（机械电子工程专业论文）险峰数控机床远程诊断与服务系统的研制.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 随着数控技术在机床业的广泛普及，数控机床作为一种加工精度高、自动化 程度高的机床，具有高效率、高质量、柔性好等特点，适合未来加工生产的需要。 但当数控机床出现故障时，一般的技术人员不能准确地分析判断出故障的原因， 需要厂方技术人员现场服务，这样往往会影响生产。因此建立数控机床远程故障 诊断系统是非常必要的。随着计算机技术、网络技术、故障诊断技术的快速发展， 远程故障诊断与服务系统所必须的各项基础技术也日渐完善，整个系统的实践也 基本成熟。 本论文针对某机床公司的数控机床远程故障诊断与服务系统，从系统网络体 系构造到总体方案设计、故障管理信息服务、远程故障特征诊断子系统等进行了 详细深入地分析研究。最终提出了系统硬件构成和软件实现。在本文的研究中， 首先对数控机床的远程诊断与服务系统的总体结构的组成原理进行了深入研究， 主要对组网方案与数据传输能力进行了仔细讨论。在此基础上设计了远程诊断与 服务系统的硬件拓扑结构和软件模块。并针对系统中的故障诊断维修的信息管理 模块的功能实现，进行了详细设计。接着着重讨论了系统中故障诊断专家系统， 给出了特征信号分析的基本原理和常用的分析方法，探讨了专家系统的结构和其 中各个关键部分如知识表示、推理机和知识获取的实现方法，并提出了在本系统 中的具体实现方法。最后给出了模糊理论在数控机床远程诊断专家系统中的应用， 并用算例进行说明。在整个系统的软件实现上，采用系统工程方法并结合软件设 计原则，利用面向对象的编程技术，仔细划分功能模块，最后实现系统功能。在 具体的程序设计中，注意到了管理水平和良好的扩展性和友好的用户界面。 本课题在借鉴同行理论研究和实践的基础上针对工厂的实际情况和具体需 求，除了在理论上进行了有益的探索与研究，具有一定的创新和拓展外，还进行 了系统具体的实旌工作。所开发的系统在实际的使用中，对于提高企业服务和管 理水平、故障诊断能力有着非常积极的作用。 关键词：数控机床，远程诊断，专家系统 重庆大学硕士学位论文英文摘要 a b s t r a c t a l o n g w i t hw i d e l y p r e v a l e n c eo f d i g i t a lc o n t r o lt e c h n o l o g y , n u m e r i c a l l y - c o n t r o l l e d m a c h i n et o o lh a so n et y p eo ft o o lo f h i g hw o r k i n ga c c u r a c ya n da u t o m a t i c i t y , h a v e s o m ef e a t u r e ss u c ha sh i g h r a t e 、h i g h g r a d e 、f l e x i b i l i t ya n ds oo n ，m e e tt h ec a s eo f f u t u r e m a c h i n i n g b u tw h e n f a u l th a p p e n si ni t , g e n e r i ct e c h n i c a lp e r s o n n e lc a i l ta n a l y s ea n d j u d g et h er e a s o no f f a u l tw e l la n dt r u l y , i tn e e d se x p e r to fm a n u f a c t u r e r w o r k i n go nt h e s p o t ，t h e np r o d u c ew i l lb ea f f e c t e d s oi ti sn e c e s s a r y t os e tu pr e m o t ed i a g n o s e ss y s t e m o ff a u l to fn u m e r i c a l l y c o n t r o l l e dm a c h i n et 0 0 1 a l o n gw i t h r a p i d l yd e v e l o p m e n t c o m p u t e r s c i e n c e 、n e t w o r k t e c h n o l o g y a n df a u l t d i a g n o s i st e c h n o l o g y , a l lb a s e t e c h n o l o g yw h i c hn e e d e db yr e m o t e f a u l t d i a g n o s i s a n ds e r v e r s s y s t e mb e c o m e s p e r f e c t l y , p r a c t i c eo f w h o l es y s t e mi sm a