（系统工程专业论文）汽轮发电机通用开发环境系统的设计与实现研究.pdf

a d i s s e r t a t i o ns u b m i t t e dt o ，川i i ii ii ii iii iii i i ii ii il ：y 18114 5 7 保密2 年 t o n g i iu n i v e r s i t yi nc o n f o r m i t yw i t ht h er e q u i r e m e n t sf o r t h ed e g r e eo fm a s t e ro f s y s t e me n g i n e e r i n g d e s i g na n dr e s e a r c ho fg e n e r a l d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t f o rt h et u r b i n eg e n e r a t o r s c h o o l d e p a r t m e n t ：s c h o o lo fe l e c t r i ca n di n f o r m a t i o n d i s c i p l i n e ：c o n t r o ls c i e n c e m a j o r ：s y s t e me n g i n e e r i n g c a n d i d a t e ：m i n g r o n gx i o n g s u p e r v i s o r ：p r o f j u n w e iy a n v i c es u p e r v i s o r ：p r o f w e i q i n gl i n g m a r c h ，2 0 0 7 书脊 印年弓月罗日 由本人承担。 学位论文作者签名： 碰岛睿 v 7 年了月歹日 摘要 摘要 汽轮发电机产品设计与开发中的产品性能参数计算是其研发的关键所在， 但现有的计算是在w i n d o w s 客户端通过t e l n e t 命令调用位于s o l a r i s 服务器上的 计算方法完成的。该方法存在计算命令繁琐难记、缺乏对计算分析程序和程序 运行结果的统一管理、缺乏对计算结果的校核与审批环节的过程控制等众多不 足。 为了提高汽轮发电机性能计算效率，企业需要一个统一的设计研发计算环 境( g e n e r a ld e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ，g d e ) 。首先对企业进行了详细的需求与 分析，详细研究了c s 和b s 二种主要的软件架构并且分析了各自架构的优缺 点；然后结合实际情况对g d e 系统采用的架构进行合理设计，并确定了g d e 系统的功能模块；最后，运用j a v a 编程技术、数据库技术和w e b 技术开发了 一个集可视化计算、计算结果管理与共享、审批流程管理于一体的、统一的设 计研发计算系统g d e ，该系统可以有效提高汽轮发电机性能计算效率和审 批流程的自动化程度。 关键词：g d e ，软件架构，s e r v l e t ，数据库 d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t - g d es y s t e m t h i st h e s i s ，f i r s t l y , g i v e sg d es y s t e mw i t h ad e t a i l e dn e e d sa n a l y s i s ；s e c o n d l yg i v ead e t a i l e dd i s c u s s i o nb e t w e e nc ss t r u c t u r e a n db ss t r u c t u r e ，a n da n a l y s i st h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sb e t w e e nt h e m ，t h e n c h o o s et h ef r a m e w o r ka p p l i e dt og d ea n dd e s i g n e di t sm o d u l e ；t h i r d l y , u s e dt h ej a v a p r o g r a m m i n gl a n g u a g e ，t h ed a t a b a s et e c h n o l o g ya n dt h ew e bt e c h n o l o g yt ob u i l d t h eg d es y s t e m g d es y s t e m i n t e g r a t e d v i s u a l d e s i g n ，c a l c