（机械制造及其自动化专业论文）开放源代码平台下基于web的刀具数据管理系统.pdf

摘要 摘要 随着制造业中刀具使用量的增加，传统刀具管理手段已不能满足目益复杂的 刀具管理需求，加工企业中刀具管理成本也不断提升。由于刀具的管理涉及刀具 技术、管理科学、信息技术、人力资源等多方面问题、因此现代生产条件下大量 刀具的管理作为一个管理难题逐渐为人们所关注。 从技术角度来看，当前刀具( 数据) 管理系统主要是以商业软件为开发平台 的服务器，客户端( c s ) 结构软件，因此刀具管理系统开发、部署、维护以及二 次开发成本较高：而且由于管理软件本身采用封闭源代码的商业开发工具及运行 平台，对用户缺乏必要的开放性。 本文首先通过对国内外刀具管理系统研究与应用现状的综述，介绍了刀具管 理方法与软件，分析了刀具管理系统的刀具数据管理、刀具识别与定位、刀具的 状态监控与寿命预测、刀具的现场调度等关键技术，对国内外刀具管理存在的问 题进行综述分析，魂立了建立一个经济、高效、安全、适合我国中小型企业的刀 具数据管理系统这一目标。 文章在分析管理软件主流结构并对c s 及b s 结构系统进行了比较的基础上， 对刀具数据管理系统软件结构进行了选择。比较了刀具数据管理系统软件开发工 具、操作系统平台、数据库平台、w e b 开发语言和w e b 开发平台；选择用统一建 模语言做为建模语言，以f r e e b s d 操作系统、p h p 语言、p o s t g r e s q l 数据库、 a p a c h ew e b 服务器台等软件搭建了完全免费开放源代码的刀具数据管理系统开 发平台。 然后运用面向对象( 0 0 ) 思想统一建模语言( u m l ) 描述刀具数据管理系 统。对刀具数据管理系统进行了总体设计与建模，建立了基础数据管理、用户查 询、库存数据管理、外部刀具数据调用、后台数据维护和数据安全等模块的模型。 最终在开放源代码平台上实现刀具数据管理系统的框架和部分关键功能，建 立了刀具的数据描述模型；设计并实现了刀具数据管理系统的刀具参数查询、简 单库存数据管理、刀具外部数据调用、刀具数据管理系统后台管理等功能模块， 并对服务器端数据安全、客户端数据安全和数据安全传输等做了一定的探讨；验 证了开放源代码平台下基于w e b 的刀具数据管理系统设计的可行性。 广东工业大学工学硕士学位论文 本文为刀具数据管理系统设计提供了一套完整的开放源代码平台下基于w e b 的解决方案，以本方案实现的系统具有经济、高效、开放性好、安全、可移植性 好等优势。 关键宇：刀具数据管理系统；开放源代码；p o s t g r e s q l ：f r e e b s d ：p h p a b s t r a c t w i t ht h e i n c r e a s i n g t o o lc o n s u m p t i o ni nt h e m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y , t h e t r a d i t i o n a lt o o lm a n a g e m e n th a sb e c o m eu n a b l et om e e tt h ei n c r e a s i n ga n dc o m p l e x n e e d s a tt h es a m et i m e ，t h ep r o c e s s i n ge n t e r p r i s e s t o o lm a n a g e m e n tc o s ti sr i s i n g t h e r e f o r e ，i nt h em o d e mm a n u f a c t u r i n gp r o d u c t i o n ，t h em a n a g e m e n tt o o l sg r a d u a l l y c o m i n gt ot h ef o c u s f r o mt h et e c h n i c a lp o i n to fv i e w , c u r r e n tt o o l ( d a t a ) m a n a g e m e n ts y s t e mi sb a s e d o nc o m m e r c i a ls o f t w a r ed e v e l o p m e n tp l a t f o r m ，b u i l tw i t ht h es e r v e r c l i e n t ( c s ) s t r u c t u r e ，s ot h ec o s to ft h ed e v e l o p m e n t ，d e p l o y m e n t ，m a i n t e n a n c ea n ds e c o n d a r y d e v e l o p m e n to ft o o lm a n a g e m e n ts y s t e m si sh i g h ；a st h es o f t w a r ei t s e l fi su s i n g c l o s e ds o u r c ec