（航空宇航制造工程专业论文）基于web的数控切削参数管理及优化系统的研究与实现.pdf

南京航空航天大学硕士学位论文 + 摘要 l 随着数控加工技术的发展，数控加工的质量和效率的问题日益突现。数控加 工切削参数的正确选用对保证数控加工质量、提高加工效率有十分重要的作用。心 本文对数控切削参数管理及优化系统n c p o s ( n u m e r i c a lc o n t r o lp a r a m e t e r o p t i m i z es y s t e m ) 开发的关键技术进行了深入的研究。其中包括： 数据库的建立 通过实际的需求分析，对数据库进行论证和设计，使用o r a c l e 创建切削参数 库及相关的基础库，如：机床、刀具、加工特征、切削液等数据库。 数控切削数据库管理软件的开发 采用c s ( 客户服务器) 模式，p o w e r b u i l d e r 作为开发工具。针对管理员进 行数据库的维护、用户权限管理、切削参数优化等操作。 基于w e b 的数控切削参数查询软件的开发 采用三层b s ( 浏览器服务器) 结构，即用户服务层、应用服务层和数据服务 层，j a v a 的j b u i l d e r 作为开发工具。针对程编员在u g 、c a t i a 等环境下程 编时，方便、快捷、准确地查询邀篓翅削查夔 在上述技术研究的基础上。开发了n c p o s 系统，该系统已在成都飞机制造 工业公司数控中心安装运行。筷践表明，该系统功能齐全，运行可靠，使用方便。 由该系统提供的数控切削参数可保证数控加工质量，大大提高数控加工效率。犬 关键词：数控、切削参数数据库y 切削、软件工程、优化 第1 页 基于w e b 的数控切削参数管理及优化系统 + a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fn cm a c h i n i n gt e c h n o l o g y , t h eq u a l i t ya n de f f i c i e n c y o fn c m a c h i n i n g h a sb e c o m em o r ea n dm o r ei m p o r t a n t t h en c c u t t i n gp a r a m e t e ri s v e r yi m p o r t a n t t oe n s u r en c m a c h i n i n gq u a l i t ya n d t oi m p r o v em a c h i n i n ge f f i c i e n c y t h e k e yt e c h n o l o g yo f n c p o s i sd e e p l yr e s e a r c h e di nt h i st h e s i s i ti n c l u d e s ： t h ef o u n d a t i o no fd a t a b a s e t h o u g ha c t u a lr e q u i r e m e n ta n a l y s i s ，d e m o n s t r a t i o na n dd e s i g nf o rd a t a b a s e ，t h e c u t t i n gp a r a m e t e r d a t a b a s ea n dc o r r e l a t i v eb a s e dd a t a b a s es u c ha sm a c h i n e ，c u r e r m a c h i n i n gc h a r a c t e r , c o o l a n t e t cc a r lb eb u i l tw i t l lo r a c l e t h e e x p l o i t a t i o no f m a n a g e m e n t s o f t w a r ef o rn c c u t t i n gd a t a b a s e t h i ss o r w a r eh a sa d o p t e dc s ( c l i e n t s e r v e r ) m o d u l ea n de x p l o i t e db yp b i ti s d e s i g n e d f o rm a n a g e rt om a i n t a i