u l a t i o np r o c e s s m a n a g e m e n ta n dr e s u l t sv e r i f i c a t i o n ，i th e l p e dt h ee n t e r p r i s et o i n c r e a s et h ed e s i g n e f f i c i e n c ya n dm a k e t h ec a l c u l a t i o na p p r o v a lp r o c e s sm o r ea u t o m a t i c a l l y k e yw o r d s ：g d e ，s o f t w a r ef r a m e w o r k ，s e r v l e t ，d a t a b a s e i l 目录 目录 第1 章引言1 1 1c i m s 概述1 1 2 行业现状1 1 3 课题背景2 1 3 1 企业简介2 1 3 2 企业面临问题3 1 4 本文研究的内容及章节安排4 第2 章g d e 系统的需求与分析6 2 1 软件的需求与分析6 2 2g d e 系统的需求分析9 2 3g d e 系统的用例( u s ec a s e ) 图设计1 0 2 4g d e 系统的类图设计1 3 第3 章g d e 系统的架构与关键技术1 5 3 1g d e 系统的体系结构1 5 3 1 1 两层c s 结构1 5 3 1 2 三层结构( c s 和b s ) 1 6 3 1 3n 层结构1 9 3 1 4c s 结构和b s 结构的比较1 9 3 1 5g d e 系统采用的c s 和s s 结合模式2 1 3 1 6c s 和b s 小结2 3 3 2g d e 系统的实现技术2 3 3 2 1 j a v a 语言与平台体系结构2 4 3 2 2j a v a 的版本2 5 目录 3 2 3j a v a 的对象序列化技术2 6 3 2 4j 2 e e 技术框架2 9 3 3g d e 系统选用的数据库技术3 l 3 3 1 数据库技术的发展3 1 3 3 2s q ls e r v e r 数据库系统特点3 2 3 3 3 数据库的查询优化3 3 第4 章g d e 系统的总体设计与开发3 5 4 1g d e 系统开发的软件环境3 5 4 2g d e 系统功能概述3 5 4 3 数据库设计与连接3 6 4 3 1 数据库设计3 7 4 3 2 数据库连接3 9 4 4 客户端设计与开发4 0 4 4 1j a v a 用户图形界面开发技术简介4 l 4 4 2 客户端代码包结构4 2 4 5 服务器端设计与开发4 6 4 5 1s e r v l e t 技术简介4 6 4 5 2w e b 服务器的选择4 7 4 5 3t o m c a t 在s o l a r i s 上的配置4 8 4 5 4s e r v l e t 在t o m c a t 上的部署4 9 4 5 5 计算方法调用实例5 2 4 6 系统流程设计与开发5 4 第5 章总结与展望6 5 5 1 论文研究成果及意义6 5 5 2 展望6 5 致谢6 7 2 参考文献 个人简历 新的c i m ( c o n t e m p o r a r yi n t e g r a t e dm a n u f a c t u r i n g ) 是一种组织、管理与运行 企业的理念【3 1 。它将传统的制造技术与现代信息技术、管理技术、自动化技术、 系统工程技术等有机结合，借助计算机( 硬、软件) ，使企业产品全生命周期一 市场需求分析、产品定义、研究开发、设计、制造、支持( 包括质量、销售、采 购、发送、服务) 以及产品最后报废、环境处理等各阶段活动中有关的人组织、 经营管理和技术三要素以及信息流、物流和价值流有机集成并优化运行，实现 企业产品全生命周期各类活动的计算机化、信息化、智能化、集成优化，以达 到产品上市快、高质、低耗、服务好、环境清洁的目标，进而提高企业的柔性、 健壮性、敏捷性，使企业赢得市场竞争。 c i m s 是一种基于c i m 理念构成的计算机化、信息化、智能化、集成优化的 现代制造系统。c i m s 的主要特征就是“四化计算机化、信息化、智能化、 集成优化【4 1 。目前，具体地讲，c i m s “四化”地发展趋势表现在网络化、数字 化、虚拟化、以人为核心地智能化和重视企业间地集成优化等方面。 1 2 行业现状 进入二十一世纪，我国经济呈现快速增长的良好势头，人民生活水平和物 质条件日益提高，对电力的需求持续旺盛。我国是电力生产和消费大国，为保 持我国国民经济的持续稳定增长，电力行业应当保持一定的发展水平。作为电 引言 力上游行业的发电设备制造行业在新的市场环境中面临着巨大的发展机遇。我 国的电力事业按照我国经济发展的战略，在2 1 世纪中期要达到中等发达国家水 i 平，电力工业肩负的任务十分艰巨。 汽轮机是一种以蒸汽为工质，将蒸汽的热能转变成机械能的动力机械。