o m m e r c i a ld e v e l o p m e n tt o o l sa n dp l a t f o r m s ，i t sl a c ko fo p e n n e s s f i r s t l y , t h i sa r t i c l ef i r s t l yi n t r o d u c e st h em e t h o da n ds o f t w a r eo ft h et o o l m a n a g e m e n t ，g i v e sad e t a i l e da n a l y s i so ft h ek e yt e c h n o l o g i e so ft h es y s t e m ， i n c l u d i n gt o o ld a t am a n a g e m e n t ，t o o li d e n t i f i c a t i o na n dl o c a t i o n ，t o o lc o n d i t i o n m o n i t o r i n g ，a n dt o o ls c h e d u l i n g ，a n da i m st oe s t a b l i s hat o o ld a t am a n a g e m e n ts y s t e m ， w h i c hi se c o n o m i c a l ，e f ! f i c i e n t ，s t a b l e ，a n ds u i t a b l ef o rs m a l la n dm e d i u m - s i z e d e n t e r p r i s e s a f t e rd i s c u s s i n gt h ee x c e l l e n c eo ft h eb ss t r u c t u r e ，t h e f e a s i b i l i t yo fo p e n s o u r c ep l a t f o r m ( f r e e b s d ，p o s t g r e s q l ，a p a c h e ，p h p ) ，w h i c hi sa ne m e r g i n g t e c h n o l o g y o nt h eb a s eo fo b j e c t o r i e n t e dt h o u g h t ，u n i f i e dm o d e l i n gl a n g u a g e ( u m l ) i su s e dt oe s t a b l i s h t h ef u n c t i o n a lm o d u l e so ft h e s y s t e mw h i c hi n c l u d e s s i x s u b s y s t e m s ：t o o ld a t am a n a g e m e n t ，u s e r s ，s t o c km a n a g e m e n t ，e x t e r n a l d a t a e x c h a n g e ，s y s t e mm a i n t e n a n c e ，a n dd a t as e c u r i 哆；a n df r e e b s d ，p h p , p o s t g r e s q l a n da p a c h ea r eu s e da st h ed e v e l o p i n gp l a t f o r m ，w h i c hi s t o t a l l yf r e ea n do p e n s o u r c e e v e n t u a l l y , a c h i e v e ss o m ek e yf e a t u r e so ft h es y s t e mu n d e ro p e ns o u r c ep l a t f o r m ， i n c l u d i n g t o o ld a t a q u e r y , s i m p l es t o c km a n a g e m e n t ，e x t e r n a l d a t ae x c h a n g e ， b a c k g r o u n dm a n a g e m e n t ，a n dd i s c u s st h ed a t as e c u r i t yi nt h es e r v e rs i d e ，d a t as e c u r i t y o ft h ec l i e n t ，a n dt h es e c u r i t yo ft h ed a t at r a n s m i s s i o n 1 l i 三玺三些奎兰三兰堡圭耋堡篁圣 t h i sa r t i c l eb u i l dac o m p l e t es e to fo p e ns o u r c ep l a t f o r mw e b - b a s e ds o l u t i o