nd a t a b a s ea n dm a n a g eu s e rp r i v i l e g ea n d o p t i m i z ec u t t i n gp a r a m e t e r t h e e x p l o i t a t i o no f n cc u t t i n gp a r a m e t e rq u e r y s o f t w a r eb a s e do nw e b t h es o f t w a r eh a s a d o p t e dt h r e e - l a y e rs t r u c t u r e ，i n c l u d i n g u s e rs e r v e r l a y e r , a p p l i c a t i o ns e r v e rl a y e ra n dd a t as e r v e rl a y e r , a n de x p l o i t e db yj b n i l d e r i ti s d e s i g n e df o rt h o s ew h op r o g r a mu n d e rt h es o f t w a r es u c ha su g a n dc a t i at o q u e r y n c c u t t i n gp a r a m e t e rc o n v e n i e n t l y , q u i c k l ya n da c c u r a t e l y o nt h eb a s i so f s t u d y i n ga b o v et e c h n o l o g y , n c p o sh a sb e e ni m p l e m e n t e da n d i th a sb e e ni n s t a l l e da n du s e di nn cc e n t e ro f c h e n g d up l a n tm a n u f a c t u r ec o m p a n y i th a sb e e np r o v e dt h a tt h i ss y s t e mh a sp o w e r f u lf u n c t i o n sa n dr u n sr e l i a b l ya n du s e s c o n v e n i e n t l y r a t i o n a ln cc u t t i n gp a r a m e t e rs u p p l i e db yt h i ss y s t e mc a ng u a r a n t e e n c m a c h i n i n gq u a l i t ya n di m p r o v em a c h i n i n ge f f i c i e n c yp r o m i n e n t l y k e y w o r d ：n c 、c u r i n gp a r a m e t e rd a t a b a s e 、c u t t i n g 、s o f i f w a r ee n g i n e e r i n g 、o p t i m i z e 第1 l 页 南京航空航天大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 数控加工技术发展现状 数控技术是一门集电子、计算机、自动化控制及自动检测等技术于一体的复合化 技术。近年来，世界各发达国家竟相发展数控技术，集中了雄厚的资金和大批力量发 展高级机电一体化技术和产品，使生产高度自动化和柔性化，大幅度提高劳动生产率， 降低产品成本，加速产品更新换代，适应市场激烈竞争的需要，国内广大用户选用机 床的观点也在不断改变，越来越多地采用数控这一高效及柔性好的生产设备。 1 1 1 数控机床在我国的发展现状 众所周知，机床是发展机器制造业以至整个工业必不可少的复杂生产工具，既是 生产力要素，又是重要商品。而数控机床是机电一体化的现代机床，对复杂件、难削 件的加工起到攻坚作用，又特别适合于中、小批多品种柔性生产。目前全世界机床拥 有量约1 4 0 0 万台，其中数控机床1 0 0 万台，约占7 ，世界年产机床i 0 0 万台，数控 机床约2 0 万台，占1 3 。州 美国于1 9 5 2 年应飞机生产的需求，在世界上首先研制出第一台数控机床，并立 即生产i 0 0 台。