（机械制造及其自动化专业论文）网络环境下机械零件cad.pdf

， ： 7 i 。、 7 j _ 蠡 华中科技大学硕士学位论文 i i i ii i i i i ii i i i i i i i i i ii i i i i i 摘要 l 瑟对信息技术对制造监的渗透，制造拒在方法、手段、过程以 及理念上都已发生了巨大的变他。我国的制造业只有从数字化和网 络亿入手，通过离新技术与传统产业的结合，才能既可以振兴传统 的制造业，又可以雄动我国信息产业不断走向成熟。本课题提出7 建立在瘦客户梳、分布、集群等两络技术萋磕之上，采用三层体系 分布式结构的机械零传分布式在线设计系统( d e s i g no n l i n e ) 。 d e s i g n0 n l i n e ，运用近年来i n t e r n e t 、p d m 、两络数据库、电子商 务等方耍飞速发展的新技术，为c a d 技术赋予新豹设计理念与技术 内容，将改交现有辅助设计的模式与方式。 d e s i g no n l i n e 系统包括题部分，一部分是规械零 牛分耀式在线 设计系统，另一部分是d e s i g no n l i n e 数摄浑远程管理系统 ( d o m a n a g e r ) 。薄者采月三层b s 模式，宠成与熠户的交豆和设计 王傣嚣者采用两层c s 模式。完成系统数据瘁的维护和管理工 髓tj 论文中撮出了系统的总体稳粲，介绍了整个设计流程，包括技术 路线、处理流程、功能分配，和接口设诗，以及数据结梭设计。 系统采用了分布对象技术进行设计工作。分布对象技术是基予面 向对象技术，伴随网络两发展起来豹一手争嚣向对象的技术。具体苌 雳了u m l 的r a t i o n a lr o s e 工其实现。论文中对它们进行了简短豹 介绍。 然后，介绍了系统实现蔫要的主要技术，详细介绍了j d b c 技 术和c o r b ac + + 技术。以灏歼线豳桂鸯轮传动设计为实例，详缨 奔绥了其实现过程。 论文最质对本谍题进行了总终，介绍了鳗翦的社会效应，提如 7 以精的发展方向。 关键溺：点联网分布式计算三影穆罄丁蛩sj a g u a rc t s 梳械零件设 计p cap ：；蔼熬器暴瓣+ 穗：1 疆飘i 一，! 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t f a c i n g t h ei n f i l t r a t i o no ft h ei n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y ，t h e m a n u f a c t u r i n gm e t h o d s ，p r o c e s s e s a n dt h e o r i e sh a v ea l l a l r e a d y c h a n g e de n o r m o u s l y t h em a n u f a c t u r i n go f o u rc o u n t r yi sn o n eb u t p r o c e e d s w i t h d i g i t a l i z a t i o n a n dn e t w o r k e d ，b a s e do n t h e c o m b i n a t i o no ft h en e wa n d h i g ht e c h n o l o g y a n dt r a d i t i o n a l i n d u s t r y c a nn o to n l y r e v i t a l i z et h et r a d i t i o n a lm a n u f a c t u r eb u t a l s o p r o m o t et h ei n f o r m a t i o ni n d u s t r yo fo u rc o u n t r yt o m o v et o m a t u r i t yc o n s t a n t l y t h i sp r o j e c tp r o p o s e s d i s t r i b u t e d d e s i g n s y s t e mo fm e c h a n i c a lp a r t ( d e s i g no n l i n e ) ，b a s e do nt h i n c l i e n t ， d i s t r i b u t e d ，c o l l e c t i n gt e c h n o l o g y ，w i t h t h et h r e e - t i e r b s a r c h i t e c t u r e d e s i g no n l i n e ，w i t ht h ed e v e l o p m e n ta t f u l ls p e e di n n e ws k i l l s ，s u c ha si n t e r n e t ，p d m ，n e t w o r kd a t