（计算机软件与理论专业论文）基于结构形态描述的数控软件集成技术研究.pdf

摘要 攘要 开款式数控较件系统矫究对予我国数控产业以及整个装备翻造业都具有十 分熏要的意义。 本课题研究基于组件技术的数控软件系统集成平台的设计与实观。这个平台 以缀 牛描述方法郡软件体系结构撼述方法必基础。 本课题提出了种基于x m l 披术的可扩展的组件描遂方法。遮种方法最重 要豹跨性麓裹疫静霹季广聂性。通过分撬数控季亍监熬特点，本涤题蕊绫密对数控组 件进行描述需要从标识信息、外部信息、内部信息、术语信息、技术信息、非功 筑瞧藩往倍怠和裔、韭信怠等七个方蕊去考察。本谦麓把这七个方面以及每个方面 内部的信息组织成高度可扩展的树型结构的形式。本课题把这个树型结构的表示 规则存储在x m ls c h e m 文档中，作为组件描述x m l 文秽的验证依据。 本课题参照相关文献掇出了基于组传婚数控软件系统设计时刻软件髂系练 构和运行时刻软件体系结构的概念。设计时刻软件体系结构是组件炭型，连接类 型，子锋系练稳娄熬，醚及它黧之麟懿关系。运纷 l 亨裁体琴绩掏楚糖集戒巍挺缝 件类型决策为组件，并去除连接关系中的选择点后形成的，描述实际可运行的数 控软 孛系绞瀚体系结稳。 本课题以图论为理论基础，提出了用图的形式袭示和存储设计时刻软件体系 结构和运行时刻软件体系结构。本谦题分祈了这两年中特殊形式的圈的结构和存储 规则，并把这些存健规则袭示成设 时刻软 牛体系结构x m ls c h e m a 文档和运 行时刻软件体系结构x m ls c h e m a 文档形式。这两个x m i 。s c h e m a 文档作为描 述设诗时刻软馋髂系缝梅翻运行# 誊刘软件体系结构熬验证谈据。 本课题以基于x m l 技术的组件描述方法和软件体系结构描述方法为基础， 稳造了系统集或乎台。在集成平台毫实凌了组 孛管淫，接 j 管理，设计醚剡体系 结构描述，系统集成等功能。集成平台的实现验证了本课题提出的组件描述方法 和体系结构描述方法的正确性和可行性。 关键词组件描述：体系结构描述；x m l 技术；数控软件系统集成 a b s 重r 蠢c 鼍 r e s e 帮c ho fo p e n 删e r i c 舔c o n t f o ls y s t e m 主sv e 巧i m p o r 妇n tt oo wc o n 枉y s n u m e r i c a lc o n t r o li n d u s t r ya n da l s ot ow h o l em a n u f a c n 盯e 协d u s t r y t h i st 0 】p i cr e s c a r c h e dt 王l ed e s i g na l l dr e a l i z a t i o no fn u m e r i c a lc o n 臼d 1s o n w a r e s y s t e m n t e 鄹t i o np l a t 鼢搬w h i e hb a s e do nc o m p o n e n t ，t h ep l a l f o r 珏lt a k e d 妞 c o m p o n e n td e s c r i p t i o nm e _ 【1 1 0 da n dt h es o 脚a r es y s t e ms 伽l c t i 盯ed e s c r i p t i o nm e t h o d 鑫saf b 珏n d 毪l i o 珏。 t h i st o p i cp r o p o s e da ne x p a n d a b l ec o m p o n e n td c s c r i p t i o nm 砒o d ，h i c hb a s e d o 挂妇x 斟l 确主sm 鼬o d s 啪或i m 弦黼拄e h a 礴c 两s t i e 远呈l ，s 越醢l ye x t c n s i o n a b i e ， t h r o u 曲n l ea r l a l y s i s o fn u m e r i c a lc o n t r o l s y s t 。m 。sc h a r a c t e r i s t i c ， t 1 1 i st o p i c 蝴m a r i 跫dt h a td e s 商p t i o nt h e 讯h n e r i c a lc o 蠊o lc o m p mn e e d sd e s c r i b e 也e e x 船m e o u si 趟o m l a t i o n ，i n t e 如a li 划b m l a t i o n ，t h et e 鼬血o l o g y撖f o m l a t i o n ，t h e t e c h l i c a li n f i o r m a t i o n m en o n f h n c t i o na t t r i b u t ei n f o n n a t i o na n dt h ec o m m e r c i a l i h o 糯越i 淞a n ds oo n 。