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典型产品的工程数据管理系统的研制摘要现代产品设计制造过程中，工程数据库显的日益重要。在产品的设计制造过程中，会产生大量的工程数据，这些数据类型复杂，其中有比较结构化的类型。也有非结构化的数据，其中有的数据是静态的，还有的数据是动态的。工程数据库的作用就是管理这些复杂的数据，为产品的整个生命周期服务。因而，开发出实用高效的工程数据库管理系统就极为重要。作为数字化产品概念设计项目的子课题，本课题最后以缝纫机为产品实例，利用x m l技术、实例推理技术和网络技术开发出一个实用的工程数据库管理系统。在本课题中，解决了一些复杂工程数据的处理问题，并实现了工程数据库管理系统的跨平台化和网络化。关键词：工程数据库；x m l ：j a v a ：w e b 服务：缝纫机t h er e s e a r c ho ne n g i n e e r i n gd a t a b a s em a n a g e m e n to ft y p i c a lp r o d u c ta b s t r a c te d b ( e n g i n e e r i n gd a t a b a s e ) p l a y sa l li m p o r t a n tr o l ei nt h ep r o d u c td e s i g n sa n dm a n u f a c t u r eo r o c e s s e s ，am a s so fc o m p l e xd a t aw i l lb eg e n e r a t e di np r o d u c tm a n u f a c t u r ep r o c e s s ，s o m eo ft h e ma r es t r u c t u r e d ，w h i l es o m ea r en o t ；s o m eo ft h e ma r es t a t i c ，w h i l es o m ea l ed y n a m i c t h er o l eo fe d bi sm a n a g i n gs u c hc o m p l e xe n g i n e e r i n gd a t aa n ds e r v i n gt h ew h o l ep r o d u c tm a n u f a c t u r i n gc y c l e a sac h i l di t e mo fd i g i t a ld e s i g np l a o c o r 州s u p p o r t i n gc o n c e p t u a ld e s i g np r o j e c t ，t h i sp a p e rd e v e l o p e dau s e f u le d bm a n a g e m e n ts y s t e mt a k i n gs e w i n g - m a c h i n ea ss a m p l e ，u t i l i z i n gx m l 、c b ra n dn e t w o r k i n gt e c h n o l o g y t h i sp a p e rr e s o l v e ds o m ei s s u e so f c o m p l e xt y p ed a t am a n a g e m e n t ，p l a t f o r m c r o s s i n ga n dn e t w o r k i n gc o m p u t i n g k e y w o r d s ：e n g i n e e r i n gd a t a b a s e ；x m l ；j a v a ：w e bs e r v i c e s ；s e w i n gm a c h i n e声明北京服装学院学位论文独创性声明y ，7 1 8 9 j 1 6本人声明所呈交的学位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。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京服装学院或其他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地说明并表示谢意。学位论文作者签名：堇堑盐签字日期：2 0 0 5 年三月三日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京服装学院有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权北京服装学院可以将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、汇编学位论文。本人签名：重堑拄签字日期：2 0 0 5 年三月三日导师签名：型立监签字日期：2 0 0 5 年三月3r北京服装学院硕士学位论文第一章绪论1 1 课题的意义随着计算机技术的发展，计算机的应用已从初期的以科学计算为主逐渐发展为以数据处理为主。