a b a s e ，e - b u s i n e s s ， e t c ，i n r e c e n t y e a r s ，e n t r u s t s t ot h en e wd e s i g n t h e o r y a n d t e c h n o l o g i c a l c o n t e n tf o rc a dt e c h n o l o g y ，a n dw i l l c h a n g e t h e a s s i s td e s i g nm o d ea n dw a y c o m p l e t e l y d e s i g n o n l i n e s y s t e m c o n s i s t so ft w o p a r t s ，o n ep a r t i s d i s t r i b u t e dd e s i g ns y s t e mo fm e c h a n i c a lp a r t ；a n o t h e ri sr e m o t e m a n a g i n gs y s t e mo fd e s i g no n l i n e sd a t a b a s e ( d o m a n a g e r ) t h e f o r m e r a d o p t s t h r e e t i e rb s a r c h i t e c t u r e ，a c c o m p l i s h i n g t h e m u t u a la n dd e s i g nw o r kw i t ht h eu s e r ；t h el a t t e r a d o p t st w o t i e r c s a r c h i t e c t u r e ，f u n c t i o n i n g t om a i n t a i na n d m a n a g e o ft h e s y s t e md a t a b a s e a f t e r w a r d s ，t h ep r o je c t p r e s e n t s t h eo v e r a l lf r a m eo ft h e s y s t e m ，r e c o m m e n d s a l l d e s i g nf l o w s ，i n c l u d i n gt e c h n o l o g i c a l r o u t e s ，d e a lf l o w ，f u n c t i o na s s i g n ，t h e i n t e r f a c e d e s i g n ，a n d t h e d a t as t r u c t u r ed e s i g n t h es y s t e mh a su t i l i z e dd i s t r i b u t e do b j e c t o r i e n t e dt e c h n o l o g yi n t h e d e s i g n w o r k d i s t r i b u t e d o b j e c t - o r i e n t e dt e c h n o l o g yd e v e l o p s f o l l o w i n gt h ed e v e l o p m e n to ft h en e t w o r kt e c h n o l o g y ，b a s e do n t h e o b j e c t o r i e m e dt e c h n o l o g y t h es y s t e mi sd e s i g n e db yr a t i o n a l r o s et o o l s i i “ i 自黼纛汕；纛淄匿；d 蕊，；醢谨i ；j 华中科技大学硕士学位论文 t h e n ，t h ed i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e st h em a i nt e c h n o l o g yn e e d e d a n ds p e c i a l l ye l a b o r a t e sj d b ca n dc o r b ac + + t e c h n o l o g y a n d ， i ti l l u s t r a t e st h ei n v o l u t eg e a rt r a n s m i s s i o nd e s i g n a t h ee n d p a r t o ft h e d i s s e r t a t i o ns u m m a r i z e st h e p r o j e c t ， i n t r o d u c e st h e p r e s e n t s o c i a l e f f e c t n e s s ，a n d t h e d e v e l o p i n g d i r e c t i o ni nt h ef u t u r e k e y w o r d s ：i n t e r n e t ，d i s t r i b u t e dc o m p u t i n g ，t h r e e t i e rc s j a g u a rc t s ，m e c h a n i c a lp a r td e s i g n 滋蟊 0 溢i 。 