中国与日本于1 9 5 8 年同年研制出首台数控机床。我国于1 9 5 8 1 9 6 0 、 1 9 6 2 1 9 6 5 、1 9 7 3 1 9 7 8 年曾先后三次在全国掀起数控机床的研制、生产、攻关高 潮。 我国从1 9 8 0 年起，先后引进了日、德、美、西班牙的数控系统，各种数控机床， 各类机、电、液、气基础元部件等进行合作生产。采用国外先进产品配置，学习国外 先进生产技术，有的使用国外关键元部件，对数控机床的有关主机，数控系统和基础 部件进行生产，由此改变了过去产品质量、可靠性问题，数控机床才逐步开始批量生 产并正式用于生产制造。在1 9 8 0 2 0 0 0 年2 0 年间，我国数控机床在品种上、技术上、 产量上提高较快，取得了较大的成绩。1 9 8 0 年我国数控机床产量6 9 2 台，至1 9 9 9 年， 产量达9 ，0 0 7 台，2 0 0 0 年超万台。在品种上，各类数控全切机床、成形机床、激光 加工机床等均能生产，也较齐全，在设计、制造技术上也有了很大提高。许多国产数 控机床，已在广大用户生产现场使用，有的取得了用户的好评。但是，由于主机设计 本领不过硬，许多数控机床，特别是较先进的高性能机床，基本上是与国外合作的产 品。许多关键配套基础元部件、重要数控系统，仍采用国外进口产品，目前中国生产 的数控机床，约7 0 配用日、德、美、西班牙进口数控系统。各种先进技术，由于缺 第1 页 基于w 曲的数控切削参数管理及优化系统研究及实现 乏系统深入研究、消化、创新，由于技术人员、技术工人素质较低，缺乏各方面人才， 数控机床基本上处于仿制阶段。 据1 9 9 5 年全国调查，我国机床拥有量3 8 3 万台，其中数控机床7 2 8 万台。虽然 机床总拥有量数字很大，居世界第一，但普遍性能落后、结构陈旧，数控机床所占比 重不大。但在1 9 9 6 1 9 9 9 年间，每年用户购买约1 7 万台，共计约7 万台，2 0 0 0 年 我国数控机床拥有量约为1 4 万台，1 9 9 4 年日本数控机床拥有量1 6 万台，目前中国 数控机床的拥有量，已接近日本1 9 9 4 年数字。 中国1 9 9 9 年数控机床产量为9 ，0 0 7 台，1 9 9 7 年日本为5 6 ，1 1 3 台( 1 2 以上出口) ， 德国为2 2 ，9 6 0 台，美国为1 7 ，4 1 4 台，相比之下，中国数控机床年产量较少，需大量 进口。1 9 9 9 年进口数控机床l l ，4 8 9 台，出口1 ，3 6 5 台，消费量( 产量+ 进口量一出口 量) 为1 9 ，1 3 1 台。 我们知道，世界各国经济的竞争，主要体现为制造技术的竞争。而数控技术是现代 化加工设备的基础，又是精密、高效、高可靠性加工技术的支撑，发展先进制造技术， 必须发展数控技术。随着制造业与数控技术结合的日益紧密，机械制造设备的数控化 率已成为衡量一个国家制造技术水平的重要标志。从第一台数控机床的诞生，数控技 术便在工业界引发了一场不小的革命。 1 1 2 数控切削参数数据库的发展现状 就我国数控技术的发展现状而言，切削参数的选择是困扰数控加工的一个大问题。 目前大多数工艺人员仍然依靠工作经验，或是通过查询有关的资料来选择加工参数。 由于切削参数选择不当而影响零件的加工质量和加工效率的情况还较严重，其中常见 的主要有以下这些情况： 零件的加工质量难以保证，常出现零件超差甚至报废等后果： 刀具磨损剧烈，成本加大； 高速机床仍使用低速的切削参数，没能发挥机床的效率； 工时定额不准，使得数控加工的管理水平难以进一步提高； 尤其在当今分工越来越细致的今天，往往程编员对于实际数控切削加工应采用的 参数不太清楚，而通过查询有关的资料来选择加工参数，就使的程编效率很低，而且 容易产生错误，致使现场的工人往往需要进行人工干预，加工效率大大降低，工时定 额不准，难以提高数控加工的管理水平。 建立合理的、科学的数控切削数据库是解决这一问题的最佳途径。金属切削数据 库是c a d c a m ，c a p p 等现代制造技术的支持环境。在它的支持下，可以从数据库中 选取刀具和切削用量等参数，从而完善地实现零件加工过程、加工工序设计和n c 程 序编制的自动化。建造一个大型通用的金属切削数据库，对发展机械制造业具有长远 的战略意义，一旦系统建成，便可通过计算机网络实现数据共享，获取所需的各种切削 第2 页 南京航空航天大学硕士学位论文 数据。由于这是一项巨大工程，要耗费大量的人力、物力和资金，至今我国还不具有通 用性的金属切削数据库。