计算机在制造业中的应用已从单一的计算机绘图发展到应用c ad c a m进行新产品全过程开发的集成技术，以信息流驱动产品生命周期的全过程，并逐步走向cim s 。在c a d c a m 系统的设计、分析、制造等过程中，都要查阅、运用各种标准、规范等相关资料，并产生各个阶段的结果数据信息，这些资料和结果数据信息统称为工程数据，主要包括产品设计数据、产品模型数据、绘图数据、工艺2 h i 数据、材料数据、测试数据、管理信息数据和各种手册、标准等通用型数据，内容极为广泛。其表现形式除了数据文字信息外，还包括大量的几何图形信息，与事务型管理领域中的文字性相对单一、呈静态的数据类型相比，其特点是数据量大、种类多、结构复杂、在整个生产过程中动态变化。对这些数据如何进行管理，直接影响cad cam 系统的应用水平。在cad ca m 的发展过程中，数据处理经历了程序数据、数据文件、商用数据库系统等几个阶段。由于程序数据和数据文件存在程序庞大、数据冗余、缺乏数据独立性、修改困难、共享能力差、不能统一管理数据、难以保证数据的完整性和安全性等缺点，人们发展和采用了以统一管理和共享数据为主要特征的数据库系统。而在cad cam 系统中，希望能够利用数据库技术有效地管理工程应用中所涉及的图形、图像、声音等更加自然的信息形式，这是现行的主要以满足事务管理要求的商用数据库难以适应的，因此，就出现了工程数据库的概念。所谓工程数据库，是指能满足人们在工程活动中对数据处理要求的数据库。理想的cad ca m 系统，应该是在操作系统支持下，以图形功能为基础，以工程数据库为核心的集成系统，从产品设计、工程分析直到制造过程中所产生的全部数据都应维护在同一个工程数据库环境中。由于对真正的工程数据库的功能和性能要求都是非常高，并且工程数据库的设计开发与一般的商业( 一般是关系数据库) 数据库开发有很大的区别。鉴于现在市场上还没有使用广泛、通用、可以符合各种工程要求的商业化工程数据库，因此开发出实用稳定的工程数据管理系统有很大的现实意义。而结合现阶段刚刚出现的一些网络技术，数据处理技术，则使得以此为课题有着一定的可研究性和前沿性。1北京服装学院硕十学位论文本课题是北京市教委科技发展计划项目“支持概念设计的典型产品数字化设计平台的研究与开发”的一部分，其中总体框架和计算机辅助产品造型方面的工作已经基本完成。该平台系统包含了设计风格知识库、市场调研数据库、方法库、图形库以及各种评价数据库等各种类型的数据库。这些数据库的存储信息量大，类型复杂，除了常见的一些基本类型之外，还有格式严格或不太严格的文档、半结构化格式数据、二进制图形格式以及一些c a d 领域中常见的几何图形数据等等。因此，一般的关系数据库( 即使是最好的) 已经无法直接完全满足要求。因此，本课题利用x m l ，j a v a 和网络计算等技术来实现工程数据管理系统的开发，以实现管理系统具有跨平台和网络化功能，并达到能够方便地对数据进行管理的目标。1 2 相关研究概括目前来说，对于工程数据库管理系统的开发主要有三种方案“3 ：1 开发专门的数据库管理系统并在此基础上建立数据库，由于该数据库管理系统是针对专门的问题领域设计的，因此，此方案的效率很高：可是，由于同样的原因，该系统的通用性必然较差，而且由于不能利用成熟的数据库管理系统，大量的管理功能必须自己开发，因此性能和可移植性等多方面都不会十分令人满意。2 利用成熟的关系数据库管理系统，结合特定系统的具体问题，对关系数据库管理系统进行扩充，使其支持广泛的数据类型，并能根据具体问题进行修改和扩充，以适应特定环境的要求。该方案的缺点是效率不如第一种方案高，但是比较容易实现和开发，是一种比较折衷的方案。3 开发全新的通用数据库管理系统。采用这种方案，可以采用面向对象思想，引进多媒体技术，人工智能等最新技术和思想，开发新一代的数据库管理系统。无疑，此种方案可能会创造出一种非常好的数据库管理系统，但是，这方面的理论还不太完善，需要集中大量的人力和物力。比如浙江大学以及其他几个科研单位也相应地开发了一些比较专业的工程数据库系统，例如面向对象的o s c a r i i ”1 。不过由于种种原因，比如对象理论的不成熟( 即使一些厂商已经迫不及待的呼吁让对象数据库代替关系数据库) ，导致纯面向对象数据库的发展和推广受到了一定的限制。还有国外开发的一些面向对象数据库系统，比如完全支持x m l 的x m l 原生数据库( n a t i v ex m ld a t a b a s e ) x i n d i c e 等”。2北京服装学院硕士学位论文原生x m l 数据库是一种类型比较新的数据库，该数据库的最大优点就是，开发人员再也不用为程序中的x m l 数据映射到数据库而烦恼了，不过这种数据库并不是适合所有的场合，在查询语句和性能等方面都还不很完善。该种数据库数据存储格式就是x m l ，查询方法有x p a t h ，x q l 等等多种方式。还有的科研机构开发了对象一关系数据库，这种数据库内核是关系数据库，但是又同时拥有面向对象的特征，也就是所谓的o r d b m s ，最典型的就是加州大学伯克利分校丌发的p o s t g r e s q l 系统“1 。p o s t g r e s o l 是一个自由软件( 即拥有c o p y l e f t 版权的软件“1 ) ，该软件支持用户自定义复杂数据类型以及相应的操作，支持x m l ，性能也可以和成熟的商业数据库匹敌。