i 。；巍莲i 。 l y 华中科技大学硕士学位论文 1 1 论文工作的背景 i l 绪论 目前，在工业领域里，制造监的全球亿已成为重要的发展趋势 ! l 】。翟际化经营不仅成为跨晷太公司取得成功的重要因素，嚣旦也是 广大中小企业生存与发展之路。在传统的机械翎造址中，竞争越来 越激烈，鬻内外已有不少企业，甚至是缀商知名度的企业，奁这种 无情的竞争中纷纷落败，有的翻闭，有的被兼并。同时由于国际信 惠网络( i n t e r n e t ) 的快速发展，提供了技术信息交流、产品汗 发和经营管理的国际纯手段，推动着国际企韭阊商着既竞争又合作 的方自发展，这些都已威必制造企业发展的动力和机遇。 顾对信息技术对翻造业的渗透，制造泣在方法、手段、过程戬及 理念上都已发生了巨大的变化。出于改革汗放致策靼肉市场经济转 轨的箍动，再加上中国恢复在w t o 中的位置，每个企业所面晒的帮 将是全球性的竞争，传统意义上的“国内审场”将不复存在，我厘 的制造业只有从数字纯和网络彳 ：入手，通过高新技术与传统产韭筋 结合，不仅可以振兴传统抟制造业，蔼且可以推动我国信息产业尽 断走向成熟。 在这种情况下，本文提出了机械零 牛分布式设计系统( d e s i g n o n l i n e ) 。它建立在瘦客户机、分布睇j 、集群等阏络技术基础之上， 采用三屡体系分南式结构，提供快捷的计算服务。 所谓三层体系分布式结构，是指浏览器一应用服务器一一数据 库服务器躬网络体系。采用b s ( 测蹩器，服务器) 模式的机械零件 设计，用户只需通过测览嚣在页面上输入数据，挺交给系统，系统 将自动将数据进行处理，著需要的话，系统会提示用户进行参数选 择，最质返回计算绩果页面。计算结果包括设计报告书( 详细歹f j 出 了计算的各顼参数) 积梳械零件图( 以k m g 的形式) 。蔑了有效的管 理和维护其数撼摩，专门歼发了一套子系统，d e s i g no n l i n e 数据库 远程管理系统( d o m a n a g e r ) 。 1 2 相关研究领域及其发展状况 机械零件分布式设计系统是一种薪事物，这是一种全新的理念， 跫国内外鲜觅的蔓联网产品。在中国期刊全文数据摩( c j d ) 中完 垒没有楣关鳇研究文章。昱煎，国内其它行业的类似的劂站还属指 可数，并多以物流、财务为主。 菇蕊氛蔬。，瀛j j ，矗鎏酝 华中科技大学硕士学位论文 2 0 0 0 年十月左右开通的w w w a s p a n y c o m ，主要经营供应链 管理的服务。 同期发布的用友集团w w w w e c o o c o r n 财务a s p 网站。 w w w k a n b a c o m a n 金蝶( 网上理财) 机械零件设计网站国内还是一片空白。 机械零件分布式设计系统，是个庞大复杂的工程，需要充足的技 术储备，人力和财力的支持。是个人、中小型企业，以及一般科研 所、实验室所无法承担的。需要国家对信息化集成和网络制造进行 了大力的投资。 如国家8 6 3 c im s 主题资助项目( 8 6 3 5 1 1 9 3 0 - 0 0 4 ) u j ，现代 集成制造系统网络( c0 ntem p orar y integrat edmanufa cturing systemnetwor k ，cimsnet ) 就是利用现有的网络资源和设备，开发、整理 有关先进制造的技术、信息和其它资源，为cims 领域的研究人员 和相关企业提供一个网络支撑平台，以便快速查询c im s 领域的 信息和技术资料，实现信息和资源共享，方便地组织协同攻关：并 可在ci msnet 上开展远程培训、咨询等：保证cim 哲理的 广泛普及和cims 技术及时、准确地转换成现实生产力，促进企 业的信息化进程。cim snet 到2 0 0 0 年已经建立起基于中国三 大骨干物理网络( chin anet 、cernet 、cstnet ) 的虚拟专用网，包括一个总站和15 个分站点。目前1 4 】 5 1 【6 】，它主要 提供信息发布、资源共享、远程培训与咨询、协同工作环境等，还 谈不上真正意义上的网络制造及在线设计。 国家信息产业部的面向中小企业整体解决方案的集成平台原型系 统，以支持中小企业信息化工程实施和网络化制造为应用背景，研 究中小企业整体解决方案集成平台的支撑技术和集成技术，开发集 成平台原型系统和应用集成接口，实现一批应用软件的集成，形成 集成平台工具原型系统，在此基础上进行企业应用示范。该课题由 武汉开目信息技术有限责任公司负责开发。本文提出并实现的基于 互联网的机械零件分布式设计系统( d e s i g no n l i n e ) 就是目前的成 果之一，已投入使用。 