髓l st o p i eo 毽a 蘧鹬st h e 拄e os 锄e l 戳ew 越e hm 8 y 张p 强硅 h i g l l l yf o m lm e s es e v e na s p e c t s a sw e l la se a c ha s p e c “n t e m a l i n f o m a t i o n t l l i 8t 。p i c s 硅v e d 攮i s 缸霉e 呶u c l 戳e 鞠鞴s s i o n 舔。主髓x m 己s e h e m a 踟。髓1 e n t s ，w 量l i 巍& c o m p o n e n td e s c r i b e dx m l d o c u m e n t 8h a v et oc o n 鼢 t h 主st o p i cr e f e 静e n e e d 懒ec o r r e i a t i o n p a p e r s ，a n dp r o p o s e s t h ec o n c e p to f n u m e r i c a lc o n 臼o ld e s i g n 一蝴n es o n 啪a r c l l i t e e t u r ea n d 搬ef u 小t i m es o 髓w a r c a r c h i t e c n j r e 1 m ed e s i g n t i m 0s o 矗w a r ea r c h i t c c t u r ec o n t a i n st h ec o m p o n e n tt y p e ，t h e c o f m e c t i o nt y p e ，s u b s y s t e 黻a r c 圭l i 协c t u r e 够弦，鑫sw e l l8 s 氆er e l 采i o n sb e 主w e e n 谯e m t h em n t i m es y s t e ma r c h i t e c t u r ei sr e f e r st 0t h ea c t u a i i yn m n i n g e r i c a l0 0 m r o l s y s 靶m s 粼艇圭c c 毪羚w 珏i e hi s 锺a n s 扔落l e 矗f 晒md e s i g n 一斑鞋es o 建w a 聪a 越l i 把c t w 。i n t 纰m s f o r mp r o c e s s ，n l ei n t e g r a t ee n g i n e e rm a k ed e c i s i o nt ot 1 1 ec o m p o n e n t 螂ea i i d c 嘛o s e 也e 谯j o i e ep o i 赋i nd e 8 i g n - t i f 嫩砒抵c u 雠r e t h i st o p i ct a k e dm eg r a p ht h e o r ya sr a t i o n a l e ，p r o p o s e du s i n gg r a p ht od e s c r i b e t h ed e s 远n t i i n es o 毹w a r ea r c l l i 把c t u r ea n dm em n t i m es o r w a r ea r c h i t e c t l l r e t i l i s 1 i i 北京工业人学工学硕士学位论文 t o p i ca n a l y z e dt h e s et w os p e c i 啦g r a p h ss t r u c l m r ea n dt h es t o r a g er u l e ，a n de x p r e s s e s 氇e s 艳豫g en l l e sa sx m ls e | l e m ad o c u m e 毽s ，t 。w 魏i 黩s e f 雨i n g 妇莲。s i g t i 撵e a n dr u n t i m ea r c h i t e c t u r eh a v et oc o n n r m 冁i st o p i e 磕e dt 斑m 弦n e n 专如s c 矗p 垃m e 也o d 锄d 氆es o 毵w 黼a f c h i t e c l u r e d e s c “d t i o nm e t h o da sf o u n d a t i o n ，a c h i e v e dam l m e r i c a lc o n t r o ls y s t e mi n t e 掣 l t i o n 西a f o r m ， t 嫩si n t e g r a t i o np l j a t f o mh a v er e a l i z e d 船c o m p o n e n tm a n a g e m e m 如n 州o n ， c o n n e c t i o n m a n a g e m e n t如n c 娃。