对象一关系数据库是一种非常实用的数据库，事实上，目前的一些主流商业关系数据库，如o r a c l e 等，都具备了一些面向对象的特征，因此也可以称为对象一关系数据库。这种数据库可以充分地吸取多年来对关系模型研究的经验，同时被许多数据库研究专家看好。1 3 本课题研究目标及内容本课题系统采用关系数据库作为底层数据库支持系统，扩充数据类型，通过引进面向对象等思想，并引进实例匹配搜索和网络计算等技术，使本系统在整个概念设计平台中实现工程数据的定义、删除、修改、存储、查询和导航等功能，保证数据的一致性，完整性和安全性，达到了工程数据库的集成化和网络化的要求。针对工程数据的类型复杂和动态性，如大量的二迸制数据、图形等数据：还有难以表达的数据，如代数表达式；还有动态改变的复杂数据，如产品实例数据。本课题采用了x m l 技术来表达和处理复杂、半结构化的数据，在系统中，采用了w 3 c ( 万维网联盟) 的标准m a t h m l 来处理方法库中的代数表达式。本课题利用面向对象的方法来处理和应用产品的实例数据，实现实例的搜索匹配和多指标模糊评价功能。在目前复杂的商业环境中，应用系统的跨平台性和可移植性显的日益重要，因为一个企业系统中的计算机环境常常是异构的，比如操作系统就可能有好几种，有w i n d o w s平台的，有u n i x 系列平台的，数据库也可能有不同厂商的产品。如果一个应用系统没有比较好的跨平台和可移植能力，那么该应用系统的使用就会受到很大的限制。一些企业的信息管理系统也是比较复杂的，比如有的企业管理系统是基于m i c r o s o f t n e t 平台北京服装学院硕十学位论文的，有的是基于s u nj 2 e e 平台的，开发出来的工程数据库管理系统如何与这些现存的不同平台的信息管理系统进行耦合和通讯就成了一个棘手的问题。总之，要使得开发出的系统具有较强的跨平台性。为此本课题采用了j a v a 来开发工程数据库管理系统，由于j a v a 虚拟机在目前的绝大多数操作系统上都可以运行，因此，j a v a 开发的应用系统在不同的操作系统中移植就显地很容易，此外，由于j a v aj d b c ( 通常被认为是指j a v ad a t a b a s ec o n n e c t i v i t y 的缩写，其实只是一个商标名) 技术，使得j a v a 数据库应用系统可以很轻松地跨越不同的数据源。为了使本课题开发的系统可以和其它不同平台的应用系统进行通讯和耦合，系统也采用了基于s o a p ( 这是一个会引起歧义的名字：简单对象访问协议) 的w e bs e r v i c e s ( w e b 服务) 技术，利用w e bs e r v i c e s 技术，就是利用y a t l 作为数据格式，采用s o a p 和h t t p 等作为传输协议，进行松耦合的r p c ( 远程过程调用) 。这样，n e t 或j 2 e e等系统都可以在w e bs e r v i c e s 这一层面上统一起来，这就好比国际互联网上的t c p i p协议起的作用一样。最后，系统还建立了基于互联网络的异地典型产品评价系统，用户可以向专家发出评价邀请，专家可以在异地远程对方案进行评价。在目前的计算环境下，应用系统的网络性已经是非常重要，这可以使得用户在不同的地点，分布式的使用系统，本课题系统采用b s ( 浏览器i l l 务器) 模式的三层构架模式，采用j a v ab e a n ( j a v a 组件) 和j s p 技术实现逻辑业务和人机交互界面的设计。北京服装学院硕士学位论文第二章相关理论及应用2 1 实例推理( c b r ) 理论及其应用2 1 1 实例推理的思想在典型产品的设计制造过程中，常常需要运用以前设计制造过程中的历史经验，为了设计者可以更加方便地利用先前的经验知识，所以在工程数据库管理系统中建立实例数据库，这样就可以让设计者准确迅速地查阅和了解以前的设计经验，并且可以将自己的设计经验知识加入到数据库中，以丰富设计经验知识。这些都需要用到实例推理理论。基于实例推理( c a s e b a s e dr e a s o n i n g ) ，“1 是基于过去求解类似问题的经验获得当前问题求解结果的一种推理模式。这种方法利用过去的经历来理解新的问题，是近年来a i 技术中的研究热点。a i 工作者们已经将这种方法应用和推广于许多类型的设计问题，基于实例推理的方法作为一种广泛应用的c a d 研究领域的问题求解方法、手段，同其它智能c a d 方法相比，它是建立在这样一个认知模型基础之上：人类在解决一个问题时，总是借鉴于先前的某些经验，并由此引导新问题的解决过程。这种认知模型符合专家迅速、准确地求解新问题的过程，因而使之成为计算机辅助设计以及设计自动化领域中一种重要的思想和方法。与基于规则的推理相比较，c b r 是一种以完全不同方式运行的系统。过程如图2 一l 。图2 - ! 摹亍搴例堆翠苹耀基于规则推理在解决问题时，采用一个输入说明( 或者通过与用户对话得出一个输北京服装学院硕l 学位论文入说明) ，然后从规则库中将适宜的规则集联合起来，从而得到问题的解答。基于规则的系统存在一个不可避免的问题：规则库的建立和维护的复杂性。