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基于w e b 的c a d 系统研究与实现 摘要 二十世纪末i n t e m e t 发展迅猛，网络技术日新月异，各行各业都从中受益匪 浅。经济全球化带来的制造业全球化，在很大程度上依赖于网络化的产品设计 与制造。现代企业需要更快地对技术革新、市场需求情况作出反应，异地设计 制造技术和并行设计n 造技术受到日益重视。在企业的生产过程中充分利用网 络技术特别是i n t e r n e t 技术，构造一个基于w e b 的产品开发平台和制造平台， 支持跨地区、跨平台的全球制造，是今后制造业的重要发展方向之一。传统的 基于单机或局域网的c a d 软件应用正在逐渐发展为基于w e b 的应用模式。 本文分析了互联网时代c a d 技术的发展方向，叙述了w e b c a d 系统概念 的由来，论述了与w e b 应用相关的网络技术与图形交互技术，重点探讨了在 i n t e r n e t 环境下的应用系统体系结构、基于w e b 应用的纯j a v a 开发技术、分布 式w e b 组件模型技术以及基于j a v a2 d j a v a3 d 的图形交互技术。在融合以上相 关技术的基础上。用j a v a 语言设计并初步实现了一个基于i n t e m e t 的二维c a d 原型系统w c p s ( w e b b a s e dc a d p r o t o t y p es y s t e m ) 。该系统作为一个验证系统， 除具有传统二维c a d 的基本功能外，还具有基于i n t e r n e t 的远程主机间的图形 交互功能，该项功能是用j a v a r m i 技术实现的。对该程序稍加修改，就可实现 文字、图像的远程交互。 关键词：w e b ，c a d ，i n t e r n e t ，j a v a ，r m i ，图形交互 r e s e a r c ha n d i m p l e m e n t o nw e b - b a s e dc a d s y s t e m a b s t r a c t i n t e m e ti sb o o m i n gs i n c et h ee n do f t h e2 0 t hc e n t u r ya n dt h en e t w o r k t e c h n o l o g y i sd e v e l o p i n gr a p i d l yw i t he a c hp a s s i n gd a y , a l lt r a d e sa n d p r o f e s s i o n sb e n e f i tag r e a t d e a lf r o mi t t h eg l o b a l i z a t i o no fm a n u f a c t u r et h a tt h ee c o n o m i c g l o b a l i z a t i o nb r i n g s a b o u t ，d e p e n d so n t h ep r o d u c td e s i g na n d m a n u f a c t u r i n g o fn e t w o r kt oag r e a te x t e n t m o d e m e n t e r p r i s ei sr e q u i r e dt or e s p o n s e t ot h et e c h n o l o g i c a li n n o v a t i o na n dm a r k e t d e m a n d s r a p i d l y t e l e d e s i g n a n d m a n u f a c t u r i n g a n dc o l l a b o r a t i v e d e s i g n a n d m a n u f a c t u r i n gi s v a l u e dg r a d u l l y i ti so n eo ft h ei m p o r t a n td e v e l o p i n gd i r e c t i o no f t h em a n u f a c t u r ei nt h ef u t u r et o f u l l y u t i l i z et h en e t w o r kt e c h n o l o g y , e s p e c i a l l y i n t e r n e t t e c h n o l o g y , i n t h e p r o d u c t i o np r o c e s s o ft h e e n t e r p r i s e ，a n d c o n s t r u c ta w e b - b a s e dp r o d u c td e s i g na n dm a n u f a c t u r i n gp l a t f o r mt os u p p o r tt r a n s - r e