（机械制造及其自动化专业论文）基于web的工程材料库研究与开发.pdf

浙江理工大学硕士学位论文 摘要 随着网络和数据库技术的发展，现代产品设计方法与先进制造技术也随之产生了质的 飞跃。虚拟设计、协同设计、并行设计、敏捷制造、网络制造等方法和技术使现代产品 设计的效率和质量都得到了很大的提高。基于网络的共享数据库技术是这些方法和技术 的重要共性支撑手段。其中，工程材料的选择与应用在现代产品设计中对保证产品质量 与可靠性具有重要意义。 本文针对当前网络数据库发展状况和工程材料库应用的特点，结合企业实际需求，对 基于w e b 的工程材料库系统进行研究与开发，为企业的不同部门和用户通过浏览器对共 享的工程材料库实现异地查询、管理和应用提供支持。本文的主要工作如下： 1 对当前工程材料库技术进行了综述，分析了基于w e b 工程材料库系统的功能，研 究了相关技术，提出了基于b s 模式的系统三层体系结构。 ： 2 分析了当前工程材料库系统的不足，采用开放式工程材料库设计思想，提出了工 程材料库的全信息管理模式，并进而实现了面向全信息管理工程材料数据库系统 设计。 3 研究了w e b 环境下工程材料数据库的访问技术，采用a s p n e t 技术实现了基于 w e b 的工程材料库的管理、查询与应用等功能模块。在材料查询中，实现了一种 适用于数值比较的高级查询技术；提出了一种基于全信息管理的高效搜索方法， 实现了基于文本信息的全文搜索。 4 对本文开发的基于w e b 的工程材料库系统进行了简要介绍，并给出了系统主要功 能的运行实例。 5 最后，对全文进行总结和展望。 关键词：w e b ，b s 结构，网络数据库，工程材料库，全信息管理，高级查询 浙江理工大学硕士学位论文 r e s e a r c ho nt h ee n g i n e e r i n gm a t e r i a ld a t a b a s ea n di t ss y s t e m d e v e l o p m e n tb a s e do nw e b a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn e t w o r ka n dd a t a b a s et e c h n o l o g i e s ，m o d e mp r o d u c td e s i g n m e t h o da n da d v a n c e dm a n u f a c t u r i n gt e c h n o l o g yh a v eb e e nb o o s t e de n o r m o u s l y t h em e t h o d s a n dt e c h n o l o g i e ss u c ha sv i r t u a l d e s i g n , c o o p e r a t i v ed e s i g n , c o n c u r r e n td e s i g n , a g i l e m a n u f a c t u r i n ga n dn e t w o r km a n u f a c t u r i n gh a v ei m p r o v e dd e s i g ne f f i c i e n c ya n dq u a l i t yo f m o d e mp r o d u c tg r e a t l y s h a r e dd a t a b a s et e c h n o l o g yb a s e do nn e t w o r ki so n eo ft h em o s t i m p o r t a n tc o m m o ns u p p o r t sm e a n so ft h e s em e t h o d sa n dt e c h n o l o g i e s a m o n gt h e m ，a d o p t i o n a n da p p l i c a t i o no fe n g i n e e r i n gm a t e r i a lp l a y sa ni m p o r t a n tr o l ei nm o d e mp r o d u c td e s i g nt o a s s w ei t sq u a l i t ya n dr e l i a b i l i t y t h ep a p e rs t u d i e sa n di m p l e m e n t st h ee n g i n e e r i n gm a t e r i a ld a t a b a s es y s t e mb a s e do nw e b ， a c c o r d i n gt ot h en e wt e c h n o l o g yo fc u r r e n tn e td a t a b a s et e c h n o l o g y , t h ea p p l i c a t i o nc h a r a c t e r so f e n g i n e e