鹣d e s i g n t i m es y s t e m a r c h i t e c t u r e d e s c r i p t i o nn m c t i o n ，a n ds y s t e mi n t e g r a t i o nf h n c t i o n t h i si n t e 掣a t 嬲p l a t f o m l s r e a l l z a t i 。nh 8 v ee o 娃| 茎r m e d 攮曩圭也e m p o n 。n td e s c 啦建i o 燕獭e l h o da 靛ds 。建w 裾。 a r c h i t e c t u r ed e s c f i p t i o nm e t 1 0 da r ea c c u r a c ya n df e a s i b i l i t y k e y w o r d sc o m p o n e n td e s c r i p t i o n ；s o r w a r ea r c h i t e c t l l r ed c s c r i p t i o n ；x m l ； n u m e r i c 越c o n t r o ls y s t e mi n t e 铲a 娃o n 1 v 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究减栗。尽我瑟翔，除了文中特别赧以轹注稻致谢躬遗方舞，论文中不包含其链 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包禽为获得北京工业大学或其它教肖机构 的学位或诞书而使用过的材料。与我一同工作的同意对本研究所做的任何贞献均 已在论文枣作了瞬确鲍说昵著表示了谢意。 撩名_ 搓生日期：2 乏垒贫g 岛 关于论文使用授权的说明 本天宠全了解j 京工渡大学露关僳罄、傻瑶学往论文豹溪定，鞠：学校有投 保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部 繇盟熊魏辑隰幽撼 第1 章绪论 1 1 研究背景及实际意义 制造业是国民经济发展的基础产业。随着科学技术的发展及制造技术的进 步，社会对产品多样化的需求越来越强烈，从而对制造设备提出了更高的要求， 而数控机床作为一种自动化的加 ：设备可以说是制造业的基础。 数控系统是数控机床中的重要部件，是数控机床的技术核心，其性能好坏直 接影响到数控机床的质量和性能。但数控机床种类繁多形式各异，组成结构上 电都有各自的特点，同时这些数控系统又在不断演变，对每一个数控机床从头开 始配置数控系统是一项复杂而繁琐的工作。这样，能不能从这些千变万化的数控 系统中，提取出他们的共性，找出他们的变异点，再在用户的参与下利用软件复 用的概念生产出用户所需要的数控软件产品一直是软件工程领域的一个研究热 点。 组件技术是9 0 年代初出现的一种新技术，它是在模块化系统、结构化设计 和面向对象技术的基础上发展起来的，是面向对象技术( 0 0 ) 之后的软件开发 的标准方法体系。利用组件，口j 以堆积木似的搭建软件系统，从而实现软件的大 粒度复用，缩短开发周期，降低维护成本。基于组件的软件开发( c o m p o n e n t _ b a s e d d e v e l o d m e n tc b d ) 可提商软件的可重用性，使软件开发摆脱小作坊的工作模式， 按照大规模的工业化方式进行，是软件开发方法发展的大趋势。 我们自然会联想到能不能利用组件技术来构造数控软件系统。利用组件的可 复用性，在有限多组件的基础上，在用户的参与下，生产出各种不同规格、不同 性能的数控软件产品。我们把这个过程叫做基于组件的数控软件系统集成。我们 把实现组件管理以及帮助用户集成数控软件系统的工具的叫做基于组件的数控 软件系统集成平台。 基于组件的数控软件系统集成的提出，意味数控软件系统开发商可以专注于 自己所擅跃的某些数控软件部件，研究这些部件的实现算法，提高这些部件的各 项性能以及通用性。这些部件虽然不是完整的数控软件系统，但可以在集成平台 项性能以及通用性。这些部件虽然不是完整的数控软件系统，但可阱在集成平台 北京t 业大学工学硕士学位论文 上找到它的用户如果这些部件的确有实际利用的价值，当然也就会得到应有的 报酬。 这样，数控软件系统开发商就以自己的“一技之长”，不仅为整个数控软件 系统做出了贡献，而且自己的工作也得到了应有的报酬。而这样一个竞争有序、 相互协作的环境形成后，也必将促进整个数控软件行业的发展。 中国人才资源丰富，我们应抓住数控软件系统模块化、专业化的契机，谋求 数控软件资源的最大共享，从而充分利用中国人才资源优势，促进整个数控行业 的发展，从而推动中国制造业的发展，以形成有国际竞争力的、与中国国际地位 相符合的、现代化的工业，从而最终实现中华民族的伟大复兴。 1 。2 课题来源及主要研究内容 本课题来源于北京市科委项目“数字化制造装备基础部件”的子课题“开放 式数控软件系统重构技术的研究”( 编号：h 0 3 0 3 3 0 0 2 叭l o ) 。 在开展本课题研究前，本试验室往届硕士毕业生已经围绕“开放式数控软件 系统重构技术的研究”做了许多富有成效的研究工作。本试验定已经构造出一个 遵循“和欣1 0 ”组件规范的开放式数控软件系统原型，这个系统可以完成模拟 产品加工，逻辑编程等功能。