵，统一性和兼容性较差。许多重要功 能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处 于从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。 在可重构数控服务系统的发展方面，目前还缺乏统一的规范和参考模型指 导，基于上还处于独自开发自行摸索阶段。相继出现了蓝天i 型、华中i 型、中 华i 型等开放式数控系统，大多以d o s 为软件平台，具有一定的开放性，这些 系统均采用模块化结构，但因缺乏统一的接口标准，根据厂家各自功能特性而 定，各个模块耦合性较高，其表现出来的可重构特性较差，系统开发完成后， 很难在不更改原有模块的基础上根据市场需求动态组装成新系统，灵活性较差。 同时，这些系统联网能力较弱，很难利用先进的计算机网络技术来进一步改善 数控系统，很难在复杂中的现场操作环境中灵活地使用各种通信技术，缺乏在 通信方面的可重构特性。因为这些系统基于d o s 平台，不仅界面缺乏人性化， 而且不能利用功能强大的基于p c 的软件技术进行软件组件的重构利用，从而导 致软件组件重复利用率低，并且对系统的灵活配置性差，开发系统周期长，导 致成本高并且竞争力下降。 随着国际学术界对可重构数控系统研究的日益推进，我国在此方面的研究也 越来越受到重视。经过多年的技术攻关，成果斐然。其中，武汉华中数控系统股份 武汉理工大学硕士学位论文 公司和北京航空航天大学等单位共同开发了一种网络化的可重构数控系统，该系 统采用了基于工业p c 的开放式体系结构统一硬件平台，在l i n u x 、d o s 、w i n d o w s 三种不同的操作系统平台上，分别开发了网络化、开放式数控系统软件平台，实现 了跨平台的数控软件操作，控制轴数为6 轴、联动轴数为5 轴，能实现任意曲面插 补功能和自动加减速控制，同时，能够实现基本的基于硬件水平的可重构，技术 性能指标达到了当代国际先进水平 1 7 - 1 9 。同时，该系统基于计算机网络和软件 技术，能够在系统构架基础上对功能组件进行简单的软件可重构，但是功能不 是太完整和强大，相关特性需要进一步地完善。 1 1 2 存在的问题 数控技术的快速发展使其得到了广泛的应用，但传统的数控系统由于自身的 缺陷限制了其更广泛的应用，因为传统的数控系统都是缺乏灵活性的，它采用不 同的编程语言、人机接口不统一、运行于不同的r t o s 上，是一种封闭式系统，不 能实时响应市场需求，响应速度较慢，无法达到敏捷制造的要求，同时，没有 一个强有力的体系结构给以支撑【2 0 j 。 基于上述情况，从9 0 年代开始，有些发达国家针对c n c 所面临的问题和开放 式可重构数控发展的必然趋势，以设计生产可重构数控系统为目标，基于这个可 重构控制系统，有下面几个方面的问题需要解决：开放结构控制器系统的标准和 平台软件；基于软件技术的b s 结构的系统框架技术；基于国际标准g 代码的功能 模块开发和特定厂家机床功能模块开发；基于开放结构控制器平台的高性能应 用系统。建立开放结构控制器平台标准规范，在其基础上开发自主版权的开放结 构控制器软件平台【2 1 - 2 3 。 我国数控系统从总体上说与国际先进水平相比仍有很大的差距，很大程度上 是由于原有数控系统的封闭性及国内软硬件的基础薄弱，特别是软件技术在数控 领域的较少，这都限制了数控系统的发展。目前主要存在的问题如下： 1 ) 操作系统基本上是基于d o s 平台的，应尽快向w i n d o w s 或l i n u x 平台 发展； 2 ) 信息技术含量低，不便实现与c a d 、c a e 、c a m 、c i m s 等软件的集成； 3 ) 基于网络的b s 结构的系统架构使用较少，特定厂家的机床功能组件 使用较少，现在数控系统很难达到组件层次的可重构和可配置； 4 ) 数控基本控制模块的稳定性、可靠性、适应性、开放性方面尚不如人 4 武汉理工大学硕士学位论文 意，数控模块之间的接口缺乏统一标准【2 3 1 。 1 2 本文研究的背景和意义 1 2 1 课题来源 本课题来源于国家自然科学基金项目：基于资源的网络数字控制新理论及 关键技术研究( 项目编号：5 0 6 7 5 1 6 6 ) 。 