n f r a m e w o r kt h a ti s h i g h l ye f f i c i e m ，e c o n o m i c a l ，o p e n ，a n ds e c u r i t y , a n dp r o v et h e f e a s i b i l i t yo fb u i l d i n gaw e b - b a s e dt o o ld a t am a n a g e m e n ts y s t e mu n d e ro p e ns o u r c e p l a t f o r m k e y w o r d s ：t o o lm a n a g e m e n t ；o p e n s o u r c e ；p o s t g r e s q l ；f r e e b s d ；p h p i v 广东工业大学工学硕士学位论文 独创性声明 秉承学习严谨的学风与优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，不包 含本人或其他用途使用过的成果。与我一同工作过的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明，并表示感谢。 本学位论文成果是本人在广东工业大学读书期间在导师的指导下取得的，论 文成果归广东工业大学所有。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任，特此声明。 指导教师签翰 论文作者签字：毒7 ；干 1 1 引言 第一章绪论 在一个现代化的制造企业，尤其是大型的机械制造企业中，使用的刀具可能 多达几万种规格。每把刀具的图纸和相互间的装配关系、适合用于哪些机床、适 合加工的工件材质、加工不同零件的切削速度和迸给量、刀具的加工时间是多少、 刀具的寿命是多少、刀具预调尺寸、刀具使用频率、刀具现有的库存量、最低安 全库存量、库存位置、供应商、是否需要定货、订货后的交货周期和订货是否有 其它条件等等，都需进行管理i 。 在切削加工中，加工效率、工件的尺寸精度和表面质量等都与刀具参数相关； 刀具的性能、质量及其管理直接影响到企业的产品质量、生产成本和生产效率。 据世界著名刀具供应商山特维克公司统计，1 6 的计划作业停止由于缺乏刀具造 成，3 0 6 0 的刀具库存不在控制之中，机床操作人员2 0 的时间花费在查找刀具 上l lj 。因此在诸多加工行业中，刀具管理单独作为一个重要管理模块，逐渐浮出 水面。 理想的刀具管理模式应该涵盖刀具规划、采购、物流、调整、刃磨、修理、 现场技术支持、加工问题分析和解决、刀具优化和刀具成本控制等多方面内容， 有一套完善的体系来运作和控制，以期达到预定的目标，涉及到企业管理、质量 管理、物流管理、刀具技术、制造工程、信息技术与数据库技术、财务与成本控 制、人力资源管理等多个方面的工作，是一个系统性的问题1 2 , 3 。当前的刀具管理 系统一般由刀具的加工和计划两大部分组成，功能结构如图1 1 所示，包括刀具 库存管理、刀具采购、n c 编程参数查询等功能模块。 广东工业大学工学硕士学位论文 图1 1 刀具管理系统结构 f i g 1 - 1s t r u c t u r eo f t h et o o lm a n a g e m e n ts y s y t e m 就美国切削刀具协会统计数据来看，仅硬质合金刀具的销售额，逐年递增达 5 ，2 0 0 5 年销售额已达到8 8 3 9 3 万美元，预计2 0 0 7 年销售额将达到9 7 8 9 0 万美 元，切削加工企业的刀具管理成本不断提升。良好的刀具管理可以减少初期投资、 工作人员、库存资金以及采购管理成本【3 1 。据t d m 刀具管理系统的用户的反馈， 实施刀具管理系统后，在刀具计划环节上节约费用约2 5 ；在制造环节因减少设 置和停顿时间而节约费用约1 0 ，因减少刀具调整节约费用约1 5 【4 】。 以刀具库存管理为例，通过刀具管理系统，用户可管理加工车间、调刀室、 刀具库房、维修等刀具流通部门所放刀具的品种、规格、数量等详细信息。不但 如此，还可生成刀具成本评估清单和刀具利用情况统计表，以优化刀具使用成本 及使用频率。这些信息将有助于设备管理部门实现优化管理，降低制造成本的目 标【4 】。此外，通过条码识别或无线射频识等别技术，还可以方便快捷地监测刀具 的入库和流出、精确地管理刀具及其参数，大大提高刀具的管理效率。 1 2 国内外刀具管理系统研究与应用现状 1 2 1 刀具管理方法与软件 由于刀具管理是一个系统性的问题，涉及研究内容较广，因此以往研究者一 般只对其中某一方面的问题做出研究。如荷兰t w e n t e 大学的r m b o o g e r t 等人对 刀具描述数据结构做了比较详细的研究，提出了刀具的描述需要是数字和图片相 结合5 1 。 世界范围来看，奥地利的刀具咨询管理公司( t c mi n t e r n a t i o n a lt o o l c o n s u l t i n g & m a n a g e m e n t ) 最早在1 9 9 6 年开展了系统性较强的刀具管理外包服务， 2 绪论 至今刀具管理服务已形成一定的规模。