它具 有功率大、转速高、效率高、运转平稳和使用寿命长等优点，无论在常规电厂 还是核电站，都采用以汽轮机为原动机的汽轮发电机组。汽轮发电机作为大型 动力设备，由于其体积小、功率大、转速高、运行平稳等一系列优点，在电力、 机械等工业领域中占据极其重要的地位【5 1 。但是随着汽轮发电机大型化、自动化 和复杂化程度的不断提高，开发时间不断增长，设计难度不断加大。同济大学 c i m s 中心通过多年与上海汽轮发电机厂在企业建模、业务过程管理、三维参数 化产品设计以及跨平台分析计算领域的合作，发现目前在我国重大发电设备行 业，分散的设计资源、无序的设计分析管理、以及对国外技术的过分依赖是普 遍存在的问题，也是直接影响我国发电设备产品创新能力的瓶颈。为了充分利 用和发挥发电设备产品研发的工程分析和计算资源，建立有序、可控的设计分 析过程管理，通过积累、挖掘和再利用本行业重大产品的开发知识，提升企业 的产品自主创新开发能力，急需建立一个集成化、可协同的产品创新开发工程 分析环境，通过整合、积累和重用企业知识及各种计算资源，对产品创新设计 过程进行有效管理，促进多企业协同设计，来推动发电设备制造企业的自主创 新开发水平，并进一步提升企业的核心竞争力。这就要求我们运用c i m s 的观点 l 和方法来对企业进行改造，提高企业的竞争力。 1 3 课题背景 1 3 1 企业简介 上海汽轮发电机有限公司( 以下简称汽发厂) 由我国制造火力发电设备最 早、制造能力最强企业之一的上海电机厂( 简称s e m m w ) 与国际上知名度高、 制造经历悠久的美国西屋电气有限公司( 简称w e c ) 共同投资于1 9 9 5 年1 2 月1 3 日成立的制造大中型汽轮发电机的合资企业【6 】。1 9 9 9 年，德国西门子公司收购美 国西屋电气公司发电机制造部，并于同年5 月1 3 同在上海举行投资转让签字仪 式。自此，s t g c 变为中德合资企业。s t g c 现在是上海市制造企业的先进代表 2 引言 之一上海电气集团股份有限公司上海电气电站集团属下的电站设备制造核心企 i 业。 随着市场需求的不断加大，汽发厂经过引进国外先进技术并且依靠自身力 量不断进行创新之后，制造能力不断提升，目前主要生产的类型为 1 2 5 m w 3 0 0 m w ( 6 0 0 m w ) 系列双水内冷汽轮发电机、1 2 5 m w ( 3 0 0 m w ) 系列 空冷发电机、3 0 0 m w 系列全氢冷发电机、3 0 0 m w 6 0 0 m w 1 0 0 0 m w 系列水氢氢 发电机，广泛使用在燃煤、燃气、核电及超( 超超) 临界机组。目前的生产能 力已经达到2 0 2 5 m w 以上。 1 3 2 企业面临问题 近年来随着改革开放的不断深入，电力市场广阔的发展前景使得发电机销 量持续大幅增长。2 0 0 3 我国经济发展统计信息表明，发电行业资产总计为2 8 0 8 4 亿元，比去年同期增长了2 7 7 4 ，实现销售收入1 2 0 4 4 亿元，比去年同期增长了 3 8 2 4 ，实现利润总额为4 4 4 亿元，比去年同期增长t 2 2 1 5 1 7 1 。根据全国新能 源发展规划目标，到2 0 2 0 年新增7 亿千瓦发电装机，发电装机总容量达1 1 亿千瓦 左右。目前一些大型发电机制造企业的订单甚至排到了未来2 3 年，发电机进口 也出现增长的趋势。电力事业的蓬勃发展，使生产厂家面临的业务量急剧增加， 用户需求不断加大和变化。 虽然目前我国发电设备制造企业的产品设计效率和管理水平得到了一定的 提高，但是企业产品创新能力一直没有能够显著提升，其症结表现在以下几点： ( 1 ) 在设计手段方面，发电设备产品仍以二维的a u t o c a d 设计为主，难以开展 基于三维实体的c a e 分析：( 2 ) 在数据流程方面，由于缺乏统一的设计分析系 统平台来运行和集中管理各类计算分析资源，造成程序运行结果存放不规范， 以前的计算结果不为人知、不为人用，使设计知识的重用性价值难以体现，造 成重复分析计算，设计周期耗时过长，而企业为保证交货期只能缩短制造时间， 从而最终影响了产品的质量，为以后的工程项目实施带来隐患。( 3 ) 多数发电 设备企业( 如上海锅炉厂有限公司、上海汽轮机有限公司、上海汽轮发电机有 限公司等) 还花高价钱购买了大量的国外专用分析计算程序，由于这些分析计 算程序绝大多数运行在s o l a r i s 、a i x 、u n i x 等操作系统下，使得熟悉w i n d o w s 的技术人员必须首先学会使用这些操作系统，然后还需记忆并熟练使用命令行 3 引言 方式通过t e l n e t 完成计算分析操作。这些专用分析计算程序不但难于维护和管理， 而且使用难度的增加降低了程序的易用性，导致计算程序使用频率低，造成企 业资源浪费。( 4 ) 无论是通用c a e 系统还是专用的计算分析程序，整个发电设 备产品的设计过程与分析计算过程不规范，缺乏对设计计算、校核、审批等流 程的监管，导致企业知识难以积累和重用；也缺乏必要的手段进行产品积累并 l 形成设计共享知识库，不利于企业核心竞争力的持续提高。 