（机械电子工程专业论文）数控机床设计信息集成系统的研究与开发.pdf

摘要 数控机床的研究与开发是多学科技术的综合应用。实现机床设计开发流程 的计算机化和网络化，由信息集成系统来管理数控机床的研发之中产生的各种信 息资源，可以实现机床设计信息的有序管理，加快数控机床的开发速度，从而缩 短产品的开发周期，提高产品的竞争力。 本文结合南京市科技计划项目“极坐标数控高速铣齿机床研发与产业化”， 以机床设计开发中的各种信息资源为对象，研究开发了基于j 2 e e 的数控机床设 计信息集成系统。首先简要介绍了企业信息化的基本概念和发展现状，接着详细 论述了系统的体系结构及设计思路，并就几个信息集成系统中的关键问题提出了 解决方案。最后，建立了b s 结构的四层应用系统模型。 本文的主要研究内容如下： 1 在进行系统功能需求分析的基础上，运用m v c 设计模式和s t m t s 架构技术， 建立了一个层次化、模块化、网络化的基于j 2 e e 规范的数控机床信息集成 系统的框架结构。 2 对数控机床的设计工作流程控制、版本控制、设计信息文档控制和权限控制 进行了分析，并在系统中进行模块化设计。机床在对用户权限管理的过程中， 讨论运用r b a c 技术控制用户的权限。 3 在信息集成系统的开发中，采用a p a c h et 0 m c a t5 0 作为网络应用服务器，运 用m y s q l 管理数据库，并运用j d b c 技术连接数据库，建立了一个w 曲环 境下实现信息集成系统的结构模型。利用j s p 技术编写了系统界面，并完成 了系统的各模块功能。 4 对已实现的数控机床设计信息集成系统所具有的功能模块进行了介绍。并对 现有系统的优点和不足之处进行了分析，指出了今后迫切需要改进的方向， 提出了相应的建议。 关键词：信息集成产品数据管理机床设计d b m s a b s t r a c t t h er e s e 2 u r c ha i l dd e v e l o p m e n to fn cm a c h i n et o o l si sac o m p o s i t i v ea p p l i c a t i o n o fm u l t i d i s c i p l 证l a r i t i e s w i mm ec o m p u t e rt e c h i l o l o g ) r 孤dt 1 1 en e t 、v o r kt e c i l n o l o g y 洒v o l v e di l lt l l ep r o c e s so fr & d ，t h ei i l f o m a t i o ni l l t e 孕a t e ds y s t e mm 觚a g e st l l e d e s i g n i i l f 0 r m a t i o nr e s o u r c e st 0p u tt h e mi no r d e r ，a 1 1 di ta c c e l e r a t e st h ed e s i 髓 p r o c e s so ft h em a c h i n et 0 0 l sd e s i 印，s h o r t e n st h ed e v e l o p m e n tc y c l e 锄de i l l l a i l c e st h e c o m p e t i t i v e n e s so fp r o d u c t s t i l i sp a p e ri sp a no fn a n ji n gt e c l l i l o l o g y 锄ds c i e n c ep r o j e c ti t e m 砌8r d a n di n d 粥t r i a l i z a t i o n 对t h en cm n c h i n et 0 0 l s 0 rh i g h s p e e dg e 甜m i l l i n g1 l n d e r 尸d ，口，_ c d d 趔加口t 酷跏f p 研a ni i l f o n n a t i o ni n t e g r a t e ds y s t e mo fm en c m a c h i i l et o o l s d e s i 盟i sd e v e l o p e db 雏e d0 nj 2 e e 1 h eb 硒i cc o n c e p t i o n 锄dt l l ed e v e l o p m e n ts t a t i l s o fe n t e 印r i s e 访f o m a t i o n a l i z a t i o na r eb r i e f l yi i l 仃o d u c e d a r e n ，龇d s ，t l l ef r a m e w o r k 锄dd e s i 朗l i i l ea 他d i s c u s s e d 锄ds o m es o l u t i o n sf o rm ek e yp r o b l e m sa r eb r o u 曲t f o 刑a r d a tl 懿t ，a4 - l