因此，建立一个针对确定应用范围的小型切削数据库仍是目 前各现代化制造系统实现其对切削数据需求的研究策略。 目前，已有1 0 多个国家建立了3 0 多个切削数据库，它们为机械制造业的发展起 了很大的促进作用，在已建立的切削数据库中，绝大多数都是为机械加工厂家服务的 关于工件材料加工性的或是针对刀具切削性的数据。在国内针对数控机床的切削数据 库还很少，主要是一些刀具厂家针对数控刀具进行的个别的研究。 建造一个大型通用的金属切削数据库，对发展机械制造业具有长远的战略意义，一 旦系统建成，便可通过计算机网络实现数据共享，获取所需的各种切削数据。由于这是 一项巨大工程，要耗费大量的人力、物力和资金，至今我国还不具有通用性的金属切削 数据库。因此，建立一个针对确定应用范围的小型切削数据库仍是目前各现代化制造 系统实现其对切削数据需求的研究策略。 1 2 论文的选题依据及主要章节安排 随着数控机床在我国的大幅度的采用，切削参数的选用已越来越重要，尤其针对 我国数控机床的使用效率还很低，切削参数的采用不合理是其中一个主要的因素。因 此，建立切削参数管理及优化系统是非常有必要的。 1 2 1 论文的选题依据 本系统是针对成都飞机制造工业公司数控加工中心的具体需求而设计的，该中心 现存的两大主要问题：其一，切削用量的选择主要依赖于经验或查阅切削用量手册， 这样就导致采用的往往并非最佳值使生产率不高、资源浪费。其二，更为严重的是要 求程编人员必需熟悉实际切削用量的选用，而对于本中心，数控机床众多，刀具也相 当的繁多，切削参数就更加复杂。尤其，随着高速数控机床的不断引进，新的刀具的 不断的选用，切削参数变动很大，导致程编组必需查手册进行程编，从而使工作效率 很低，而且很多时候出现错误，致使现场操作的工人进行手工干预，导致效率降低， 甚至出现质量问题，或产品报废。 切削参数管理及优化系统是针对成飞以上的实际需求而设计的，旨在将该中心现 有的离散的切削参数，通过测试、评价、切削实验，数据采集等方法整理成科学的、 合理的、连续的切削参数库；提供给管理员方便、安全的数控切削参数的维护、查询 及相关基础库( 刀具库、切削液库、材料库、机床库等) 的维护、查询以及数据采集、 报表打印等功能；同时本系统还开发u g 、c a t i a 下的接口，使程编人员能在编程的 同时，通过接口调用w e b 浏览器进行网上切削参数的查询；本系统同时提供数据检 第3 页 基于w e b 的数控切削参数管理及优化系统研究及实现 测模块，以及数据优化模块，对于一些新的条件可通过优化模块得到一初始值，然后 通过实践来调整参数值，本系统还设计切削参数历史记录库，可存放最近删除的数据， 必要时可以比较以前使用情况，选用最佳值。这样，通过本系统即可以使切削参数库 数据量越来越大，切削参数越来越科学、合理，形成一种良性循环，使生产实际和理 论紧密结合。 该系统现已在成都飞机制造工业公司数控加工车间投入使用，取得了显著的效 果。该系统的使用已将工艺人员从大量的手工重复劳动中解放出来，并使一些离散的、 杂乱的切削参数科学化、合理化、规范化，创造良好的环境使切削参数数据库能自我 完善、自我发展，从而提高了整个数控加工中心的生产率，并制造出高质量的产品， 创造良好的经济效益。 1 2 2 论文主要章节安排 本文共分为六章，各章内容安排如下： 第一章绪论 本章在对数控机床和数控切削数据库在我国的发展现状的基础上，阐述了数控切 削参数管理及优化系统的研究的可行性和重要性，简要介绍了论文的选题依据和论文 的结构。 第二章n c p o s 系统的开发技术 本章介绍了数据库的基础知识，数据库的设计与实现，及一些重要技术；对比了 网络应用中常见的计算模型集中式计算模型、客户机服务器计算模型、j a v a 计算模 型及浏览器服务器计算模型。本章通过对多种w e b 访问数据库的解决方案的比较， 采用了使用j d b c 方式。 第三章基于w e b 的切削参数管理及优化系统的总体设计 本章介绍了本系统采用的u m l 建模方法确定了系统的框架结构，根据需求进行了 系统的功能设计和模块划分，重点讨论了适合i n t e r n e t i n t r a n e t 环境下w e b 应用的 三层结构的浏览器服务器模型，并为系统设计了客户与服务器之间的通信框架： 第四章切削参数管理系统子模块的设计和实现 本章介绍本系统的两个模块，c s 模式数据库管理、优化模块的设计和实现，b s 模式网上查询模块的设计和实现。并分别对其实现的技术难点进行了详细的讨论。 