1 4 本文研究的内容及章节安排 本文以汽轮发电机企业的实际需求为应用背景，在充分利用企业原有计算 资源的基础上，利用网络技术、数据库技术以及工作流技术，设计、开发并实 现了在w i n d o w s 和s o l a r i s 异构环境下的汽轮发电机通用设计分析开发( g e n e r a l d e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ，g d e ) 系统。g d e 系统一方面通过w i n d o w s 平台下的 可视化操作增强了分析计算程序的易用性，使计算方法的使用效率显著提高； 另一方面，可以实现对分析计算结果的统一管理和共享，帮助企业完成核心知 识的积累和重用。此外，审批流程管理功能还可以使项目负责人及时获取产品 性能计算的进度、校核进度和审批结果信息。 以下内容作如下安排： 第一章：引言。 第二章：g d e 系统的需求与分析。对软件需求分析的定义、任务和过程进 行研究和阐述，并将其应用至i j g d e 系统的需求分析工作中去。 第三章：详细讨论t g d e 系统的架构和采用的关键技术，对c s 和b s 的体 系结构进行了比较分析，结合实际情况选择c s 和b s 结合的架构进行开发，并 对g d e 系统采用的数据库技术进行了介绍。 第四章：介绍了g d e 系统的总体设计和实现，其中详细介绍了客户端的编 码和服务器的配置方式以及g d e 系统实际操作时的流程。 第五章：对现有工作进行了总结和展望。 4 5 第2 章g d e 系统的需求与分析 第2 章g d e 系统的需求与分析 需求分析是指理解用户需求，就软件功能与客户达成一致，估计软件风险 和评估项目代价，最终形成开发计划的一个复杂过程。当设计构建一个系统之 前，首先必须明确该系统的需求是什么，是用来解决什么样的问题，该问题发 生在什么样的情况之下。如果投入大量的人力，物力，财力，时间，开发出的软件却 没人要，那所有的投入都是徒劳。如果费了很大的精力，开发一个软件，最后却不满 足用户的要求，而要重新开发，这种返工是让人痛心疾首的。需求分析之所以重要， 就因为它具有决策性，方向性，策略性的作用，因此它在软件开发的过程中具有举 足轻重的地位。 2 1 软件的需求与分析 i e e e 软件工程标准词汇表( 1 9 9 7 年) 中定义的需求【8 j 为： 1 用户解决问题或达到目标所需的条件或能力； 2 系统或系统部件要满足合同、标准、规范或其他正式规定文档所需具有的条件 或能力； 3 一种反映上述条件和能力的文档说明。 需求分析可分为问题识别、分析与综合、编制需求分析文档、需求评审等 四个阶段【叭，包括以下几个方面：确定软件所期望的用户类；获取每个用户的需 求；了解实际用户任务和目标以及这些任务所支持的业务需求；分析员与用户 的信息以区别用户任务需求、功能需求、业务规则、质量属性、建议解决方法 和附加信息：将系统级的需求分为几个子系统，并将需求中的一部分分配给软 件组件；了解相关质量属性的重要性；讨论得出实施优先级；将所收集的用户 需求编写成需求规格说明和模型；评审需求规格说明，确保与用户达成共识。 软件需求的各组成部分i l o l 如图2 1 所示： 6 第2 章g d e 系统的需求与分析 图2 1 软件需求组成图 需求分析的任务是借助于当前系统的物理模型( 待开发系统的系统元素) 导 出目标系统的逻辑模型( 只描述系统要完成的功能和要处理的数据) ，解决目标 系统“做什么 的问题，所要做的工作是深入描述软件的功能和性能，确定软 件设计的限制和软件同其他系统元素的接口细节，定义软件的其他有效性需求， 通过逐步细化对软件的要求描述软件要处理的数据，并给软件开发提供一种可 以转化为数据设计、结构设计和过程设计的数据与功能表示1 1 。必须全面理解 用户的各项要求，但不能全盘接受，只能接受合理的要求；对其中模糊的要求 要进一步澄清，然后决定是否采纳；对于无法实现的要求要向用户作充分的解 释。最后将软件的需求准确地表达出来，形成软件需求说明书。其实现步骤如 图2 2 ： 7 堕 一图一 一视 i n s t a n c e l d ：s t r i n g 每, m e t h o d l d ：s t r i n g 良 i n f i l e ：b y t e & ； o u t f i l e ：b y t e l 4 1 , e x e c u t e 0 s e n d c o m m a n d o 图2 1 2 方法执行类图 5 项目类、案例类、方法类、算例类、案例方法联系类 p r o j e c t _ c c a s e _ c 良 p r o j e c t l d ：i n t 食； c a s e l d ：i n t 髟pr o j e c t n 扪e ：s t r i n