r i n gm a t e r i a ld a t a b a s e ，a n dt h ep r a c t i c a lr e q u i r e m e n t so fe n t e r p r i s e s t h es y s t e m i m p l e m e m e dr e a l i z e sr e m o t eq u e r y , m a n a g e m e n ta n da p p l i c a t i o no ft h es h a r e dd a t a b a s et h r o u g h w e bb r o w s e ra m o n gt h ed i f f e r e n td e p a r t m e n t sa n du s e r so fe n t e 印f i s e t h em a i nw o r ko ft h i s p a p e r i sa sf o l l o w i n g ： 1 s u m m a r i z e dt h ec u r r e n tt e c h n o l o g yo fm o d e me n g i n e e r i n gm a t e r i a ld a t a b a s es y s t e m ， a n a l y z e dt h ef u n c t i o n so fe n g i n e e r i n gm a t e r i a ld a t a b a s es y s t e mb a s e do nw e b ，r e s e a r c h e d i t sc o r r e l a t i v et e c h n o l o g i e s ，a n dt h e np u tf o r w a r dt h r e e l a y e rf r a m e w o r ko ft h es y s t e m b a s e do nb r o w s e r s y s t e mp a t t e m 2 a n a l y z e dt h ed e f i c i e n c yo fc u r r e n te n g i n e e r i n gm a t e r i a ld a t a b a s es y s t e m ，s t u d i e da n d a d o p t e dt h eo p e nd e s i g ni d e ao ft h es y s t e m ，p u tf o r w a r dt h es o c a l l e df u l li n f o r m a t i o n m a n a g e m e u tm e t h o d ，a n dr e a l i z e dt h ed a t a b a s ed e s i g no ft h ee n g i n e e r i n gm a t e r i a l o r i e n t e dt oi t sf u l li n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t 3 s t u d i e dt h ea c c e s st e c h n o l o g yo ft h ee n g i n e e r i n gm a t e r i a ld a t a b a s eu n d e rt h ew e b e n v i r o n m e n t ，a d o p t e dt h ea s e n e tt e c h n o l o g yt or e a l i z et h em a n a g e m e n t , q u e r ya n d a p p l i c a t i o nm o d u l e so ft h ee n g i n e e r i n gm a t e r i a ld a t a b a s eb a s e do nw e b 。a st om a t e r i a l q u e r y , i tr e a l i z e da na d v a n c e dq u e r ym e t h o ds u i tf o rn u m e r i c a lc o n t r a s t ，p u tf o r w a r da n e wh i g he f f i c i e n ts e a r c hm e t h o db a s e do nt h ef u l li n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，a n d r e a l i z e dt h ew h o l e - t e x ts e a r c h i n gb a s e do nt h et e x ti n f o r m a t i o n n 浙江理工大学硕士学位论文 4 b r i e f l yi n t r o d u c e dt h ee n g i n