第五章应用实例 本章在上述理论和关键技术研究的基础上，介绍了基于w e b 的切削参数管理及优 化系统的主要功能：系统登入、数据维护、数据查询、报表输出、用户权限管理等功 能。 第六章总结和展望 本章总结了全文的研究工作，展望了研究发展前景。 第4 页 南京航空航天大学硕士学位论文 2 1 引言 第二章n c p o s 系统的开发技术 人们在总结信息资源开发、管理和服务的各种手段时，认为最有效的是数据库技 术。数据库是信息系统的核心和基础，它把信息系统中大量的数据按一定的模型组织 起来，提供存储、维护、检索数据的功能，使信息系统可以方便、及时、准确的从数 据库中获得所需的信息。数据库的应用已越来越广泛，从小型的单项事务处理系统到 大型的信息系统都使用数据库来保持数据的整体性、完整性和共享性。 2 2 数据库技术 2 2 1 数据库基础知识 1 数据、数据库、数据库系统和数据库管理系统是与数据库技术密切相关的4 个基本概念。 说起数据，人们首先想到的是数字。其实数字只是最简单的一种数据。数据 的种类很多，在日常生活中无处不在：文字、图形、图象、声音、学生的档 案记录、货物的运输情况等等，这些都是数据。 数据库，简称d b ，就是长期储存在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。 数据库中的数据按一定的数据模型组织、描述和存储，具有较小的冗余度， 较高的数据独立性和易扩展性，并可为各种用户共享。 数据库管理系统，简称d b m s ，是位于用户与操作系统之间的一层数据管理软 件。它使用户能方便地定义数据和操纵数据，并能够保证数据的安全性、完 整性、多用户对数据的并发使用及发生故障后的系统修复。 数据库系统，简称d b s ，是指在计算机系统中引入数据库后的系统构成，一 般由数据库、数据库管理系统( 及开发工具) 、应用系统、数据库管理员和用 户构成。在不引起混淆的情况下人们常常把数据库系统简称为数据库。 第5 页 基于w e b 的数控切削参数管理及优化系统研究及实现 数据库 图2 - l 数据库系统 2 从最终用户的角度来看，数据库系统分为单用户结构、主从式结构、分布式 结构、和客户j l 务器结构。 单用户数据库系统 单用户数据库系统是一种早期的最简单的数据库系统。在单用户系统中，整 个数据库系统，包括应用程序、d b m s 、数据，都装在一台计算机上，由一个用户 独占，不同机器之间不能共享数据。 主从式结构的数据库系统 主从式结构是指一个主机带多个终端的多用户结构。在这种结构中，数据库 系统，包括应用程序、d b i d s 、数据，都集中存放在主机上，所有处理任务都由主 机来完成，各个用户通过主机的终端并发地存取数据库，共享数据资源。 主从式结构的优点是简单，数据易于管理与维护。缺点是当终端用户数目增 加到一定程度后，主机的任务会过分繁重，成为瓶颈，从而使系统性能大幅度下 降。另外，当主机出现故障时，整个系统都不能使用，因此系统的可靠性不高。 分布式结构的数据库系统 分布式结构的数据库系统是指数据库中的数据在逻辑上是一个整体，但物理 地分布在计算机网络的不同结点上。网络中的每一个结点都可以独立处理本地数 第6 页 南京航空航天大学硕士学位论文 据库中的数据，执行局部应用；也可以同时存取和处理多个异地数据库中的数据， 执行全局应用。 分布式结构的数据库系统是计算机网络发展的必然产物，它适应了地理上分 散的公司、团体和组织对于数据库应用的需求。但数据的分布存放，给数据的处 理、管理与维护带来困难。此外，当用户需要经常访问远程数据时，系统效率会 明显得受到网络交通的制约。 客户服务器结构的数据库系统 主从式数据库系统中的主机和分布式数据库系统中的每个结点机是一个通 用计算机，即执行d b m s 功能和应用程序。随着工作站功能的增强和广泛使用， 人们开始把d b m s 功能和应用分开，网络中某个结点上的计算机专门用于执行 d b m s 功能，称为数据库服务器，简称服务器，其他结点上的计算机安装d b m s 的 外围应用开发工具，支持用户的应用，称为客户机，这就是客户服务器结构的 数据库系统。 在客户服务器结构中，客户端的用户请求被传送到数据库服务器，数据库 服务器进行处理后，只将结果返回给用户( 而不是整个数据) ，从而显著减少了 网络上的数据传输量，提高了系统的性能、吞吐量和负载能力。 另一方面，客户服务器结构的数据库往往更加开放。客户与服务器一般都 能在多种不同的硬件和软件平台上运行，可以使用不同厂商的数据库应用开发工 具，应用程序具有更强的可移植性，同时也可以减少软件维护开销。 