e v e ls y s t e mm o d e li sl 卸n c h e db 觞e do ne i r o w s e r s e r v e r s t m c t l l r e t h em a 洒r e s e a r c h e s 龇eo u t l m e da sf 0 l l o w s ： 1 a r e rn l e 锄a l y s i s0 ft l l es y s t e mm n c t i o n a lr e q u i r 锄e n t s ，a c c o r d i n gt 0t 1 1 em v c m o d e l 锄ds t m t sm 吼e w o r k ，ah i e r a u r c h i c a l ，m o d u l a r 锄dn e 铆o r ki n f o m a t i o n i i l t e 铲a t e ds y s t e mo fn c m a c h i n et o o i sd e s i g ni ss e tu pb 觞e do nj 2 e es t 锄d a r d 2 w 6 r kf l o w e d i t i o nc o n 臼0 l ，d o c u m e n tc o n n o l 锄dp r i v i l e g ec o n 仃d lo ft h en c m a c h i n et 0 0 l sr & d 娥鲫a l y z e d ，觚da r e 刑a r d sm o d u l a rd e s i 印i sc a 玎i e do u t f o rt l l ei n f o m a t i o nh l t e 伊a t e ds y s t e m 3 d u r i n gt l l ed e v e l o p m e n to f m i si n f o n n a t i o ni n t e 伊a t e ds y s t e m ，a p a c h et 0 m c a t v 5 0i sa p p l i e d 弱t l l en e t 、) l ，o r k 印p l i c a t i o ns y s t e m ，锄dm e 觚w h i l em y s q li s m 仃o d u c e dt om a i l a g et l l ed a t a b a s e t h ef - r a m e w o r ko fm f o m a t i o ni n t e g r a t e d s y s t e mi sb u i l du p 证w e be n v i r o n m e n tw i mj d b cc o n n e c t i n gt 0t l l ed a t a b 私e t h es y s t e mi n t e r f a c e sa r ej s pp a g e s ，觚dt l l em n c t i o n a lm o d u l e so fs y s t e m 盯e 如l f i l l e d 4 t h e 如n c t i o n a lm o d e l s o fm ee x i s t e di n f o r m a t i o ni n t e g r a t e ds y s t e mo fn c i i m a c h i n et o o l sa r ei n 臼o d u c e d r h ea d v 锄t a g e sa n dm ed i s a d v a n t a g e so fe x i s t e d s y s t e m 缸e 觚a l y z e d t h e 如t u r ea i mi sp o i n t e d ，a n dr e l e v a i l ta d v i c ei sb r o u 曲t f 0 n v a r d k e y w o r d s ：i i l f o m a t i o ni l l t e 留a t e d ；p r o d u c td a t am 锄a g e m e n t ；d e s i g no f m a c h i n e t o o l s ：d b m s l i i 硕士学位论文 1 1 课题研究背景及意义 第1 章绪论 数控机床是现代制造业的基础装备，一个国家数控机床的水平高低是衡量 国家综合实力和国防安全的重要标志【i 】。数控技术集微电子、计算机、信息处理、 自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特 点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用【2 l 。我国数 控机床消费金额占机床消费金额的6 0 左右，数控机床已成为机床消费的主流产 品【3 1 。我国汽车、航空航天、船舶、铁路、交通、能源和高新技术的发展一方面 为机床提供了广阔的市场，另一方面又不断对数控机床的数量、质量和水平提出 了更高的要求。