已经有一些发展比较成熟的刀具管理系统， 比较典型的如t d ms y s t e m ( t o o ld a t am a n a g e m e n ts y s t e m ) 、k a t m sf k e n n a m e t a l a u t o m a t e dt o o lm a n a g e m e n t s o l u t i o n s ) 、e t m s ( e n t e r p r i s et o o lm a n a g e m e n t s o f t w a r e ) 等。其软件实现、功能模块以及软件开发商见表1 1 。 在刀具管理系统应用方面。国内的李毅、杨晓等从加工费用角度，分析了刀 具对生产效率的影响达2 0 3 0 1 4 j ；达世亮、张书桥等，从发动机制造业的角度， 分析了刀具管理的模式、重要性以及复杂性等 2 , 3 1 。 早在上世纪八九十年代，很多学者在对柔性制造系统( f l e x i b l em a n u f a c t u r i n g s y s t e m ，f m s ) 的研究过程中，提出了柔性系统中的刀具管理( t o o l m a n a g e m e n t ) ， 并对其建模与分析做了大量研究工作。随着计算机网络网络和数据库技术的发展， 基于网络的刀具一体化管理系统，是在互联网逐渐成熟的近十年被提出，刀具管 理系统被赋予了新的含义。 在刀具管理系统平台方面，国内大部分研究也着眼与刀具管理系统的某一方 面，如刀具参数数据库、刀具调度、刀具寿命等相关课题。较为系统的研究刀具 管理系统的有西北工业大学，对刀具全寿命周期管理进行了研究1 6 】。河北科技大 学也对基于w e b 网络平台的刀具管理系统的模型做了一定的研究；上海交通大学 提出了基于b s 结构的刀具管理，该系统以一家烟草企业现有刀具库为基础，通 过企业内部局域网以及与e r p 和p d m 的数据接口实现了与e r p p d m 的信息集 成与整合，从软件实现方面介绍了烟草刀具管理系统“1 。国内比较典型的刀具管 理系统软件有s m a r tc r i b ，其功能模块见表1 1 。 1 2 2 刀具管理系统的关键技术 刀具的管理实质是对刀具流的跟踪、管理与优化，因此刀具的数据描述及存 储、定位识别，状态监控以及调度优化等，是必不可少的核心实现技术。 广东工业大学工学硕士学位论文 表1 1 国内外典型刀具管理系统软件及相关信息 t a b 1 1t y p i c a lt o o lm a n a g e m e n ts y s t e m s 软件名称( 软件提供商) 软件结构及主页主要功能模块 t d ms y s t e m ( s a n d v i k ) c s 结构刀具目录、库存控制、 支持条码识别统计、购买，刀具数据 o r a c l e 数据库管理、与企业管理系统 w i n d o w s 平台的集成等。 w w w t d m s y s t e m c o m k a t m s ( k e n n a m e t a l ) c s 结构刀具数据管理、采购决 w i n d o w s 平台策、库存管理、分析报 o r a c l e 数据库表、加工参数优化、加 w w w k e n n a m e t a l c o m 工成本控制，刀具供应 商集成、企业管理系统 集成等。 e t m s ( t a d c o n ，上海诺升机械)c s 和b s 结构刀具数据库管理、刀具 支持条码识别跟踪、库存控制、报表、 o r a c l e 等多种数据采购( 需求，合同、报 库 告等) 、与企业管理系 w i n d o w s 平台统的集成等。 w w w t a d c o n c o r n s m a r tc r i b ( 兰光创新)b s 结构系统管理、标准数据维 条码识别护、刀柄管理、附件管 m s s q l 数据库 理、组合刀具管理、贵 w i n d o w s 平台重刀具管理、量具管 w w w 1 9 e x g o r e理、夹具管理、非标刀 具设计、库房预警、自 动订货功能、报表管理 4 1 2 - 2 1 刀具管理系统中刀具数据管理 ( 1 ) 刀具管理系统的数据存储平台。刀具管理系统中，每一把刀具的各种原 始参数和使用参数，都需要存储、查询、修改，因此数据存储是刀具管理系统必 要基础。对于刀具量较大的生产厂家，刀具相关的信息量是很大的，因此传统的 文件存储信息机制已经不能胜任大量数据操作以及与e r p 等管理软件的整合，需 要专业的数据库平台。当前应用比较广泛的商业数据库平台有甲骨文公司的 o r a c l e 、微软的s q ls e r v e r 、i b m 的d b 2 等。由于开放源代码( o p e ns o u r c e ) 数 据库的不断发展和完善，如p o s t g r e s q l 、m y s q l 等开放源代码的数据库平台也 将是合适的选择。 ( 2 ) 刀具管理系统中刀具的数据描述。刀具自身参数以及加工环境繁多种类， 决定了数据关系的复杂性，需要有一个较通用的刀具全寿命周期模型，同时具备 一定的可扩展性。