t u r e ， t h ea r t i c l ea i m sa tr e m o t ef a u l td i a g n o s i sa n ds e r v e r so fn cm a c h i n eo fm a c h i n e t o o lc o m p a n y , p a r t i c u l a r l ya n a l y s ea n dr e s e a r c hf r o mf r a m es t r u c t u r eo f s y s t e mn e t w o r k t od e s i g no fs y s t e ms c e n a r i o ，s e r v e r so fa d m i n i s t r a t i o ni n f o r m a t i o no f f a u l t ，s u b s y s t e m o f r e m o t e d i a g n o s i so f f a u l tc h a r a c t e ra n ds oo n t h e nm a d e a no f f e ro f h a r d w a r ef o r m a n ds o f t w a r ei m p l e m e n t a t i o no fs y s t e m i nt h ea r t i c l e ，f i r s t l yr e s e a r c hd e e p l yo nt h e t h e o r yo f o v e r a l la r c h i t e c t u r eo f s y s t e mo f r e m o t ed i a g n o s i sa n d s e r v e r so f m a c h i n e t o o l ， m o s t l yd i s c u s s e sn e t w o r kb u i l d i n ga n da b i l i t yo f d a t at r a n s f e rc a r e f u l l y o nt h eb a s e ， d e s i g n e dh a r d w a r et o p o l o g ya n ds o f t w a r em o d u l eo fs y s t e mo fr e m o t ed i a g n o s i sa n d s e r v e r s a n da i m sa ta c c o m p l i s h i n gf u n c t i o no fi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tm o d u l eo f f a u l td i a g n o s i so ns y s t e m , d e s i g n e dc a r e f u l l y t h e ne m p h a s i z e dt h a te x p e r ts y s t e mo f f a u l td i a g n o s i s0 1 1s y s t e m ，g e t sb a s a lp r i n c i p l ea n dc o l n n l o na n a l y t i c a lp r o c e d u r eo f a n a l y s e o fc h a r a c t e r i s t i c s i g n a l ，t a l k s a b o u ts t r u c t u r eo f e x p e r ts y s t e m a n d i m p l e m e n t a t i o na p p r o a c h o f e v e r y v i t a la r e ao n s y s t e m s u c ha s k n o w l e d g e r e p r e s e n t a t i o n , i n f e r e n c ee n 西n ea n d k a a n d g e t sc o n c r e t ew a y i nt h e s y s t e m f i n a l l yi t g e t sa t ) p l i c a t i o n so f f u z z yt h e o r yo ne x p e r ts y s t e mo f r e m o t ed i a g n o s i so f n c m a c h i n e e x p l a i n e db y c a s eo fc o m p u t e r f r o mt h ea s p e c to fs o f t w a r ei m p l e m e n t a t i o no fw h o l e s y s t e m ，i tm a k e sb s eo fw a y o fs y s t e m se n g i n e e r