近几年，我国的数控机床研发上有了较大进步，已经能够生产五 轴横梁移动式高速龙门铣削中心、五轴龙门加工中心、五轴车铣中心、五轴立式 叶片加工中心、六轴五联动弧齿锥齿磨床及重型数控铣床等产品，打破了国外设 备一统天下的局面【4 】。 虽然机床工业发展很快，但与国外机床产业相比，差距依然比较明显。表 现为机床行业综合竞争能力不强，基础研究和开发能力弱，自主创新能力欠缺， 国民经济和国防建设中急需的很多中高档数控机床还需要国外进口，制造技术落 后，生产管理信息化程度低【5 】。 中国机床行业不能停留在世界加工厂的层面上，机床行业必须加快产业结 构的调整，注重自主创新能力的培养，通过不懈的努力，使我国由机床大国变成 机床强国。建立先进的计算机网络信息平台，实现设计资源的优化配置。数控机 床设计的信息化是由需求推动，并在应用中不断进步的一个过程。 决定机床产品竞争力的指标是产品的开发时间、产品质量、成本、创新能 力和服务。机床行业的设计任务不仅有新产品开发设计，而且生产过程中还有大 量的根据用户要求的变型设计和系列设计任务。传统的设计方法是凭借经验对新 产品进行“设计一分析一再设计”，存在着以下问题，首先不能保证这种设计是 最优的，其次设计过程需要相当长的周期。当前工业面临着市场全球化、制造国 第1 章绪论 际化和品种需求多样化的新挑战，能在最短的时间内开发出高质量、高性能的新 产品是企业生存的关键【6 1 。传统的设计方法不适应今天高科技社会发展的需要。 根据设计过程的需求，开发出一套数控机床设计信息集成系统，实现历史资料数 据库查询模块，进行参数检索、修改及再生，快速设计出客户所需的机床产品， 提高了企业的市场竞争力。 企业对现有的成熟产品进行变型再设计，使企业宝贵的信息资源得到重组 和重用。从而以交货快、高质量、低成本的快速响应竞争策略来赢得市场。这种 新的设计思路，是计算机辅助设计和制造技术的发展与延伸，也是缩短产品设计 周期、提高企业综合竞争能力的有效手段【7 】。 采用网络化制造模式和协同设计与制造是当今机床行业发展的必然趋势【引。 将机床部件及零件模块化、系列化、标准化，从而提高设计效率，减少设计制造 成本。其主要工作： 建立零部件和整机三维数学模型； 进行一系列的c a e 分析； 综合评价分析结果，进入机床详细设计阶段： 提供相关的电气元件库管理； 电气原理图设计与电气模拟仿真； 计算机辅助加工程序设计。 1 2 制造型企业信息化 信息技术的基本定义：凡是能扩展人的信息功能的技术，都是信息技术。 扩展定义：利用电子计算机和现代通信手段实现获取信息、传递信息、存储信息、 处理信息、显示信息、分配信息等的相关技术【9 】。 信息技术主要包括以下几方面技术： 1 ) 感测与识别技术，其作用是扩展人获取信息的感觉器官功能，包括信息 识别、信息提取、信息检测等技术。 2 ) 信息传递技术，主要功能是实现信息快速、可靠、安全的转移。各种通 信技术都属于这个范畴。 3 ) 信息处理与再生技术，信息处理包括对信息的编码、压缩、加密等。 2 硕士学位论文 4 ) 信息施用技术，是信息过程的最后环节。包括控制技术、显示技术等。 传感技术、通信技术、计算机技术和控制技术是信息技术的四大基本技术，其中 现代计算机技术和通信技术是信息技术的两大支柱。 按照计算机应用规模，企业信息技术大致分为以下几个阶段【l o 】： 1 ) 单机的计算机应用阶段 2 ) 局域网支持下的计算机应用阶段 3 ) 网络数据库支持下的计算机应用综合系统阶段 4 ) 广域网、因特网支持下企业之间的信息集成和和资源优化阶段 1 3 国内外设计信息集成的研究现状 1 3 1国内设计信息集成的研究现状 李蔚，郭嘉博【l l 】提出了在传统的c a d c a p p 集成系统中，零件的非几何信 息的自动传输问题一直未能得到很好的解决的问题。针对这一关键问题，面向 c a d c a p p 集成系统，构建了基于三维特征模型的零件信息数据结构，实现了 集成系统中零件信息( 包括几何信息和非几何信息) 的自动提取，并以齿轮零件为 例，在u gn x 3 o 软件环境下，实践了该方法下的模型建立及其信息的自动提取。 该方法弥补了传统集成系统的不足，解决了系统中零件特征信息的三维模型显 示、自动更新、识别和储存问题。 姜贵平，王新刚和唐为方【1 2 】针对企业不同平台的异构资源集成的问题，提 出了一个基于w 曲服务的企业信息系统集成的设计与开发实例。使得异构的应 用系统之间能够共享数据和共享应用系统之间的功能模块，从而形成应用系统之 间松耦合集成的方案。使企业的信息系统适用于多平台的开放式结构。 高振清，孙厚芳【1 3 】提出了在制造系统运行过程中，底层模块会产生大量的 现场信息。随着对网络化制造技术的深入研究和实施，有必要对现场信息加以管 理和利用，所以需要开放的分布式软件平台将这些信息进行集成。他们利用 d n c 、局域网及互联网的成熟技术，提出了一种基于分布式结构的制造系统信息 集成框架，并根据该框架设计了对应的分布式信息处理平台。最后，根据上述研 究方法在n e t 环境下建立的一种b s 模式的制造系统信息集成模型。 于来滨，麻慧风【1 4 】为了弥补传统的机械制造信息管理平台往往只能处理一 3 第1 章绪论 些固定的、程序化的事务工作，无法适应国际化大市场的竞争需求。