如k e n n a m e t a l 公司在其产品电子档案( e l e c t r o n i cp r o d u c t p r o f i l e ，e p p ) 管理过程中，按尺寸规范，对刀具及夹具做了规范性的数据描述【g 】， 见图1 2 。为了准确的描述刀具的状态，将刀具信息分为静态信息和动态参数来 进行建模，可以更好的实现不同刀具厂商的刀具管理【l o 】 图1 2k e n n a m e t a l 公司产品电子档案中的刀具数据描述模型 f i g 1 - 2t o o ld a t ad e s c r i b em o d e li nk e n n a m e t a l se p p 随着对刀具管理理论模型的深入研究，刀具管理被细分为刀具基础数据库管 理、工艺数据库管理、库存数据库管理、采购数据库管理、现场数据库管理、刃 磨数据库管理和系统数据库管理等功能模块，形成了基于全寿命周期的刀具管理 信息系统概念i 们。 此外，数据库相关的还有数据库平台的选择、安全性以及扩展性等问题，也 广东工业大学工学硕士学位论文 是在部署刀具管理系统中不可忽略的因素。 1 2 2 2 刀具管理系统中的刀具识别与定位 刀具管理过程中，刀具的识别与定位是一个不可回避的问题。传统刀具管理 的识别主要靠条码、刻字或刀座上的码盘等来识别，人工录入信息，对刀具进行 跟踪、测量、记录。随着加工效率和自动化程度的提高、换刀更加频繁，这种传 统的人工跟踪刀具信息的方式已难以满足目前的加工对刀具信息的需求。因此刀 具本身或者刀具用户，需要一个自动化的刀具识别系统一一刀具的电子标签应运 而生。其意义在于识别和监控刀具，确保加工过程中都有合适的刀具。根据对刀 具数据的读取方式，刀具识别电子标签可分为接触式和非接触式。当前刀具识别 的主要非接触式识别技术有： ( 1 ) 刀具管理系统中的条码识别技术。条形码( b a r c o d e ) ，是用一组黑白 相间、粗细不同的条状符号来表示刀具的名称、产地、价格、种类等信息的工具。 条形码是迄今为止最经济、实用的一种自动识别技术。在刀具管理系统应用中主 要优点是成本低、应用灵活；缺点是易撕裂、污损或脱落、信息存储量有限、每 次只能识别一个条码。 ( 2 ) 刀具管理系统中的r f i d 技术。r f i d ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ， 即射频识别技术) ，俗称电子标签，是2 0 世纪9 0 年代开始兴起并逐渐走向成熟的 一种自动识别技术，利用射频信号通过空间耦合( 交变磁场或电磁场) 实现无接触 信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。目前r f i d 技术在工业自动 化、物体跟踪、交通运输控制管理、防伪和军事用途方面已经有着广泛的应用。 r f i d 技术在刀具管理系统应用中主要有点是耐污染、可读取距离达、可识别高 速运动物体、可擦写信息、储存数据容量大、可同时识别多个标签等；其缺点是 价格较高，当前单个r f i d 标签最低成本达7 美分，远高于条码的成本一一最低 3 分。o m r o n 公司则采用了无线射频技术( r f i d ) 【1 0 j ( 3 ) 刀具管理系统专用识别技术。从传感器的应用角度来看，传感器可分 为专用传感器和通用传感器。针对刀具管理系统，一些公司为专门开发了刀具识 别传感器；如p e p p e r l + f u c h s 公司采用的是其自己开发的识别传感器；b i l z 公司也 专门开发了“刀具诊断系统”的产品，提供接触式和非接触式传感器【l 叭。这种 6 刀具专用识别技术在刀具管理系统中的优点在于针对性强；缺点在于缺乏通用性、 成本较高。 基于上述对比，基于射频技术的无线识别将是是刀具识别系统的发展趋势。 1 2 2 3 刀具的状态监控与寿命预测 ( 1 ) 刀具管理系统中刀具的磨损状态检测。刀具的状态直接影响着产品的 品质、加工效率和刀具管理系统的选刀策略。刀具状态的监测方法按监测手段， 可分为直接测量和间接测量。直接测量法包括测量刀刃位置、测量刀具耗损面等； 间接测量包括测量切削力、测量主轴点击功率或扭矩、测量振动或切削噪声、测 量声发射、测量工件尺寸、测量工件表面粗糙度、测量切削温度、测量工具与工 具接触处电阻、测量刀刃上沉积的放射性元素等方法【i 。为了保证加工的不间断 性，间接测量比较受欢迎，而且技术逐渐成熟，如r e n i s h a w 公司推出的t r s l 非 接触式刀具破损检测系统。 ( 2 ) 刀具管理系统中刀具的寿命预测。刀具从开始切削到完全报废，实际 切削时间的总和称为刀具寿命。作为衡量刀具状态的重要参数，刀具寿命预测也 是刀具管理系统中必不可少的技术。统计表明，刀具失效引起机床故障的首要因 素。由刀具失效引起的停机时间，占数控机床总停机时间的1 5 1 3 1 2 】。因此对 刀具寿命的预测和状态监控，对于保障顺利生产，显得格外重要。 1 2 2 4 刀具的现场调度 满足加工需求的前提下，如何有效的提高刀具使用效率、降低刀具投入成本、 预测刀具需求量，是刀具管理的核心任务之一。刀具管理系统的有效实施，较大 程度的提高机床工作时间，降低刀具库存。