i n ga n dp r i n c i p l eo fs o f t w a r ed e s i g n ， c a r e f u l l yc a l v eu pm o d u l eo f f i m c t i o n i nt h ep r o c e s so f p r o g r a md e s i g n ，i th a sp a y a t t e n t i o nt oc o n t r o l l e v e l ，g o o dp r o l o n g a t i o na n df r i e n d l y i n t e r f a c e t h ea r t i c l ew h i c hi sb a s e do nt h e o r e t i c a li n v e s t i g a t i o na n dp r a c t i c a le x p e r i e n c eo f c r a f tb r o t h e r , b e s i d e se x p l o r e sa n dr e s e a r c hi n t h e o r i e s ，h a s d e f t r d t ei n n o v a t ea n d n 重庆大学硕士学位论文英文摘要 p r o l o n g a t i o n t h es y s t e mo fd e v e l o p e dh a sv e r ya c t i v e l yu s ef o ra d v a n c eo fs e r v i c e l e v e lo f e n t e r p r i s ea n dc a p a b i l i t yo f f a u l td i a g n o s e si na c t u a lu s i n g k e y w o r d s ：n cm a c h i n e ，r e m o t ed i a g n o s e s ，e x p e r ts y s t e m i u 重庆大学硕士学位论文1 绪论 1 绪论 1 1 数控机床故障诊断技术概述 现代数控机床是计算机、自动控制、自动检测以及精密仪器等高新技术综合 应用的产品，即机、电、液一体化，其自动化程度高，结构复杂，技术先迸，功 能强大，能够实现许多形状复杂、加工精度高的零件的自动化生产，能大大提高 生产效率，目前在许多企业都普遍应用了数控机床，其已成为生产中的关键设备。 这就奠定了它在国民工业生产中的重要地位。 任何一台数控机床都是个由机、电、液合为一体的过程处理器，因而就要求 它在工作过程中实施实时控制。任何部分的故障和失败都会造成机床停机，从而 造成生产停顿等带来的不必要的损失。尤其是数控机床在许多企业中都用于重要 的加工环节，一旦出现故障带来的损失必然很大。数控机床的故障多种多样。可 以根据故障出现的必然性和偶然性可分为系统性故障和随机故障；系统性故障是 指只要满足一定条件，就必然出现的故障；随机故障是指同样条件下，只偶然出 现的故障。可以以故障产生时有无自诊断显示来进行故障分类，这是因为现在的 数控系统都有较丰富的自诊断功能，但一般都是其c n c 系统自身的故障报警。还 可以以故障产生时有无破坏性来分为破坏性故障和非破坏性故障；破坏性故障是 指会产生时会对机床和操作者造成侵害导致机床损坏或人身伤害。还分为机床品 质下降故障，此类故障是机床可以正常运行，但表现出来的现象与以前不同，比 如噪声大、振动强等。最后故障还可分为硬件故障和软件故障等等。 与此同时，对其故障的诊断技术也得到了迅猛发展。由最初的基本故障特征 参量诊断：就是根据数控机床在各种工况下的振动、噪声、温度、油液、工作参 数、电磁辐射、气味、泄露等所有特征信息的综合分析来识别设备的工作状态、 故障类型和故障的严重程度的一项工作；其本质是一个包含信息采集、分析、识 别、综合和检验的过程。理论方法主要是基于傅立叶分析于时序模型的平稳振动 信号分析方法以及基于逻辑的诊断方法等。现代数学某些领域的迅速崛起以及理 论体系的日趋完善，也为故障诊断技术注入了新的内容，如模糊数学理论、模式 识别理论、专家系统技术、神经网络技术、概率统计等理论对故障诊断起到了极 大的推动作用。 目前，常见的诊断方式有以下4 种：离线监测与诊断方式、单机在线监测与 诊断方式、集中式在线监测与诊断方式、基于广域网的远程分布式监测与故障诊 断方式。尤其近年来，随着计算机网络技术和通讯技术的迅猛发展，远程诊断方 式受到越来越多学者和机构的研究。远程监测与诊断是计算机技术、通讯技术与 重庆大学硕士学位论文1 绪论 故障监测诊断技术相结合的一种设备故障诊断方法。科研力量较强的大专院校和 科研机构建立远程故障诊断中心，通过在一些关键设备上建立监测点，实时采集设 备运行的状态数据，能应用系统的分析理论、模型、方法、实验手段对设备的故 障机理进行分析、数学仿真和实验验证，对故障产生的机理、影响因素及其相互 关系进行深入的分析研究，找出问题之所在。另一方面，诊断中心可提供更为先 进全面的分析诊断方法、故障知识和故障处理方法，为设备故障诊断，特别是疑 难故障和新出现的故障的诊断提供技术、方法、信息和知识上的强有力的支持。 