1 3 课题的研究目的和意义 作者利用最新的i n t e r n e t 技术，开发机械零件设计的计算服务平 台，为制造业提供方便、快捷、准确的计算服务。 虽然c a d 技术经过近4 0 年的发展，在产品的设计与制造领域发 挥了不可估量的作用。它广泛应用于机械、电子、化工、航天、建 篁簦圣全堡些：垫至i 堡堑塑墼盐型鎏查壅：垒些墼堡! 墨董塑丝 2 尊 华中科技大学硕士学位论文 济效益。但是，纵观现有的产品设计制造系统，从技术上来说，现 有c a d 技术存在着几个方面的问题。 l 、产品设计模型难以面向产品的全生命周期 现有的c a d 系统几乎都是以几何建模为主，而且是作为一种通 用的几何建模工具而被广泛应用，在此基础上的设计模型通常只具 有几何信息，要在该模型上添加工艺、材料、管理、销售、服务等 方面信息是困难的，因此造成了目前企业设计、工艺、制造、管 理、销售和服务等方面应用的信息孤岛。这限制了企业信息的集 成。 2 、设计过程难以支持并行工程 现有的设计过程，由每个工程师在自己的模型上进行设计，其它 设计人员如果要利用其设计模型，只能引用其模型，不能让其他设 计人员分权限地共同在同一模型上进行并行设计。 3 、难以支持动态建模 现有的c a d 系统采用的建模方式是以线框、曲面、实体造型为 主，侧重于产品最终形状的几何描述，而这种建模方式难以支持面 向产品过程及性能设计的建模。特别是并行工程环境下，任何一方 的修改，均应通过网络，快速生成修改模型，并能回溯有关的历史 设计，这就要求建模技术是动态且快速的。 4 、设计数据管理困难，难以为工艺、制造、管理和服务等后续 环节提供完备的信息 随着c a d 技术的推广深入，企业内的c a d 数据越来越多，此 时若产品数据仅停留在文件管理的阶段，则数据的安全难以保证； 另一方面，产品管理信息混乱，难以查找，归档，配置等。此外， 设计数据仅有几何信息也是不完备的，难以为后续环节提供准确、 唯一和规范的信息。 5 、c a d 软件的运行环境限于单机或局域网内运行 目前，大多数的系统在单机或局域网上应用，无法在互联网上应 用，也就无法利用i n t e r n e t 的资源优势。 总之，上述应用技术存在的问题，在机械零件网络辅助设计制造 系统中有望得到解决。 机械零件分布式设计系统( d e s i g no n l i n e ) ，运用近年来 i n t e r n e t 、p d m 、网络数据库、电子商务等新技术的飞速发展，为 c a d 技术赋予了新的设计理念与技术内容，将彻底改变现有辅助设 计的模式与方式。在此基础上研究出新一代的设计制造软件工具， 以适应网络时代对产品设计制造的要求。 本课题最终的目的，是利用交叉学科知识优势，推出费用低廉的 机械设计计算网站，解决困扰机械行业发展的计算难题。它将最新 的信息技术应用于机械制造行业，必将从准确、方便、快捷、成本 蠢越逡。雏滋蕊。；蠢醛! 华中科技大学硕士学位论文 低等诸多方面大大推动机械制造业的发展，创造出巨大的生产力和 社会效益。 如果说，计算机在设计制造领域的应用，摆脱了手工设计制造的 原始方式；那么，可以说，随着网络时代的到来，计算机辅助设计 的方法将会被网络辅助设计方法所代替。我们有理由相信，机械零 件分布式设计系统( d e s i g no n l i n e ) ，将改变现有的计算机辅助设 计的方式，而进入一个网络辅助设计制造的新时期。 1 4 课题所作的主要工作 l 、本文提出了基于互联网的机械零件分布式设计的概念。 2 、开发了第一个基于互联网的中大型机械零件设计平台一一机 械零件分布式设计系统( d e s i g no n l i n e ) 。包含机械零件设计、饭 金设计共1 5 5 种零件的设计模块。并可以根据需要进行功能扩展。 3 、本文设计了一个标准的网络服务应用的体系框架结构，以及 通用的技术路线，接口设计，数据结构设计。 4 、将c o r b a 规范应用到机械零件设计系统。 5 、将武汉开目信息技术有限责任公司的c a d 产品的移植封装为 c o r b a c + + 组件。并可供其它任何地方的调用。 6 、针对c o r b a 组件的应用需求，引入了分布对象的设计方 法，采用u m l 工具进行设计实现。 7 、将机械零件分布式设计系统( d e s i g no n l i n e ) 投入社会应 用。 8 、首次实践了网络辅助设计制造。 华中科技大学硕士学位论文 2 1 引言 2 系统总体框架和设计 本文提出，机械零件分布式设计系统( d e s i g no n l i n e ) 采用三 层体系的b s 模式。用户层只需安装浏览器：中间层采用s y b a s e 公 司的j a g u a rc t s t 7 1 作为w e b 服务器，使用s e r v l e t 接受用户层的 请求，并建立建立c o r b a 叫连接，调用对应的c o r b ac + + 组件， 以完成设计及校核工作。使用j d b c t 9 】技术对后台o r a c l e r i o t 数据 库进行相应的操作。 2 总体结构和模块外部设计 臣 i 四i 巨卫 圈 图2 1 总体框架图 本系统的前台浏览器采用微软的i n t e r n e te x p l o r e r 作为客户端， 应用层采用s e r v l e t 和c o r b a 作为中间件，数据层采用 。