2 2 2 数据库的设计与实现 目前设计数据库系统主要采用的是以逻辑数据库设计和物理数据库设计为核心 的规范设计方法。其中逻辑数据库设计是根据用户要求和特定数据库管理系统的具体 特点，以数据库设计理论为依据，设计数据库的全局逻辑结构和每个用户的局部逻辑 结构。物理数据库设计是在逻辑结构确定之后，设计数据库的存储结构及其他实现细 节。各种规范设计方法在设计步骤上存在差别，各有千秋。通过分析、比较与综合各 种常用的数据库规范设计方法，我们将数据库设计分为以下6 个阶段，如图2 - 2 所示。 1 需求分析阶段 进行数据库设计首先必须准确了解与分析用户需求( 包括数据与处理) 。需求分 析是整个设计过程的基础，是最困难、最耗费时间的一步。作为地基的需求分析是否 做得充分与准确，决定了在其上构建数据库大厦的速度与质量。需求分析做得不好， 甚至会导致整个数据库设计返工重做。 2 概念结构设计阶段 概念结构设计是整个数据库设计的关键，它通过对用户需求进行综合、归纳与 抽象，形成一个独立子具体d b m s 的概念模型。 第7 页 基于w e b 的数控切削参数管理及优化系统研究及实现 3 逻辑结构设计阶段 逻辑结构设计是将概念结构转换为某个d b m s 所支持的设计模型，并对其进行优 化。 需求分析 概念结掏设讨 【 r 设计局部视图 f集成视图f i l 逻辑结构设讨 i 设计逻辑结构l i 优化逻辑模型j 数据库物理 二凸：l 、 “f 设计物理结构f 山 l 评价物理结构l f f l i 数据库实施l i 藏琚库糸统阴i i物理实现l 上 j 试验性运行j 数据库运行和维护 图2 - 2 数据库设计过程图 4 数据库物理设计阶段 数据库物理设计是为逻辑设计模型选取一个最适合 应用环境的物理结构( 包括存储结构和存取方法) 。 5 数据库实施阶段 在数据库实施阶段，设计人员运用d b m s 提供的设计 语言及其宿主语言，根据逻辑设计和物理设计的结果建立 数据库，编制与调试应用程序，组织设计入库，并进行试 运行。 6 数据库运行和维护阶段 数据库应用系统经过试运行后，即可投入正式运行。 在数据库系统运行过程中必须不断地对其进行评价、调整 与修改。 本系统按照上述步骤，对数据库进行设计和论证，通 过概念结构先设计该系统的数据库概念模型( c d m ， c o n c e p t u a ld a t am o d e l ) ，确定该c d m 中实体和关系的个 数。再进行逻辑结构设计、物理结构设计，由数据库概 念模型生成数据库物理模型( p d m , p h y s i c a ld a t am o d e l ) 如：图2 3 、图2 - 4 、图2 5 所示，主要分为三个数据库： 切削参数数据库、刀具库、用户权限库。切削参数库中包 括：切削参数表、工件材料表、机床信息表、加工特征表、 切削液表，表的主外键关系如图2 3 所示。用户权限库中 包括：用户信息表、组权限表，关系如图2 - 4 所示。刀具 库中包括：刀片信息表、槽铣刀表、端铣刀表、立铣刀表 等八个相应的刀具库表，关系如图2 5 所示。切削参数表 中 的主键由工件材料牌号、机床类型、加工特征、刀具图号 四个组成，除刀具图号外都和相应的基础库建立了主外键 关系。因为刀具库为了管理方便。减少数据的冗余，故分为八个不同类别的刀具表， 因此无法同切削参数表建立主外键关系。这样就使在数据库的一致性方面要通过其他 技术来保证，具体的解决方法在下文中有详细的讨论。 第8 页 南京航空航天大学硕士学位论文 m 町e r 帅d e l - h - 聘r * l m 0 毗 lm a t e r i a l ( 工件材料衰) i 世t e r i a l m o d e l啦m 业垃h 醚监【鲫 h e a r r r e a t m e n t w r c h a r 2 2 0 ) i m a t e r i a l r i g i d r r y v a r c h u r 2 ( 2 0 ) m a t e r i a l i n t e n s i t y v u r c h a r 2 ( 2 0 ) m a t e r i a l d e s c r i b e v a r c h a r 2 ( 5 0 ) 图2 - 3 切削参数库及相关数据库物理模型 p r l v 儿e g e _ _ u s e r ( 用户权限衰) 女e b h 6 酗e业y 6 b h 6 b z 【i m 9 8 q 女e h m e ! 