同时，本试验室还在研究“基于w i n d o w sc ec o m 组件的开放式数控软件系统”。 本课题的研究对象就是这些已经构造好的和正在构造的基于组件的丌放式 数控软件系统。本课题以软件生产线理论为基础，主要研究组件的描述方法和基 于组件的软件体系结构的描述方法。本课题利用这些描述方法描述组件和软件体 系结构，构造组件库和软件体系结构库。在组件库和软件体系结构库的基础上， 本课题试图构造一个用户可以参与的、基于组件的数控软件系统集成平台，在集 成平台上用户只要按照集成流程做出一定的选择就能得到可直接运行的数控软 件产品，这些产品在后续的维护阶段也可以利用集成平台自动更新已有组件。 用图形化的形式来表示这个集成过程就如图1 一l 所示。基于组件的数控软件 系统集成平台有两类基本用户：开发商和集成商。开发商的主要的活动是设计架 构( 软件体系结构) 和开发组件。开发商利用该平台描述他设计的架构和组件， 并把组件执行文件上传到系统中。集成商的主要活动是利用已有组件或者自己开 第l 犟绪论 发以集成出照己所要求的数控软件系统。集成商首先在平台上提出自己的需求， 平台根攥需求查询满慰其簧求的架秘。平台再横攥该架构在组储库巾查询该絮构 所要求的组件，并利用查询到的这些组件组装架构所代表的系统，最后生成个 实际可运行的数控软件系统。 | 蠡予对阗帮憝力育限，根据粥户强密的需求查找满是英要求的絮构的工佟在 该谦蘧中没有敲。该谍驻酌假设集成髑知道满是裔淤要求韵桨构，所以奁接选择 一个絮秘开始皴系绫集戏。 集成落嚣发舞 = j l 组件席l 图1 1基于组件的数控软传系统集成过程模型 秘g l l 酶醯e g f 嚣t i 醐p 黼e s so f 黜m e r i 蒯e r o is o 释w 基w h i e hb a s 秘o nc o m p o n 懿t 1 3 豳内外相关文献综述 1 3 1 组件描述的阑内外文献分析 组件描述是基于组件的软件开发( c o m p o n e n t b a s e ds o f h v a r ed e v e l o p m e n t c b d ) 领域肉的一个看并究熟点，下丽怒当前国内岁 比较有代表健的几种缝传攒述 方法。 吴昊， 北京t 业大学t 学硕十学位论文 s h e r i f r y k o u b 等人在文献 1 中认为组件描述应该包括这几个方面：非形式 化描述、外部信息以及内部信息。g i l i a l l er e d o m 等人在文献【3 中在调查总结别 人工作的基础上，提出一个参考组件模型。认为组件描述信息可以分成以下几类： 标识信息、使用信息、成熟度和稳定性、使用技术、可塑性信息以及质量控制信 息。 以上两种方法用自然语言描述这些分类信息，并且认为模型已经考虑得比较 全面，应该尽量维持稳定。用自然语言描述组件方便人类阅读，但自然语言带有 随意性，不具严格的语义，容易产生歧义，不利于组件搜索和复用。同时，模型 的相对稳定虽然可以保证系统的稳定性，但是一个成熟的组件描述模型是不断总 结的结果，所以模型应该是开放性的、可扩展的。但这两个模型明显没有考虑到 这个特性。 战德臣等人在文献 8 】中提出一种基于x m l 的组件标准化描述语言c s x m l ， 并从组件的标准信息、外部信息、技术信息、性能信息和内部信息五个方面对组 件进行了描述。c s x m l 遵守x m l l o 规范，以d t d 的形式定义组件的语义。但 是d t d 有如下弱点：是基于正则表达式的，描述能力有限；没有数据类型的支 持；约束定义能力不足，无法对x m l 实例文档做出更细致的语义限制；同时组 件描述以标准化的形式出现，是一个静态的、稳定的模型，对扩展性支持不够。 1 3 2 软件体系结构国内外文献分析 软件体系结构的作用是不言而喻的，对它的描述被认为是克服上个世纪六t 年代以来的软件危机的方法的一个重要步骤。 许多专家和学者从不同的角度和侧面对软件体系结构进行刻画，不过目前 软件体系结构还没有一个统一的定义。美国卡内基梅隆大学的d g ”l a n 和m s h a w1 9 9 3 年给出了目前学术界广泛接受的定义 1 4 ：软件体系结构是软件设计过 程中的一个层次，在计算过程中的算法设计和数据结构之上，处理总体系统结构 设计和描述方面的些问题。包括总体组织与全局控制结构、通讯协议、同步、 数据存取、设计元素的功能分配、物理分布、设计元素的复合、设计方案的选择、 评估和实现等。 研究软件体系结构的首要问题是如何描述软件体系结构，目前已有许多体系 结构描述方法，如图表法、模块连接语言和体系结构描述语言等。 第l 苹绪论 图表法是一种简洁易懒、使用广泛的方法，它由矩形框和有向线段组合而成。 在遽秘方法中，矩形框钱表撞象擒转，框肉标注戆文字茺獭蒙憨臀瓣名称，骞窝 线段代表辅助各构件进行通讯、控制或关联的连接件。目前，这种图形表达工具 鑫软 孛设诗孛占摇潜主导穗位，它激其篱法荔趸静特点在蜜舔静设计和开发工作 中被广泛使用，并为工作人员传递了大量熏要的体系结构思想。 然丽，这种以蠲形表这的体系缩构不能描述系统期望的存在于构件之阙的接 口，更不熊描述不同的组成系统的缀合关系的意义。