g 盘： c a s e n a m e ：s t r i n g 目挪r o j e c t ：m 彰p r o j e c t m a n a g e r l d ：i n t 、爱；, c a s e d e s i g n e r ：i n t g e t m a n a g e r n a m e 0 ：s t r i n g g e t c a s e n a m e 0 ：s t n n g a d d c a s e o ：v o i d g e t p r o j e c t l d 0 ：i n t d e l c a s e o ：v o i d a d d m e t h o d 0 ：、0 i d g e t p r o j e c t n a m e 0 ：s t r i n g 万g e t l n s t a n c e l d o ：i n t 。 。 、 c , a s e m e t h o dc i m t a m e _ c 壤) c a s e l d ：i n t f j i n s t a n c e l d ：i n t 龟 m e t h o d l d ：i n t 融弱e _ m 酬1 0 d - h ：i n t 4 b g e t c a s e l d 0 ：i n t 目踟i g r ：i n t c j e t m e t h o d l d 0 ：i n t m e t h o dc e t m e t h o d l d 0 ：i n t 岛m e t h o d i d ：i n l 乏 g e t d e s i g n e r l d 0 ：i n t 鼠；, m e t h o d n a m e ：s t r i n ge t s t a t u s 0 ：i n t g e t m e t h o d n a m e o ：s t r i n g a d d l n s t a n c e 0 ：v o i d d e l l n s t a n c e o ：v o i d 图2 1 3 项目结构类图 1 4 第3 章g d e 系统的架构与关键技术 第3 章g d e 系统的架构与关键技术 3 1g d e 系统的体系结构 分层是一个在计算机系统体系结构设计中起着非常重要作用的概念。它提 供了一种使人们能够对复杂问题进行简化处理的基本思想与方法，使得原来难 以把握的问题变得易于描述、控制与实现。利用分层的思想来组织与描述一个 系统时，将一个系统看成由若干层组合而成，每个层完成系统功能的一部分。 其中每个层又由功能相近的若干模块组合而成，同一层的不同模块承担不同的 任务，各层之间相互独立，下层通过接e l 对上层提供服务i l4 。各层之间的相关 性不强，这样有利于软件项目的开发、实现、维护和升级。 3 1 1 两层c s 结构 传统的两层c s ( c l i e n t s e r v e r ：客户端j j 艮务器) 结构是典型的w e b 应用信息系 统结构，于2 0 世纪8 0 年代出现，是一种非常灵活的、分布式和模块化的信息系 统结构【1 5 1 。到2 0 世纪9 0 年代，c s 结构成为各种信息管理系统开发的主流技术。 典型的两层c s 结构，如图3 1 所示。该结构中，客户机负责提供用户操作界面和 运行逻辑处理程序，服务器负责接收客户端输入数据、查询数据库及返回查询 结果。c s 结构以数据库服务器取代集中式文件共享从而实现了计算机系统之间 的松藕合。但由于大量的应用处理任务分布到客户机上运行，应用程序的性能 将受到客户机上有限资源的制约，而且网络数据传输量也将增大许多当整个应 用程序都在一台p c 机上处理时，应用程序必须在向用户显示任何信息之前进行 多次数据交换请求，对网络系统造成严重的负担。 不直接访问后台数据库。中间层包括输入与存储数据的计算，验证表示层传递 过来的数据等，大多数业务逻辑在这一层完成，所有的业务特定规则也集中在 这一层。数据层是最底层，负责定义、维护数据的完整性、安全性，实现数据 的持久化存储和响应应用服务对数据的请求。采用三层体系结构，不但可以满 足典型的w e b 应用系统的各项需求，提高软件体系结构的模块化程度，有利于划 分系统的开发工作，将部分问题交给独立的模块完成从而使功能模块多重复用， 而且符合分布式处理的要求与任务的并行化处理和执行。需要注意的是： 三层结构中的三层，是逻辑概念上的三层，当具体到物理结构上的实现时，其 差别可能会很大。三层结构可以同在一台计算机上，也可以在两台、三台，甚 至更多台计算机上，只要它们在体系上遵循三层结构即可i l 引。不过在一台或两 台计算机上实现三层结构，其优势很难体现出来。 三层结构目前可分为三层c s 结构与三层b s 结构，下面分别介绍： 1 三层c s 结构 三层c s 系统是由两层c s 系统发展而来的。它是将原客户端的数据处理功 能、应用子系统与数据库服务器的数据接口等功能从两层结构的客户端程序中 分离出来，使客户端只保留最简单的输入输出功能。