e e r i n gm a t e r i a ld a t a b a s es y s t e mb a s e do nw e ba b o u tt h i s p a p e r , a n dp r e s e n t e ds o m ee x a m p l e st oi l l u s t r a t et h em a i nf u n c t i o no ft h es y s t e m 5 l a s t l y , i tg e n e r a l i z e da l lt h ec o n t e n t sa n dg a v es e v e r a lp r o s p e c t s k e y w o r d s ：w e b ，b ss t r u c t u r e ，n e td a t a b a s e ，e n g i n e e r i n gm a t e r i a ld a t a b a s e ，f u l l i n f o r m a t i o nm 锄叼e 峨e 吡 i i i 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师 的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰 写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：三危丸 日期：拶扩年夕月7 r 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 1 _ 学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在 不保密吖 。 学位论文作者签名：范) l 日期铆年) 月呼同 年解密后使用本版权书。 指导教师签名：孑譬 同w 年夕月矽同 浙江理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 课题来源及意义 本课题来源于作者导师主持的国家自然科学基金项目和浙江省自然科学基金项目。 本课题致力于开发基于w e b 的具有开放式体系结构的工程材料库系统，该系统可以 用来组织、提供资源，从而方便地形成一个独立的应用系统，也可容易地嵌入到分布式 异构平台中的各种c a d 系统或分析系统中， 库管理系统作为c i m s 环境的一个重要模块， 为设计和分析提供强有力的支持。工程材料 应当在网络上的不同客户和不同开发环境中 得到复用，并且和不同的c a d 软件系统实现无缝集成，能够为产品设计人员提供辅助支 持，减少手工查询相关材料信息的工作量，提高开发效率，降低设计成本。例如，当设 计人员进行如制动盘设计与校核时，选择制动盘的材料类型、热处理方式等信息，程序 自动根据这些信息查询材料库，找到与之匹配的材料记录，获取其许用应力等属性数 据，从而辅助设计、提高设计的智能化。 本文立足于企业实际工程设计实践与需求，针对设计中存在的主要问题，应用现代 计算机信息技术、网络技术和工程数据库等技术，经过综合研究与开发，为企业的c i m s 集成环境提供重要的设计工具模块。通过工程材料库的建设有助于提高设计人员进行计 算机辅助虚拟设计的效率，使技术人员能将主要精力投入到新产品开发和创新设计上， 从而从整体上提高设计水平，降低设计成本，缩短产品的开发周期。通过跟踪当前 i n t e r n e t i n t r a n e t 发展的最新状况，运用正在走向成熟的网络数据库及分布式对象技术，结 合企业实施c i m s 以及异地制造、动态联盟、虚拟制造的未来趋势，用电子化手段对企业 的资源进行统一管理，不仅具有一定的理论意义，同时对企业进行信息化建设具有较强 的实际应用价值。 1 2 基于w e b 的工程材料库系统研究综述 本文所研究的“工程材料库系统”主要涉及两大核心技术：一是网络数据库技术，二是 工程材料库技术。本章主要针对这两种技术的发展及现状做了综合的研究与分析。 1 2 1 网络数据库 网络数据库是指在计算机网络环境下运行的数据库系统，它的数据库分散配置在网 络节点上，将数据库系统的事务分开进行处理，为网络用户提供远程数据访问【l 】。网络数 浙江理t 大学硕士学位论文 据库实际上就是动态网页技术与数据库系统的结合，利用数据库系统来存储和管理不断 变化的数据信息，通过动态网页技术实现利用w e b 页面来访问、存储数据和管理数据库 的功能f 2 l 。网络数据库的工作模式主要有两种：客户机服务器( c s ) 模式和浏览器朋艮务 器( b s ) 模式 3 1 。动态交互式w e b 技术与三层c s 结构的数据库技术的融合发展，产生 了当前最流行的b s 结构的软件应用模型。应该说，b s 结构是三层c s 结构在 i n t e r n e t i n t r a n c t 环境下的成功应用1 4 j 。下面分别简述这两种模式的特点： ( 1 ) c s 模式 客户机服务器模式，两层结构，又称为胖客户机模式。其原理如图1 1 所示。它是 指由一个或者多个客户机和一个或者多个服务器与底层的操作系统及通讯系统一起形成 的一个允许分布式计算、分析和表示的复合系统。