g i o n a la n d p l a t f o r m - i n d e p e n d e n tg l o b a lm a n u f a c t u r i n g t r a d i t i o n a lc a d s o f t w a r eb a s e do nt h e s t a n d a l o n eo rl a ni sg r a d u a l l yt u r n e dt ot h ew e b b a s e da p p l i c a t i o nm o d e t h i sp a p e ra n a l y s e st h ed i r e c t i o no f d e v e l o p m e n to f c a d t e c h n o l o g yi nt h ee r a o fi n t e r u e t ，r e c o u n tt h ec o n c e p to r i g i no fw e b c a d ，e x p o u n d st h ew e b r e l e v a n t n e t w o r kt e c h n o l o g ya n dt h et e c h n o l o g yo fg r a p h i c s i n t e r a c t i v i t y , p r o b e s i n t ot h e a r c h i t e c t u r eo f a p p l i c a t i o ns y s t e mu n d e r i n t e r n e te n v i r o n m e n t ，p u r ej a v at e c h n o l o g y b a s e do nw e b a p p l i c a t i o n ，d i s t r u b u t e dw e bc o m p o n e n tm o d e lt e c h n o l o g y , t e c h n o l o g y o f g r a p h i c si n t e r a c t i v i t y b a s e do nj a v a2 d j a v a3 d b a s e do nt h er e l e v a n t t e c h n o l o g i e sa b o v e ，t h i sp a p e rd e s i g n s a n d i m p l e m e n t s o n ew e b b f i s e dc a d p r o t o t y p es y s t e mw c p s a sas y s t e mo fv e r i f y i n g ，w c p sh a st h e f u n c t i o no f i n t e m e t b a s e dg r a p h i c si n t e r a c t i v i t yb e t w e e nd i s t a n th o s t sb e s i d e sb a s i cf u n c t i o no f t r a d i t i o n a lt w o d i m e n t i o n a lc a d t h i sf u n t i o ni s i m p l e m e n t e db y j a v ar m i t e c h n o l o g y i f t h e p r o g r a m i sm o d i f i e da l i r l e ，i t w i l lh a v et h ef u n c t i o no f i n t e r a c t b a s e di m a g ea n dw o r d i n t e r a c t i v i t yb e t w e e n d i s t a n th o s t s k e y w o r d s ：w e b , c a d ，i n t e m e t ，j a v a ，r m i ，g r a p h i c si n t e r a c t i v i t y 独创性声明 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，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得盒鲤王些盔生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的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名：垄建成 签字日期：乒邮年6 月上1 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解盒胆王、业左堂有关保留、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。本人授权盒 鲤王、业盔堂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。