这样既保留了传统c s 系统 了客户端的负担，也降低了数据库服务器的连接代价。 2 ) 提高了可维护性 各层相对独立，可以各自选择最合适的开发语言进行并行开发，客户端只 关注用户界面，而且与其它客户共享相同的数据访问模块，因而提高了可维护 性，也加强了数据的一致性。 3 ) 更安全的存取模式 在三层c s 结构中，识别用户的机构是按层来构筑的，对应用和数据的存取 权限也可以按层进行设定。例如，即使外部的入侵者突破了表示层的安全防线， 只要在中间层中备有另外的安全机构，系统也可以阻止入侵者进入其他部分。 而且由于c s 是配对的点对点的结构模式，采用适用于局域网、安全性比较好的 网络协议时，安全性能够得到比较好的保证。 4 ) 具有灵活的硬件系统构成 由于现在计算机硬件系统构成非常灵活，使得系统各部分可以选择与其处 理负荷和处理特性相适应的硬件。比如在系统原有服务器的基础上，当业务进 一步的扩大，用户数进一步的增加时，系统可以增加一台或多台工作站作为应 1 7 问和应用程序的执行等将都在w 曲服务器上完成。浏览器仅仅发出请求，其余如 数据请求、数据加工、结果返回以及生成动态网页等工作全部由服务器完成。 数据库服务器的任务与c s 结构中的任务大致相同，负责协调不同的w 曲服务器 发出的请求、管理数据库。事实上，b s 结构中的，w 曲服务器层负担的任务就 是两层c s 结构中客户机处理任务中的事务处理逻辑模块。这样，b s 结构将客 户机从沉重的负担和不断对其提高性能的要求中解放了出来，同时也将技术维 护人员从繁重的维护升级工作中解脱出来，可以专注于功能服务器上程序的更 1 8 第3 章g d e 系统的架构与关键技术 新工作。这种客户机、w 曲服务器、数据库服务器的三层结构中的层与层之间相 互独立，任何一层的改变不会影响其它层的功能。 3 1 3n 层结构 在三层系统体系结构中，客户层和数据层都已被严格定义，而中间层没有 明确定义。因为中间层包括了所有与应用程序界面和持久数据存储无关的处理。 我们可以将中间层划分为许多服务程序，将每一个服务程序都看作独立的层， 这样一来，三层体系结构就变成了n 层体系结构m 。典型的n 层结构就是基于w e b 的分布式系统结构，这种结构继承7 b s 结构的特点，同时又增加了分布式组件 带来的好处。 n 层结构的核心是提供可规模化特性。一方面是服务负载上的可规模化，能 为极大规模的用户同时提供服务；另一方面是服务功能上的可规模化，可形成极 大规模的软件群系统，各分系统可以共享信息和服务，形成企业级的信息高速 公路。n 层结构从逻辑上相互独立，某一层的变动通常不影响其它层，具有很高 的可重用性。n 层结构的优点还有： 1 利用单一的访问点，可以在任何地方访问站点的数据库。 2 所有的信息都可以用相同的界面访问。 3 可跨平台操作，具有良好的开放性。 4 支持异种数据库。 3 1 4c s 结构和b s 结构的比较 b s 结构较c s 结构具有以下优势： 1 客户端与平台无关性 b s 模式采用的t c p i p ，h 1 阻等协议都是开放的、经标准化组织所确定的 协议，从而保证了其应用的通用性和跨平台性。 2 系统适应性增强 系统处理分布在w 曲服务器或应用服务器上，应用服务器的数量可以根据访 问量的增加进行扩展，配置采用集群结构方式，当用户数量增多时性能不会明 显下降。 3 简化了客户端，便于维护 1 9 第3 章g d e 系统的架构与关键技术 b s 模式把c s 模式的胖客户机结构变成瘦客户机形式，大大减轻了客户机 的负担。它无须像c s 模式那样在不同的客户机上安装不同的客户应用程序，系 统的开发者无需再为不同级别的用户设计开发不同的客户应用程序，只需把所 有的用户功能都实现在w 曲服务器端，然后按照不同的功能为各个组别的用户设 置权限就可以了。当系统升级时，无需为每一个客户端更新应用程序，可维护 性得以提高。 4 使用简单，易于扩展 不需要像c s 模式系统那样对用户进行专门的培训。此外，b s 模式即可在 i n t r a n e t 内使用，也可以直接连入i n t e r n e t ，具有良好的可扩展性。 5 减少了数据库并发用户 w 曲服务器采用了哪协议，该协议为无连接协议，不存在维持状态的持 续连接，因此增加了可连接用户数目，改善了数据库的并发操作问题。 6 代码可重用性好 采用面向对象技术，代码可重用性好。 鉴于b s 相对c s 的先进性，随着i n t e m e t 的发展，以w e b 技术为基础的b s 结 构正日益显示其先进性，一些企业已经领先一步开始使用它，并且收到了一定 的成效。然而b s 结构也暴露出了不少缺点，表现如下： 1 不利于在线事务处理 b s 结构对动态页面的支持能力仍然有限，数据的动态交互性不强。不利于 在线事务处理( o l a p ) 应用。 