l 滋斑。、i 蕊潮。“西莲狲 华中科技大学硕士学位论文 o r a c l e 1 1 1 数据库管理系统存储设计数据，是典型的三层结构，可 以提供多用户身份的同时并行访问。本文提出的系统总体结构框架 图如图2 1 。 模块外部设计 在s e r v l e t 的程序设计中，有很多部分的功能相似，本文提出 将通用的方法放在一个类中以方便调用及减少程序重复代码。目前 考虑到的主要通用的方法有：u r l 定位及数据读取、s e r v l e t 中 r e q u e s t 数据的分解及汉字处理、c o r b a 连接、汉字的编码与反编 码( 与c o r b a 传汉字字符数据时要用到) 等。相应的c + + 代码也 有汉字的编码与反编码问题。 2 2 1 技术路线 本文提出的机械设计计算部分( 包括计费系统) 的单元流程框架 如下图 浏览器 w l v l 】服务器应用服务器数据库服务 器 h t m l 提交 页面 s e r v l e t (数据库服务j h t m l 结果 _ c o r b a 客宝c o r b a 服务5( 存储过程 端) i 端i等) 页面 ii 图2 2 单元流程框架( 箭头表示数据流动方向，点线表示不确定的存在j 按照本文提出的流程框架，用户通过浏览器在页面上输入数据， 通过页面上的提交按钮将数据提交给相应的s e r v l e t ，s e r v l e t 接到数据后，将数据处理成相应的类型( 注：页面提交的数据全部 是字符型) ，并做简单的输入检查。检查通过后，调用该页面对应 的c o r b a 接口方法( 实际上是将数据传到c o r b a 服务端，计算 后返回到s e r v l e t ) ，得到计算结果，并返回给浏览器。有的 c o r b a 服务端程序有数据库操作，c + + c o r b a 存储用户提交的数 华中科技大学硕士学位论文 据及计算结果，计费系统的c o r b a 记录和查询用户帐号上的资金 流动情况。 本文提出把以上的一个回路称为一次提交。一个完整的功能应用 可能会有多次提交，即一个完整功能应用的流程框架是以上框架图 三一 w 聊服务器应用服务器 数据库5 服务器 h n i l 提交页面j一 、 一 h 1 砒结米贝圆o ( 同时是下次 一、 一 。 的提交页面l s e r v l e tc o r b a 服务 i ( 群)( 群) 数据库 一! 服务 ! ( 存储 过程 一、等) 最后结果 i 一 i 图2 3 功能模块框架图( 箭头表示数据流动方向，点线表示不确定 的存在) 查询用的s e r v l e t 和需求收集的s e r v l e t 直接通过j d b c 访 问数据库( 不经过c o r b a ) ，大致结构如图： 浏览器w 唧服务器 数据库服务器 h t 扎提交页面一 、 i i i 数据库服务 h t 扎结果页面 一s e r v 亡e r 0 一7 ( 存储过程等) 图2 - 4 直接访问d b 的s e r v l e t 技术流程框架图( 箭头表示数据流 动方向) 7 ：蕊：。蕊。：一莲 华中科技大学硕士学位论文 内部数据管理的应用程序直接是一个j a v a 应用( j a v a a p p l i c a t i o n ) ，不需要通过网络操作，不是分布式应用，计算框架 略。 2 2 2 处理流程 本文提出的程序设计的大致流程如下： 总体协调人员在功能分解后( 包括机械设计计算程序以及计费、 查询系统) ，确定详细的程序接口，接口应详细到函数，包括输入 传入参数的个数、类型，传出参数的类型( 为方便设计，每个函数 至多只能有一个传出参数) 。 网页设计人员根据接口表设计相应的输入页面。 c + + 程序员在拿到接口表后，对原来的程序代码进行封装，类中 要去除( 或转移) 文档、视相关的参数，管理好全局变量。c + + 程 序员应新建一个接口类，该接口类应完成与接1 2 1 表完全一致的函 数。接口类中声明一个全局数组( 数组元素至少包括应用对象指针 和用户序列号两项) 。并根据用户序列号进行管理。 总体协调人员在接口表的基础上，创建与接口对应的组件，并生 成相应的桩、框架代码( 注：桩和框架是c o r b a 中的术语，分_ 【】 j 相当与c s 程序的基本类) 。 j a v a 设计人员在桩文件的基础上创建s e r v l e t ，完成相应的 代码，在代码中调用接口表中的相应方法( 编译时可假设服务端已 完成，不必管服务端程序) 。 总体协调人员在框架文件的基础上创建c + + 动态链接库 ( c o r b a 服务端程序) ，调用c + + 程序员的接口类，实现接口表 中的方法，完成c o r b a 服务端程序。 总体协调人员联调程序。 测试人员测试程序。 总体的处理流程图如下： 蠢潮鹾瓯溺：；隧；豢蕊黔“囊运菇 华中科技大学硕士学位论文 图2 5 处理漩程图 9 ；懑；磊一“：戳i ；潦。