c s 系统的基本原则是将用户界面逻辑 和应用处理逻辑通过前端开发工具融合在一起，将一个复杂的计算机应用任务分解成多 个不同的子任务，把他们分配到具有前端( 客户机) 和后端( 服务器) 的分布式计算环 境中，在前端客户机上运行应用程序，而后端服务器则提供某些特定服务。服务器端提 供的服务有数据库服务、文件服务和通信服务等。c s 体系结构已成为局域网环境中数据 库应用系统的主流结构【l l 。 前端应用程序 网络环境 后台数据库系统 图1 1c s 模式网络数据库原理刚叫 c s 模式是一个开放的体系结构，使得数据库系统不仅要支持开放性，而且还要开放 系统本身，这种开放性包括用户界面、软硬件平台和网络协议。有了开放性，用户可以 通过对核心数据管理系统的功能调用，使网络接口满足了数据完整性、安全性及故障恢 复等要求。而且数据库服务器能够支持多种网络协议，允许不同厂家开发的工具，而对 某一个应用程序开发工具也可以在不同的数据库服务器上运行并调用不同数据源中的数 据，从而给应用系统的开发提供了极大的灵活性。 该模式也有其局限性：第一，计算能力分散；第二，应用范围局限于局域网，无法 利用i n t e r a c t 资源；第三，无论多销的企业都必须安装自己的服务器，维护开销大。 2 浙江理j r 大学硕士学位论文 ( 2 ) b s 模式 浏览器服务器模式，3 层结构，又称为瘦客户机模式。它由一个用作用户界面的 w e b 浏览器、一个用于信息存储的数据库服务器和一个连接浏览器和数据库服务器的 w e b 服务器组成，如1 2 所示。 b s 模式下的客户机只需要安装浏览器软件，无需开发前端应用程序；中间层的w e b 应用服务器是连接前端客户机和后台数据库服务器的桥梁，主要的数据计算和应用都在 此完成；后台数据库服务器主要完成数据的管理。 随着i n t e r a c t 技术的发展，b s 模式越来越受到重视。由于面向的不是特定的用户， 客户机无需维护和升级。该模式具有良好的互操作性、可移植性和可重用性的分布式计 算框架，易于在此基础上实现异构环境下的信息和软件资源的共享。 i 客户机 客户机客户机 i 1 w r e b 应用服务器 il 二3( 。3 数据库服务器 数据库服务器 、- 一一一 、-一一一 前端应用程序 网络环境 后台数据库系统 图1 2b s 模式网络数据库原理图i 3 i 从实现w e b 与数据库连接的应用程序实现方式来看，w e b 与数据库集成一般采用三 种做法：一种是在w e b 服务器端提供中间件来连接w e b 服务器和数据库服务器，这是一 种最典型的w e b 应用模式：另一种是把应用程序下载到客户端并在客户端直接访问数据 库；第三种方式可看成是上述两种方法的组合，在服务器端提供中间件，同时将部分应 用程序下载到客户端并在客户端通过w e b s e r v e r 及中间件访问数据库1 5 】。目前被广泛采用 的是基于中间件的方法。较为流行的w e b 应用开发技术，如m i c r o s o f t 的a s p , n e t s c a p e l i v e w i r e 以及p h p ，s e r v l e t j s p 等几乎都基于这种模型。 本系统即采用j s p s e r v l e t 技术实现中间层服务器，后面将针对企业实际应用需求， 分析材料库系统采用的b s 体系结构。 3 浙江理+ i = 人学硕士学位论文 1 2 2 工程材料库 在机械产品设计中，材料选择的重要性愈来愈显著，它对机械产品的性能、价格、 造型、重量等都有直接的影响。工程材料库是为工程技术人员提供详细材料信息而开发 的工程数据库。它为用户提供常用材料标准数据、型材数据信息、国内外常用材料牌号 对照等几部分数据内容，设计良好的材料库还应当具备良好的开放性与可扩展性，以适 应企业的业务、技术等发展需要。 由于应用材料是工业产品设计的物质基础，任何一种产品设计只有同选用材料的性 能特点及其加工工艺性相一致，才能实现设计的目的和要求f 6 1 。材料的品种繁多，性能各 异，因此选材在设计过程中起着至关重要的作用。随着人们对工业产品的使用性能、技 术性能及造型款式的要求愈来愈高，需要设计人员熟悉产品设计与材料的关系，掌握各 种材料的性能特点及其加工工艺，了解新型材料，从而运用设计手段，充分利用材料的 内在功能和表面特征，创造出使用功能好、技术性能高、款式新颖的工业产品。在机械 产品设计中，材料设计的重要性愈来愈显著，它对机械产品的性能、价格、造型、重量 等都有直接的影响【7 1 【8 1 。 与之形成鲜明对比的是，企业在从事产品设计时，长期以来主要通过人工查阅设计 手册的方式来选择合适的工程材料，工作量大且容易出错，另外由于材料手册的版本、 出版单位的不同可能导致手册数据的不一致，阻碍了设计效率的提高和后续阶段生产、 更改和校验等工作的标准化和规范化，再一方面，这种方式对设计人员个人经营的依赖 性非常大，这不利于企业的技术、经验、知识的重用语积累。 可以看出，随着信息化的不断发展，企业对设计工作信息化、自动化的要求也越来 越高，传统的查手册方式根本无法满足当今企业的设计需求。