1 2 2 课题研究的目的和意义 数控服务系统是在整个数控系统中的一个重要组件部分，它和数控硬件共 同组成一个操作机床的完整系统。数控服务系统在完成远程操作和控制机床的 同时，还能够为机床操作人员提供更多人性化的服务和基于软件技术和计算机 网络技术的高科技服务，从而大大突破传统的机床加工的概念。 可重构技术是为了快速响应市场需求，进行敏捷制造而提出的概念，其主 要分为硬件可重构和软件可重构，二者均能在原来硬软件资源基础上，动态地 根据工厂实际需求快速生成新的系统，提供硬件模块和软件组件的使用效率和 利用率，降低生产成本，提高企业竞争力。然而，数控领域里面的可重构数控 服务系统发展而比较缓慢，对数控服务系统的公共组件和机床功能组件进行重 构和配置技术还刚刚起步，国内外还未见比较成熟的相关应用。本文提出的可 重构解决方案，正是为适应数控技术发展对可重构可配置需求而做出的努力和尝 试。 可重构技术是数控技术未来的发展方向。我国数控技术还相对落后，基本上 不能实现软件层次的机床功能组件可重构，即不对代码级模块进行更改，只需 要更改和配置x m l 文件便可重构和配置机床。由此，数控服务系统的组件可重 构是当今数控生产企业面临的困惑之一。 基于j a v a 组件和s 2 s h 2 4 - 2 6 】框架组合的可重构可配置数控服务系统，能够 在远程操作机床的基础上，动态地对机床进行重构和配置【2 7 - 2 9 1 ，具有极大的应 用价值。系统采用b s 结构，用户只需要使用浏览器通过局域网与d s p 机床相 连，便可以操作和控制机床，并且根据现实需求对系统的机床组件进行动态配 置。本课题正是顺应数控服务系统的可重构发展而提出来的，有相当的学术价 武汉理工大学硕士学位论文 值和应用价值。可重构数控服务系统研究是我国数字制造信息道路上的一个基 础性课题，为制造系统提高加工效率，对提高机床操作效率达到快速响应市场 需求具有重要的理论意义和实用价值。 1 3 本文主要研究工作 目标是研究基于j a v a 组件和s 2 s h 框架组合及d o m 4 j 技术实现可重构数控 服务系统。其主要研究内容包括：可重构数控服务系统的功能模块分析，建立 s 2 s h 的整合框架，设计系统流程和模块接口并采用i a v a 实现接口，采用d o m 4 j 技术解析x m l 文件实现可重构，m y s q l 的使用和服务器t o m c a t 的配置使用。 关于研究方法，首先进行可重构数控服务系统的功能模块分析；然后整合 s 2 s h ，并根据功能模块设计接e l 并实现接i l l ，重点利用d o m 4 j 技术解析x m l 文件，同时，正确使用数据库和服务器；最后对整个数控服务系统进行整体测 试。 关于技术路线，本文使用j a v a 作为开发语言，页面采用j s p ，采用s 2 s h 整合框架，使用m y s q l 作为数据库，使用t o m c a t 作为服务器，利用d o m 4 j 技术 解析x m l 文件，以m y e c l i p s e 作为开发环境。 6 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章数控服务系统的总体设计 2 1 系统总体概述 2 1 1 系统总体功能和流程 数控服务系统是在基于可重构嵌入式机床的项目之上，对基于j a v a 组件和 s 2 s h 的可重构数控服务系统做的进一步研究。可重构嵌入式数控系统是由一系 列的嵌入式控制硬件和软件模块组成，这些模块按通用的目标设计，而非针对 特定的对象和环境，通过选择适当的模块可以组成一个针对特定对象和环境的 数控系统，就像不同p l c 模块可以方便地组合成针对不同控制对象和环境的控 制系统一样 3 0 - 3 5 j 。 可重构数控服务系统是基于嵌入式机床上开发的上位机软件服务系统，其 不仅能够远程操作和控制机床运行，并且还能够提供基于计算机和网络的多功 能特性服务。同时，该系统具有强大的重构功能，即能够根据配置文件进行组 件配置，利用组件库中当前存在的组件，根据市场需求和工厂实际，快速重构 成新的应用系统，而此过程不必修改原组件，操作灵活方便，为工厂实现敏捷 制造提供了强大的软件基础。