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名婪建威 签字日期：争而年6 月2 f 日 导师签名 幽叭 签字日期：豳乒6 月矽日 j 学位论文作者毕业后去向：玄缴工经斜捷学，免击己j 或彳 工作单位：安徽工往科技学院机减东电话：0 5 5 多一如7 ：f a 5 爻 通讯地址慢徽逆斜技学院氟斌拳邮编：a 4 7 。 致谢 在论文完成之际，谨向我的导师张佑生教授表示深深的谢意，感谢导师在我 攻读硕士学位期间给我的关怀和帮助，感谢导师在课题阶段给我的指导，并提 出了许多启发性的意见，导师严谨的治学态度和敏锐的洞察力永远是我学习的 榜样和追求的目标。 感谢在四年的硕士研究生课程学习和论文完成过程中给予我帮助的王浩、 侯整风等老师以及安徽工程科技学院计算机系主任周鸣争教授；感谢所有帮助、 支持和关心我的其他老师、同学和同事。 感谢合肥工业大学研究生部及计算机与信息学院的老师与领导们的帮助和 支持。 特别感谢我的父母对我的无限关心和爱护，有了他们的支持和鼓励使我有更 大的动力去不断创新，我要用我的成绩来回报他们寄予我的厚望。 作者：龚建成 2 0 0 3 年6 月日 第一章绪论 制造业是我国国民经济的基础。近年来，以i n t e m e t 为代表的网络技术飞速 发展，对传统制造业提出了更高的要求，正在逐步改变着制造业的规则，并加 剧了制造业界的竞争。制造业企业只有保持对包括网络技术在内的先进制造方 法的敏感，适时采取能够加速企业发展、增强企业竞争力的有力工具，才能在 日益全球化的市场中占有一席之地。 1 1 网络技术在制造业中的应用 1 1 1c a d c a m 的新发展 c a d c a m 技术作为制造业保证竞争力的有效工具在规范产品标准、提 高产品质量、缩短上市周期和降低成本诸方面发挥了不可取代的作用。但由于 传统的c a d c a m 系统运行、维护和升级的开销很大，造成了大量时间和资源 的浪费，加之对异构环境适应性差，不能充分利用i n t e m e t ，已逐渐不满足制造 业的新要求。近几年以i n t e m e t 技术为代表的网络技术发展迅猛，相关技术瓶颈 逐步得到解决，在这种大趋势下，c a d c a m 技术已经越来越和网络技术联系 在一起。引入网络技术，把i n t e r n e t 作为系统的扩展部分，是几乎所有c a d c a m 系统的发展方向。在设计的各个时期，让设计员和用户能够通过w e b 浏览器来 浏览产品模型，是这些系统提供的基本网络功能之一。 最常用的网络图形格式是虚拟现实建模语言( v i r t u a lr e a l i t y m o d e l i n g l a n g u a g e ，v r m l ) 格式。v r m l 是描述网上三维物体和三维世界的一种标准文 件格式，它隐藏了t c p i p 及f t p 协议，使得在i n t e r n e t 上传输图形变得非常简 草。另一方面，v r m l 文件比表示相同三维对象的其它文件格式小得多，非常 适合用来在网上传输产品模型。用户不需要安装任何c a d 系统，使用现有的 w e b 浏览器或安装插件就可以浏览三维产品模型，在其中漫游，还可以通过嵌 入的相关链接访问产品信息、技术支持等许多在线文档。目前，几乎所有大型 c a d c a m 系统都提供v 则l 相关的功能，对v r m l 的支持逐渐成为标准。 对于二维图形，也有专门为其开发的网络格式。a u t o d e s k 公司为其旗舰产 品a u t o c a d 推出了与d w g 格式相对应的用于网络的图形格式d w f ( d r a w i n g w e bf o r m a t ) ，这是一种高度压缩的图形格式，专门用于在网络上传输。d w f 文件由a u t o c a d 的d w f o u t 命令输出，用d w f 浏览器进行浏览。目前已开 发出许多d w f 浏览器。 支持协同设计及并行设计也是c a d c a m 系统的共同发展方向之一。现代 制造企业往往分散于不同地域，产品的设计开发需要各地的工程师密切合作， 大型c a d c a m 系统为适应这种分布式设计制造模式提供基于网络的解决方 案。通过i n t e m e t i n t r a n e t ，身处不同地理位置的工程师可以实时观察、操作同一 产品模型，进行并行设计，从而大大加快产品开发速度缩短新品开发周期。 1 1 2 虚拟零件库( v i r t u a lp a r tl i b r a r y ，v p l ) 在产品的工程设计中，常常涉及到大量的标准件或专业零件，为了提高设 计效率，很多企业自己建立一些小型的标准件库或专业零件库。这往往导致大 量人力、物力和时间被耗费在重复的工作中。而且由于各单位条件限制及使用 目的不同，很难有一个完整、准确的零件库存，对由于标准改变等隋况引起的 零件库更新问题也无法很好地解决，虚拟零件库( v p l ) 是针对这一问题的理 想解决方案。v p l 是一个专业工程网站，它存储着许多厂家所生产的零件的图 纸及三维模型，在工程设计时所需要的某些零件图能够通过访问该网站得到。 