因此，建立企业级工程材 料库具有非常重要的现实意义。 工程材料库系统对产品设计计算、强度刚度校核以及工程分析和动力学仿真提供几 何模型的物理属性支持。系统包括材料属性数据的输出模块：材料库建库、浏览、查 询、动态更新和管理等功能。材料库的建设将覆盖材料标准中的主要信息，包括材料的 化学成分、物理性能、材料使用时的约束条件或者使用范围、材料的国标信息、企业标 准信息、力学性能等。当设计人员进行零件设计与校核时，选择零件的材料类型、热处 理方式等信息，程序自动根据这些信息查询材料库，找到与之匹配的材料记录，获取其 许用应力等属性数据，从而辅助设计、提高设计的智能化【9 j 。实现对常用工程材料的动态 查询和更新，不但可以提高查询速度，保持数据的最新和一致，而且节省了大量的手册 4 浙江理工大学硕士学位论文 费用开支。此外，该材料库还能够同其他的c a d c a e 软件系统进行集成，以便在产品开 发的不同阶段均能提供有关材料信息的支持【6 】。 1 2 3 基于w e b 的工程材料库 随着网络技术的发展，工程材料库系统从原来的局域网内的c s 结构向面向广域网 的b s 结构发展。工程材料库在一定程度上解决了企业材料数据以及经验、技术积累的 问题，但是网络经济的兴起使制造环境发生了根本性的改变【l o 】【l i j ，很少有产品是由一个 公司单独完成的，也很少有公司掌握产品的所有信息，因此协同显得尤为重要1 1 2 1 。协作 企业中的所有成员在协同工作环境下开发产品，实现异地的产品开发过程，需要用户在 访问数据时无须关心该数据存放的物理地点、数据格式等；能够自由交流各种相关信息 并共享设计结果；能够采用模块化、系列化、组合化的产品设计思想，尽可能重用已有 的设计数据，提高知识资源的重用程度，降低产品开发成本。这样设计人员就能够快速 获得各种所需的设计信息，加快产品开发进程【9 1 。网络技术与数据库技术是协同必不可少 的基础与前提，在工程材料设计方面，基于w e b 的工程材料库可以为企业内部的知识积 累与企业之前的协作开发提供环境支撑。 基于w e b 的工程材料库系统是将产品设计时采用的传统工程材料选择方法信息化的 产物。其原理是将材料标准结合企业自身需求定制后放在网络上进行数据共享，实现对 常用工程材料的动态查询和更新【1 3 1 。在企业内部，可以建立本地的i n t r a n e t 局域网，通过 企业内部网络，将企业内部的各个部门之间联系起来，由一台中央计算机作为管理机。 生产部门和设计部门都可以通过自己的本地机通过局域网向中央管理机查询和索取有关 的材料数据信息。随着企业在实施c i m s 过程中异地、并行设计以及动态联盟等趋势的不 断发展，材料库信息不再限制予本地局域网，不同企业或是不同设计部门的用户应当能 够通过浏览器方式在i n t e m e t 网上共享查询，并能基于企业的特点进行动态的定制和更 新。同时，数据库系统不能局限于一台主服务器，应当分布于不同的部门和地点构成网 络上单独的节点，各节点能够自行处理材料数据并完成用户操作，同时必要时不同节点 之间需要进行互操作，但对用户来说材料库本身则始终是一个统一的、透明调用的全局 数据库8 】【1 4 1 。 现实异地开发环境中，协作企业中的所有成员的工作平台可能是异构的，各成员可 能基于不同的分布式组件平台：c o r b a ，d c o m ，或是j 2 e e ，这些应用程序较难实现互 操作，不能很好的在一起协作。基于w e b 服务的集成技术很好地解决了协作问题，图 1 3 3 给出了基于w e b 服务集成的模型。w r e b 服务程序可以很容易地与本地开发的服务或 5 浙江理工大学硕士学位论文 已存在的服务集成在一起，而不用考虑开发平台、开发语言或使用的对象模型，以用于 实现任何组成的服务或应用程序。 厂、 厂、 厂、 客户 s o a p w e b 服务 适配器 现有系统 n e t 客户端+ - d ， iw s d l 设计 d c o m j a v a 客户端 ， 管理+ 一d j 2 e e 一 其它客户端 r 吲 册 卜口 c o r b a u d d l v。一 图1 3 基于w e b 服务集成的模型【9 1 有上述协同产品开发环境的支持，采用服务工程材料库，不仅可以支持多厂商平 台、网络和数据库，消除各应用系统之间点到点的信息转换，实现开放性、可重用性、 可扩充性和应用的透明性及互操作性；而且还可以集成遗留系统资源，保护已有的应用 系统资源和投资。为了便于不同的设计或分析系统调用材料w e b 库，服务器端模块采用 服务实现，并将数据存放于数据库服务器中，其结构如图1 4 所示。系统采用c s 与b s 结合的网络结构，用户能够方便地通过w e b 页面查询、管理材料库，同时也能够通过桌 面应用系统的a p i 使用材料库所提供的信息。这就扩展了材料库的用途，更加适应网络 环境下协同设计的要求。 