但目前多数刀具管理系统，从本质上 来说仅仅是一个刀具参数管理数据库，缺乏一个动态的调度过程【1 3 】。因此，刀具 调度模型的建立及求解是刀具管理的重要任务之一。 刀具调度的核心目的在于在资金和环境容许的范围内配置所需刀具的类型及数 量，并最大程度的满足用户的需求。因此刀具调度面临的问题在于两方面：从机 床角度来看，当机床需要刀具的时候，如何从多个待选刀具中选取合适的一把： 从刀具角度来看，当一把刀具面临多台机床的需求时，该如何协调。影响刀具调 7 广东工业大学工学硕士学位论文 度的因素诸多，包括刀具的运送能力、刀具自身参数、当前状态、加工工艺等， 需要建立一个动态的调度规则。 各种启发式及其组合方法通常用来解决刀具的调度问题，但由于影响刀具调 度的动态因素较多，效果不够理想。李宏提出了一种基于多a g e n t 的柔性制造系 统刀具调度方法，探讨了基于多a g e n t 的刀具调度系统结构、招标方式及工作流 程，从理论上建立了具有分布性、开放性、主动性、协作性等特点的基于多a g e n t 刀具调度系统【l ”。 由此可见，刀具管理问题是一个系统性的问题，是先进技术和先进管理的结 合，直接影响着生产成本和加工效率。在刀具管理系统的基础上，可进一步扩展 到工具管理系统、与p d m ，e r p 等结合、直至数字化制造。刀具管理技术的应用 虽然诱人，但要做好刀具管理并不容易，除了需要对上述关键技术有较好的把握 之外，还要考虑企业自身的信息化程度、管理机制等多方面因素。尽管国内外对 刀具管理系统做了大量研究及应用工作，并取得一定的成就，但还存在一些不适 合我国国情的问题，主要有以下几个方面问题； ( 1 ) 软件结构落后。上文所列刀具管理系统除s m a r t c r i b 外，均采用c s 结 构，部署、维护、二次开发成本高。 ( 2 ) 软件本身开发成本高。当前刀具管理系统研究及开发平台均基于 w i n d o w s 操作系统，采用o r a c l e 、m i c r o s o f ts q ls e r v e r 等高价商业数据库存储数 据，使得软件本身成本较高。 ( 3 ) 系统开放性差。由于开发工具c s 结构以及商业开放平台的采用，当 前刀具管理系统均为专用封闭源代码系统，扩展性较差，平台的开放性有限。 ( 4 ) 软件部署及维护成本高。用于c s 结构软件，因此服务器及每台客户 端均需专门部署软件，版本升级以及日常维护成本高。 本文通过对天鹰精密工具公司等刀具制造商和应用工厂的调研，针对上述存 在问题，以中小型企业为应用对象。从应用角度出发，深入研究了基于w e b 的刀 具数据管理系统的设计与实现，提出开放源代码平台下基于w e b 的刀具数据管理 系统。 3 1 3 课题研究来源与研究内容 1 3 1 课题来源 广州市番禺区科技计划项目( 编号：2 0 0 6 一z 1 7 1 ) ：高速高效木质材料封边 刀具的设计和制造。 1 3 2 主要研究内容 本文主要研究基于w e b 的刀具数据管理系统的设计与实现，是建立刀具管理 系统的关键技术之一，也是最基础的工作，其功能示意图如图1 3 。具体研究内 容包括； ( 1 ) 刀具数据管理系统软件结构设计。分析对比软件结构的主要结构，根 据刀具数据管理系统的需求，确定软件的结构。 ( 2 ) 刀具数据管理系统实现平台设计。对多种可用与刀具数据管理系统的 操作系统、数据库以及编程语言进行分析对比，确定将开放源代码平台作为刀具 数据管理。 ( 3 ) 刀具数据管理系统的概要设计与系统建模。从用户及管理角度，设计 刀具管理系统的具体功能模块。根据用户需求，对刀具数据管理系统软件结构做 了整体设计与建模。 ( 4 ) 刀具数据管理系统的详细设计及实现。根据总体设计，实现部分关键 细分功能模块的编码设计及实现，验证刀具数据管理系统的可行性。 ( 5 ) 刀具数据管理系统的数据安全性设计。主要研究了开放源代码平台下 数据的备份、恢复以及系统安全性设计。 本文的主要创新在于以下三个方面：( 1 ) 尝试性的在开放源代码开发平台下 设计了刀具数据管理系统框架，并在实现部分关键功能。( 2 ) 针对中小型企业的 需求，本文采用了部署成本低、易操作的b s 结构作为刀具数据管理系统的构架。 ( 3 ) 从加工者对刀具的信息需求出发，对刀具数据描述做了较为深入的研究。 9 三查三些奎兰三耋罂圭兰堡丝兰 图1 3 本文研究的刀具数据管理系统示意图 f i g 1 - 3t o o ld a t am a n a g e m e n ts y s t e ms t r u c t u r eo ft h i sa r t i c l e 1 0 刀具数据管理系统结构与开发平台设计 第二章刀具数据管理系统结构与开发平台设计 本章以建立一个经济、高效、稳定、适合中小型企业的刀具数据管理系统为 出发点，对刀具数据管理系统软件结构、建模语言、开发工具授权、数据库、w e b 开发语言、w e b 开发平台以及网络协议等基础开发平台的选择做了对比分析，最 终确定刀具数据管理系统的软件结构以及开发平台。 2 1 刀具数据管理系统软件结构设计 对于刀具数据管理系统，其软件结构设计的目的是为了解决刀具管理中刀具 数据模型的建立和数据存储查询。 