这些图纸可下载到本地计算机直接使用，这样所节省的时间和人力是相当可观 的。v p l 提供多种格式的图纸以满足不同用户的需要，还可以提供许多与零件 相关的信息，如材质、型号、制造厂商等，免去了用户查找相关资料的麻烦。 v p l 提供了二维( d w f 格式) 及三维( v r m l 格式) 预览功能，以便用户通过 对图形文件预览进行选择。p t c 公司所属的i n p a r t 就是这样一个虚拟零件库。 l n p a r t 作为基于i n t e r n e t 的c a d 库的无缝集成，简化了直接由w e b 提供c a d 几何图形的过程，通过公司的网站就可以共享大量的2 d 和3 d 几何图形，从而 帮助设计师加快他们的设计工作，提高设计质量。 1 1 3 项目网站( p r o j e c tw e b s i t e ) 当制造企业开始一个新的工程项目时，可以专门为之建立一个网站，其服 务对象是项目决策人员、设计开发制造人员、零件供应商及用户等项目参与者。 防火墙技术及加密技术等安全措施只允许具有相应权限的访问者才能访问相关 页面，获取或发布信息，跨地区、跨行业的项目参与者可以通过项目网站获取 资料，提请组织会议、审阅批注设计、传递工程文档等。项目网站的意义在于 通过减少面对面的会议、旅行及减少缓慢的信件来往，来减少延误，降低费用、 节省时间，提高效率。项目网站的组织形式对于国际间项目合作有特别重要的 意义。 1 1 4 电子商务( e l e c t r o f i i cc o m m e r c e ，e c ) i b m 公司把电子商务定义为；电子商务= w e b + 企业业务，在实际生活中， 人们常常将一切使用通信技术和计算机技术来改变传统的商务服务模式的活动 都视为电子商务。电子商务将改变企业的生产方式。电子商务既是一种快捷、 方便的购物手段，又可使消费者的个性化、特殊化需要通过网络展示在生产厂 商面前。为了吸引顾客，突出产品的设计风格，许多企业纷纷发展和普及电子 商务。电子商务将给传统行业带来一场革命它将极大地提高商务活动的效率， 减少不必要的中间环节，传统的制造业藉此进入小批量、多品种的时代，使得 “零库存”成为可能。 1 2 互联网时代的c a d 技术 进入互联网时代，c a d 技术的发展大致有以下三个方向： 2 1 2 1 集成化 一、封闭式企业内的n o n w e bb a s e d 的信息集成 在企业生产过程中，应用计算机辅助方式包括c a d 、c a m 、c a e 和p d m ( p r o d u c td a t am a n a g e m e n t ) 和e r p ( e n t e r p r i s er e s o u r c ep l a n n i n g ) 等。其中， e r p 系统应用于统筹管理企业内部所有部门的集成式信息管理。不同于m r p ( m a n u f a c t u r er e s o u r c ep l a n n i n g ) 的是，e r p 系统提供的是一套可以自由选配， 面向生产的组合式软件。企业可以根据自身情况，合理引进，从而实现对物流、 资金以及信息流的统一管理。 二、扩展企业内的信息集成 扩展企业通过对不同组件的集成，可以有效地减少生产周期和价格，同时 提高产品的质量和多样性。目前，不同的企业通常配备不同的商业化p d m 和 e r p ，其相互间共享信息几乎是不可能的，这主要是因为大多数供应商与生产 商处于不同的国家或地区，它们之间主要是通过传统的纸张来进行信息交流的。 因特网技术与w e b 技术的迅速发展为这种问题提供了解决方案。w e b 技术 具有易用性，无处不在性、标准性等，因此采用基于w e b 的技术，利用h t m l ， j a v a ，v r m l ，x m l 3 d 等技术可以有效地完成这项工作。 以前的产品都是基于与硬件相关的( c c + + ) 平台开发的，不可避免地存在如 下缺陷： f 一)客户端肥胖，定制工作繁重。 ( 二)对异构环境适应性差，不能充分利用i n t e m e t i n t r a n e t e x t r a n e t 。 ( 三)运行、维护的开销很大。 w w w 与它们的结合，使用硬件无关的b r o w s e r s e r v e r 结构，采用瘦客户端 的解决方案，使得客户端简单并且具有统一的界面，也增强了系统的可伸缩性 和适应异构环境的能力，并且大大减少运行和维护的开销。 企业本身管理系统的集成方式也有基于w e b 和非w e b 两种。对于扩展型企 业来说，可能分布在不同的地理位置，它的管理方式应该是基于w e b 的。 三、异构平台的集成 异构平台之间的集成包括不同的硬件平台，不同的网络结构不同的操作 系统和不同的应用之闻的集成。 基于网络的分布式计算技术是近年来获得很大进步的技术之一，以分布式 计算技术为基础，基本构件的系统体系结构将逐渐取代模块化的系统体系结构。 在这方面的标准中，一直存在着两大阵营，一个是以o m g 组织为核心的c o r b a 标准，另一个是微软的基于d c o m 和a c t i v e x 技术，目前这两大阵营竞争很激 烈。 