设计了基于 w e b 界面的机械制造信息集成管理能够有效的加强信息的共享，促进信息交流， 为以信息化手段促进机械制造行业制造能力的提高作了有益的探索。 叶军，李志蜀等【1 5 】为解决目前大中型企业内异构环境下的信息系统集成， 并实现与企业外部信息系统的通信，以s o a 的观点出发，提出一种完全基于 o s s ( 开源软件) 平台、轻量级的系统集成应用架构。该架构不使用e j b 来实现企 业总线而使用轻量级e s b ：m u l e 作为集成服务的基础；使用a x i s 作为w 曲s e r v i c e 的实现；充分使用可配置的策略实现各类系统组件的灵活拆装。系统外部仅开放 s o a p 侧e bs e i c e s 接口提供外部系统服务通信。这种架构具有s o a 特性及相当 好的集成效果。最后实现了一个d r p ( d i s 仃i b u t i o nr e s o u ep l 趾，企业分销资源 计划) 系统原型；系统与企业原来的e r p 灵活通信。 贾见士，余开朝和唐秀英【1 6 】提出如何建立科学的信息集成系统模型，是企 业建立信息集成系统的前提。本文是在信息集成系统的理论分析和模型设计技术 的基础上，面向制造企业的信息化，建立基于c o l 也a 的信息集成系统模型，这 种结构模型有效地解决了各应用系统之间的相互操作，实现了不同系统间的数据 共享和信息集成。 丁晟春，顾德访【1 7 】基于实际应用，探讨了n e t 平台下信息系统集成的三个问 题：弱p 信息系统与觞p n e t 信息系统之间的集成；使用不同编程语言开发的弱p n e t 信息系统之间的集成；基于不同数据库的系统权限控制的集成。设计了具体的解 决方案并给出了实现的具体方法和技术。 裘建新，王晰巍等【l8 】从产品全生命周期角度提出以物流清单( b o m ) 作为解 决协同产品设计( c p d ) 中计算机辅助设计( c a d ) 系统与产品数据管理( p d m ) 系统 之间信息集成的方法。首先讨论了c p d 中二维三维c a d 与p d m 信息集成的特 点，进而研究了c a d 系统中的设计b o m 与p d m 系统中的工程b o m 信息集成 技术，并用实例验证了基于b o m 解决c p d 中c a d 与p d m 信息集成的可行性。 1 3 2 国外信息集成研究现状 c h i h h s i n gc h u ，c h e - w e nw h 和c h i n g y ic h e n g 【1 卵提出了基于w 曲协作可 视化( w c v ) 的分布式产品开发过程的研究方法。应用了w c v 技术，使用不同软 4 硕士学位论文 件工具平台( 例如a s p 框架，j a v a 技术和w i n d o w sc c + + 应用) 的集成时，w c v 集实用性，弹性和多功能性于一体。认为m c v 是一个接口技术，使得在大多数 以产品为中心的活动更加简单和高效，三维信息共享更加便利。 b e m h a r db e t t i g ，l ( r a mb 叩a t 【2 0 】描述了一个用于c a d c a e c a m 软件的集 成模块，提出面向对象的数据结构是最佳的方案，可以使代码执行的时间缩短， 存储空间减小。对象信息应该以第三方对象或者接口的格式表现。 m a r i os t o 唱a ，d o r i 锄m a i j a l l o v i c 【2 1 】在文献中，提出一种通过基于x m l 技术 用于协同产品开发的网络服务的基础结构，以实现数据交换与共享。通过使用 j 2 e e 平台建立用于协同产品数据管理的网络服务的系统结构。 s 觚gh 岫l e e 【2 2 】在文献中，提出了使用基于特征的建模系统的c a d c a e 集 成方法，建立包含c a d c a e 所需要的几何与材料信息的主模型，从中可提取 c a d 的实体模型和c a e 的分析模型。当设计改变时，根据特征造型功能修改主 模型，实现同步修正和维护了设计模型及分析模型。 s 锄gb o n d 等【2 3 】构建新企业环境的关键在于信息快速有效的交换，在虚拟企 业内部构建基于w e b 的数据无缝交换知识管理系统。认为用于产品数据共享的 三种知识( 元数据，本体和映射关系) ，使用户能高效查询，支持自动翻译和整个 产品周期内的信息复用，方便用户找出所需信息。其中的关键技术有c o r b a ， j a v a ，s t e p ，e d 玎认c t 和x m l 等数据交换标准。 s q x i e 等【2 4 】研究了基于w w w 的产品信息管理的设计与开发系统，由 分布式计算机管理产品数据，用c o l m a 处理异地信息对象和相互协作，基于 s t e p 的信息框架用于保存开放系统，它可以跨越不同的国家进行生产合作。系 统主要包括：基于w w w 的产品设计和开发的分布式面向对象的数据库和知识库； 基于w w w 的集成系统平台。 1 4 商业化产品数据管理软件的概况 全球范围内的商业化产品数据管理软件不下1 0 0 种。