数控服务系统总体框架图如图2 - 1 所示。 浏览器浏览器 浏览器 实现类 p u b l i cc l a s sh n c l a t h e _ c o m p i l ei m p l e m e n t si c o m p i l e ) p u b l i ca b s t r a c tv o i dc o m p i l e ( s t r i n gt e x t a r e a ) ；把g 代码编译成结构 接口方法 体，结构体存入m a p ，发送模块通过m a p 取出结构体 g 代码发送模块是把编译模块产生的数据结构通过某种通信协议发送给 d s p 机床。该接口名为i s e n d ，各个机床根据自身特性实现该接口。如 h n cl a t h es e n du d p 表示华中车床的发送实现类，它采用u d p 发送数据给 1 9 武汉理工大学硕士学位论文 d s p 机床。该接口会作为s e n d a c t i o n 类的一个属性，s p r i n g 通过 a p p l i c a t i o n c o n t e x t x m l 为其注入实现类，该接口调用方法时便调用的是实现类的 方法，从而达到接口统一，实现类灵活生成。发送接口和实现类如表3 - 6 所示。 表3 6 发送接口和实现类 接 口 p u b l i ci n t e r f a c ei s e n d p u b l i cc l a s sh n c m i l l s e n d _ u d pi m p l e m e n t si s e n d ) 实现类 p u b l i cc l a s sh n c l a t h e s e n d t c pi m p l e m e n t si s e n d ) p u b l i ca b s t r a c tv o i ds e n do ；发送模块通过m a p 取出结构体，然后发 接口方法 送 3 2s 2 s h 在本文中的应用 3 2 1s t r u t s 2 控制层 该系统中，s t r u t s 2 作为j 2 e e 三层结构中的最上层，扮演控制者的角色。使 用s t r u t s 2 ，需要s t r u t s 2 c o r e 2 0 1 1 j a r 、x w o r k 2 0 4 j a 和c o m m o n s 1 0 9 9 i n g 1 0 4 j a r 等包。其中，s t r u t s 2 - s p r i n g - p l u g i n - 2 0 11 j a r 是s t r u t s 2 和s p r i n g 集成的一个包。大 致上，s t r u t s 2 框架由三个部分组成：核心控制器f i l t e r d i s p a t c h e r 、业务控制器和 用户实现的业务逻辑组件。s t r u t s 2 提供了f i l t e r d i s p a t c h e r ，而后二者需要用户自 己实现。f i l t e r d i s p a t c h e r 拦截用户请求并获得宰a c t i o n 的请求，然后根据幸部分决 定调用哪个业务组件，流程如右图。本系统中，业务逻辑组件的实现由s p r i n g 统一管理提供。s t r u t s 2 需要w e b 应用加载f i l t e r d i s p a t c h e r ，这个在w e b x m l 里配 置。同时，a c t i o n 均被定义在s t r u t s x m l 中，在定义a c t i o n 时，还定义了该a c t i o n 的n a m e 属性和c l a s s 属性及m e t h o d 属性等。同时，还得配置a c t i o n 的r e s u l t 子 元素，用来定义逻辑视图和物理视图的对应关系。s t r u t s 2 工作流程如图3 1 所示。 