j a v a 的语言无关性及其内在的安全性特点使它成为编写网络环境下的构件 的最佳选择。将分布式计算框架和j a v a 技术结合起来，将是构造网络信息系统 的理想模式。 1 2 2 智能化 智能设计( i n t e l l i g e n td e s i g n ) 和基于知识库系统( k n o w l e d g e b a s e ds y s t e m ) 的 工程是出现在产品处理发展过程中的新趋势，核心就是“把信息变成知识，用 知识指导创新”。 工程设计知识库( t h ee n g i n e e r i n gd e s i g nk n o w l e d g er e p o s i t o r y ) 用来收集和 存储相关的几何数据和属性数据，并自我学习，积累起一定的经验、规则，通 过知识提炼和分类，把工程、属性数据与知识库紧密地结合起来，提高了搜索 复杂几何图形和工程信息的计算能力。对于那些搜索大量以前留下来的数据以 组成新产品设计的工程人员来说，工程设计知识库意义尤为重大。有大约7 5 的新产品设计活动可以重用以前的设计知识。 知识库应该是基于w e b 共享的。知识库的提供者( p r o v i d e r ) 和消费者 ( c o n s u m e r ) 都是在全球范围内分布在物理上离散的地方。w 曲是巨大的信息仓 库，是知识库的素材来源也是大量应用知识库的途径。知识库可以通过三种 途径来访问：通过标准的文件传输协议( f t p ) ，通过超文本传输协议( h t t p ) ，以 及通过代理( a g e n t ) 的访问。知识库应该提供良好的学习7 - 具( l e a r n i n gt o o l s ) ， 可以方便地从w e b 中得到新的设计数据和相关信息。 当前知识库的发展还处于初级阶段，是数据库在一定程度上的智能化及其 与专家系统的结合，以后将朝几何、特征属性信息与知识的集成方向发展。 1 2 3 协同化 全球化竞争已经迫切要求企业快速有效地生产高质量、低价格的产品。在 这种环境下，对于企业来说，快速响应市场变化，把握市场机遇的一种有效途 径是组织企业间的动态联盟。这种联盟的主要特性在于它的虚拟性，最大的优 势是它的敏捷性，即对一特定的市场需求。通过综合不同企业的优势，快速地 形成一个虚拟的企业来生产出满足这一市场需求的产品。虚拟企业的建立依赖 于有效的通讯设施和相关的信息技术。 基于w e b 的并行工程是在物理上分布在不同地点的部门之间的协作，要涉 及到分布式的数据库的管理和大量数据传输。每个节点可以通过w e b 了解到最 新的设计，生产相关数据。三维数据在w e b 上通过v r m l x m l 等协议进行传 输其传输的是特征信息，而不是三维模型的实体信息数据，特征数据将在客 户端被重新解释还原成三维实体模型。 随着i n t e r n e t 的飞速发展，网络带宽的提高，多媒体数据的实时传输，提供 的服务越来越多样，这一切使网络会议和虚拟现实等技术可以真正地应用于设 计，制造过程，构造一个基于w e b 的设计制造平台，满足并行工程、敏捷制造的 要求，并解决三维数据在w e b 上的传输和访问、修改等不同级别的共享。 协同化的发展和企业的扩展化使企业资源规封j ( e r p ) 与供应链管理( s c m ) ， 客户关系管理( c r m ) 紧密地结合在一起，是电子商务有机组成部分。继e r p ， d a t am i n i n g ，s c m 和c r m 等革新性软件之后，产品协同商务( c o l l a b o r a t i v e p r o d u c tc o m m e r c e ，c p c ) 开始浮出水面。c p c 定义了一种全新的软件和服务， 一方面利用因特网技术允许个人进行产品的开发，构建并管理产品的整个生命 周期，另一方面，把产品的设计、生产、销售、市场、售后服务等环节紧密连 接到全球性的知识网中，从而使制造商加快了以整个产品生命周期管理功能为 核心的发展步伐，并以更快的速度和更有竞争力的价格提供客户订购的产品。 具有竞争力的公司总是寻求利用更少的资源制造更好的产品，这使得在产 品开发阶段预测整个产品和企业的活力的重要性大大增加。作为专家的个人和 组织可以发布他们的可利用i n t e r n e t 来进行互操作的几何设计与分析、制造或市 场等服务，只提供利用服务的方式，而把具体的实现机制隐藏在系统内部，这 样一来，产品的开发者就可以通过w e b 订购他们的服务，进行产品开发，建立 一个能够体现产品开发组织的服务网络模型。这样的模型不但可以进行数学预 测、仿真可视化产品的性能，也可以实时动态地分析服务网络的结构和性能， 从而可以进行各种评论活动。 1 3 论文选题依据及主要内容 随着i n t e r n e t 技术的发展，c a d 技术越来越依赖于通过网络传输信息，即 与网络技术密切相关。现代企业需要更快地对技术革新、市场需求情况作出反 应，异地设计i n 造技术和并行设计n 造技术受到日益重视。这些技术的实施， 需要有高效、快捷、安全的网络c a d 系统和数据库系统的支持。 本课题主要研究基于w e b 的c a d 系统体系结构和开发策略，包括系统的 组成、各部分功能及其描述，系统的运行机制等。 