国外的主要有e d s 舢g 的i m a n ，s d r c 的m e t a p h 觞e ，i b m 的p m ，a u t o d e s k 的w 6 r k c e n t e r 等，国内 的研究和产品开发也发展迅速，比较成熟的有同方p d m ，华软公司的i i l t e p d m ， 凯思p d m s 等。目前还没有一个产品可以实现全部的功能【2 5 1 。与国外的同类产 笫1 章绪论 品相比，国内的p d m 产品普遍存在功能不够完善、开放性不够、性能及稳定性 不高的缺点。 1 4 1e l e c t r o n i cd a t as y s t e m s 公司的i m a n i 删( h l f o n t l a t i o nm a n a g e r ) 是一种较为成熟且广泛应用的产品数据管理 ( p d m ) 系统，它的开发商是美国的u g s 公司：i m a n 系统主要用于汽车、航 空和家电行业。例如具有上百万个零件、设计非常复杂、尺寸要求非常严格的飞 机产品。i m a n 是面向对象的信息管理和控制系统，它由一个窗口界面、一组实 用程序、一个集成工具箱和一个标准关系数据库管理系统( o r a c l e ) 组成。在产品 开发过程中，支持建立、存储、检索和管理使用的各种版本的数据和过程。i m a n 采用客户服务器方式，将同种机、异种机( p c 机、工作站) 间的数据完全集成在 一个逻辑上相同的数据库中，实现了真正的全局数据集成。在功能上，i m a n 是 完整的p d m 产品，它支持p d m 最基本的要求，其中包括电子资料室和文档管 理、工作流程管理及产品结构管理。产品结构管理是洲的重点。在i m a n 中，最基本的概念就是”产品”及其版本配置，这也是信息管理的核心。i m a n 系 统面向对象的信息管理和控制系统，由一个窗口界面、一组实用程序、一个集成 工具箱和一个关系数据库管理系统( o r a c l e ) 组成。在版本6 o 后，删包 含c s 及b s 两种结构，b s 结构是发展方向，但目前功能较弱。i m a n 目前广 泛应用的版本为v 6 0 一v 7 0 。我国目前采用i m a n 的企业有：海尔集团、玉柴 机器、科龙集团等上百家企业。 1 4 2 s d r c 公司的m e t a p h a s e m e t a p h 弱e 是一个企业级的产品数据管理p d m 系统。它能使制造者管理、 控制那些围绕新产品设计、开发及整个工程过程中的所有与产品相关的数据。 m e t a p h 弱e 由一系列模块组成，形成了集成化的p d m 系统，具有统一的软件体 系结构，提供常规的用户界面、数据管理和系统管理。主要的对象包括：对象管 理框架( o m f ) ，生命周期管理器( l c m ) ，更改控制管理器( c c m ) ，产品结构管理 器( p s m ) ，高级产品配置模块( a p c ) ，零件分类管理模块( p f m ) ，图像数据管理模 块( i s ) ，集成工具箱( i t ) 和应用接口模块。目前，s d r c 公司的m e t 印h 懿e 软件能 6 硕士学位论文 够支持1 1 1 t e m e t ，支持多平台、多操作系统的异构网络环境。 1 4 3 c v 公司的o p t e g r a o p t e g r a 是美国c v ( c o m p u t e rv i s i o n ) 公司的p d m 产品。它可以帮助中小型 企业解决人员与组织的特殊要求，也能满足大型企业的需求，如跨国公司、分布 式数据管理。其中包括三个模块：数据管理模块，工作流程管理模块和产品配置 管理模块。 1 4 4i b m 公司的p m 包括p m 的文件夹管理、系统管理和文档管理应用程序。文档管理应用程 序具有集中和分布式的电子资料室管理功能，包含信息组合、数据存取、设计成 果发布和信息开发，还提供了在不同硬件平台上运行的各种软件工具界面。系统 管理功能包括用户及工作小组的密级定义、数据的有效性、访问控制和数据等级 分类等管理。p m 的密级控制取决于用户对指定的对象是否具有恰当的操作密级。 p m 有以下模块：产品文档指导( p r o d u c td o c l l m e n t a t i o nd i r e c t o r ) ，产品管理指导 ( p r o d u c tm 锄a g e rd i r e c t o r ) ，增强性产品文档指导，对图形软件c a t 认的配置指 导和高级本地化环境。 1 5 论文主要内容和章节结构安排 1 5 1 论文的主要内容 本文以计算机辅助设计技术和计算机网络与通讯技术为背景，以数控机床 设计信息集成系统为研究对象，在分析数控机床设计过程、计算机集成系统和异 地跨平台协同设计技术和发展现状的基础上，结合南京科技计划项目“极坐标数 控高速铣齿机床研发与产业化，开发了一个基于j 2 e e 的数控机床设计信息的管 理系统。整个系统分成各模块：机床产品三维c a d 模型模块、适合生产的2 维 c a d 图、零件加工工艺规程管理模块、机械零部件及整机c a e 模型、静态与动 态分析结果模块、机电元件管理模块、机床电气原理图管理模块、电气控制p l c 程序管理模块、机床加工程序计算机辅助设计模块、协同设计模块和设计人员管 7 第1 章绪论 理模块。 