而在基于实例的系统中，实例库的建立相对于规则库的建立，则要具体、明确，容易归纳和整理。c b r 的基本原理是根据过去成功或失败的实例来推导出所求问题的解，系统首先要有一个实例库，以存储过去的实例，对于给定的新问题，系统将在实例库中搜索和匹配同新问题最相近的实例，一般很少有完全匹配的实例，但是实例库越大，完全匹配的概率就越大，找到最相近的实例后，做实例修正，以获得解，获得解后，可以将新的实例存入实例库。若匹配的实例为失败实例，则应进行实例修复，得到新解，将这种新解作为一个实例代替失败实例，因此c b r 始终能得到一个最类似解。对于大多数的c b r 研究，可以分成如下几个主要问题：1 ) 实例的表达( c a s er e p r e s e n t a t i o n )即实例是如何以计算机可以识别的方式来描述。首先，需要定义什么是实例：简单地说，实例是能导致特定结果的一系列特征，是形成问题求解结构的子实例的关联集合。实例表达的主要任务是确定适当的实例特征，包括领域专业名词的定义和借以解决问题的代表性实例的收集。2 ) 实例的索引( c a s ei n d e x i n g )确定在将来相似情形下，什么时候应该检索一个实例，即区分和标记一个实例与一个新问题比较时，哪些是主要方面或主要特征。3 ) 实例检索和选择( c a s er e t r i e v a l s e l e c t i o n ) 一旦实例表达和索引完成，就可以组织一个检索机构。其目的在于从实例库中找出与新问题最为接近的实例，该实例只有经过较少的修改就可以成为满足新问题的解。4 ) 实例的修改和调整( c a s em o d i f i c a t i o n a d j u s t m e n t ) 将检索到的实例进行调整，使之由原来的与当前问题大部分匹配到完全匹配。不过确定一种通用的实例修改方法还很难。5 ) 新实例的生成和实例库更新( r e s u l tv m i d a t i o n & c a s e l i b r a r yu p d m i n g ) 经过修改和调整的解是否符合问题的初衷，这一般需要进行评价，然后生成新的实例，存入实例库中。这也即为系统的开放性和自学习性。2 1 2 实例推理在工程数据库中的应用在工程设计领域，问题求解过程凭借经验并具有高度的设计和再设计的重复性。因此，设计专家在解决给定的设计问题时，经常调查相似的设计实例以得到启发和思路。工程设计领域中，设计常被归纳分类为三种：创新设计、变型设计和变参数设计。对于6! ! 蔓竖堑堂堕翌主兰堡堡兰一一创新设计而言，它是缺乏领域知识和问题求解规范、策略的，当然不可能有相近的实例。然而，工程问题中的绝大多数问题则是属于变型设计和变参数设计的。因此，c b r 在大多数的工程设计环境下是一种值得采纳和尝试的有力问题求解工具。c b r 理论在不同的具体的工程设计领域的应用都产生了具体的c b r 应用方法，它们是在c b r 理论基础上的实践。在c b r 的工程设计应用中，需要解决一系列的问题，这些问题可以分为两大类：表达和控制。表达问题包括：实例内容的选择、实例的表达方式、实例的索引方式、实例库的组织。控制问题包括实例的检索和匹配、实例的评价、解的评价。由于c b r 对相似设计的支持，使之非常适合于典型产品的设计领域，如缝纫机设计领域，在这些工程设计领域中，典型产品一般已经有较长的历史，功能和设计过程逐步的趋于稳定和半标准化。在一些典型产品，大部分的设计工作并非创新设计，而是变型设计和变参数设计。同时，在缝纫机这一典型产品的设计领域中要求引入新的现代设计思想以提高工作效率，减小设计人员的工作强度，缩短开发周期。在工程数据库管理系统中，可以将实例作为一种数据类型来处理，并且进行开发，使得数据库可以对实例这种特殊数据进行搜索匹配、修改、添加等相关操作。因此，在典型产品的工程数据管理系统中引入实例这一数据类型，来存储设计相关的知识，为设计过程服务，是一种有益的尝试。2 2 设计决策中的评价理论及其应用在工程数据库管理系统中引入了对产品实例的管理后，用户往往通过管理系统搜索到相关的产品实例之后，就要进行产品实例的决策评价，以便决定哪一个匹配结果最符合要求。所谓评价“，一般是指按照明确目标测定对象的属性，并把它变成主观效用( 满足主体要求的程度) 的行为，即明确价值的过程。在这个过程中，我们要把评价的事物与一定的对象进行比较，从而决定事物的价值，或者说确定其在事物系统中的地位。因此，任何评价都可按图2 2 范式进行，其中x 被称为被评价的对象( 元素、系统) 。国；_ ；吁偷趵苹苹7北京服装学院硕士学位论文实施评价的依据是评价指标，它随着产品的设计要求和约束条件而定，一般包括三方面的内容：1 ) 技术评价指标，如工作性能指标，装配工艺性，使用维护性；2 ) 经济评价指标，如成本，利润等方面；3 ) 社会评价指标，主要是关于方按实施对社会的影响，如是否有利于资源开发和和对环境的影响等。评价指标的结合称为指标体系。一旦明确了指标体系，还要根据其中各指标的重要程度设置加权系数，称为权重。权重是反映指标重要程度的量化系数，权重大意味着重要程度高。为便于分析计算，一般取各评价指标权重o w ，1 ，且w 。= l 。2 2 1 简单评价用简单评价法可对有关方案作定性的评价和优劣排序，但是不反映评价指标的重要程度和方案的理想程度。