因此，形式他的、援溅佳的 体系结构描述对于体系结构的设计和理解都是非常蓬要的。 文献【1 3 】1 5 】试海虫子较转体系续稳撼遮语言( 姻l a 瓣e 呲d e s e t 殛垃。珏 l a n g u a g e ) 是在吸收了传统程序设计中的语义严格精确的特点基础上，针对软件 藩系结稳戆整薅毪器撞象襁特点，定义帮确定逶合予较 孛体系结稳表达与捺述静 有荚抽象元素，从而能精确、无歧义地描述软件体系结构。更好地支持对软件体 系结褐求精、验证、演纯和分析。 现在主要的体系结构攒述语言蠢w 啦：1 1 ：t 【1 6 lr a p i d e f l 7 lu n i c o n f l 8 】， a c m e 1 9 】，t c s p 2 0 】，c 2 等。从参考资料中可以看出，这些成果主溪发表在上个 世纪，卡、丸十年代。在葵蜃鲍卡多年藤，一方嚣入爨对锩系结梅豹定义、爽涵 进行了进步深入的研究，另一方而，人们希望利用这些体系结构描述方法对某 些其傣熬系统遗季亍搐述。毽戮鏊蓊为丘，这整普遍基予形式纯瑾论鏊穑( 翔：p e 出 网、状态图、z 、c s p ) 的体系结构描述语畜还停留在理论研究的阶段，邋远不 能斑用于实际。 美国加州大学稠卡内基梅隆大学共同掇出一个勰的体系结誊描述语言 x a h ，以及后续的补充版本x a d l 【2 l 】。x a r c h 一种基于x m l 的a d l ，它使用 x m 定义了搓述转系缝擒瓣孩心元素，霹以接受冀经更裹级魏基予x 醚l 豹 a d l 的基础。x a r c h 包括以下元素：组件，连接器，接口，连接，子体系结构， 缀合( 予体系结稳) 等。两x a d l l o 班及旃o 。o 襻是黻x 脚l 菇基础静基于 x m l 的a d l 。除了x 舡c h 的核心元素，x a d l 2 o 还提供了对系统运行时刻和设 计时刻元素的建模支持，类似版本、选项和变量等更高级的配置管理观念，以及对 产龋家族体系结构的建模支持。并慝剩用x m l 的聪扩展性燕化了设计薪戆a d l 和开发相应工具的过程。 北京工业大学一r 学硕士学位论文 在国内，近年来也有相关基于x m l 体系结构描述语言的研究。张功耀，黄 水松在 2 2 中提出了软件体系结构描述语言语法与概念框架领域中存在的问题， 并探讨了使用扩展标记语言x m l 来表述软件体系结构作为解决办法的可行性， 在借助可交换的体系结构描述语言a c m e 作为桥梁的基础上，实现了用x m l 表述的软件体系结构。王晓光，冯耀东，梅宏等在 2 3 】中提出了一种基于x m i 的 体系结构描述语言a b c a d l 。a b c a d l 具备大多数a d l 描述软件系统高 层结构的能力，还支持系统的逐步精化与演化，并支持系统的自动化组装和验证。 1 3 3 本实验室的工作积累与分析 本试验室在开放式数控机床领域的研究已进行多年，也形成了许多研究成 果。在文献【2 5 】本试验室2 0 0 1 届硕士毕业生张铎对典型数控产品软件进行了分 析，依据并修改了原有的一个数控软件体系结构，分离出了数控软件共有部分的 组件和差异部分的组件，将每个组件及一些组件组合而成的子体系结构表达为特 征，采用一种基于x m l 的特征描述语言( x m lb a s e df e a t u r ed e s c r i p t i o n l a l l g u a g e ，x f d l ) 来描述整个产品族的特征，并简要介绍了集成工具的实现。 本实验室张铎同学曾经提取了一个特征描述x m l 文档，基丁这个文档可以 进行数控软件体系集成，但是他并没有给出这个x m l 文档的描述方法。这个文 档是作为他的研究成果给出的，是一次性的、不变的，只有他和他的系统能够理 解。但数控软件系统的种类繁多，不同种类之间的组成结构又各不相同，所以很 难用一种抽象的结构描述所有的数控软件系统。同时数控系统也在不断变化，不 能保证现在的结构在将来不需要改变。所以最好能够给出一个描述数控软件系统 体系结构的方法，用这种方法描述不同种类的数控软件系统的结构。这样，不管 有多少种体系结构，也不管体系结构将来怎么变化，只要按照这个方法来描述和 修改就都能应用在集成平台上。 张铎对可复用组件的分类采用刻面分类模式。一个刻面分类模式由一组捕述 组件本质特征的刻面所组成，每个刻面描述了一个组件的不同属性，从不同的侧 面对组件库中的组件进行分类。张铎从组件的应用领域，组件运行平台，组建模 型规范，组件所属类别，组件实现功能，组件版本序号，组件特色算法七个刻面 刻画了组件乜“。 刻面在概念上就是从不同的方面对组件进行描述，这些方顽互不交叉，但是 第1 章绪论 描述组件的各种信息之间并不是非此即彼的关系，所以也不能完全把它们组织成 “聂交”懿各耪亥l 甄。一个嘉瑟一量礁定簸是必籁僳持稳定，毽一令戏熬瓣组 孛 描述模型是不断总结的结果，所以模型应该是开放性的、可扩展的。 1 4 本奄小结 本章首先分析了数控系统的重要性，接着分析了数控软件系统面临的现实问题。 零肇接着毅述了漾题主要来源帮零试验室在该课戆方蠢上秘蓠遴鼹静精嚣。本章 还对课题作了简单的介绍；本课题主要研究通过组件描述和架构描述以实现数控 较 牟系统集成的一系确方法。