数控机床设计信息集成系统以现代网络通讯技术为手段，通过网络将分布 在不同地域的设计分析人员和设计资源有机的结合起来，对用户、文档和设计结 果等数据进行管理利用分散在同一企业不同地点或不同企业之间的产品开发资 源进行产品开发，并向用户提供各种协同通信工具和网络化协同设计工具。它体 现了并行工程的信息集成、过程集成和人员集成的特征，使企业能够以更快的速 度、更好的质量和更低的成本开发新产品，从而赢得市场。 数控机床设计是多领域、多任务及多种数据集成的复杂过程，其中产品信 息数据库是整个数控机床设计信息集成系统的核心。将企业内分散的数控机床设 计信息联结成为一个统一的数控机床设计数据库之后，运用j 2 e e 技术搭建一个 w 曲信息平台，使数据库得到合理而有效地管理，让企业内、外的设计信息和数 据处理具有充分性、及时性、准确性、一致性和共享性，把冗余信息和数据减少 至最少，提高数控机床设计开发的效率。 1 5 2 论文各章节结构安排 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 绪论，简要论述现代数控机床设计技术，设计信息集成系统的研究 现状，本课题的研究背景、意义和内容。 相关技术，分析w 曲平台的选择、j 2 e e 技术、m v c 设计模式与 s t r i i t s 结构，建立了基于j 2 e e 平台的系统框架结构，并对系统中 相关应用技术做了介绍。 信息集成系统框架，通过对数控机床设计特点的分析，确立系统的 功能目标以及各类用户的功能需求。从项目管理角度，设计信息文 档管理角度，版本管理角度和用户权限管理角度分析数控机床设计 信息集成系统的运作原理。 信息集成系统关键技术研究，研究数据库的概念设计和物理设计， 并对整个为数控机床设计信息集成系统的安全问题进行了研究。 信息集成系统的实现，制定数控机床设计信息集成系统的系统方 案，描述了信息集成系统的结构功能模块以及主要功能模块的具体 实施方法。 8 硕士学位论文 第六章结论与展望，对全文工作的总结并给出课题中做的不足的地方，提 出进一步研究的方向和内容。 9 第2 章相关技术 2 1 开发平台的选用 2 1 1j a v a 平台 第2 章相关技术 j a v a 【2 6 】是由s u nm i c r o s y s t e m s 公司于1 9 9 5 年5 月推出的j a v a 程序设计语言 和j a v a 平台的总称。用j a v a 实现的开发平台显示了j a v a 的魅力：跨平台、动感 的w 曲、i i l t e m e t 计算。从此，j a v a 被广泛接受并推动了w e b 的迅速发展，常用 的浏览器现在均支持j a v aa p p l e t 。 j a v aa p p l e t 【2 7 】是用j a v a 语言创建的基于l 的程序。浏览器将其暂时下载 到用户的硬盘上，并在w 曲页打开时在本地运行。a p p l e t 可以理解为小应用程序， 通过因特网下载并在接收计算机上运行的一段程序，它们可以直接嵌入到网页 中，并能够产生特殊的效果。在j a v a 印p l e t 中，可以实现图形绘制，字体和颜色 控制，动画和声音的插入，人机交互及网络交流等功能。 j a v a 平台由j a v a 虚拟机( j a v a 咖a lm a c h i n e ) 和j a v a 应用编程接口 ( a p p l i c a t i o np r o 蹦m m m gi n t e r f a c ：e 、简称a p i ) 构成【2 8 1 。j a v a 应用编程接口为 j a v a 应用提供了一个独立于操作系统的标准接口，可分为基本部分和扩展部分。 在硬件或操作系统平台上安装一个j a v a 平台之后，j a v a 应用程序就可运行。现 在j a v a 平台已经嵌入了几乎所有的操作系统。这样j a v a 程序可以只编译一次， 就可以在各种系统中运行。j a v a 应用编程接口已经从1 1 x 版发展到1 2 版。前常 用的j a v a 平台基于j a v a1 4 ，最新版本为j a v a1 6 。 j a v a 2 根据应用领域的不同分为三个体系j a v a 2 s e ( j 2 s e ) ，j a v a 2 e e ( j 2 e e ) ， j a v a 2 m e ( j 2 m e ) ，即j a v a2s t 锄d 盯de d i t i o n ，j a v a2e n t e 叩r i s ee d i t i o n ，j a v a2m i c r 0 e d i t i o n 。j a v a2s t 锄d a r de d i t i o n 是标准版包含那些构成j a v a 语言核心的类，比 如：数据库连接、接口定义、输入输出、网络编程。j a v a2e n t e 巾r i s ee d i t i o n 是 企业版，包含j 2 s e 中的类，并且还包含用于开发企业级应用的类，比如：e j b c 2 9 】、 s e r v l e t 、j sp 【3 0 1 、x m l 、事务控制。