螽鬣磊 一舰生 一一摩及数成一甄理的实=外块ii一 一面及成一一据划本生一丽臀绞序现二用横鲣一 一页划 一一数规罄据一覆据系程=公部赛一 一 獭焖服 一一 附酣受 =赚鼢胍一一黼舡鲫一心黔黜|l燃辨勘一 华中科技大学硕士学位论文 2 2 3 功能分配 按功能划分，本文的程序主要分以下几类： c o r b ac l i e n ts e r v l e t ( 是s e r v l e t 同时也是c o r b a 客户端) ：主要用于接收浏览器数据和与c o r b a 服务端建立联 系，取得c o r b a 服务端的计算结果。 d bs e r v l e t ：接收浏览器数据并直接访问数据库，并整理结 果传给浏览器。主要用于一些查询操作，如资费查询等。 c + + 类：主要是原来机械设计程序的移植，同时包括新的接口 类，这里是计算时间运行的地方。 c + + c o r b a ：这里指c o r b a 的服务端，实际调用的是c + + 类 ( 接口类中的方法) ，是与s e r v l e t 通讯的服务程序部分，由 s e r v l e t 的调用触发。 j a v ac o r b a ：主要是用于计费的服务端程序，做成c o r b a 服务程序是为了做成一个通用的模块，它由s e r v l e t 的调用触 发，通过j d b c 访问数据库，并做一定的操作。 j a v aa p p l i c a t i o n ：主要是内部的数据管理( 增、删、改、 统计等) 。 2 3 接口设计 2 3 1 外部接口 服务程序都是无界面的程序，用户通过浏览器提交数据，服务端 通过s e r v l e t 来接收并返回数据。 2 3 2 内部接口 根据模块划分，会得到一张接口表( 详细设计时生成) 。服务组 件的创建、c + + 接口类、c o r b a 服务端程序都必须完全依照这张 表。 c + + 接口类中是这些接口方法的真正实现。 c o r b a 服务端程序调用c + + 接口类中的相应方法。 s e r v l e t 也依照接口表调用c o r b a 的接口方法。 s e r v l e t 的参数接收部分和h t m l 页面的设计也应参考接口 表。 华中科技大学硕士学位论文 2 4 数据结构设计 2 4 1 逻辑结构设计 逻辑上，本项目中的计算和计费部分有三个主要层次，即前面提 到的浏览器、s e r v l e t 、c o r b a 服务端，有些应用有数据库服务 端。浏览器端提交参数、s e r v l e t 接收参数并调用c o r b a 服务端 的方法并返回结果，c o r b a 是真正的计算处理部分( 有些c o r b _ a 有数据库访问) 。资费查询模块没有c o r b a 服务端，s e r v l e t 直 接访问数据库。内部管理程序直接是一个访问数据库的j a 、，a 应 用。 2 4 2 物理结构设计 在物理结构上，s e r v l e t 和c o r b a 服务端都可以分布在不同 的多台机器上，浏览器端更分散，浏览器只和w w w 服务器打交 道，不同的w w w 服务器之间不发生联系，不同的应用服务器之间 也不发生联系，少数w w w 服务器和应用服务器会有数据库操作。 粗略的物理结构图如下( 不包括内部管理模块，内部管理模块是一 个单机应用) ： 纛露l 氨。、：5 蕊 ；i 嚣露 华中科技大学硕士学位论文 图2 - 6 系统物理结构图( 箭头表示数据流动方向) 2 4 3 数据结构与程序的关系 由于以上的数据结构关系，程序的开发是应该是基于组件的。即 不同的逻辑层上的程序可由不同的人开发，同一逻辑层上的不同模 块也可以由不同的人开发( 当然，要按照预先确定的接口规范) ， 开发人员之间基本可以不必顾及其他人的进度。 运行设计： 运行模块的组合； 按功能划分，系统可划分为以下几大块： 计算模块 。，。翻酒萄惑瓣鞫懿；羹谶拍。溢糕瑟i 。 华中科技大学硕士学位论文 计费、历史记录及查询系统 日志系统 需求征集系统 内部数据管理系统 其中计算模块又可分为以下几个部分： i i 新开缱柱齿轮传动一，几博尺寸计算， 冉峭台 。- _ - 一+ 1 葫i 萄i i 丽竺! 竺 ： ；1 + 积控檀h 璧馐 l 赢蕊1 竺互! 齿艳精度 【 媵齿轮传动一标唉 嚣脯 + 壹销少 直齿 ， 斜齿 弧齿轮传动= + 齿靡计算 + 几何尺寸计算 + 测量尺寸计算 + 聋度授攘 + 齿轮精度 直齿惟齿轮传：j i 鬲i i ；7 瞄椎齿轮传 动 - i i 强度幢校 + 聋度按棱1 蕾i 墨蜗扦传动- za 蜗杆几何尺寸计算 锥蜗杆传动设 + z i 蜗杆几何尺寸计算 - z n i l l 4 f f j l , 何尺寸计算 图2 7 部分计算功能图 蠢i 蕊：，。j i，；i 翌 一 华中科技大学硕士学位论文 运行控制； 服务端程序( s e r v l e t 和c o r b a 服务端) 发布在j a g u a r 上，一般处于激活状态( 侦听状态) ，一有浏览器访问，就会触发 运行。 运行时间： 服务端程序( s e r v l e t 和c o r b a 服务端) 原则上需要一天2 4 小时不间断的运行，因此要做大量的负荷测试( 应包括服务器本身 的负荷测试) 。