2 1 1 管理软件主流结构 管理软件技术的主流技术与管理思想一样，也经历了三个发展时期。界面技 术从上世纪d o s 字符界面到图形用户界面( g r a p h i c a lu s e ri n t e r f a c e ，g u i ) ，然 后浏览器( b r o w s e r ) 界面三个不同的发展时期。因此平台体系结构也从过去单用 户发展到今天的多用户结构。就管理软件结构来看，主要有客户机服务器( c s ) 结构和浏览器服务器( b s ) 结构。 ( 1 ) c s 结构。客户机服务器模式( c l i e n t s s e r v e r ，c s ) 结构。在客户机 服务器网络中，服务器是网络的核心，而客户机是网络的基础，客户机靠服务器 获得所需要的网络资源，而服务器为客户机提供网络必须的资源。c s 结构的软 件结构可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到c l i e n t 端和s e r v e r 端来实现，有利于降低系统的通讯开销。 ( 2 ) b s 结构。浏览器服务器模式( b r o w s e r s e r v e r ，b s ) 结构即浏览器和 服务器结构。它是随着i n t e r a c t 技术的兴起，对c s 结构的一种变化或者改进的 结构。在这种结构下，用户工作界面是通过万维网( w o r l dw i d ew e b ，w w w ) 浏览器来实现，极少部分事务在前端( b r o w s e r ) 实现，主要事务由服务器端 ( s e r v e r ) 实现，形成三层3 - t i e r 结构。这样就大大简化了客户端电脑载荷，减轻 了系统维护与升级的成本和工作量，降低了用户的总体成本。 广东工业大学工学硕士学位论文 2 1 2c s 及b s 结构系统比较 管理软件是为企业服务的，企业对管理软件不仅要从技术上考虑，还要从具 体运用方面来考虑，从刀具数据管理系统的开发和部署角度对两种结构的系统进 行比较，主要c s 结构和b s 结构主要差异如下： ( 1 ) 开发部署成本比较。从软件成本上来看，b s 结构的刀具数据管理系统 只有初期一次性投入成本，系统后期也只需要对服务器端进行维护管理；客户端 仅浏览器即可胜任。而c s 结构的系统则不同，随着应用范围的扩大，投资具有 持续性；不仅需要对服务器端进行维护扩展，还需要对客户端软件进行重新开发 部署。 ( 2 ) 数据安全性比较。b s 结构的刀具数据管理系统数据集中存放于数据库 服务器上，客户端只是浏览器，不保存任何业务数据和数据库连接信息，也无需 进行数据同步，可很好的避免这些安全问题。由于c s 结构软件的数据分布特性， 客户端所发生的火灾、盗抢、地震、病毒、黑客等都会造成不可挽回的数据损失， 灾难发生后需要重新部署客户端。 ( 3 ) 服务响应及时性比较。随着企业不断发展，其刀具管理模式必然会不 断调整。因此需要对已部署的管理系统进行维护、升级。b s 结构的管理系统程 序都集中在服务器端，各客户端只是一个浏览器，无其他需要重新部署的程序， 因此服务器更新则全部应用程序更新，可以做到快速服务响应，适合快速响应制 造的发展要求。而c s 结构软件由于其应用是分布的，程序升级时需要对每一个 客户端进行程序升级安装，即使一个很小的程序缺陷修整都需要很长的重新部署 时间，其服务响应迟缓。 ( 4 ) 网络应用限制比较。由于基于w e b 的特性，b s 结构的刀具数据管理 系统可适用于多种网络环境，局域网、广域网均可，对网络带宽要求低；同时对 操作客户端的电脑性能要求不高。而c s 结构的系统则对带宽要求较高，适用于 局域网内部用户或宽带用户。 ( 5 ) 硬件投资保护比较。在对已有硬件投资的保护方面，两种结构也是完 全不同的。当负载上升时，只要增加服务器台数，实现各个服务器之间的负载均 衡，就可以解决b s 结构的系统负载问题：有效地保护了原有硬件投资。而c s 结构的系统由于其结构不适合依靠多台服务器来实现负载均衡，实现技术困难， 刀具数据管理系统结构与开发平台设计 因此一般靠购买更高级的服务器来处理更重要的负载，可能导致原服务器投资浪 费。 ( 6 ) 企业快速扩张支持上的比较。随着加工业的发展，企业问的兼并或扩 张日益激烈，如收购新的企业、设立分厂等。这种情况发生时，b s 结构的刀具 数据管理系统无需重新安装部署或投入更多的专业系统维护人员，只需设立相关 账号、培训，即可共享数据。而对于c s 结构的软件来讲，由于必须同时安装服 务器和客户端、建设机房、招聘专业管理人员等，所以对企业的快速扩张或成长 适应能力有限。 从技术角度来看，b s 结构的系统中，所有的用户都是通过浏览器来请求w 曲 服务器，然后w e b 服务器根据请求对数据库进行操作，用户不需要保持对数据库 的连接，因此效率及负载能力大于c s 结构。而大多数c s 结构的软件都是通过 o d b c 等技术直接连到数据库，每个连到数据库的用户都需要保持一个o d b c 连 接，并一直占用中央服务器的资源，对中央服务器的要求高，使得用户扩充受到 限制。 2 1 3 刀具数据管理系统软件结构选择 从以上的分析可以看出，b s 结构的刀具数据管理软件相对c s 结构有较大 的优势，因此本文研究的刀具数据管理系统将选择b s 结构。