j a v am i c r oe d i t i o n 是微缩版，包含j 2 s e 中一 部分类，用于消费类电子产品的软件开发，比如：呼机、智能卡、手机、p d a 、 1 0 硕士学位论文 机顶盒。 j 2 s e 包含于j 2 e e 中，j 2 m 巳包含了j 2 s e 的核心类，但新添加了一些专有 类应用场合，a p i 的覆盖范围各不相同。j 2 s e 是基础，由它压缩一点，再增加 一些c l d c ( c o n n e c t e dl i m i t e dd e v i c ec o n f i g u r a t i o n ，联网的受限设备配置) 等 方面的特性就是j 2 m e ；扩充一点，再增加一些e j b 等企业应用方面的特性就是 j 2 e e 。j 2 e e 是使用j a v a 技术开发企业级应用的一种事实上的工业标准。 2 1 2 n e t 平台 2 0 0 0 年6 月2 2 日，微软公司发布了n e t 这一新概念。n e t 的正式诞生始于 2 0 0 2 年2 月1 3 日微软正式推出n e t 的开发工具一一s u a ls t u d i o n e t 2 0 0 2 【3 l 】。对 于m i c r o s 0 1 f t n e t ，微软官方有如下描述： n e t 是m i c r o s o r 的用以创建x m lw 曲服务( 下一代软件) 平台，该平台将信 息、设备和人以一种统一的、个性化的方式联系起来。 借助于n e t 平台，可以创建和使用基于x m l 的应用程序、进程和w 曲站点以 及服务，它们之间可以按设计、在任何平台或智能设备上共享和组合信息与功能， 以向单位和个人提供定制好的解决方案。 n e t 是一个全面的产品家族，它建立在行业标准和i n t e m e t 标准之上，提供开发 ( 工具) 、管理( 服务器) 、使用( 构造块服务和智能客户端) 以及x m l w 曲服 务体验( 丰富的用户体验) 。n e t 将成为您今天正在使用的m i c r o s 0 1 f i 应用程序、 工具和服务器的一部分，同时，新产品不断扩展x m l w 曲的服务能力以满足 您的所有业务需求。 m i c r o s o f t n e t 是m i c r o s 0 1 f ix m lw 曲s e i c e s 平台。x m lw e bs e r v i c e s 允 许应用程序通过h l t e m e t 进行通讯和共享数据，而不管所采用的是哪种操作系统、 设备或编程语言【3 2 】。m i c r o s o n n e t 平台提供创建x m lw e bs e r v i c e s 并将这些服 务集成在一起之所需。对个人用户的好处是无缝的、吸引人的体验。 n e t 是微软下一代的操作平台，它允许人们在其上构建各种应用方式，使人 们尽可能通过简单的方式，多样化地、最大限度地从网站获取信息，解决网站之 间的协同工作，并打破目前计算机、设备、网站、各大机构和工业界间的障碍一 第2 章相关技术 一即所谓的“数字孤岛”，从而实现因特网的全部潜能，搭建起第三代互联网平台 【3 3 】 o n e t 为开发人员提供了新的开发平台( n e t 框架) ，新的开发语言( c 撑) ，新的 开发工具( v i s u a ls t u d i o n e t ) ，新的开发方式( w e bs e r v i c e ) ；为普通用户提供了 w i i l d o w sc e 、w i l l d o w sx p 、s t i n g e r 、x b o x 、1 a b l e tp c 、n e tm ys e r v i c e s 、m s n 等产品；为企业提供了b c e i n r a l 。在未来，最终大多数流行的m i c r o s o f t 软件应 用程序包括o m c e 和s u a ls t u d i o n e t _ 将开始与x m lw 曲服务实现 交互，并把它们的主要功能作为x m lw 曲服务公开，以便其他开发人员可以 利用。 2 1 3j a v a 平台与n e t 平台的比较 n e t 作为一种较新的平台一些设计太过理想化，从某种意义上来说，这是一 种未来的技术，而j a v a 平台作为一个较早发布的技术，有很多开源资源可以利 用，相对而言比较成熟。具体的比较如下： 1 ) 可复用性 绝大多数适用j a v a 技术的页面通过可重用的、跨平台的组件( j a v a b e 锄s 或者e n t e 印r i s ej a v a b e 孤s 刑) 来执行应用程序所要求的更为复杂的处理。开发人 员可以共享和交换执行普通操作的组件，或者将这些组件为更多的用户或者客户 团体所使用。n e t 技术的完成页面的可复用性较差。 2 ) 开发速度 两者可以通过开发工具实现图形化编程，n e t 厅锄e w o r k 提供了强大的类库， 许多的功能都被封装在其中微软也在不断更新n e t 缸衄e w o r k ，使编程可能让以 前用到几千行或者几万行代码才能完成的功能，在n e t 中只通过几行代码来完成。 