正常投入使用后，可利用一天的非工作时间段或周 末进行维护。 2 5 小结 本章提出了机械零件分布式设计系统( d e s i g no n l i n e ) 的总体 框架，介绍了整个设计流程，包括技术路线、处理流程、功能分 配，和接口设计，以及数据结构设计。这些框架和设计流程的提 出，不仅是本课题的创新，而且是其它类似工作很好的样例。 囊翁i & 漱搿照淄懿。蘸惑嚣_ 、；斑瓤 华中科技大学硕士学位论文 3 1 引言 3 系统原理 在企业网络化的进程中，传统的两层c s 模式逐渐转向将业务逻 辑分离的分布式三层体系 j 2 】，分布式计算可以最大限度发挥c s 体 系结构中的优势，已经成为最新的网络计算机系统发展的必然结 果。机械零件分布式设计系统( d e s i g no n l i n e ) 采用了三层( 多 层) b s 分布式计算解决方案i l3 1 。但作为其数据库的管理系统一- - d e s i g n o n l i n e 数据库远程管理系统( d o m a n a g e r ) ，由于使用频率低，网络数据 传输量小等特点，本文采用了两层c s 模式解决方案。 3 2d e sig no nl if i e 数据库远程管理系统( d o m a n a g e r ) 的系统 原理 大型的商业应用网站，需要进行日常的维护管理工作。对于其运 行的性能，使用状况的统计，特别是数据库的管理工作，需要配置 专门的数据库管理人员d b a 。这样对于人力资源是一种严重的浪 费。开发套可视化的管理系统，由具有很一般的技术能力的人员 进行操作，是非常必要的。 基于这种需求，本文开发了基于互联网的机械零件分布式设计系 统的数据库管理系统( d o m a n a g e r ) ，便于数据库的管理和维护。本 系统采用胖客户机服务器模式。 胖客户机lj j l l 务器计算机模式如图3 1 所示，由两部分组成。在 前端，一般使用的是网络p c 。它与客户直接进行信息交互、向用户 提供图形用户界面。后端是服务器，它可以是使用各种类型的主 机，提供例如数据库的查询和管理。大规模计算等服务。对于用户 来说，服务器是透明的。用户只是感觉到它在使用客户机，不会意 识到后端的服务。因此，可以在客户机向用户提供一个一致的界 面，在后端的服务器使用各种系统的计算机，在客户机和服务器之 间提供数据的转换接口。这样，就可以在开发使用新型系统时，继 续使用已有的计算，保护已有的资源。这种结构最初是两层结构模 型：对用户的交互等应用放在客户端，数据则存放在数据库服务器 上。第二层的服务器可以进行多种服务。在后来发展到了多层结构 模型。 i 蕊；泛；鬣。，。 。* 瓤i 华中科技大学硕士学位论文 客户机有本地的、完整独立的操作系统，以及由本地磁盘来存储 数据和应用程序。胖客户机的功能是完备的，它可以脱离服务器而 单独存在，向用户提供服务。 客户机服务器计算模式提供了很大的灵活性，能适用于许多应 用领域。它有以下几个优点： 可以集成不同的平台，保护已有的投资。 可以通过局域网或广域网来发布消息、分布数据。 提供了友好的用户界面，并能访问传统的主机系统中的数据。 性能价格比比较高。 使用分布式管理。 系统具有良好的可扩展性。 可以使用市场上已有的众多软件。 在充分发挥分别作为服务器以及工作站客户端的计算能力的基 础上，极大的减少了通过网络传输的数据流量，从而大大提高了运 行效率。 由于d o m a n a g e r 是为平台管理人员量身定做的，它的使用者不 是真正意义上的“用户”，并且，安全要求低，使用频率低，网络数 据传输量小，因此采用两层胖客户机服务器c i s 模式。 图3 1 胖客户机服务器模式 画士醢 业逻 用户界菌 业螽i 辑 用户鼻面 业蕃逻辑 用户界面 客户明 3 3 机械零件分布式设计系统( d e s i g no n li n e ) 的系统原理 3 3 1 两层c s 的不足 如上所述，两层c s 在充分发挥分别作为服务器以及工作站客户 端的计算能力的基础上，极大的减少了通过网络传输的数据流量， 1 r 一 ，躺峨蕊囊遂蕊磊罐磁燕崩，。 华中科技大学硕士学位论文 从而大大提高了运行效率。但是随着i n t e r n e t 和i n t r a n e t 的应用的 不断普及和应用系统的不断扩大，应用程序的用户现在以几何倍数 的增长，两层模式的越来越不能满足应用的发展需要。 两层c s 的不足： ( 1 ) 缺少集中控制 由于应用的业务逻辑都分教在每个客户机中，整个系统缺乏集中 控制，而企业间的商业竞争和企业业务的不断变化，使得业务逻辑 比较复杂。把业务逻辑过分集中于客户端，变化的业务逻辑常常导 致所有有关的客户端的应用程序的改变，给应用的分发，和维护带 来困难。由此可见传统的两层c s 已经满足不了不断扩大的发行， 维护和升级的需求。 ( 2 ) 胖客户，重负载 由于所有的业务逻辑安装于客户端，客户端必须有足够的能力处 理业务逻辑，造成客户端过于肥大，负载重，效率低，同时对客户 端的计算机硬件也有较高要求。 ( 3 ) 安全性差，扩展性差 在分散的计算环境下，对信息的访问控制十分困难，客户端常拥 有对数据库操作的足够权限，安全性难以得到保证。