本章接着分析了国肉夕 的研究者对系统集成过程中 必须要解决的组件擞述和软件体系结构描述的一些研究成聚，并对这些研究成果 提出了一些自己的看法。 第2 耄相关技术分析 第2 章相关技术分析 2 。 组伴技术简单介绍 在组箨技术的概念模式下，软件系统可以被税为相互协同工作的对象集合， 其中每个对象都会提供特定的服务，发出特定的消息，并且以标准形式公柱燃来， 以便其他对象了解和调用。组件问的接口通过一种与平台无关的语言i d l ( h t c i b e 虢蠡n el a n g 强g e ) 来定义，露羹是二遴铡兼容鲍，使用纛霹数袁揍谖 用执行模块来获得对象提供的服务。 缓 孛技本鞋大粒度煞软 牛复嗣淹邀笈患帮霾静。缓释技术基磁支撵环境( 或 者耀函数庠，或者是运行环境，或辑是一套通用的规范) 保证了组件的复用：在 处编译籍的组俘能在任褥时候在闻类戮的任搿平台郡熊奁揍运行。 m sc 0 m 组件是经典的面向对象理论中最有价值的恩想与微软有关软件重 用的经验的商监结合，是一个说明如何建立可动态替换更新的组件的规范，它提 供了为保诞能够互操作，雾户羁缝l 譬瘦遵缀的掭壤，它主瑟解决了一f 闼蘧口”； 解决不同来源的组件实现亘操作； 维转鞋二遴测麴形式发毒，一拿缝静懿舞缀不会影响其惫缀臀； 独立于编稷语言，实现编糨语言无关性； 组件在迸穰肉、跨进程醴聚于跨潮络运行的透明髓，实现分布式计算 e z c o m 组件技术是科泰世纪公司提出的面向缀 牛程序设计的编程模型，运 行猩和欣操作系统躐w i n d o w s2 0 0 0 ) ( p 操作系统平台上。e z c o m 兼容m sc o m ， 它怒m sc o m 的一个超嶷，援定了一组缝 孛舞稷亘谡题黪标准，使霉二遴裁缝 件能够自描述，能够在运行时动态加载，而无须安装及注册。但是和m sc o m 褪跑，e 哎殛剿狳了m sc o m 中避薅豹终定，蘩史客户定义e 0 m 瓣菲爨糖述 接朋；完餐了组件及其接口的自描述功能，实现了对c o m 的扩展 对c o m 的 接弱精钟篌瘸智能指锌进行了篱傀包装，容易使弼。为了使翊来自予网络的缀件， 需骚解决魍动下载，安全等问题。因此，和欣操作累统中餐要根据一个缀件驰叁 描述信息自动生成组件的趱行环境，生成代理组件即中间件，通过和欣操作系统 自动生成的巾阗 孛慰缝 牛鲍运行状态进幸亍予预或控铡，或爨动提供爨对不羁网络 北京t 业大学工学硕士学位论文 协议、输入输出设备的服务( 即运行环境) ”“。 2 2 x m l ，x m ls c h e m a 介绍 x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) 是一种可扩展的置标语言，是w 3 c 组 织于1 9 9 8 年2 月发布的标准。制定x m l 标准的初衷是，定义一种i n t e m e t 上交 换数据的标准，使用统一的格式在异构系统之间进行信息传输。x m l 是一种类 似于h t m l 的标记语言。x m l 是用来描述数据的，并描述了如何存储数据。x m l 是自由的、可以扩展的，x m l 标记并不是预先规定好的，你必须创造你自己的 标记。x m l 允许你定义自己的标记以及文档结构。 x m l 有如下几方面的应用： x m l 可以从h t m l 中分离数据。 在不使用x m l 时，h t m l 用于显示数据，数据必须存储在h t m l 文件 之内；使用了l ，数据就可以存放在分离的x m l 文档中。这种方法 可以让你集中精力去到使用h t m l 做好数据的显示和布局上，并确保数 据改动时不会导致h t m l 文件也需要改动。 x m l 用于数据交换。 通过x m l ，我们可以在不兼容的系统之间交换数据。在现实生活中，计 算机系统和数据库系统所存储的数据有树种形式，对于开发者来说，最 耗时间的就是在遍布网络的系统之问交换数据。把数据转换为x m l 格 式存储将大大减少交换数据的复杂性，并且还可以使得这些数据能被不 同的程序读取。 x m l 用于共享数据以充分利用数据。 既然x m l 数据是以纯文本格式存储的，那么“l 提供了哥十与软件和 硬件无关的共享数据方法。这样创建一个能够被不同的应用程序读取的 数据文件就变得简单了。客户端和应用程序可以把你的x m l 文档作为 数据源来处理，就像他们对待数据库一样，你的数据可以被各种各样的 “阅读器”处理。 x m l 可以用于创建新的语言。 x m l 是w a p 和w m l 语言的母亲。x m l 的扩展机制和定义标记和格式 第2 章棚关技术分提 的能力使他成为剑建其 豇语言的基础。该课题主要利用了x m l 的这项 功能。 x m l 模式是指用来描述x m l 结构、约束等骧素豹语言。x m l s c h e 撙a 是一 种模式定义语言，它用套预先规定豹) ( 1 订l 元素霸属性创建的，这些元素和属 性定义了文档豹结构和内容模式。x m ls c h e 獭a 也是一个x m l 文件，不过这个 特殊的x m l 文件规定了其他x m l 文l 牛的结构和约束条l 牛。 可以用一个指定的x m ls c h e m a 来验证某个x m l 文档，以检查该x m l 文 档是否符合其要求。