血1 6 8 h 6 b 趔 p a s s w o r d v , * r c h a r 2 ( 2 0 ) l o g i n t i m e ld a t e l o g i n t i m e 2d t e l o g i n t i m e 3d t e d j t h l v a r c h a r 2 ( 4 0 ) d j t h 2 v a r c h 融( 柏l d j l h 3v a r c i , i a r 2 ( 4 0 ) d j l h 4v j 嗡c h 肫螂l d j t h 5v a r c h r 2 “ b j l l _ 1 6 v a r c h a r 2 ( 4 0 ) d j t h 7v a r c h a r j ! ( 4 0 d j l h 8 v a r c h a r 2 ( 4 0 ) d j t h 9v a r c h a r 2 “ d j t h l 0 v a r c h a r 2 ( 4 0 ) d j t h b zl 盯 t r u e n a m e v r c h r 2 2 图2 - 4 用户权限数据库物理模型 第9 页 基于w e b 的数控切削参数管理及优化系统研究及实现 闰2 5 刀具数据库物理模型 2 2 3 数据库的关键技术 1 存储过程、函数、触发器 o r a c l e 中的存储过程或函数是由s q l 语句和一些控制流语句组成并封装起来的。 它经编译和优化后存储在数据库服务器中，使用时可直接调用。使用存储过程或函数 有如下优点： ( 1 ) 功能全面、接口灵活。它可接受多个参数值，也可返回多个值，大大增加了 s q l 语句的功能和灵活性。 ( 2 ) 可减少网络数据传输量。由于存储过程或函数的处理是在数据库服务器上进行 的，在客户机上只需将参数传递到数据库服务器上，数据库服务器在处理后将 结果传送到客户机或w e b 服务器上，从而使客户机或w e b 服务器与数据库服 务器之间的通信量减少到最小，大大降低了网络的负荷。 第1 0 页 南京航空航天大学硕士学位论文 ( 3 ) 可减少调用延迟，提高程序的执行效率。由于存储过程或函数的代码是存储在 服务器上，在客户端或w e b 服务器端原先由大量s q l 语句及控制流语句实现 的功能只需向网络发送一个命令就可完成。同时存储过程或函数预先进行了语 法分析、语句分析和编译，并给出了优化执行方案，因而避免了每次运行时的 语法检查、分析和优化，极大地改善了s q l 语句的性能，提高了程序的执行 效率和速度。 ( 4 ) 可保证数据的安全性和完整性。存储过程或函数只须编写一次并可从系统的不 同部分调用，即使出现逻辑错误或业务规则改变，只须过程改变一次，调用该 存储过程或函数的每部分都已更正好了。 存储过程和函数之间的不同之处在于函数有一个返回值，而存储过程不一定有返 回值。 触发器是一种特殊的存储过程，主要用来维护数据库中的表，它在插入、删除或 更新特定表中的数据时触发执行，其优点和用途之一是确保不同表中相关记录同步插 入、删除或更新，保证数据完整性，改善系统性能。 然而，使用存储过程和触发器会在服务器上造成额外的开销，过多使用可能会降 低整个系统性能。因此必须根据整个系统的软硬件配置合理地分配事务于客户机或 w e b 服务器和数据库服务器，以免数据库服务器的负担过重，存储过程和触发器的使 用必须与在数据库服务器上造成的额外开销进行平衡。 在实际应用系统的开发和设计中，建议将体现企业规则的事务写成存储过程或函 数及由多条s q l 语句和控制流语句组成的可变事务写成存储过程或函数；而将一些 固定不变的事务处理和一些重数据库中读取数据不多且计算较复杂的事务处理放在 客户端或w j b 服务器处理。这样不仅可充分利用客户机或w e b 服务器的处理能力， 而且当体现企业规则的事务改变时只需修改存储过程即可完成系统的更新，不必修改 客户端程序w e b 服务器的程序。 2 优化查询 在对数据库进行的操作中，查询所占比例为6 0 以上，因此提高查询速度可显著 改善系统性能。下面几种方法可提高查询速度。 ( 1 ) 建立必要的索引，提高查询速度。在数据库应用中最广泛的是查询操作，对查 询最有效的优化是利用索引机制。在对一个表进行查询时，当返回表中记录数 低于表中总记录数的2 0 时，在s q l 语句的w h e r e 条件中相应字段使用索引 最为有效，此时应建立索引；当返回表中记录数大于表中总记录数的2 0 时， 没有必要建立和使用索引。在查询时使用复合索引( 由多个字段构成的索引) ， 应在w i l e r e 条件中引用复合索引的第一个字段或包含第一个字段在内的几个 字段。