本文总结了作者课题阶段涉及到的基于w e b 的c a d 系统体系结构与开发 策略等方面所做的工作。在开发过程中作者对网络技术与c a d 技术的结合有了 一较为广泛的认识，并在系统中加以实现。论文主要内容如下： 一、对互联网时代c a d 技术的走向和网络技术在制造业中的应用情况进行 综述。( 第一章) 二、讨论了基于w e b 的c a d 系统开发技术。( 第二章) 三、讨论了基于w e b 应用的纯j a v a 开发技术。( 第三章) 四、研究包括网络技术和图形交互技术在内的相关技术，设计并初步实现 了一个基于i n t e m e t 的交互式c a d 原型系统w c p s ( w e b b a s e d c a d p r o t o t y p e s y s t e m ) ，研究了系统体系结构，描述了系统功能。( 第四章) 五、计并实现了w c p s 中若干基本模块。( 第五章) 六、总结论文主要工作以及开发工作中存在的问题，提出今后需要重点解 决的问题。( 第六章) 第二章基于w e b 的c a d 系统开发基础 2 1 基于w e b 的c a d 系统 2 1 1 概念与由来 网络c a d 目前尚无统一的定义，但普遍认为它是利用网络及其衍生技术， 通过分布协同的工作方式使产品设计合理有序，优化设计方案和数据，共享设 计资源和信息模型，从而保证c a d 产品的高性能、高质量、低成本和短周期。 尽管网络c a d 概念相关提法很多，但多是借用网络技术方面的术语。一个比较 权威的提法出现在1 9 9 7 年a s m e ( a m e r i c a ns o c i e t yo fm e c h a n i c a le n g i n e e r s ) 设 计工程国际会议上，相关网络c a d 的概念被称为“以网络为中心的 c a d ( n e t w o r k - c e n t r i ec a d ) ”。1 9 9 8 年c o m p u t c r - a i d e dd e s i g n ) ) 中一期有关网 络c a d 的专刊上，也提出了相同的概念。同时指出以网络为中心的c a d 技术 是“一个重要而又崭新的交叉学科研究中心领域”，它涉及“实体造型、计算几 何、数据库、分布计算和远程通信”。特别值得注意的是，就在这篇专刊的评论 文章中，作者断定“二十一世纪的设计与制造环境会严重依赖于n e t w o r k c e n t r i c c a d 技术”。早在l9 9 6 年a s m e 中的d a c ( d e s i g n a u t o m a t i o nc o n f e r e n c e ) 分会 上，一个分布式c a d 设计系统w e l d 原型系统引起了与会者的广泛的关 注。1 9 9 7 年的a s m e 设计工程国际会议上首次设立“n e t w o r k c e n t r i cc a d ”专 题研究标志着基于网络的c a d 技术已经得到了国际学术界的广泛认同。1 9 9 8 年有关网络c a d 的概念被称为“基于w e b 的设计( w e b b a s e dd e s i g n ) ”及“基 于i n t e m e t 的c a d ( i n t e m e t b a s e dc a d ) ”。1 9 9 9 年又将其称为“网络辅助设计 ( i n t e m e t - a i d e dd e s i g n ) ”。 2 1 2 国内外研究状况 围绕着网络技术在c a d c a m 领域里的应用，各大c a d c a m 软件厂商相 继推出了自己的相关产品。i b m 公司推出了c a t w e b 浏览器1 4 l ，用户使用普通 的电话线和一个简单配置的客户机，便可以访问c a t i a 数据库中的三维几何图 形和进行远程注解、干涉检查等。s o l i d w o r k s 公司发布了其3 d p a r t s t r e a m n e t 和 3 di n s t a n tw e b s i t e 站点。利用该站点，s o l i d w o r k s 用户可以方便地通过w e b 页 面生成并发布3 d 设计并对其进行管理。用户既可以通过s o l i d w o r k s 公司的主 机，也可以通过自己的i n t r a n e t 服务器进行产品发布。u g s 公司新推出的 v i s p u b l i s h 3 d 1 5 i 可以实现异地企业间三维数模的发布、分配，它允许整个企业在 一个可控的多媒体环境下生成、分配和显示最新的产品和工艺数据。p r o d u c t v i e w e x p r e s s i 6 l 是p t c 公司新近推出的基于w e b 的p m e 文件浏览器，使用它，不需 要在客户端安装p r o e 就可以很方便地浏览二维图纸、图表以及三维模型；能 实现动态旋转、平移和缩放功能并支持线框、隐藏线和渲染等显示方式。以上 这些产品为基于w e b 的c a d c a m 系统的实现提供了一些技术上的准备。 目前国内在该方面的研究和应用整体还处于起步阶段，主要偏重于理论和应 用框架研究。