注册请求 图3 1s t r u t s 2 工作流程图 武汉理工大学硕士学位论文 3 2 2s p r i n g 业务层 该系统中，s t r u t s 2 把a c t i o n 实例交给s p r i n g 容器来负责生成、管理，通过这 种方式，可以充分利用s p r i n g 容器的i o c 特性，提供最好的解耦；本系统整合了 s t r u t s 2 和s p r i n g ，s t r u t s 2 里的a c t i o n 便可以直接访问s p r i n g 容器里的业务逻辑组件。 s 砸n g 插件提供一种伪a c t i o n ，当我们在s t r u t s x m l 文件中配置a c t i o n 时，通常需 要指定c l a s s 属性，该属性就是用于创建a c t i o n 的实现类。但s p r i n g 插件允许我们 指定c l a s s 属性时，不是指向a c t i o n 实际实现类，而是指向s p r i n g 容器中的b e a n i d 即：当s t r u t s 2 将请求转发给指定的实现类时，当然也不可能创建实际的a c t i o n 实 例，而隐藏在该a c t i o n 下的是s p r i n g 容器中的a c t i o n 实例一它才是真正的用户请 求的控制器。该系统中二者的整合流程的组件协作如图3 2 所示。 图3 2s t r u t s 和s p r i n g 协作图 s p r i n g 的核心是i o c ，即i n v e r s i o no f c o n t r o l ，控制反转。例如，在户管理 模块里，u s e r 是用户管理接口，它的实现类实例通过i o c 方式注入给u s e r a c t i o n 里u s e r 属性u s e r s p d n g 作为该系统中最大的工厂，负责生成各种组件实例，上接s t r u t s 2 ，下接 h i b e r n a t e ，作为三层模型的中间层，起到耦合剂的作用s p r i n g 细分为业务层和 d a o 层( d a t aa c c e s so b j e c t ) ，每层采用面向接口编程以便减小耦合s p r i n g 提供了 对h i b e r n a t e 的支持类以便d a o 层对数据库的访问这个支持类便是 h i b e m a t e d a o s u p p o r t ，通过该类，可以获得一个h i b e r n a t e t e m p l a t e 引用，由于 h i b e m a t e t e m p l a t e 包含了s e s s i o n f a c t o r y 的引用，因此便能完成所有的h i b e r n a t e 操作。 2 1 武汉理工大学硕士学位论文 3 2 3h i b e r n a t e 持久层 h i b e r n a t e 是一个非常优秀的o r m ( o b j e c t r e l a t i o nm a p p i n g ) 框架，通过使用 h i b e r n a t e 框架，允许开发人员使用面向对象的方式进行数据库访问，从而避免了 使用原始的j d b c 进行数据库访问，h i b e r n a t e 负责把对持久化对象的操作转换成 对应的s q l 操作。h i b e r n a t e 作为j a v ae e 持久化解决方案，使用传统p o j o 作 为系统的持久化类，具有低侵入式设计，不会造成代码污染。本系统采用m y s q l 作为数据库，p o j o 类便与m y s q l 的表一一映射，一个p o j o 类中的属性与表中 的一个字段对应。如本系统中用户管理模块中的对应关系如图3 3 所示。 图3 3 用户实体和用户数据表对应图 3 3 服务器和数据库的使用 3 3 1m y s q l 的使用 m y s q l 作为本系统的数据库，采用m y s q l - c o n n e c t o r - j a v a - 5 1 6 一b i n j a r 作为 驱动程序类库，采用c o m m o n s d b c p 一1 2 1 j a r 作为数据源连接池。