a ) 点评价法对各方案按评价指标逐项作粗略评价，用行( + ) ，不行( 一) ，信息不足( ? ) 三种符号表示，最后总评作出决策。b ) 名次计分法一组专家对1 9 各方按进行评价，每人按方案优劣排出名次，并给名次最高者n 分，名词最低者1 分，依次类推。最后把每个方案得到的分相加，总分高者为优。对于评分者意见的一致性程度可以用一致性系数c 表达。此系数范围是k o ，1 】，越接近l ，就表示越一致，重要的评价对一致性系数的范围应有要求，如要求c o 7 0 等。坝。喇篇霸f ，抻m 灿灿为各方案总分的差分和，它的计算公式是其中x 。为第1 各方案的总分。k 整：凼童i2 , 2 2 模糊评价法模糊评价就是利用模糊数学将模糊信息数值化以进行定量评价的方法。模糊评价的表达和衡量不是用分值的大小，而是用方案对某些评价概念( 如优、良、差) 隶属度的高低。对于模糊的评价指标不能简单地用“1 ”去肯定或用”o ”加以否定，需要优。与l苎塞望茎堂堕堡主堂垡堕苎一一之间的一个实数去衡量，这个实数称为隶属度。若将不同条件下隶属度变化规律用函数表达，该函数就被称为隶属函数。选择合适的隶属函数是描述模糊概念的关键。隶属度可采用统计法或通过选择合适的隶属函数求得。定义：评语集x = ，x 。，x 。) ：评价指标集y = y ，y ：，y 。) ；权重a = ( a bo - 2 ，a ) 其中o a j a v a 字节码 ；虚拟机操作系统- 显示设备”的过程。因为本课题是在中文w i n d o w s 2 0 0 0p r o f e s s i o n a l 系统平台上开发的，因此，默认的汉字的编码是g b 2 3 1 2 或g b k ，但是程序中一些地方的数据是用i s o 8 8 5 9 1 编码，典型北京服装学院硕士学位论文地，比如m y s q l 数据库驱动就是如此，而且j s p 程序从h t t pp o s t 方法获取参数时也是如此，碰到这种情况，如果不经过编码处理，那么汉字就会成为乱码。为了j 下确的显示，我们在显示提取汉字的时候，先把数据按i s o 8 8 5 9 1 编码转换为字节数组，然后再转换为g b 2 3 1 2 编码就可以显示了，类似的，如果要在数据库操作中包含汉字的数据，那么只要按照和前面相反的顺序处理就可以了。3 5 国际化为了使开发出来的工程数据库管理系统可以更好地为不同语种的用户服务，应当使工程数据管理系统具有国际化的能力，使之能够以不同的语言显示给不同的用户。过去，软件开发人员很少考虑到软件国际化问题，那时开发的软件往往只支持本地语言，本地日期和本地数字表达格式等。而现在，不考虑国际化的程序的应用范围将大大降低。特别是对于基于w e b 的企业应用程序来说，客户可能是来自世界各地。因此让系统具备国际化的能力已经是必须的了。现在人们常称国际化为”i 1 8 n ”( 这是个有趣的名称：表示单词i n t e r n a t i o n a l i z a t i o n ，该单词区间( i ，n ) 中有1 8 个字母) 。在j a v a 平台中，工具包类中有：l o c a l e 、r e s o u r c e b u n d l e 、l i n g u a l r e s o u r c e 等几个类是处理国际化任务的，系统首先要建立好每个语种的资源文件供程序使用，在系统中用户可以选择使用偏好的语言( 目前系统暂时只支持中文和英文) ，系统就会以中文或英文模式运行。处理过程如下：水木$ g e tl o c a l es t r i n g$ p a r a mc o d e ，t h ek e yo fr e s o u r c eb u n d l ey o uw a n t木 r e t u r ns t r i n gv a l u eo fi 1 8 nr e s o u r c eb u n d l e 肆p u b l i cs t r i n gg e t l o c a l e s t r i n g ( s t r i n gc o d e ) s t r i n gs = n u l l ：t r y 木木 m u s td e c o d ea n de n c o d es t r i n g sh e r e ， t or e t u r nc o r r e c tg b 2 3 1 2c h i n e s es t r i n g s北京服装学院硕：上学位论文8北京服装学院硕士学位论文第四章工程数据库管理系统的设计4 1 系统概述本系统主要工作是集中在典型产品工程数据管理技术来进行研究的，运用现有的网络计算技术和专家系统技术，利用j a v a 计算平台实现典型产品的工程数据管理，为用户提供更方便的操作各种数据的途径。最后并以工业缝纫机为例实现整个系统。系统使用三层浏览器n 务器( b s ) 模式构建，实现业务逻辑和视图显示的分离。其结构如图4 1 。图4 1b s 三层构建方式采用这种模式的系统有一个特点，就是所有的商业逻辑都在中阊层上。采用b s 方式，有如下几个优点：1 ) 客户端采用一般操作系统上都有的浏览器，简化了部署客户端的麻烦。2 ) 简化了系统的开发和维护。系统的开发者无须再为不同级别的用户而单独设计开发不同的客户应用程序，只需把所有的功能都实现在w e b 服务器上，并就不同的功能为各个组别的用户设置权限就可以了。