如果符合的话，那么该x m l 文档被称为是有效的( v a l i d ) ， 否则它就是j # 有效的( 舔v a l 挝) 。 可以在x m ls c h e m a 中使用命名空间。 在这个协作的世界中，一个人可能处理来蠡多个冀他团体的文档，褥不同的 网体可能希望以不同的方式表示他们的数据元素。此外，他粕还珂在一个文档 中日l 用不同团体创建的同名元素。所以需要把定义的元索放入至特定的命名空问 中，同一命名空间内不能有相同的元素名，但不同命名空间中则可以，同时，不 同的命名空间之阔可以相互引用。这样，不丽的规刘之闾既实现了共享和“复用”， 又不会相互冲突。 一。“一“一“+ “。“。”“+ 1 一“。 ! ! x s d ：e l e m e 秘【n a 珏i e = i n v o i c e n o t y p e = x s d ：p o s i t i v e i n t e g e r 圈2 - lx m l s e k m a 玳铡 f 醴一lx m l s c h e m ae x 8 m p l e 在上图所示的x m ls c h 。m a 中，t a r g c t l q a m e s p a c e ( 命名空间) 的名字是 雌p ：伽h n s a m p l e s t o r e 耐a c c o u n t ”，其中包含的名字有i n v o i c e n o 、p m d u c t i d 和p r o 如c t c o d e 。s c h e m 8 、e l e 琳e n t 、s i 撒p l e 酗e 、p a m 、s 蕊n g 和p o s “i v o i n t e g e f 这篓名字属于源名称空间h t 啦，n a 脚w 3 o 叫1 9 9 9 儇m l s c b e m a ，通过x m l n s 声 北京工业大学工学硕士学位论文 明缩写为x s d 。 在x m ls c h e m a 中可以定义元素。 定义元素就是定义元素的名字和内容模型。在) ( 1 l s c h e m a 中，元素的内容 模型由其类型定义。类型包括简单类型和复杂类型。 不包含属性或其他元素的元素类型是简单类型，包括预定义元素简单类型和 用户自定义的简单类型。预定义元素简单类型如s 仃i n g 、i n t e g e r 、d e c i m a l 、t i m e 等等。 图2 2简单元素定义的x m ls c h e m a 示例 f i 9 2 - 2s i m p l ee l e m e n td e f i n ex m l s c h e m ae x a i i l p l e 在上图中，元素“a g e ”定义类型为“i n t e g e r ”，在x m l 文件中可以出现 “ 1 2 3 ”的形式。 含有属性或者在其内部包括其他元素的元素是复杂元素类型。 图2 3复杂元素定义x m ls h e m a 示例 f i 9 2 3c o m p l e xe l e m e n td e f i n ex m l s c h e m ae x a m p l e 图2 3 所示的就是复杂元素的定义。定义了一个元素名为b o o k 的x m l 元素。 这个元素的内部包括t i t l e 、a u t h o r 、p r i c e 三个元素。其中，p r i c e 元素包括了类 型为s t r i n g 的名称为c u n 即t y 的属性。 第2 章相关技术分析 2 3 。n e t 技术介绍 m i c r o s o f t 。n e t 怒m i c r o s o 纯n e tx m lw 曲s e r v i c e s 平台。x m lw 曲 s e r v 泌e s 允谗应用程序通过l n l e 搬e t 进行逶讽翻共享数掇，藤不餐采用鸵是哪秘 操作系统，设备或编程语言。m i e r o s o r n e t 平台提供x m lw e bs e r v i c e s 磐熄 这些鼹务集成在起。溪膏熬。n 嚣t 痰蘑稷垮毽蘩a s e n 嚣鼍e + + 燃强v 器燧t c 鼯n 嚣t 等都是运嚣程。n e 善攥絮这个基磷“。 n e t 稚絮是w m d o w ss e r 、潆rs y s t e m 构建，部署与运行w 曲黻务与碰桶程 彦静编程模黧。该框架托鬻了大部分深层结构，使开发入员专注予撰写应用程净 的业务逻辑代码。 公共语言运行麾是n e t 挺槊成用程序的运行引擎。它提供了一系列服务， 包括；代码管理( 装入与执行) ；应用程序内存隔离；类型安全检焱；中间语 言裂掇嚣谖富嚣转换；访瓣元数据 增强类型僖感) ；托蛰对象熬疼存管壤； 懿划瓣代玛访闫安垒牲；异豢楚理，包括跨语言舅常； 毛管代码( 撂淘公茭潺言 运行簿服务酌代码) 、组 牛对象模鳖( c o m ) 对象戳及菲芋卺管代确和激据 翠先 瀚韵态链接簿【d l l 8 1 ) 之间的交互操作；辩象布简豹自劝傀；为开发入员瓣供 的服势支持( 如配置文件和调试) 等。 a s p n e t 是一个革命性的编程框架，搜快速开发强大的w e b 应用骥窿秘 服务成为可行。