通过在 a p p l i c a t i o n c o n t e x t x m l 里配置d a t a s o u r c e 连接数据库m y s q l 。本系统在开发过 程中充分利用了m y e c l i p s e 的d a t a b a s ee x p l o r e r 来操作m y s q l ，新建数据表， 查看数据等，操作方便。本系统中所建立数据表如表3 7 所示。 武汉理工大学硕士学位论文 表3 7 m y s q l 数据表 用户模块 u s e r 表 日志模块l o g 表 g 代码文件模块 f i l e 表 机床m a c h i n e 表记录机床模块及性能参数等 机床功能模块m o d u l e 表记录各模块组件 树形结构t r e e 表为页面生成树形结构 3 3 2t o m c a t6 0 的使用 t o m c a t 是一款免费的j s p 服务器，安装成功后通过在浏览器地址栏里输入 h t t p ：l o c a l h o s t ：8 0 8 0 便可查看其功能等。同时，可以进行安装目录对其进行设置， 本系统中，在c o n f s e r v e r x m l 中修改了其默认监听端口，把默认的8 0 8 0 改为 8 0 8 8 ，即把 c o n n e c t o rp o r t = ”8 0 8 0 ”的8 0 8 0 改为8 0 8 8 在系统开发过程中和提 供服务过程中，需要开启t o m c a t ，在m y e c l i p s e 的s e r v e r 里便可轻松启动t o m c a t 。 武汉理工大学硕士学位论文 第4 章可重构框架的设计与实现 4 1 可重构技术和实现原理 4 1 1 可重构技术 ( 1 ) 可重构概述 可重构制造系统的提出和系统研究始于上个世纪9 0 年代，受到了学术界、 政府和工业界的重视和大力支持。重构就是在不改变现有软件功能的基础上， 通过调整程序代码改善软件的质量、性能，使其程序的设计模式和架构更趋合 理，提高软件的扩展性和维护性。同时，根据配置文件，系统能自动在不更改 源代码的情况下对已存在组件进行组装和灵活地配置，从而提高了组件的利用 率并能快速生成新的系统。 就目前来说，可重构系统的历史很短，其标准形式还没有形成。现有的各 种可重构系统，无论是从重构单元的粒度、重构方式、系统结构等等都有极大 的不同。从系统的组成方式上来说，重构系统有硬件重构系统和软件重构系统。 本文主要讲述软件系统的重构，它的可重构性表现在，即可根据现实新需求从 组件库中选取模块组件重新生成新的系统，并且对已存在系统进行配置及参数 修改，而这所有重构及配置操作均在界面中完成，后台通过x m l 解析技术自动 更改相应x m l 文件，从而达到不更改源代码，不改动组件只需要更改x m l 便 达到可重构的目的。 数控服务系统面向接口编程，提高的代码的封装性和可读性，同时，更方 便组件处理的灵活性，即更改功能只需要更改实现类即可，而不必更改接口特 性。所有的实现类和接口之间的关系通过配置文件来设置，即大大减少各个组 件之间的耦合性，提高重构的灵活度，让维护和升级更改方便，即维护和升级 只需要修改配置文件，系统的可重构性能大大提高，从而系统的后期维护变得 简单，升级成本也因为软件组件的重复利用而得以降低。 ( 2 ) 可重构在数控服务系统中的价值 数控软件产品的开发和实现经过精心的设计，具有良好架构和技术体系。 武汉理工大学硕士学位论文 但是随着社会的发展和用户需求的变化，原有的功能可能需要更改、还可能增 加新的功能。为了实现变更，不可避免的要违反最初的设计构架。如果系统庞 大复杂，各个模块耦合度高，一个模块组件的改变会牵涉到其它众多的模块， 即具有牵一发动全身的状态，这种软件的升级和维护是相当困难的，不仅技术 上存在难度，成本也相对较高。如果需要大量更改原有功能，或者增加大量新 的组件或功能，这将导致开发成本快速增加，从而失去使用价值。 重构就能够最大限度的避免这样一种现象。系统发展到一定阶段后，使用 重构的方式，不更改原有的组件，只对