各个用户通过h t t p 请求在权限范围内调用w e b 服务器上不同处理程序，从而完成对数据的查询或修改。3 ) 由于大部分用户对浏览器的使用都不陌生，因此便于用户学习。4 ) 特别适合发布一些w e b 相关的消息。系统在总体设计上，底层关系数据库采用m y s q l 关系数据库系统。中间层使用j a v a2 系统实现，用户界面使用j s p 实现。并且利用“模型一视图一控制器”的设计模式1 9北京服装学院硬士学位论文一( m v cp a t t e r n ) 来处理。m o d e l 层用来实现业务逻辑，v i e w 层用来显示用户界面，c o n t r 0 1 e r 层主要负责v i e w 层和m o d e l 层之间的控制关系。这种设计模式很好地实现了数据层与表示层的分离，使开发工作更加容易和迅速。4 1 1 系统需求分析本系统研究的典型产品的工程数据管理，典型产品在设计和制造过程中会产生大量的工程数据，为此提出工程数据管理技术来为产品的设计和制造提供更好的服务。通过分析可知，在典型产品设计过程中，有大量的复杂类型的数据，比如方法库中有大量的代数表达式，图形库中又有大量的图形文件，实例库中有产品实例数据。因此目标系统中数据类型很复杂。而且，这些数据往往是动态变化的，不是很稳定。系统的运行环境可能很复杂，要考虑系统的可移植性问题，比如系统运行的目标操作系统可以是w i n d o w s 系统，也可能以后要移植到u n i x l i n u x 系统上，运行环境中的底层关系数据库系统也不固定，可能是采用成本较低的小数据库系统，也可能在业务数据量很繁重的情况下采用比较昂贵的大型商业数据库系统。因此，目标系统的可移植性很重要。由于现在许多工业企业都实现企业信息化，可能已经部署了一些信息管理系统，比如c r m ，e r p 等系统，目前市场上这类系统许多都是基于n e t 框架的或j 2 e e 框架的，因此，开发的工程数据管理系统最好能考虑到和原有的系统进行通讯和耦合，这才可以充分地利用已有的资源。最后，系统以工业缝纫枫为例，实现工程数据库管理系统的一个运行实例。工业缝纫机是一种服装生产工业中使用的缝纫设备，是一种典型的工业产品，其设计制造过程趋于稳定。该产品造型和内部运动机构都非常复杂，在设计和制造过程中会产生大量复杂的工程数据，为此可以将缝纫机设计过程中的数据利用典型产品数据库管理系统来进行存储和管理。4 1 2 系统目标1 功能目标( 1 ) 高效地对复杂数据类型进行分析和处理。本文通过m a t h m l 技术来处理方法库中的数据，利用面向对象方法来处理缝纫机实例库中的数据。塑堡装学堕塑兰堂堡堡苎一( 2 ) 很强的可移植性。系统应该可以跨越多种不同的操作系统，如w i n d o w s ，l i n u x等，还要求系统可以跨越不同的底层数据源比如不同厂商的关系数据库系统，文件系统等等。( 3 ) 很强的网络计算功能，以适应企业信息化和网络化的要求。( 4 ) 友好的人机界面和使用导航功能。以方便用户学习和使用系统。2 效益目标本系统的开发主要是从企业角度来着手的。市场竞争的加剧，使企业必须提高自己的竞争力，为此需要企业研究如何提高产品设计和开发的效率。效率提高企业在竞争中就处于有利地位，从而在竞争中取胜。企业应用中还要如何使用和兼容以前的应用系统，以尽量利用已有资源并充分发挥企业整体效益。4 1 3 总体设计支持概念设计的产品数字化设计平台是整个产品设计过程的前期阶段，整个系统需完成调查分析予系统、概念设计子系统、参数化造型设计子系统、方案评价子系统、方案输出子系统、工程数据库管理系统等一系列子系统的设计；系统并以缝纫机为例，提出一个适用模型；系统还需建立平台所需的方法库、知识库、评价与决策策略集。整个系统平台中，c a d 工程数据库是很重要的一个模块，它对整个系统提供数据存储和管理等各种服务。本系统实现的就是整个平台中的工程数据库管理子系统，主要对系统中的各种数据进行维护和管理。其中总系统结构如下图所示。幽lliil矗耋迁赴置趟舭i担直盐蚯王篮盘盐i 王置缱l 艘l置基魁莲焘迕垃搓置挫直塞监j _ i =苴莲赶攮生置业趟盅噩盏盘擅且箍进a 扭迁盘王王监亡皿址量i三挂琏姚盈型鲢拄陛且握巍篮监嚣凇键瓣褛盏攀盎燕翌让盛盘蕴里臣航f【il 更。f 糨鼾i r唐揩矗 j j墨篮j、i ：，一：”雠”ij l | 槛ij 黜l 黜li 竺! j工糕数据库管媸系统北京服装学院硕士学位论文本系统的底层数据库采用关系数据库，关系数据库中的内部数据模型是关系数据模型，该模型把数据看成是二维表中的元素，而这个二维表就是关系。关系数据结构非常简单，在关系数据模型中，现实世界中的实体及实体之间的联系均用关系来表示。从逻辑或用户的观点来看，关系其实就是二维表。具体地，本系统由模型数据表、实例库数据表、专家信息数据表、方法库数据表、平缝机实例数掘表、异地评价结果数据表、待评价方案数据表、风格数据表、调查问卷数据表等一系列基本的数据表组成。本系统中各个数据之间的关系如下图所示：l电话! 一皇_ ! ：! ! 竺生一一图4 3 数据库整体关系图关系模型的完整性约束包括实体完整性、参照完整性和用户定义完整性。