只有这样，才能实现高水平的诊断和处理。还有在故障发生之后，远离现场的专 家没有必要在工作地点和故障发生地之间来回奔走，可以直接通过信息交流而不 是人员交流来解决现场的故障问题，如果问题重大复杂，也可以及时掌握情况。 一方面避免了不必要的浪费，另一方面提高了工作效率，因而具有特别重要的意 义。 l ，2 国内外研究现状 远程协作诊断研究工作最开始是从医学领域开始的，1 9 8 8 年开放式远程医疗 系统的概念在美国被提出。作为一个开放式远程医疗系统，它的功能主要包括有 远程诊断( r e m o t ed i a g n o s i s ) 、专家会诊( c o n s u l t a t i o no fs p e c i a l i s t s ) 、信息服务 ( i n f o n - n a t i o ns e r v i c e ) 、在线检查( o n l i n ee x a m i n a t i o i l ) 和远程学习( r e m o t e s t u d y i n g ) 。并在其各个州、各个城市和各大医院都建有各种远程医疗系统。1 9 9 5 年1 月，美国饿克拉荷马州的远程医疗系统投入使用，它把5 4 家乡村医院与州中 心医院联系在一起，通过计算机网络把各种临床评价检验结果送到州中心医院诊 断，保证病人到任何乡村医院都能得到专家级别的服务。 设备故障诊断与人类的疾病诊断是很类似的，从技术层面说都是可行的，医 疗系统的远程故障的系统结构方式、数据传输方法以及实现形式都可以被远程设 备故障诊断所借鉴。但由于以前重视的程度不够和投入的资金，人力不足，工业 领域的远程诊断工作进展缓慢。 直到信息高速公路的快速发展，带给制造业制造技术和组织模式以深远的影 响和一场新的革命。企业纷纷注重对设备的维护。1 9 9 7 年1 月，首届基于因特网 的工业远程诊断研讨会由斯坦福大学和麻省理工学院联合主办。参会代表来自3 0 多个公司和研究机构，并很快建立了一个限于合作者之间的远程诊断示范系统。 另外许多国际组织也纷纷开始通过网络进行设备故障诊断咨询和技术推广工作， 如m i m o s a ( m a c h i n e r yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to p e ns y s t e m sa l l i a n c e ) 、s m f p ( s o c i e t y f o r m a c h i n e r y f a i l u r e p r e v e n t i o n t e c h n o l o g y ) 等等。不少大公司在他们的 产品中加入了因特网功能，其中如美国的b e n f l y 公司所开发的d a t am a n a g e r 2 0 0 0 重庆大学硕士学位论文1 绪论 就是一个完善而先进的系统，可以通过该系统的网络动态数据交换( n e t d d e ) 的 方式向远程终端发送设备运行状态信息。还有美国n a t i o n a li n s t r u m e n t s ( n i ) 公司 的产品l a b v i e w 中新增加了与因特网连接的接口，可以通过w w w e m a i l f t p 方式 发送测试信息数据，以实现了远程的设备状态监测与诊断。 以前在我国，网络的应用一般局限于企业内部和与i n t e m e t 的连接，缺少企业 间横向的联系。现在随着国内计算机产业快速发展、普及；以及国家8 6 3 计划的 推动，许多设备制造企业进行了以信息技术为基础的改造，已具备了实现远程故 障诊断的硬件基础。 不少科研机构和企业也集中精力进行设备远程诊断领域的研究，其中包括华 中科技大学、东南大学、哈尔滨工业大学、上海交通大学等等国内著名高校，也 取得许多实际应用的成果。华中科技大学在国家“九五”科研项目的资助下，建立了 设备故障远程诊断中心。该中心可以在i n t e m e t 上为用户提供远程信号采集，信号 分手厅，和故障诊断服务。东南大学研制的基于c l i e n t s e r v e r 模式的大型旋转机械远 程故障诊断系统r m r d s ；该系统主要利用计算机网络实现了对多用户的异地诊断 服务。还有北京轻工业学院开发的电梯远程监测及故障诊断专家系统。在数控设 备故障诊断领域，北京工业大学与北京第一机床厂也联合合作对数控机床远程故 障诊断进行了相关研究，并取得了相应成果。 1 ，3 课题的来源、背景、意义及研究内容 l ，3 1 课题来源、背景、意义 随着科技的进步及生产的发展，各种先进的数控设备不断应用到生产领域。 这一方面提高生产效率，另一方面又给设备维护带来了困难。流水线上的关键生 产设备的长时间停机将给生产带来巨大的损失。为了将这种损失减少到最低， 方面必须提高生产设备的可靠性，另一方面可以通过尽量缩短设备故障诊断和维 修时间来实现。生产设备的可靠性不论有多高，其发生故障都是不可避免的，因 此用户最关心的还是在设备信息出现故障征兆时如何提前对其进行在线诊断和发 生故障之后如何及时对其进行维修等。