该领域的成果包括基于w e b 的异地协作设计系统c d e s i g n l 7 i 、基于 w w w 的磁粉制动器c a d 系统1 8 i 和基于b s 模式的远程协同设计系统9 1 等等， 这些研究成果有力地推动了基于w e b 的c a d c a m 技术向前发展。这些系统中， 有的在体系结构上采用传统的c s 模式，有的在服务器上采用传统的c g i 程序， 目前大都没有实现图形交互的输入方式，而图形交互是一个好的c a d 系统所必 须具备的。 2 1 3 若干共性技术 在基于w e b 的c a d 系统开发中，涉及到如下与网络相关的共性技术： 一、三层架构的浏览器朋匣务器，数据库技术 主要指构建w e b 基c a d 系统的三层b s 模式及各层的实现技术如a p p l e t 、 s e r v l e t j s p 和j d b c 、关系数据库等。 二、基于w e b 的开发语言 j a v a 技术凭借其独特的平台无关性和网络分布性等众多优点，已经成为 开发高性能的基于w e b 的应用软件的优先选择。 三、基于w e b 的图形交互技术 目前主要包括j a v a2 d 3 d ，三维信息传输的v r m l 和正在发展中的 x m l 3 d 等。 四、基于w e b 的异构环境的集成技术 在远程协同设计等领域需要考虑异构平台的集成技术，主要包括几种分 布式计算的框架如d c o m 和j a v a b e a n s c o r b a 等。 2 2 基于w e b 的应用系统体系结构分析 随着计算机技术的发展，计算机应用的体系结构经历了三个阶段：终端主 机( t e r m i n a l m a i n f r a m e ) 计算模型；客户机服务器( c l i e n t s e r v e r ) 计算模型 和浏览器j j a 务器( b r o w s e r s e r v e r ) 计算模型。近年来，随着i n t e m e t 技术的飞 速发展以及应用的普及，基于w e b 的浏览器服务器的计算模型得到了人们广泛 的重视，基于浏览器，服务器的应用软件正在越来越大的程度上取代传统体系结 构的应用软件，成为当前应用软件开发的主流。 t e r m i n a l m a i n f r a m e 体系结构是由一台大型主机和多台与之相连的终端组 成，其核心是大型主机，主要用于大型计算。以下重点分析c l i e n t s e r v e r 和 b r o w s e r s e r v e r 计算模型。 2 2 1c l i e n f f s e r v e r 模式 c l i e n t s e r v e r 是一种二层的客户棚服务器体系结构，其思想是将一个应用分 成前后台两部分：前台计算交由客户机完成；后台计算由服务器承担。它的数 据及应用服务集中存储，可通过不同的平台存取，有较好的系统伸缩性。它把集中 管理模式转化为一种服务器与客户机负荷均衡的分布式计算模式，解决了执行效 率及容量不足的问题。图2 1 为典型的c l i e n t s e r v e r 体系结构。 图2 1典型的两层c l i e n t s e r v e r 体系结构 c l i e n t s e r v e r 模式又分为两种： 一、胖服务器瘦客户机方式：数据计算与数据集中在数据库服务器端，数 据库服务器端是这种系统的瓶颈，当接入的用户较多时，会发生通讯堵塞，系 统性能也急剧下降，无法适应多用户的需要。 二、瘦服务器胖客户机方式：数据计算与数据处理集中在客户机端，这加 大了网络负荷，影响了业务处理速度，而且客户端p c 机的多样性使得如何有效 管理控制整个系统、并不断予以更新成为一个新的“瓶颈”。 在c l i e n t s e r v e r 模式下开发的应用系统也有一些方面尚不够完善，不能适应 不断增长的多方面需求。主要体现以下几点： 一、封闭式系统，不同系统之间无法交流。 二、用户界面风格不一，使用繁杂，不利于推广使用。 三、系统开发和维护复杂，移植困难，升级麻烦。 四、无法包容已有系统，造成重复投资。 五、不能接纳新技术，限制了扩展性。 2 2 2b r o w s e r s e r v e r 模式 b r o w s e r s e r v e r 是一种由表示层( b r o w s e r ) 、功能层( w e bs e r v e r ) 与数 据库服务层( d bs e r v e r ) 构成的三层( t h r e e - t i e r ) 分布式体系结构。数据及应 用可通过不同平台、不同网络存取，与平台无关，伸缩性大。图2 2 为典型的浏 览器服务器体系结构。 b r o w g e rb r o w s o r b r o w s e r 图2 2 典型的三层c l i e n t s e r v e r 浏览器月务器体系结构 b r o w s e r s e r v e r 体系结构利用超文本传输协议h t t p ( h y p e r t e x t t r a n s f e rp r o t o c 0 1 ) 的消息传递机制，客户端通过浏览器访问服务器并发出 服务请求，服务器进行相应的处理后将响应结果返回给客户端。 