其中实体完整性和参照完整性是必须具有的，系统设计实现过程中，鉴于某些轻量级别的关系数据库功能有限，所以没有采用底层数据库系统自带的完整性控制功能，数据库之间的约束关系是靠程序来进行控制的。北京服裴学院硕士学位论文4 2 方法库设计方法库是典型产品工程数据库管理系统的重要组成部分之一。方法库主要的作用是存储整个设计系统中一些重要的方法知识，比如系统的帮助文件，系统的相关图表文件，还有系统中要用到的公式型数据。经过分析，将方法库中的数据结构分为几个类型。字段类型属性名称字符数据主键a s c i i 码表达式字符数据m a t h l l j l l 代码表达式字符数据标准m a t h m l代码文字信息字符数据图表信息二进制文件在系统中，字符数据利用底层关系数据库自带的功能处理，对于系统中存在的相关图表信息等，系统当作一个二进制文件来处理。在计算机应用中，数学表达式的表示和处理一直是个麻烦的问题，许多系统对其处理的方法都不太一样，比如w o r d 有其自己的公式编辑器，而其它的相关的系统也有各自的处理方法。这样，许多系统的互不兼容的处理方法更加导致了计算机处理和表示数学语言的难度。为了避免这种恶性循环，在x m l 技术较为成熟以后，产生了m a t h m l 技术，m a t h m l 就是利用x m l 语言来表达和处理数学界的表达式。在其推出不久后就获得的极大的成功。既然m a t h m l 可以很成功的表示和处理数学表达式，那么对于普通的终端用户来说，该怎么去利用m a t h m l 呢，让对x m l 专业方面知识不太了解的普通用户直接按照颁布的m a t h m l 规则来手工地书写m a t h m l 语言显然不合适，因此，现在已经有了一些专业的m a t h m l 编辑器和浏览器，利用这些工具，普通的用户业可以很方便地处理数学表达式了。典型地，如w 3 c 组织开发的a m a y a ，这是个集成式m a t h m l 测览器和编辑器。如下图所示：2 3北京服装学院硕士学位论文图4 v 4 枣毋? ￥x m l 千暴耸犟带i n t e r n e te x p l o r e r6 浏览器和m a t h p l a y e r 插件配合使用时，就可以正确的显示m a t h m l表达式了，而且常见的m o z i l l a7 f i r e b i r d f i r e f o x 等浏览器已经可以支持标准的m a t h m l 了。不过，为了达到更好的应用效果，推荐使用f i r e f o x ，这也是目前最先进的浏览器之一。由于本数据库管理系统是采用基于浏览器的开发模式，为了方便用户使用和操作数学表达式，因此对于方法库中的表达式，采用了两种方式来表示：一种是利用m a t h m l 语言来表示，另一种是采用简单的a s c i i 码来描述表达式，然后系统自动的把a s c i i 码描述的表达式转换为m a t h m l 语言格式“。这一切都可以在浏览器中完成。用a s c i i 码来描述表达式的规则很简单，便于用户学习和使用。| _ ! = _ _ 可比如：e = m c “2 就表示：l 兹麓黼4 ，其中对应的m a t h m l 源代码为 e = m c 2 北京服装学院硕士学位论文又如，、s = s u h 】一( i = 1 ) “xj “3 一( s u m _ ( i = 1 ) “nx i ) “2 n 、就表示l 鳖盥竺i不用户用a s c i i 码描述出表达式后，系统提供工具自动的生成m a t h m l 代码，如图所请将表达式拷贝到此处图4 5a s c i i 码转m a t h m l 语言操作界面用户只要在输入框内输入a s c i i 码表达式，然后可以所见即所得的方式浏览到m a t h m l 效果。这样用户可以把m a t h m l 结果保存为m a t h m l 代码存入数据库，也可以存为图片格式，还可以利用发声引擎朗读出表达式。4 3 实例库设计为了设计人员更好地利用以前的设计知识，也方便设计人员存储新的设计经验和知识，系统设计了实例库，用产品实例这种特殊的数据类型来存储和管理设计过程中的相关知识数据。系统建立了典型产品的实例库，在实例库中，每一个对象都对应一个典型的产品设计实例，最终实现了实例的搜索、匹配和评价等等管理操作功能。对于每个典型产品实例，系统采用的是面向对象的实例表达方法，从典型产品的外形，功能，性能，用途等几个方面提炼出实例对象的属性和方法，并对其进行实例建模和处理。实例库中存放的实例需要经过一定的选择，以保证这些实例具有先进性、可靠性、实用性等特点。在本课题中，以缝纫机为例，建立了以平缝机为主的实例库，实现了实例的检索、匹配以及实例的评价。平缝机实例库使用的是面向对象的实例表达方法，为了对缝纫机2 5北京服装学院硕士学位论文进行实例建模和处理，从缝纫机的外形，功能，性能，用途等几个方面提炼出实例对象的属性和方法。在选择缝纫机实例时，以国产的成熟机型为主，这些机型有一定的设计历史，在各个方面都达到了一定的要求，具有一定的典型性。其中实例库用例图如下：，：。“?i ，。冬一，。7 j 一一i、一一，一7 r 7 ，7 一、) 一(“) _ = 一一一一7检囊虫捌雌巾的蜜倒j ，。_ 、立r。v “一，囤4 - - 6 搴俐蓐用例国4 3 1 实例库的结构实例中的数据和知识来源于设计手册、说明书以及其它权威性资料。