同时单一的服 务器以局域网为中心，难以扩展到大型企业企业网或者i n t e r n e t 中。 3 3 2 三层( 多层) 1 3 8 分布式计算解决方案 所谓分布式计算和三层( 多层) 系统结构是近年来提出的一种新 的计算方法，通过在传统的c s 两层结构中再增加一个称作应用服 务器的中间层，用以执行复杂的业务逻辑的计算，客户端只需安装 浏览器，实现零维护，从而解决了c s 模式面临的许多问题。机械 零件分布式设计系统( d e s i g no n l i n e ) 采用了这种解决方案。 1 、三层( 多层) b s 分布式计算体系结构 分布式计算方式同样是基于客户服务器体系结构下的应用，它 是在网络计算机技术的发展过程中产生的。在分布式的应用系统 中，可以把中心业务逻辑放在应用服务器上，而把用户界面留在客 户端，客户端可用调用应用服务器上的业务逻辑进行有关的业务处 理，而且还可以直接同数据库服务器连接，进行简单的数据处理。 应用服务器同样可以访问数据库服务器，这样应用就构造成多层结 构。 三层( 多层) b s 分布式计算系统分为三个或者多个不周的层， 其中三层体系结构如图3 2 所示。 ( 1 ) 前端客户层 华中科技大学硕士学位论文 提供可视化用户接口，处理用户界面，将对业务逻辑的请求发往 应用层( 服务器) ，显示服务器处理的结果，担负用户和应用间的 对话功能。 ( 2 ) 中间应用层 客户应用 画一凰 商凰 客户应用 图3 - 2 三层b s 模型 藏鼍库曩菇鼍 程序中作出智能决策的那部分功能，是整个系统的业务逻辑处理 的核心，是前端客户层和后端数据层的桥梁，负责响应用户的请 求，执行业务逻辑，向数据层要求传送数据，进行处理。随着三层 结构的进一步发展，一般总是把运行在业务逻辑层的软件编写为客 户机所调用，能够完成一定逻辑功能的专用软件，同数据库服务器 相区别，称为应用服务器。在一个网络中，可以有着多个不同功能 的应用服务器，为客户机或者其他应用服务器提供专业服务，这 样，三层结构就发展成为n 层，也就是所谓的分布式计算方式。 ( 3 ) 后端数据层 数据层对应于数据库服务器，也就是d b m s ，负责管理数据的 定义，维护，访问和更新，以及管理并响应应用服务器的数据请 求。 2 、技术优势 ( 1 ) 负载均衡，易维护，扩展性强 由于数据计算和数据处理集中在中间应用层，因而实现了分布式 计算功能，将各个c o r b ac + + 组件分布在不同的计算机上，使整个系 统的工作量平衡分配在网络中，既可用提高应用的执行速度，也可 以减少网络调用的通信量。同时当事务处理发生变化时只需要更新 应用服务器上的业务组件模块，而不必对整个系统进行更新，大大 降低了系统的维护费用。应用服务器上某层的变化并不影响其他 层，这一切增强了系统的扩张性，给系统的升级带来了极大的方 便。 ( 2 ) 瘦客户 华中科技大学硕士学位论文 由于客户端只进行简单的界面操作，基本没有业务逻辑，真正实 现了瘦客户，减轻了客户机的功能负担，降低了客户机的硬件配置 要求。有些应用甚至实现了客户端的零代码编程，将c s 模式转变 为b s 模式。但比起纯粹的b s ，其界面的动态性，功能实现相对 完备，内容丰富，对服务器的要求也相对降低。 ( 3 ) 可重用性强，开发效率高 由于应用层模块都可以被其他应用共享，调用和再用，提高了模 块的可重用性，从而提高了系统的开发效率。同时各层在逻辑上相 互独立。因而开发人员可用同时进行各层的开发，缩短了开发周期 和提高软件质量。 ( 4 ) 安全性高 在分布式计算中，由于所有的业务逻辑都驻留在服务器端，可以 方便的控制服务器的运行情况，很容易控制服务器的访问，从而减 轻系统维护的工作量，确保系统的可靠性。 3 、实现机制 因为三层w e b 对象计算具有众多的优势，各计算机厂商及研究 组织纷纷提出自己的解决方案，目前主要有以下三种： ( 1 ) 微软的a c t i v e x 方案由对象组件模型c o m d c o m 转变而 来，建立一整套i n t e r n e t 应用开发平台，可以用v i s u a lc + + 、 v j s u a | b a s i c 、j a v a 、j a v a s c r i p t 等多种语言实现，是一种与语言无 关的开发平台，但只能运行在w i n d o w s 平台上，无法满足异构环境 下的要求。另外，d c o m 没有与其它分布对象交互的机制，难以与 其它的分布对象互相通信。 ( 2 ) s u n 的j a v ar m i 方案客户方是j a v a a p p l e t 或j a v a b e a n s 对象，该方案使客户方程序通过内部通信机制调用应用服务器上的 j a v a 对象方法，由于j a v a 是跨平台的，所以方案具有很强的与平台 无关性，执行效率很高。但由于服务端和客户端都只能用j a v a 编 写，影响了其在非j a v a 环境中的应用。 ( 3 ) o m g 的c o r b a 方案规定一整套的对象服务并且可以与 上面两种分布对象进行交互。由于它公开内部结构和对外接口，既 具有很强的通用性，又有很好的稳定性，是目前应用最广泛的三层 体系结