但b s 结构的软件 并不完美。由于应用及数据处理集中在服务器端，因此对服务器的稳定性及安全 性要求较高。而且一旦发生服务器硬件崩溃、被攻击或者自然灾害等问题，后果 严重。因此，b s 结构下服务器的稳定性、数据的安全性以及数据的及时备份在 刀具数据管理系统中极为重要，本文在第四章4 7 将详细阐述如何解决服务器端、 客户端以数据以及数据传输的安全性问题。 由于b s 客户端基于浏览器，传统的w 曲技术局限了数据管理系统的实时交 互性，因此本文提出了利用异步j a v a s c r i p t 和x m l ( a j a x ) 这一新技术来解决 实时交互性的需求，克服基于w e b 软件系统的局限性( a j a x 简要介绍见第二章 2 4 2 ) 。 广东工业大学工学硕士学位论文 2 2 刀具数据管理系统建模方法及建模语言 设计一个完整的管理信息系统，首先是理解用户的需求，形成需求说明书， 因此需求分析是管理系统总体设计的基础，而系统分析建模方法是首先需要考虑 的问题。 2 2 i 运用面向对象( 0 0 ) 思想 建模思维方法可分为面向过程( p r o c e s s o r i e n t e d ，p o ) 和面向对象 ( o b j e c t o r i e n t e d ，0 0 ) ，面向过程建模的特点是按分析解决问题所需要的步骤， 由程序逐一实现这些步骤；面向对象建模方法是把构成问题事务分解成独立的对 象，建立对象的目的不是为了完成一个步骤，而是为了描叙某个事物在整个解决 问题的步骤中的行为。面向对象其实是现实世界模型的自然延伸。现实世界中任 何实体都可以看作是对象。对象之间通过消息相互作用。另外，现实世界中任何 实体都可归属于某类事物，任何对象都是某一类事物的实例。如果说传统的面向 过程式编程语言是以过程为中心以算法为驱动的话，面向对象的编程语言则是以 对象为中心以消息为驱动。 所有面向对象编程语言都支持三个概念：封装( e n c a p s u l a t i o n ) 、多态性 ( p o l y m o r p h i s m ) 和继承( i n h e r i t a n c e ) 。封装指的是用一个自主式框架把对象的 数据和方法联在一起形成一个整体；多态性指的是针对不同的数据类型，编程人 员不必手工选择，只需使用统一接口名，系统可自动选择；继承指的是一个对象 直接使用另一对象的属性和方法。相对传统的面向过程建模方法，面向对象建模 方法具有以下优点： ( 1 ) 易维护。由于继承的存在、采用了面向对象思想设计的结构，因此即使改 变需求，维护也只是在局部模块，维护起来是非常方便、成本低、程序的可读性 高。 ( 2 ) 稳定性好。面向对象方法基于构造问题领域的对象模型，是以对象为中心 来构造软件系统。对象是一个独立的模块，是类运行时的实例。而软件系统中的 类是软件开发者经过多次严格测试后的产品，具有很高的稳定性。 ( 3 ) 效率高。在软件开发时，根据设计的需要对现实世界的事物进行抽象，产 生类。使用这样的方法解决问题，接近于日常生活和自然的思考方式，势必提高 1 4 刀具数据管理系统结构与开发平台设计 软件开发的效率和质量。 ( 4 ) 易扩展。由于继承、封装、多态的特性，因此面向对象程序具有高内聚、 低耦合的系统结构，使得系统更灵活、更容易扩展，而且成本较低2 引。 针对刀具管理系统的需求和上述优点，本文采用面向对象的建模方法来对刀 具数据管理系统进行建模分析。 2 2 2 运用统一建模语言( u m l ) 来描述刀具数据管理系统 目前，面向对象开发方法的研究已日趋成熟，面向对象开发方法有c o a d 方 法、b o o t h 方法、0 m t 方法以及统一建模语言等。 ( 1 ) b o o c h 方法。b o o t h 最先描述了面向对象的软件开发方法的基础问题，指 出面向对象开发是一种根本不同于传统的功能分解的设计方法。面向对象的软件 分解更接近人对客观事务的理解，而功能分解只通过问题空间的转换来获得。 ( 2 ) c o a d 方法。c o a d 方法是1 9 8 9 年c o a d 和y o u r d o n 提出的面向对象开发方 法。该方法的主要优点是通过多年来大系统开发的经验与面向对象概念的有机结 合，在对象、结构、属性和操作的认定方面，提出了一套系统的原则。该方法完 成了从需求角度进一步进行类和类层次结构的认定。尽管c o a d 方法没有引入类 和类层次结构的术语，但事实上已经在分类结构、属性、操作、消息关联等概念 中体现了类和类层次结构的特征。 ( 3 ) o m t 方法。o m t 方法是1 9 9 1 年由j a m e sr u m b a u g h 等5 人提出，该方法 是一种新兴的面向对象的开发方法，开发工作的基础是对真实世界的对象建模， 然后围绕这些对象使用分析模型来进行独立于语言的设计。面向对象的建模和设 计促进了对需求的理解，有利于开发得更清晰、更易维护的软件系统。该方法为 大多数应用领域的软件开发提供了一种实际的、高效的保证，努力寻求一种问题 求解的实际方法。 ( 4 ) 统一建模语言( u n i f i e dm o d e l i