某些实例能够收集到的资料不够完整，不可能完全满足方案设计中的要求，系统对实例库提供了新增、修改和删除等扩展功能模块，在日后有了新的实例数据，用户可以添加其进入实例数据库，并且日后若发现实例库中某些数据有误，用户还可以对其进行修改。实例库的数据和知识总体结构已经确定为面向对象的表达模型。对应用j a v a 等面向对象语言来具体实现这种表达模型时，首先对每个不同等级的对象，都对应一个j a v a类，类可以分为三部分：属性、操作以及接口。它们可能是在类本身中说明和实现的，也可以是从父类继承过来的。在系统中，平缝机是作为缝纫机的子类出现的。在以往的内容中对每个对象所包含的实体内容已经进行了研究和定义。其中的对应关系如下：北京服装学院硕二l 学位论文谁计事例宁的：秽零?j a v a 类o i d ( 唯一标识符) ，v i d ( 共同标识属性符) ，a ( 属性)m ( 方法集合) ，c ( 约束集合)方法r ( 对象间的关系)接口以缝纫机为实例，根据平缝机功能、性能、形式等方面的特点，提取了缝纫机以及平缝机的主要的属性，这些属性也是以后进行实例匹配搜索时，计算实例之间相似性的主要依据和指标。其中各个属性取值类型有的是布尔值，有的是隶属度值，这些区别表示计算实例相似度时，该属性计算的方法不同。缝纫机的圭要提取属性如下：属性名称属性值拳犁说明标识名称字符实例在库中的标识名称缝纫机类型枚举类型( 布尔值)表示机器类型，值可以取为“平缝机“，”包缝机“等等。送料形式枚举类型( 布尔值)表示机器的送料形式，值可以取为“下送料“，”上送料“等等。使用场合枚举类型( 布尔值)表示机器的使用场合，值可以取为“家用“，”工业用“等等。外形特征枚举类型( 布尔值)表示机器的外形特征，值可以取为“平板式”，“悬筒式”等等。模型字符表示该实例在系统的图形库中有对应的模型可以查询。2 7北京服装学院硕十学位论文平缝机的主要提取属性如下属性名称届毕傅拳犁说明标识名称字符实例在库中的标识名称最高缝速数值型( 隶属度值)表示该机器的最高缝速最大缝厚数值型( 隶属度值)表示该平缝机的最大缝厚针距范围( 最大线迹长数值型( 隶属度值)表示该平缝机的针距范度)围最大线迹长度头部风格枚举类型( 布尔值)表示该平缝机头部的风格，包括线型风格、感官风格以及时代风格等中部风格枚举类型( 布尔值)表示该平缝机中部的风格，包括线型风格、感官风格以及时代风格等尾部风格枚举类型( 布尔值)表示该平缝机尾部的风格，包括线型风格、感官风格以及时代风格等这些属性提取出来后，实际上就是实例的相似要素，可以用j a v a 语言来描述和处理这些属性，并且，可以根据这些属性的取值，在实例的检索和匹配时计算两个实例间的相似度，以及对实例库中的某个实例进行评价。4 3 2 实例的匹配和评价当用户输入一个目标实例的参数后，系统能够根据提供参数的值。计算出目标实例与实例库中每个实例之间的相似度，然后从实例库中进行检索和匹配。最后提供给用户相似度比较高的实例。系统会将相似度比较高的实例提到工作区，成为目标方案，可以让用户对其进行评价、分析和修改，也可以将目标实例输出到其它的专家系统中进行知识处理等工作。实例匹配和检索的关键求解方法是计算相似性，相似理论是说明自然界和工程学科北京服装学院硕上学位论文领域中各种相似原理的学说。相似学是根据通过两个系统之间的相似要素等信息，来计算它们的相似度。在该系统中利用权值最近相邻匹配算法从实例库中挑选出目标实例。在该系统中计算两个平缝机实例的某个相似要素的相似度时，对于某些是布尔值类型的枚举字符型数据，将其量化，计算两个系统之间的某个相似元素的相似度的算法如对于属于隶属度值类型的数值型属性，计算相似度时，擎嘲) 1 荆川脚懈椭。计算出系统对于每个相似要素的相似度，就可以计算出两个系统之间的相似度：竺二善! 兰竺! 翌i ，其中w 。是第k 个相似元的权重值，c 。是两系统对于第k 个相似元的相似值，m 为相似元的总数。用户检索目标实例时，系统要求输入相关的参数，然后从配置文件中读取每个相似元的权重值，再按以上算法计算并提取出实例库中和目标实例比较相似的实例集合。系统会将提取出来的多个相似的实例按顺序列出。具体过程如下图所示：囤4 t t 搴仞j 摩孥枣活动国北京服装学院硕士学位论文择。权值最近相邻匹配算法得到这些搜索出来的实例集合之后，就可以继续进行评价选具体算法如下：具体过程如下图所示囤_ 搴仞j 谬偷活动窜4 4 其它库的设计在该典型产品工程数据库管理系统中，还建立了图形库、风格知识库等数据库，实现对产品设计过程中产生的图形数据和风格知识数据进行管理。最后还利用w e bs e r v i c e s 技术实现数据库数据导出的接口，这样，企业的其它软件系统可以很方便地利用该接口获得并处理本数据库管理系统中的数据内容。北京服装学院硕j 学位论文4 4 1 图形库设计在典型产品的设计制造过程中会产生大量的图形数据，为了实现安全方便的图纸管理系统，工程数据库管理系统设计实现了图形库。图形库中大部分的数据都是字符类型和二进制文件，字符类型的数据大多数为设计过程中的文档和备注说明等，二进制文件类型数据大多数为设计过程中产生的大量设计图形文件，比如p r o e 模型文件，效果图等等。以缝纫机为例，提取的各个数据类型和属性如下表：属性名称属性值类型说明模型序列号字符模型在