由于数控机床的故障的复杂性，用户自身 很难进行维修，这就要求设备制造企业对其所生产的设备及售出的产品能够提供 快捷的服务和技术支持，并能对产品的故障提供及时、灵活的在线维修。传统的 售后服务及故障诊断模式现在看来既不能满足用户的要求，同时又给企业带来巨 大的经济负担。传统的方式需要大量的设备维修技术人员，另外，由于机床行业 不同于家电产品的生产企业，企业内部用于设备维护的专业技术人员相对较少， 不可能象后者那样在全国各大中城市设立维修点或技术服务部门，而只能差遣技 术人员到现场进行服务。这既需要大量的旅差费开支，同时又需要较多的有经验 重庆大学硕士学位论文1 绪论 的技术人员。当设备出现故障时，由于地域的原因专家往往无法及时到达故障现 场，也就无法了解设备当时的实际运行情况和现场的基本参数，这不仅给诊断带 来了困难也给用户带来了巨大的经济损失。而增加有丰富维修经验的技术人员的 费用对于中小企业而言又是一个沉重的负担。 另外信息技术的快速发展，为制造业带来一场深远的革命；工业信息化已成 为全球经济强国发展的重心。用信息技术改造传统产业及产品也已经作为我国十 五期间重点支持的领域和方向，信息技术在传统的机械产品上的应用无疑将会对 提高企业产品的市场竞争能力起到非常重要的作用。对于数控机床这样的国家工 业的基础设备，信息化更是其未来发展的一个重要方向。同时随着我国经济的快 速发展，市场的节奏也越来越快。大型社会性突发事件会严重妨碍企业的正常经 营，如何预防未来此类事件，降低其所造成的损害，减轻经济损失，已不仅仅只 是国家、。社会考虑的问题，也成为作为社会的个体企业必须面临的一个迫切 的问题。尤其是2 0 0 3 年非典事件给我国造成的巨大损失也正好表明，列用信息技 术可以从各方面有效地减少企业损失。 本课题是来源于贵州险峰机床公司与重庆大学合作的“数控机床远程服务与 故障渗断”的实际科研项目，该项目正是该企业在上述时代背景下，为了适应市场 未来发展的需要，提高企业自身的产品的竞争能力，与高校科研力量结合，弥补 自身技术力量不足的未来发展战略的需要。 1 1 3 2 课题的研究内容 本课题研究以险峰的大型数控轧辊磨床和企业实际应用为基础，在国内外研 究的成果上，利用最新的故障诊断技术、计算机技术、网络技术以及数据库基础 知识构建一套完整的数控机床远程故障诊断与服务系统，并建立“数控机床远程诊 断服务与故障诊断中心”。具体包括以下内容： 数控机床的远程故障诊断与服务系统的网络解决方案 通过对目前现有的网络技术、计算机技术、数据库技术等软硬件技术进行深 入探讨，再结合险峰机床厂自身的维修体制和技术实力，研究整个系统的实现方 法，再分别确定系统的各个组成模块。 1 ) 确定远程故障诊断与服务系统的模型和网络数据传输方式。 2 ) 建立故障维修信息管理子模块 3 ) 建立故障信号诊断专家系统子模块 有关本部分的详细内容请参见第二章、第三章的相关部分。 分析系统中的故障维修信息管理的具体实现方法和其中应用的关键技术。 有关本部分的详细内容请参见第四章的相关部分。 对故障信号诊断专家系统进行了详细讨论。由于我们对数控机床的故障诊 4 重庆大学硕士学位论文l 绪论 断主要是侧重于分析其机械故障所产生的振动信号。因此首先详细讨论了故障诊 断中信号分析技术的应用，并应用模糊数学理论于专家系统中对故障信号进行推 导，诊断。 有关本部分的详细内容请参见第五章的相关部分。 在理论分析的基础上，基于面对对象开发的编程思想，利用v i s u a lc 抖编 制成完整的成套软件，整个软件应做到功能强、操作方便、运行可靠、界面友好。 有关本部分的详细内容请参见第六章的相关部分。 重庆大学硕士学位论文2 系统网络体系的构建 2 系统网络体系的构建 2 1 基于网络的远程故障诊断与服务系统的基本原理 2 1 1 远程诊断与服务系统的基本结构 远程诊断与服务系统基本上由三部分组成：即客户端、数据传输网络、远程 诊断服务中心。系统的客户端可以连续获取设备的实际运行数据，在现场诊断或 远程中心进行设备运行状态监测、故障诊断、设备的管理和控制。系统可通过网 络把数据分析结果传送到设备现场，也可通过网络把数据传送到远程中心作进一 步的分析判断；同时远程中心可以与企业的m i s 系统对接，对售后服务达到良好 的管理作用。 客户端。客户端的组成一般包括了传感器系统、数据采集监测系统、智能 诊断与预测维护软件系统等。采集的各项数据可以通过网络实时送往远程数据库 服务器或自动记录保存为文件，以便离线诊断。数据库服务器同时对外提供采集 数据w e b 访问服务。安装有诊断软件的诊断工作站可从数据采集监测系统上获取 数据并完成故障诊断以及历史数据的各种查询与分析，为企业内部基于i n t e m e t 的 信，魁管理系统以及远程诊断服务中心提供基本的诊断结果信息。本地数据库服务 器同时对企业内部、远程诊断中心w e b 站点提供机组数据。 数据传输网络。在整个数据通讯网络系统中，客户端可以是单台机床；也 可以是一个企业自身的局域网系统，该系统可由网线、网卡以及m o d e m 和电话线 组成，借助于i n t e r n e t 与诊断中心服务器互连，因此具有很强的开放性和扩展性。 