客户端 ； 服务器端( w e b 服务) i 数据库 ： 孝 f 页 面 分设 析计 系系 统统 o l e d b 含金t p 1 - r晷荐 蟹藉 料辑 i i 图1 4 工程材料库结构副9 近年来，国内一些企业与高校相继针对基于w e b 的材料库系统进行了一些相关研 究：文献【1 5 】【1 6 】【1 7 】分别利用数据库技术，开发了材料相关的文献、试题库的管理，在 一定程度上方便了资源的管理与检索，但工程应用价值不强；文献【1 8 】在p r o e 环境下开 6 浙江理工人学硕士学位论文 发了塑料模具材料库，不支持网络，文献 1 9 2 0 1 1 2 1 虽然是基于网络的，但都是针对特 定领域，不具有通用性：文献【6 】【8 】【9 】 1 3 】【2 2 】【2 3 】都是与网络相关的工程材料数据库管理 系统，然而这些系统不是实用性差，就是缺乏开放式体系结构，不具备很好的可扩展 性，对用户的检索功能也支持得不好。本文研究开发的基于w e b 的工程材料数据库借鉴 了这些研究成果，并提出了开放式设计思想，实现了对共享的工程材料库异地查询、管 理和应用提供支持，本系统可扩展性强，且支持任意的全文搜索。 1 3论文结构安排 图1 5 全文组织结构图 本文通过对当前网络数据库发展状况以及工程材料库应用特点的研究与分析，针对 企业实际需求，对基于w e b 的工程材料库系统进行研究与开发，最后给出了系统运行实 例。本论文共分六个章节，组织方式如图1 5 所示，具体介绍如下： 第一章为绪论，主要论述课题背景、研究目的和意义，并就基于网络的工程材料数 据库管理系统发展现状以及相关技术背景作了综述和分析： 第二章进一步对系统进行功能分析以及系统体系结构设计，接着分别探讨了网络工 程材料库系统涉及的各种相关技术； 第三章详细论述数据库设计中从概念设计、逻辑设计到物理设计的整个过程，其中 引入了系统数据库的开放式设计思想，这是本文的特色； 第四章研究基于网络的工程材料库管理系统的实现方法，详细探讨其实现细节，包 括w e b 下数据库访问技术实现、材料库管理技术( 增加、修改、删除等操作) 、材料查询 技术以及材料库应用等； 第五章展示系统的应用方式，并给出详细的应用实例来验证研究成果的可行性、实 用性； 第六章是对全文工作的总结和今后研究工作的展望。 7 浙江理工大学硕士学位论文 第2 章基于w e b 的工程材料库系统分析 前一章，综合分析了当前工程材料库管理系统相关方面的发展状况，本章将结合当 前w e b 服务技术的发展状况，并针对企业的实际环境，提出基于w e b 服务的、开放式 的、支持全文搜索的工程材料库系统，以提供一个企业级的材料设计资源辅助支撑平 台，实现设计资源共享。为此，本章将进行系统功能分析、体系结构设计以及关键技术 讨论等。 2 1 功能分析 作为基于w 曲的工程材料库系统，首先要具备一个内容详实的后台数据库，然后再 配套开发一个服务器端运行的功能健全的工程材料信息库应用系统，两者的紧密结合、 相互作用组成一个完善的网络材料数据库系统。常用工程材料信息库应用系统对零部件 设计计算、强度刚度校核以及后续的工程分析和动力学仿真提供几何模型的物理属性支 持。主要有两个特点：一个是采用多级表结构，材料库可动态扩展，提供多种方式查询 并支持各种数据维护操作等；另一个是与其他c a d 、p d m 应用系统的文件集成、权限管 理的集成。通过开发单独的输出材料属性数据的a p i 函数集功能组件，便于不同的设计 或分析系统进行调用。充分运用e j s 组件和j s p + s e r v l e t 动态网页设计技术，实现分布式 环境下对数据库的查询和操作。 下面应用计算机技术、网络技术、数据库技术等最新技术，依据材料科学数据库的 建库模式，结合项目的技术合作协议和企业应用实际需求，对材料库系统开发的功能分 析如下： ( 1 ) 材料库系统具有浏览功能 浏览功能模块包括材料树浏览和材料属性查看两个子模块。采用树结构的形式显示 所有的材料，根据材料的类型进行分类，将其直观的显示在树结构的不同的树根、树枝 或树叶节点上。设计人员可直接从材料分类树中选择相应的材料，同时调出相应的材料 属性信息进行查看。树的显示内容随着数据库的更新而相应更新。 ( 2 ) 材料库系统具有查询功能 材料库系统的查询为用户提供多种查询方式和手段，包括使用单一信息查询方式和 多种信息的组合查询方式。特别是提供了用户直接输入文本进行关联模糊查询的方式， 如中文名称中应有“包含”关系，保证用户查询的规范化和命中率，使查询功能得到进一步 加强。 8 浙江理工大学硕士学位论文 ( 3 ) 具有管理员权限的用户可以对材料库进行扩展、修改和删除等操作 材料库管理模块，包括材料添加、修改、删除等功能子模块。材料库管理主要为系 统管理员提供方便的维护数据库的手段，包括对数据库中的材料信息( 分类、牌号) 进 行添加、修改、删除等，并允许对材料的父类信息和属性表进行编辑。这一功能主要使 得系统具有可延续性，系统可以在使用过程中不断的充实和完善。 ( 4 ) 先进性和实用性相结合 系统要求连接速度快、易操作、灵活性强等特点，因此在进行系统设计时，选择先 进而又成熟的网络数据库技术、信息处理结构和开发工具。在数据库模型的设计上，充 分融入科学数据库几十年的经验，并以现代数据库理论为指导。力求开发的系统先进而 实用，使具有一般微机知识或不具备微机知识的数据库用户和系统管理人员较快地掌 握，以利于推广应用。系统采用b s 体系结构，下一节将进行深入研究与讨论。 ( 5 ) 设计标准化、规范化 ， 数据库的逻辑结构、数据库的数据结构、以及数据内容( 包括名词术语、材料介质 名称以及材料的牌号、计量单位等等) 参照国际、国内相关标准，尽量和其保持_ 致。 这不仅方便用户查询检索，同时也方便数据库系统的统一处理。 ( 6 ) 开放性强 作为产品开发辅助支撑环境的一部分，工程材料库管理系统除了具有普通的查询功 能以外，还应当随时为产品开发提供动态支持，及时将查询结果与相应的开发阶段相联 系，动态显示到相应的产品模型中去。因此，无论是前期的c a d 设计还是后期的c a e 辅助分析，以及产品数据集成系统p d m ，作为产品信息一部分的材料信息，都能够作为 设计参数在相应的设计或是分析过程中进行插入和修改，从而得以实时调用。这就要求 工程材料管理系统具有很强豪的开放性，能够提供对c a d ，c a e 软件以及p d m 的接 口，所有这些接口能够被相应的软件系统如p r o e ，u g ，a n s y s ，p r o i n t r a l i n k 实时调 用，从而得到相应材料信息。接口的设计考虑采用组件方式，针对不同的系统分别建立 相应的接口子组件，根据需要可以不断扩展新的接口组件，充分贯彻了组件技术及软件 复用的思想。 2 2 体系结构b s 2 2 1 体系结构分析 尽管c s 结构是目前最为成熟的企业级应用软件体系结构，但随着i n t c r n e t 的飞速发 展，其应用软件越来越显示出它的缺点，而越来越多的企业开始采用i n t e r a c t 协议标准和 o 浙江理工大学硕士学位论文 w e b 技术构筑企业内部网i n t r a n e t ，继而上升到i n t e m e t 网，基于w e b 开发企业的应用软 件，实现信息发布与数据共享【1 4 l 。b s 结构将逐渐成为企业今后开发应用软件的主要体系 结构。 近年来，国内外许多计算机企业开始推出自己的新的大型分布式计算环境解决方 案，这些方案一般都是基于b s 体系结构，如i b m 的s a n 、微软的d n a ，s y b a s e 的 a c a 。就产品数据管理而言，p t c 的w i n d c h i l l 系统的开发设计从一开始就采用了现代网 络技术，被认为是最先进的p d m 系统之一，它把客户服务器的能力与i n t e m e t 易实施、 易管理和易使用的优点有机地结合在一起，全面支持整个产品生命周期中有关产品结构 和变化的管理和信息通讯。其结构的各个层次基本上都是基于标准的i n t e r n e t ，w e b ，j a v a 和o r a c l e 技术，是真正网络化的p d m 系统。而在产品设计领域，无论是并行设计、敏捷 制造还是虚拟加工，b s 模式业己成为主流，为企业问建立动态联盟奠定基础【2 4 】。 b s 模式是一种以w e b 技术为基础的新型的系统平台模式，它把传统c s 模式中的 服务器部分分解为一个数据服务器和一个或多个应用服务器( , w e b 服务器) ，从而构成了 三层( 多层) 结构的客户服务器体系。 ( 1 ) 表示层即w e b 浏览器。在表示层中包含系统的显示逻辑，位于客户端。它的 任务是由w e b 浏览器向网络上的某一w e b 服务器提出服务请求，w e b 服务器对用户身份 进行验证后用h t t p 协议把所需的主页传送给客户端，客户机接受传来的主页文件，并 把它显示在w 曲浏览器上。 ( 2 ) 功能层，即中间层，具有应用程序扩展功能的w e b 服务器。在功能层中包含 系统的事务处理逻辑，位于w e b 服务器端。它的任务是接受用户的请求，首先需要执行 相应的扩展应用程序与数据库进行连接，通过s q l 等方式向数据库服务器提出数据处理 申请，稍后由数据库服务器将数据处理的结果提交给w e b 服务器，再由w e b 服务器传送 回客户端。中间层一般通过组件技术来实现，根据情况，中间层可以进一步细分，分成 w e b 服务器和事务服务器等。 ( 3 ) 数据层。数据库服务器在数据层中包含数据处理逻辑，位于数据库服务器 端。它的任务是接受w e b 服务器发出的请求，并返回处理结果。 在b s 结构下，整个系统的管理、资源分配、数据库操作、业务逻辑部件的管理及 动态加载等工作都集中于应用服务器。同时，由于工作集中，可以降低客户机的管理难 度及客户计算机配置，即所谓的“瘦客户端”( 参考第3 页图1 ) 。仅仅提高应用服务器及数 据库服务器的品质，就可以提高整个系统的运行效率，从而有效地降低了应用系统部署 l o 浙江理工大学硕士学位论文 和管理的难度。 根据情况，还可以把中间层进一步细分，如把客户逻辑和数据库操作分开，这就形 成了所谓的b s 多层体系，这也是j 2 e e 所采用的。在本系统中，分布于不同的设计和生 产部门的用户直接通过客户端的i e 浏览器查询和更改工程材料数据，相应的业务逻辑则 在中间层服务器上执行，操作的数据则同样分布于不同部门的数据库服务器上，在完成 操作后，数据库及时更新并将数据返回到客户端。 2 2 2 体系结构设计 为了满足网络用户对型号材料库的使用要求，提高客户端对服务器端访问速度，本 项目提出了面向w e b 应用的基于组件的材料库系统，该系统的三层体系结构框架如图2 1 所示。 