3 ) 易维护性 采用j a v a 平台的信息集成系统，维护工作将集中在中间服务器上进行，对 信息集成系统本身的修改和升级将不会影响客户端系统。 4 ) 可移植性 采用j a v a 平台的信息集成系统将可以在l i n u x 、w i n d o w s 、u n 恢等操作系 统上运行，并不受操作系统的限制，这种可移植性来源于体系结构中立性。n e t 1 2 硕士学位论文 完成的程序可移植性较弱。 5 ) 安全性 在加密方法上，j a v a 和n e t 基本没有太大的差别；在通信保护方面，j a v a 比n e t 提供了更多的选择方案；但是在w 曲服务安全性上，j a v a 明显比n e t 落后 一此 二= o 6 ) 开发费用 同样功能的系统用j a v a 开发的系统要比n e t 开发的系统的价格要高。 7 ) 数据库访问 n e t 适合于快速开发，中小型应用系统，开发成本低，能够对变动的需求做 出快速的反应。而j a v a 适合于开发大型的应用系统，应用的前景比较广阔。 2 1 4 平台的选择 作为一个数控机床设计信息集成系统，需要满足： 1 搭建的系统具有较好的灵活性，可伸缩性和维护性，系统的搭建是渐进式的。 当需要对系统进行修改时，只需要修改某些功能组件，而不是为了某一部分 的变化对系统进行整体修改。 2 信息集成系统需要很稳定的运行，j a v a 编写出的程序的兼容性非常好，可以 选择让数控信息集成系统运行在可靠的操作系统下，例如u n i ) 【操作系统， 而不需要为操作系统或者硬件配置作特别的修改。在这类专用服务器操作系 统下可以保证信息集成系统的稳定运行。 3 j a v a 开发过程可以使用通用的服务端，使得开发人员只需要关注系统所要实 现的功能，相应的缩短开发时间。 基于以上几点考虑，确定了以j a v a 作为开发数控机床设计信息集成系统的 开发平台。 2 2 设计模式与框架结构 采用开源框架s t m t s 实现数控机床信息集成系统，选用m y s q l 为后台数据 库，前台以j a v a 为工具开发w 曲用户界面。基于之前所述的设计目标和要求， 本系统采用了b s ( 浏览器服务器) 结构。w 曲应用被分成4 层，如图2 - l 。 第2 章相关技术 厂一客户增洲览嚣卜_ l u p d _ t ee v e n t i ih t t p 响应h 1 r p 请求l客户月 应用胃 ，竺圈、l f o m r d 控制器 ( v j e 骶r ) l 一一 ( c o n t r o r ) j s 黔 i s e r v i e 协 tl 信息集成系统功能模块 业务用 i h i b e r n _ t e持久屈 1 l o i 州 s q l r v e r 敷据库 图2 1 数控机床设计信息集成系统结构图 f i g 2 - ls y s t e mf r 锄e w o r ko f i n f o m a t i o ni n t e 黜ds y s t e mo f n cm a c h i i i et b o l sd e s i g n 在上图中分别为：客户层、应用层、业务层和持久层【3 4 1 。在处理程序上都 应有明确的责任，在功能上层与层之间需要分开，它们之间通过通信接口联系。 客户层主要负责人机交互，可以使用户通过w 曲浏览器访问，也可以提供 不同业务系统的a p i 、w 曲s e r v i c e 调用。 应用层封装了用来提供通过w 曲访问本系统的客户端的表示层逻辑的服 务。 业务层提供业务服务，包括业务数据和业务逻辑，集中了系统业务处理。 主要的业务管理模块包括项目管理、人员组织管理、设计信息管理和权限管理等 几个部分。 资源层主要负责数据的存储、组织和管理等。资源层提供了大型关系型数 据库( 如m i c r o s o f ts q ls e r v e r ) 的访问。 2 2 1m v c 概述与结构 m v c 【3 5 】【3 6 1 是x e r o xp a r c 在八十年代为编程语言s m a l l t a l k - 8 0 发明的一种 软件设计模式，是最早的一种面向对象的编程语言之一，目的给开发者提供了一 个快速开发面向对象系统的工具，至今已被广泛使用。最近几年被推荐为s u i l 公司j 2 e e 平台的设计模式，并且受到越来越多的开发者的欢迎。m v c 即 m o d e l v i e w c o n t r o l i e r ，即把一个应用的输入、处理、输出流程按照m o d e l 、e w 、 c 0 n 仃o l l e r 的方式进行分离，这样一个应用被分成三个层模型层、视图层、 控制层，是一种常用的设计模式阳。m v c 减弱了业务逻辑接口和数据接口之间 1 4 硕士学位论文 的耦合，以及让视图层更富于变化，m v c 结构模型如图2 2 。 w 曲c o 眦a 沁r 图2 2m v c 结构模型 f i g 2 - 2 m v cf t a m e w o 血m o d e l 视图( v i e w ) 代表用户交互界面，对于w i e b 应用来说，可以概括为h t m l 界 面，但有可能是x h t m l 、x m l 和a p p l e t 界面。随着应用的复杂性和规模性， 界面的处