与传统的c s 结构相比，b s 结构具有以下特点： 一、c s 结构必须根据客户端所使用的操作系统及访问的后台应用的不同， 安装不同的软件：而b s 结构简化了客户端软件，只需安装w e b 浏览器作为客 户端应用的运行平台，而将所有的开发、维护和升级工作集中在服务器端； 二、c s 结构需要混合多种传输协议；而在b s 结构中，所有的系统都使 用t c p ，i p 协议进行通信； 三、c s 结构的软件版本更新比较麻烦：而在b s 结构中系统版本的升 级及维护是在w e b 服务器端进行的，用户需要访问时才进行动态的下载，这样 就保证了用户每次使用的都是最新的版本。 2 2 3 三种体系结构计算模型比较 下表为终端主机( t m ) 、客户机服务器( c i s ) 和浏览器服务器( b s ) 等三种体系结构计算模型比较。 体系结构 t ，mc ，sb s 应用软件处于主机用户的p c 机服务器 9 用户端所需软件终端定制的客户软件浏览器 用户界面字符集图形用户界面图形用户界面 每次传输对网络的要求若干次一次或若干次一次 2 3 分布式w e b 组件模型分析1 2 0 j 进入9 0 年代以来。组件技术已成为工业界普遍接受的提高软件质量、可靠 性与软件生产力的行之有效的技术。组件方法是指用装配可重用软件组件的方 法来构造应用程序。软件组件又称为软件构件，是具有特殊计算功能的、自主 的软件模块，这种软件模块遵照一定的接口规范可以实现互操作。与对象相比， 组件是自主的，软件组件化不需要代码的重新编译和联接，而直接作为功能模 块在二进制级用于软件系统的装配。软件组件化思想和代码重用优势以及组件 用于w 曲应用所形成的o b j e c tw e b 、t h r e e t i e r 体系和分布式处理，给软件工程 带来了新的活力。 2 3 1 组件模型 一、组件模型的共性 组件模型为开发者定义软件组件建立了一套体系结构和a p i 集，它主要由 组件( c o m p o n e n t ) 和l 容器( c o n t a i n e r ) 构成。组件是软件的具有可重用特性的基本 部件，容器用于安排组件、实现组件间的交互，其形式可以是表格、页面、框 架和外壳，同时容器可以作为另一个容器的组件。 一般组件模型提供以下六种服务： ( 一) 组件接口与显示。在组件模型中，为实现组件之间以及组件与容器之 间的交互，组件就必须将自身的接口公开。因此，不论组件是使用何种工具构 建的，都可以通过该机制实现组件间的动态交互。 ( 二) 组件特性。指组件的公共属性，或者直接反映组件的状态，或者直接 影响组件的状态，可以通过方法调用来获取或修改这些属性。 ( 三) 事件处理。事件处理机制的作用是激活事件、广播事件，将事件传递 给相应的组件。 ( 四) 持久性。持久性是将组件的状态存储在一个较稳定的地方，如容器的 相关描述中和其它组件的相互关系描述中，有利于快 j r i e 确地保存和访问这 些状态。 ( 五) 应用构造器支持。是组件向应用开发工具显示自身属性和行为的机制， 利用此接口，开发工具可以决定组件的属性和行为，修改组件的状态和外观， 建立组件间的联系。 ( 六) 组件打包。是指将分布在网络各处的资源“打包”成一个组件的机制， o 该组件仅有唯一入口。 二、a c t i v e x d c o m 模型 在a c t i v e x d c o m ( d i s t r i b u t e dc o m p o n e n t o b j e c tm o d e l ) 模型中，c o m 是 d c o m 的基础，由一组规范和一个系统级实现构成，这组规范包括c o m 核心、 结构化存储、统一数据传输以及智能命令。其中c o m 核心定义了软件组件的 对象与其使用者如何通过二进制接口标准进行交互的规格说明；结构化存储定 义了符合文档的存储格式，以及创建文档的接口：统一数据传输定义了一套组 件间数据交换的标准接口；智能命名给对象一个系统可识别的名字。 c o m 采用c o mi d l ( i n t e r f a c ed e f i n i t i o nl a n g u a g e ) 描述组件接口，支持多接 口可用于解决版本问题，c o m 定义了一个所有组件都支持的特殊接口 i u n k n o w n ，其它接口都可从这个接口继承；c o m 采用o s f d c e 定义通用单值 标识符( u u i d ) 类似的方法定义全局唯一标识符( g u i d ) ，它是一个1 2 8 位整数， 生成g u i d 的算法保证了标识的唯一性；c o m 还有一个关键部分注册数据 库，每个存在于给定系统的组件服务器都在注册数据库中注册，数据库存储了 组件服务器的标识以及服务器类型和路径。 在c o m 模型中，有两类服务器，即进程内服务器和进程外服务器。进程内 服务器是本地机上的d l l ，进程外服务器可以是本地e x e 可执行程序或远程机 的d l l 和e x e 。一个服务器内部包括两个部分，即组件的实现体和类工厂。类 工厂的功能是生产组件对象。并把对象的接口指针返回给客户。 c o m 库在操作系统内完成查找注册数据库、定位组件服务器以及返回对象 指针的工