w e b 浏览器 用 产 权 限 管 理 组 件 固 圈 固 材料库系统管理工具 材料库管理组件 材料库服务器 金属材料 数据库 非金属材料 数据库 电子元器件 数据库 图2 1 材料库系统的三层体系结构 应 用 层 逻 辑 层 数 据 层 底层的材料库数据库服务器由两部分组成：金属材料数据库和非金属材料数据库。 该层为所有的材料库中间逻辑层组件提供数据服务。 材料库用户权限管理组件包括用户及其权限的添加、修改、删除及浏览模块。该组 件通过a d o 连接方式对服务器的材料库进行读写操作，只有服务器端的管理员才具有访 问该组件的权利。 中间层的材料库系统管理工具包括了授权用户对材料库的各种操作功能组件：材料 库的树结构查看、材料库的浏览、材料库的管理( 包括添加修改材料、删除材料、父类 l l 浙江理丁大学硕士学位论文 信息编辑和材料属性表的编辑) 、材料查询等。这些组件通过a d o 方式访问服务器的材 料库，显示或更改材料库的相关数据和信息。 w e b 浏览器作为材料库各组件的应用层，以不同的w e b 页组织和显示材料库的功能 界面。 在产品异地开发过程中对工程材料库的调用和操作也是在分布式异构环境下得以完 成( 如图2 2 所示) ，由于各个不同的产品设计部门所处的局域网可能用到不同的数据库 服务系统，因此整个工程材料管理系统采用了局部自治、全局共享的策略。首先保证各 部门所在的局域网范围内的数据调用能够j 下常进行：其次，通过将各局部的数据库服务 系统以e j b 组件的形式兼容c o r b a 规范进行封装，通过在本地c o r b a 事务服务器或 是e j b 公共事务服务器注册来实现各分布式数据库对象得以在w e b 上被其它客户端用户 透明调用。一般地，局部共享的对象或功能需要在本地事务服务器上注册，需要全局共 享的对象或功能则在公共事务服务器上注册，每个客户端既可以用传统方式访问本地资 源，也可以通过浏览器访问各事务服务器管理的对象，这样，不仅简化了系统的开发、 移植和重用( 不影响本地资源的使用，数据处理逻辑可以重用，需要新开发的只是用户 界面，即在数据处理逻辑上作二次开发) ，而且还提高了系统的可靠性每个应用系统 仍然充分自治，不会因为局部故障而影响系统的全局运行【2 5 l 。 局域网l局域网n 图2 2 系统拓扑结构 1 2 浙江理工大学硕士学位论文 2 3 系统关键技术 本文在采用基于w r e b 的数据建库和访问技术的同时，结合了动态设计思想，提出了 开放式体系结构，为其设计和开发一个企业级的w e b 工程材料库系统。该系统一方面实 现了材料数据在i n t e r a c t 网上的共享访问，使其成为一个跨平台的、使用方便的资源体 系，同时，其数据库本身是动态生成的，随时可以根据用户的需求而更新，并且该材料 库系统同用户的交互页面也是动态的，能够随时反映数据库的变化，使用起来更为灵 活、方便。网络数据库以及工程材料库是该系统的核心( 本文1 2 节) 。作为实现技术基础 的组件技术、分布式对象技术、a s e n e t 技术、w e b 服务技术以及工程数据库技术也是本 文系统实现的关键，本节分别对其进行详细讨论。 2 。3 1 组件技术 所谓组件就是可以自行进行内部管理的一个或多个类所组成的群体除了群体提供的 外部操作界面外，其内部信息和运行方式外部不知道，使用它的对象只能通过接口操作 它【2 6 1 。每个组件包含一组属性、事件和方法，组合若干组件就可以生成设计者所需要的 特定程序。组件往往设计成第三方厂家可以生产和销售的形式，并能集成到其它软件产 品中。应用程序开发者可以购买现成的组件，他们只要利用现有的组件，再加上自己的 业务规则，就可以开发出一个应用软件。组建开发技术的出现极大地增强软件的重用能 力，将软件重用引入一个崭新的时代，它使软件设计变得更加简单和快捷f 2 7 】f 2 8 1 。 目前常用的组件模型可以分为两种：一是微软公司的c o m 组件模型( 包括 a u t o m a t i o n 和a c t i v e x ) ：一是s u n 公司的j a v a b e a n 。事实上，随着i n t e m e t 和分布式计算 方法的不断发展，这两种组件模型也发展为c o m d c o m 和e j b 体系结构 2 9 1 。 组件技术将软件重用引入一个崭新的时代。在提倡结构化程序设计的时代，软件重 用主要体现在以下方面：( 1 ) 源代码重用，这是最低级的重用。它的缺点很明显，一是 程序员要花很大力气看懂源代码，二是程序员经常会在重用的过程中犯错误。( 2 ) 目标 代码级重用，这是目前用得较多的一种重用方式，一般体现为函数库方式。程序员通过 引用函数名称，重用库中标准函数。但由于程序员不能对其做任何修改，而使其灵活性 大大降低。此外，与源代码重用受语言限制一样，这种重用也不能做到与开发平台无 关。它最根本的缺点在于未能与数据结合在一起，从而程序员无法大规模使用【3 0 j 。( 3 ) 组件技术：件技术产生后，开发软件就像搭积木一样容易，这比传统的函数( 过程) 重 用方式有了很大提高。组件是迄今为止最优秀的软件重用手段。 由于组件开发已经是很成熟的技术