作为传送数据的中介，它在整个系统中起着非常重要的作用。选择良好的传送网 络平台直接决定了故障诊断的准确性和及时性。为了解决系统中大量数据的实时 传输问题，可利用t c p i ps o c k e t 网络接口建立基于客户朋艮务器的数据传输模式。 数据采集系统作为t c p i ps o c k e t 按口的客户端，负责与服务器的连接并把数据上 传；数据库服务器作为t c p i ps o c k e t 接口的服务器端，随时等待客户端连接并做 相应处理。企业内部数据库服务器或w e b 服务器与远程诊断中心之间的数据传输 也可以采用同样的方法。 远程诊断服务中心。设在科研机构或企业的远程诊断与服务中心是诊断技 术和服务功能的集合，它可以采用浏览模式提供用户查询、提问等各种服务，或 是接受客户传送的数据。该中心必须由性能优异的软硬件组成，可提供各种分析 和诊断的新理论、新方法和新软件。诊断服务中心可以提供以下服务： 1 ) 设备诊断专家系统。通过网上动态交互软件，使授权企业用户可以根据故 障信息查询诊断中心的专家知识库，从而获取自己所需要的信息。用户使用w e b 6 重庆大学硕士学位论文2 系统网络体系的构建 测览器诊断中心站点，通过专家系统网页提交自己的请求信息，由诊断中心进行 分析并将结果反馈给用户。 2 ) 实现基于i n t e m e t 的远程数据文件的传输。 3 ) 提供诊断方法软件。诊断中心拥有丰富的诊断知识并以分析软件的形式提 供。 4 ) 数据库系统。数据库包括设备状态的历史数据库、专家系统知识库、维修 数据库、数控指令库等，数据库的实现与管理关系到系统中数据共享的程度。数 据库系统应具有良好的安全性，操作性，和开放性。数据库中的信息来自于用户 方，设备生产部门，维修中心等。这些信息先要经过分类处理，由技术中心的工 作人员保存到信息库中，接下来就可以实现诊断服务的各项功能。 系统的模型图如下： 客户端 远程诊断与服务 中心 图2 1 远程诊断与服务系统模型图 f i g 2 1m o d e lo f r e m o t ed i a g n o s i sa n ds e r v i c es y s t e m 2 1 - 2 远程诊断与服务的基本模式 远程诊断与服务系统的运行模式一般有两种，即在线诊断和离线诊断。 在线诊断模式。在线诊断模式是指当设备故障发生后，现场监测人员通过 计算机网络联系远程诊断中心，联系专家。专家与用户通过视频、音频等多媒体 技术实时进行信息交流，通过网络，观察故障现象和故障的信息数据，共同进行 讨论，然后给出诊断意见。 离线诊断模式。离线诊断模式是指设备故障发生后，现场用户将设备故障 的各项状态信息通过一定的方式传递给异地的诊断专家与服务中心，在该中心进 行故障信息的分析，并在一定时间内汇总各个专家的意见，最后给出诊断意见。 重庆大学硕士学位论文2 系统网络体系的构建 2 2 系统的网络的实现方案 2 2 1 网络化系统的实现技术 我们要实现的远程故障服务与诊断系统首先是基于网络的，网络化系统的模 型有三种：p p 、c s 、b s 。p p ( 点到点) 模型是一种对等的结构，位于网络端点 的各终端在地位上是平等的，它们仅仅通过网络实现数据共享，数据各自保存， 它的问题在于无法实现较大规模的协同管理以及设计信息的安全性管理。c s ( 客 户服务) 针对p p 的弱点，提供数据的集中管理，它的特点是异地设计网络端点 有主次之分，由位于高级地位的服务器为居于低级地位的客户端提供集中信息服 务以及其他相关功能。这种结构比较适于局域网运行环境，得到了广泛的引用。 这种模式将应用一分为二，服务器负责数据管理，客户机完成与用户的交互任务。 c l i e n t s e r v e r 具有强大的数据操纵和事务处理能力，以及数据的安全性和完整性约 束。b s ( 浏览器朋匪务器) 模式是基于i n t e m e t 网络环境下的应用，也就是在企业 的内部网络基础上采用t c p i p 协议标准昶w e b 信息服务应用以及连接数据库等服 务应用。它以w e b 为基础，支持多种硬软件平台，统一的浏览器界面操作简单。 三矛 l 结构模型如图2 2 所示： 蜘f n r t 日脯i n b li 硝】 雷垦 圜惑蓦器器盈豳 ，i 一 囊卑每壶 图2 2 网络结构模型图 f i g 2 2m o d e lo f n e t w o r kf r a m e 矾丁b s e p c o r h t a t l o n p c 显然p p 对等结构是无法满足我们远程故障诊断与服务系统的要求的，而目前 其应用较广的是c s 与b s 两种结构模型。 2 2 2c s 与b s 体系结构比较 c l i e n f f s e r v e r 体系结构 在c l i e n t s e r v e r 系统中，将应用程序分为两大部分：一部分是由多个用户共享 的信息与功能，此部分称为服务器部分；另一部分是为每个用户所专用，称为客 户部分。客户部分负责执行前台功能，如管理用户接口、数据处理和报告请求等。 丽服务器部分执行后台服务，如管理共享外设、控制对共享数据库的操纵、接受 重庆大学硕士学位论文2 系统网络体系的构建 并应答客户机的请求等。