2 数据传输及数据处理效率低 b s 结构采用逻辑上的三层或四层结构，而在物理上的网络结构仍然是原来 的以太网或环形网，第一层与第二层结构之间的通信，第二层与第三层甚至第 三层与第四层结构之间的通信都需要占用同一条网络线路，所以采用c s 结构的 系统处理大量信息的能力是采用b s 结构系统所无法比拟的。此外，h t r p 协议 中的固定格式是h t m l 文件形式，这种文件网络传输量较大，因而会影响数据传 输效率。 3 安全性有待加强 b s 结构采用点对点、多点对多点这种开放的结构模式，并采用t c p i p 这类 运用于i n t e m e t 的开放性协议，其安全性只能靠数据服务器上管理密码的数据库 来保证。若系统与i n t e r n e t 相连，必须采用一系列的安全措施( 如构筑防火墙) ，来 第3 章g d e 系统的架构与关键技术 防止i n t e r n e t 的用户对企业内部信息的窃取以及外界病毒的侵入。 3 1 5g d e 系统采用的o s 和b s 结合模式 c s 和b s 两种结构模式各有优缺点，综合c s 和b s 结构的优点与不足，出 现了一种比较灵活的结构方式，即c s 和b s 结合的模式，如图3 4 所示。c s 和b s 结合模式集c s 和b s 结构之所长，既有c s 高度的交互性和安全性，又有b s 的 客户端与平台的无关性，它既能实现信息共享与交互，又能实现对数据严密、 有效的管理。 由于c s 在逻辑结构上比b s 少一层，对于相同的任务，c s 完成的速度总比 b s 快，使得c s 更有利于处理大量数据。因此在此结构中，通常数据流量大、 交互多、实时性要求高的功能采用c s 模式，c s 客户端通过局域网向数据库服 务器发出s q 嘴求，数据库服务器将查询结果返回，而对于数据流量小、交互性 不强、执行速度要求不高的功能采用b s 结构。 浏览器w e b 服务器 图3 4 混合结构图 我们在对g d e 系统进行实际开发的过程中，通过对系统的需求分析以及对 c s 和b s 系统架构的比较，结合企业实际情况，决定采用上述c s 和b s 混合结 构来进行开发，如图3 5 所示。前台显示和设计操作通过安装于客户机的客户端 软件来进行完成，客户端软件所发出的命令而后通过h t r p 协议对后台的w e b 容 器中的s e r v l e t 进行调用，由s e r v l e t 来最后完成对计算方法服务器的调用和数据库 2 1 第3 章g d e 系统的架构与关键技术 的读写操作，这样将来在进行计算服务器的变动时，由于用j a v a 编写的s e r v l e t 天 生具有的平台无关性，基本能够在不用修改的情况下完成以往的任务。根据实 际使用需要前台的客户端也可以完成小部分的数据库操作。 s o l a r i s 计算 图3 5g d e 系统结构图 采用这种结合的系统架构具体理由如下： 1 g d e 系统的使用范围并不太大，只是在汽发厂的设计部门进行使用，总设计 人数大约在1 0 人以下。因此如果全部采用b s 结构进行开发，会使得开发难度加 大、周期加长、并且在最后进行整合部署的时候容易出现不成功的现象，需要 较多的时间来进行调试，影响企业的正常设计进度。采用安装客户端软件的方 式能够较方便和迅速的进行开发，由于使用人数少，以往安装客户端软件所带 来的升级与更新问题不会对项目的进展造成不利的影响，并且客户端显示与浏 览器显示相比更能够给用户提供强大的交互能力，使整个设计过程更加简单迅 速。 2 基于汽发厂生产特殊性的考虑，对于生产汽轮发电机这样的大型设备首先要 纳入考虑的便是生产安全问题。随着网络技术的不断发展，遍布于网络上的各 种木马和病毒层出不穷而这些木马和病毒的传播方式很大一部分都是利用浏览 第3 章g d e 系统的架构与关键技术 器的漏洞对服务器进行攻击和获取信息，汽发厂的服务器一旦受到攻击导致瘫 痪或者资料泄漏，其造成的后果将是十分严重的，有可能导致几个月甚至几年 的设计成果毁于一旦，这样将对汽发厂造成巨大的损失，并且如果采用b s 结构， 设计人员在任何有网络的环境下都能对服务器进行访问和进行项目设计，对于 设计过程中所涉及到的资料和参数很容易泻密，不利于项目管理人员对整个项 目的安全进行管理。采用安装客户端软件操作的做法能够将设计人员限定在汽 发厂内部的局域网范围内，依靠汽发厂原有的防火墙便能很好的避免木马和病 毒的侵袭，使安全生产能够得到保证。 3 有许多免费的或者廉价的w e b 容器可供使用，有利于节省成本。通过调用位 于w e b 容器内的s e r v l e t ，依靠s e r v l e t 将来自客户端的信息传递给计算服务器上的 方法可以很好的解决w i n d o w s 与s o l a r i s 计算服务器之间进行通信的问题，并且能 够通过分析s e r v l e t 中的信息调用相应的计算方法，而不需要像原有t e l n e t 命令方 式需要填写不同的方法地址参数，使整个设计流程得以良好完成。 