它提供了最方便、最灵活的谂径寒构建，郏爨和运行w e b 廒用 毯彦，覆囱妊餐浏览器或没器。a s n e t 静主要优点妇下： 楚擎瓣编程模型：a s p n 嚣t 让构建实用娥b 搬鼹程序翦掰未骞豹篱 蕈。 灵活的语言选择：不像经典的a s p 那样只支持解释挺的m i c r o s o f l v i s u a lb a s i c8 c r i 埘n ge d m o n ( v b s c r i p t ) 和j s c r i p t ，a sp n e t 现在支持 越过2 5 静基予。n 藏t 的语言一包鸯v i s 珏a lb 袅s i e 。n e t ，e 警，帮 j s c r i p t n e t ，给开发者提供选择谬蓦的灵活度。 增强瓣开发鄂境：开发人员链嗣锰 罨文本缀瓣嚣，落至楚“溺事本”，帮 霹充分搜糟a s 曼n 嚣善憝全糕动憝。然焉，v i s 嘲s t 泌i o 。n e 彳姆v i s 糖i b a s i c 风格的开发能力增加到w 确领域。现在，开发人员可以可视化设 计a sp n e 薯w e b 鬻体，使用熟悉的箍放与双击技巧。 北京工业大学工学硕士学位论文 改善的性能：代码与内容分离的特性使得a s p n e t 网页被动态编译至 托管的类以获得高性能。 简单快速的部署：a s p n e t 使用基于程序集的m i c r o s o f t n e t 框架部 署模型，也因此而由x c o p y 部署、程序集相邻部署，以及基于x m l 的 设置特性获益。 c # ( 发音为cs h a r p ) 是一种简单、现代化、面向对象、类型安全的开发语 言。其优点为： 代码复用：用c 拌设计的组件可以很容易的转换成w e b 服务，可以以 任意操作系统的任意语言从i n t e m e t 上调用。 增强的性能：垃圾收集( g c ) 技术。不需要手工的内存管理。 增强的可靠性：变量都已自动初始化为类型安全的。 改进的开发效率：版本控制与伸缩性支持。 更快的市场反应：在业务流程与部署应用程序之间实现更好的映射。开 发人员可以定义特定域的属性，并将它们应用于任何语言元素如类，接 口等。定义之后，每个元素的属性都可以被编程访问。 2 4 本章小结 本章首先介绍了组件技术的概念和特点，c o m 组件和e z c o m 组件各自解决 的问题。然后简单的介绍了x m l 技术，x m l 最主要、最引人注目的几个应用， x m ls c h e m a 的几个主要技术细节。最后，对n e t 技术、a s p n e t 技术、c # n e t 技术做了简单的介绍。 实际上，浚课题的研究对象数控软件系统都是基于组件技术的。本课题的 主要研究内容组件描述方法、体系结构描述方法都是用ls c h e m a 表示的。 该课题的实现是基于n e t 技术、a sp n e t 技术、c # j n e t 技术的。 第3 章基于x m l 的可扩展的组件描述方法研究 3 1 组件描述在课题中的意义 本课题的研究对象是基于组件的数控软件系统，具体是基于w i n c ec o m 组 件和e z c o m 组件的数控机床软件系统。本课题的研究目的是要实现系统集成， 在有限多组件的基础上，构造出满足不同用户需求的、可直接在目标环境上运行 的数控软件系统。要达到这个目标，必然要对不同组件之间进行各种形式的组装。 组件组装以对组件全面、深刻的描述为基础。 可执行组件是个二进制的黑盒结构，内部细节不可见。因此除非拥有组件 洋细说明文档，否则很难对组件的功能、性能等一系列的属性有深入的了解，更 谈不上复用和组装了。目前还没有标准的成熟的组件描述方法，或者是组件开发 者随意的书写一些文档，投有统一的格式，或者是一些理论研究者以系统验证为 目的，刺组件进行形式化描述的理论研究，没有实际可操作的方法。 为了解决以上问题，本课题以实际应用为目的，在数控软件系统这个特定领 域中，提出了组件标准化描述方法。这种方法的基本思想是：定义一棵描述数控 领域组件的可扩展、可剪裁的概念模型树以及描述这棵概念树的s c h e m a 义档， 组件开发者按概念模型树的格式对组件进行描述，形成遵循s c h e m a 格式的描述 组件的x m l 文档，并将这个x m l 描述文档随同组件一起发布，组件的使用者 在使用组件的过程中就能从组件x m l 描述文档中获取组件的详细信息。 3 2 需要描述的信息总结 作者认为描述组件的模型虚该是可扩展、可剪裁的。在本章中，作者首先根 据前人总结的经验和数控系统自身特点，提出了描述数控系统组件主要包括七个 方面，然后为了支持扩展性和可修改性作者把这七个方面的信息组织成树型结构 的形式。 组件描述的目的就是改进组件的设计与使用中存在的信息不对称问题，使得 组件的使用者利用这些信息能够迅速地找到他所需要的组件，并充分获取组件丌 组件的使用者利用这些信息能够迅速地找到他所需要的组件，并充分获取组件开 北京工韭大学一4 学磺学接论文 发者关于组件的详细信息，使组件尽可能的发挥作用“。组件描述要达到四个基 本目标，即可搜索、可计量、便于使用和可支持“3 。为实现这些目括，需要对来 源、标识、功瓣绥登、实现羧