这种体系结构将一个应用系统分成两大部分，由多台计 算机分别执行，使它们有机地结合在一起，协同完成整个系统的应用，从而达到 系统中软、硬件资源最大限度的利用。由于c l i e n t s e r v e r 结构被设计成两层模式， 显示逻辑和事务处理逻辑部分均被放在客户端，数据处理逻辑和数据库放在服务 器端，从而使客户端变得很“胖”，成为胖客户机，而服务器端的任务则相对较轻， 成为瘦服务器。c s 体系结构如图2 3 所示。 客户机服务器 图2 , 3 c i s 结构模型图 f i g2 , 3m o d e lo f c s 钿n e c l i e n t s e r v e r 最典型的应用是数据库技术。在一个c l i e n t s e r v e r 数据库系统中， 应用被分成两个部分，数据库应用程序运行在前端，负责用户界面和i o 处理； d b m s 部分运行在s e r v e r 后端。目前c l i e n t 端常见的开发工具有p o w e r b u i l d e r 、 v i s u a lc 十+ 、v i s u a lb a s i c 、j a v a 、d e l p h i 等等，s e r v e r 一般可用o r a c l e 、s q ls e r v e r 、 s y b a s e 等大型数据库系统。 b r o w s e r s e r v e r 体系结构 b r o w s e r s e r v e r 的体系结构本质上也是一种c l i e n t s e r v e r 结构，它是一种由传 统的二层c l i e n t s e r v e r 结构发展而来的三层c l i e n t s e r v e r 结构在w e b 上应用的特 例，即浏览器w e b 数据库服务器( b r o w s e r w e b s e r v e r ) 的三级c l i e n t s e r v e r 结构。 三层的b r o w s e r s e r v e r 体系结构是把二层c l i e n t s e r v e r 结构的事务处理逻辑模块从 客户机的任务中分离出来，由单独组成的一层来负担其任务，这样客户机的压力 测览器w e b 服务器数据库服务器 图2 4 b s 结构模型图 f i g 2 4m o d e lo f b sf r a m e 9 重庆大学硕士学位论文2 系统网络体系的构建 大大减轻了，把负荷均衡地分配给了w e b 服务器，于是原来的两层的c l i e n t s e r v e r 结构转变成三层的b r o w s e r s e r v e r 结构。这种三层体系结构如图2 4 所示： 由于客户机把事务处理逻辑部分分给了功能服务器，使客户机一下子“苗条” 了许多，不再负责处理复杂计算和数据访问等关键事物，只负责显示部分，从而 使之变成一个简单的图形交互工具。在b r o w s e r s e r v e r 的系统中，用户可以通过浏 览器向分布在网络上的许多服务器发出请求。b r o w s e r s e r v e r 结构极大的简化了客 户机的工作，客户机上只需安装、配置少量的客户端软件，服务器将负担更多的 工作，对数据库的访问和应用程序的执行将在服务器上完成。 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 的比较 1 ) 开发和维护成本 c l i e n t s e r v e r 开发和维护成本较高。对不同客户端要开发不同的程序，编程工 作量较大。如果应用程序要进行安装、修改和升级，均需要在所有的客户机上进 行，复杂面又麻烦。对于b r o w s e r s e r v e r ，只需要在客户端安装通用的浏览器。在 服务器端，应用可为i n t e m e t i n t r a n e t 上的任何授权用户所使用。所有的维护与升 级工作都是在服务器上执行的，不需对客户端进行任何改变，故而大大降低了开 发和维护的成本。 2 ) 客户端负载 c l i e n t s e r v e r 的客户端具有显示与处理数据的功能，负载过重，成本增加。应 用系统的功能越来越复杂，客户机的应用程序也变得越来越庞大，客户端也越来 越胖”，而不断地提高客户机的配置，又加重了投资的成本。b r o w s e r s e r v e r 的客 户端把事务处理逻辑部分分给了功能服务器，不再负责处理复杂计算和数据访问 等关键事务，只需要进行显示，使客户机变得很“瘦”。 3 ) 使用的标准 c h e n t s e r v e r 所采用的标准只在内部统一，其应用通常是专用的。 b r o w s e r s e r v e r 所采用的标准都是开放的、非专用的，是经过标准化组织所确定的 而非单一厂商所制定，保证了其应用的通用性和跨平台性。 c f i e n t s e r v e r 与b r o w s e r s e r v e r 的结合使用 与c l i e n t s e r v e r 相比，b r o w s e r s e r v e r 体系结构在许多方面的确占有很大的优 势。