3 1 6o s 和a s 小结 c s 和b s 是当今世界开发数据库应用系统的两大主流技术，c s 适合交互 性强、高速大量的数据录入与处理的场合，b s 适合客户端多且分散、访问量比 较大的场合。两层及多层c s 体系结构已经在众多领域得到了很成熟、广泛的 应用，b s 体系结构在企业信息管理系统中得到了比较多的应用，但是传统的 c s 结构也不可能一下由b s 来兼容，特别是在一些实时性要求高的场合仍以 c s 结构为主导。b s 结构要在软件开发中占据主角地位，还需要很长的路程， 在很长的一段时间内，还将是c s 和b s 共存。从长远来看，b s 的零维护量相 当诱人，可以想象，随着b s 结构相关技术的日趋完善，b s 的前景是美好的。 综上所述，应用系统结构的合理性既关系到系统的开发和维护，也关系到 系统的运行效率和运行状况，因此在实际的开发过程中，因实事求是设计一个 合理、高效的系统结构。 3 2g d e 系统的实现技术 第3 章g d e 系统的架构与关键技术 3 2 1j a v a 语言与平台体系结构 j a v a 是种适合于分布式计算的新型面向对象程序设计语言。它将面向对 象、平台无关性、稳固性、安全性和多线程等诸多特性集于一身，为用户提供 了一个良好的程序设计环境。j a v a 一般采用解释执行，j a v a 源程序经编译器编 译以后生成j a v a 字节码( b y t ec o d e ) ，由j a v a 虚拟机( v i r t u a lm a c h i n e ) 翻译执 行。j a v a 虚拟机建立在硬件和操作系统之上，作为j a v a 与不同平台的接口，实 现j a v a 字节码的解释执行功能1 1 剐。j a v a 提供了大量的类以满足网络化、多线程、 面向对象系统的需要。其中： 1 语言包提供的支持包括字符串处理、多线程处理、异常处理、数学函数处理 等，可以用它简单地实现j a v a 程序的运行平台； 2 实用程序包提供的支持包括哈希表、堆栈、可变数组、时间和日期等； 3 输入输出包用统一的“流”模型来实现所有格式的i o ，包括文件系统、网络 在莹 岢； 4 抽象图形用户接口包实现了不同平台的计算机的图形用户接口部件，包括窗 口、菜单、滚动条、对话框等，使得j a v a 可以移植到不同平台的机器； 5 网络包支持i n t e r a c t 的t c p i p 协议，提供了与i n t e m e t 的接口，它支持u r l 连接，w w w 的即时访问，并且简化了用户n 务器模型的程序设计。 j a v a 的整体架构主要由两个部分所构成，即虚拟机( v i r t u a lm a c h i n e ) 和应用程 序接m ( a p i ) ，如图3 6 所示。虚拟机可以被看成是一套虚拟的计算机，有一个标 准的规格可以用软件或硬件来实现1 1 9 j 。而位于j a v a 虚拟机下层的移植接口层和 a d a p t e r 是为了使j a v a 虚拟机能够方便地移植到不同的操作系统平台上而开发设 计的。另外，位于j a v a 虚拟机之上的j a v a a p i 部分则包含了基本的a p i 类与扩展 的a p i 类，如标准的i o 功能、网络功能、g u i 和应用类等。 2 4 ) 第3 章g d e 系统的架构与关键技术 a p p l e t sa n da p p l i c a t i o n s j a v ab a s ea p lj a v as t a n d a r da p i j a v ab a s ec l a s s e s j a v as t a n d a r de x t e n s i o nc l a s s e s j a v a 虚拟机 移植接口层 a d a p t e ra d a p t e ra d a p t e r 浏览器 操作系统 小型 j a v ao s 操作系统 操作系统 硬件 硬件硬件硬件 图3 6j a v a 整体结构图 3 2 2d a v a 的版本 目前j a v a 语言的版本是第二版，即通常所说的j a v a2 。为了更好地满足j a v a 以从图3 7 中看出。 第3 章g d e 系统的架构与关键技术 每个版本都由四个部分组成：针对相应特定产品的j a v a 虚拟机；针对相应特 定产品的a p i ；针对相应特定产品的设备配置( c o n f i g u r a t i o n ) 和实用工具；针 对相应特定产品的框架( p r o f i l e ) 。 3 2 3j a v a 的对象序列化技术 j a v a 对象序列化也称为j a v a 对象串行化【3 3 】。它是j a v a 语言中内置的基础对象 持久性支持。如果一个对象实现 j a v a i o s e r i a l i z a b l e 接口，那么这个对象就是可 序列化的。可序列化意味着该对象的状态可以被保存到持久存储介质上。而之 所以把序列化又称为串行化，是因为对象是按照一系列的字节顺序读写的