然而，由于目前b r o w s e r s e r v e r 开发工具的不成熟性，其在灵活性、安全性、 效率等方面仍存在很多问题。 1 ) b r o w s e r 主要用于信息查询，而不是信息处理，它在接受数据的大规模的 输入的应用上功能不足。 2 ) b r o w s e r 强调开放性，信息对用户是全透明、共享的。这与数据库中强调 数据安全、权限控制、角色分配是矛盾的。 l o 重庆大学硕士学位论文 2 系统网络体系的构建 3 ) 在w e b 上可供查询的文档大部分是静态的文档。虽然最近几年来随着f l a s h 等工具的大量使用，但其还是无法实现客户端的图形三维实时变化显示效果。 基于这些因素，在目前阶段c l i e n t s e r v e r 模式与b r o w s e r s e r v e r 模式相结合不 失为一种解决问题的好方法。在我们后面的系统方案的设计中，就采用了这两种 模式相结合的方法。 2 - 2 3 网络数据传输方案 随着现代网络通讯技术发展的一泻千里，在我国目前可供实施的数据网络传 输方案也有很多选择，比如p s t n 、i s d n 、a d s l 、f t t x + l a n 、d d n 、a t m 等 数据网络传输技术。这些数据传输技术根据其发展的时间不同，原理不同，所以 性能与价格也不一样。根据一个实用系统的不同要求，而不仅仅要考虑数据传输 方案速度快传送量大的技术指标这一点，则必须充分考虑其性价比，在尽可能的 满足功能的前提下，降低其运行成本。 现分别简要介绍这些技术如下： 1 p s t n p s t n 即公共开关电话网络( p u b l i cs w i t c h e dt e l e p h o n en e t w o r k ) 的缩写；它 是目前普及程度最高、成本最低的公用通讯网络，其主要功能是实现声音通讯， 也就是我们最常见的打电话，它在网络互连中也有广泛的应用。电话网络的应用 般可分为两种类型，一种是同等级别机构之间以按需拨号( d d r ) 的方式实现互 连；一种是i s p 为拨号上网为用户提供的远程访问服务的功能，就是我们平常所 说的拨号上网。其通讯也就是通过一根普通的电话线实现的。 2 ，i s d n i s d n 即窄带综合服务数字网( i n t e g r a t e ds e r v i c e sd i s t i ln e t w o r k ) 的缩写； 其又名“线通”。顾名思义，就是能在一根普通电话线上提供语音、数据、图象等 综合性业务。并可连接8 台终端或电话，有2 台终端( 例如：一部电话、一台计 算机或一台数据终端) 可以同时使用。 3 a d s l a d s l 是d s l ( 数字用户环路) 家族中最常用，最成熟的技术，它是英文 a s y m m e t r i c a ld i g i t a ls u b s c r i b e rl o o p ( 非对称数字用户环路) 的英文缩写。它是运 行在原有普通电话线上的一种新的高速，宽带技术。所谓非对称主要体现在上行 速率( 最高6 4 0 k b p s ) 和下行速率( 最高8 m b p s ) 的非对称性上。 它的特点是直接利用现有用户电话线实现宽带接入，节省投资：安装简单，不 影响现有装修：独享带宽，线路专用。 4f t t x + l a n f t t x 是光纤到路边、到小区、到大楼( f n 、f t t z 、f t t b ) 的总称，l a n 重庆大学硕士学位论文 2 系统网络体系的构建 指局域网。f t t x + l a n 是一种光纤+ 局域网的宽带接入方案，在光纤n d , 区基础上 利用局域网通过5 类数据线，采用共享机制的以太网交换技术向用户提供高速上 网等业务。小区交换机通过光纤与局端交换机相连，小区内需要进行综合布线。 网络投资小，可扩展性强，比h f c 、a d s l 等其他宽带技术更具竞争力，是目前 国际最新潮流的最佳接入方式，也适合我国国情，是宽带接入网的出路所在，适 用于住宅小区、集团用户、智能大厦、写字楼、酒店、院校。 5 d d n d d n 即d e f e n s ed a t as e r v i c e ( 数字数据服务) 的英文缩写。利用光纤、数字 微波和卫星、数字传输通道提供永久或半永久连接电路，以传输数据信号为主的 高质量数字传输网络。 d d n 其业务功能包括有：提供点对点通信、点对多点通信、轮询通信、帧中 继和话音传输。其特点为：优质高效的传输质量：d d n 节点采用数字时分复用 技术，交叉连接技术，可以直接传送高速数据信号。各级d d n 节点、m o d e n 设 备具有统一的时钟同步信号，确保各节点在实现互连电路的转接、分支时协调工 作，避免出现失步状态，造成数据的定期丢失或重复现象。保证带宽，网络实 时睦：d d n 信道固定分配，用户信息是根据事先约定的协议，在固定的通道的带 宽和预先约定的速率的情况下顺序连接传输，因此只需要按时隙识别通道就可以 准确地将数据信息送到目的地，从而免去了目的的终端对信