在不需要索引时，应在s q l 语句中将索引隐藏。 ( 2 ) 在w h e r e 子句中，若使用a n d 条件，应将最有可能导致查询失败的条件放在 前面；若使用o r 条件，应将最有可能导致查询失败的条件放在后面；避免在 第1 i 页 基于w e b 的数控切削参数管理及优化系统研究及实现 条件表达式的左边使用函数；避免使用i n 、a n y 、a l l 、b e t w e e n 、n o t 、o r 、n o t i n 和l i k e 。 ( 3 ) 在进行多表查询时，应将返回行少的表放在f r o m 子句的后面，在w h e r e 子 句中，对二表中的列进行比较时，应将记录多的表的字段写在左边。 ( 4 ) 对s q l 语句进行优化处理和重新组织，杜绝无效查询的出现。由于数据库服 务器是共享资源，无效的查询处理可能影响每个客户机或w e b 服务器或使用 浏览器的用户，从而影响整个系统的性能。 ( 5 ) 同一应用程序的不同用户应尽可能使用同一查询方式访问数据库，这样可使查 询存于s q l 中的可能性大大增加。如果查询一致，那么以前使用的查询就有 可能存在于s q l 池中，从而减少处理查询的时间。 在数据初始化时，按时间或某种方式尽可能使数据有序，以加快查询速度。 2 3w e b 开发技术 九十年代初，客户机，服务器技术得到了广泛的认可，应用程序迅速转向客户机 服务器计算模型。而现在，随着i n t e m e t 技术的飞速发展以及应用的普及，人们开始 转向如何利用i n t e m e t 的有关技术构建i n t e m e t i n t r a n e t 环境下的企业级应用。由于基 于i n t e m e t i n t r a n e t 的计算模型与传统的计算模型相比具有更小的破坏性和更大的建 设性，因此，正在越来越大的程度上取代传统的体系结构，成为当前企业级应用开发 的主流。 2 3 1 传统的计算模型 随着硬件和软件技术的发展，计算模型也在发生着巨大的变化。在过去的二十年 里，传统的计算模型先后经过了使用大型主机外挂多台终端的集中式计算阶段、胖客 户机朋艮务器阶段和瘦客户机服务器阶段。 1 集中式计算模型 第一代计算模型是集中式计算，它由大型主机和多个与之相连的终端组成，其核 心是大型主机。这种计算模型具有以下的优点： 提供了集中式管理，对系统进行维护和管理的费用较低； 在大型主机上可以挂接多个终端，操作系统使用分时调度的方法同时为多个 用户提供服务，每个终端在大型主机中对应一个进程； 由于这种计算模型的核心是大型主机，终端没有计算能力，因此对主机进行 安全保护比较容易； 计算能力和数据存储能力具有较强的可扩展性： 每个终端与主机连接的线路通常较短，而且是专线，所以运行时程序的可靠 第1 2 页 南京航空航天大学硕士学位论文 性很高。 这种计算模型在计算机发展的初期得到了广泛的应用，尤其是在一些大型计算 中，它的地位更是无可动摇。但是它有以下的一些缺点，影响和限制了它的继续发展： 硬件投资大； 增加计算能力的花费大； 对于大部分的应用，资源利用率低； 编程工具不友好，软件开发周期长： 大部分的应用可移植性差； 不够灵活。 总的来说，大型主机对于特定的计算用途是一个有力的工具，在一些高性能的 计算领域，其它计算模型还不能取代大型主机的地位。 2 胖客户机服务器计算模型 在八十年代，随着工作站和个人计算机的诞生和广泛应用，产生了一种新的计算 模型，即客户机服务器计算模型。这种模型在诞生后得到了广泛的应用。 客户机服务器计算模型由两部分组成，在前端，是客户机，一般使用的是网络 p c 。它与客户直接进行信息交互、向用户提供图形用户界面。后端是服务器，它可 以使用各种类型的主机，提供例如数据库的查询和管理、大规模计算等服务。对于用 户来说，服务器是透明的。用户只感到他在使用客户机，不会意识到后端的服务器。 因此，可以在客户机向用户提供一个一致的界面，在后端的服务器使用各种系统的计 算机，在客户机和服务器之间提供数据的转换接口。这样，就可以在开发使用新型系 统时，继续使用已有的计算机，保护已有投资。 这个时期，客户机服务器计算模型中的客户机是胖客户机。客户机有本地的、完 整独立的操作系统，以及有本地磁盘来存储数据和应用程序。胖客户机的功能是完备 的，它可以脱离服务器而单独存在，向用户提供服务。 胖客户机服务器计算模型提供了很大的灵活性，能适用于许多应用领域，它有以 下几个优点： 可以集成不同的平台，保护已有的投资； 可以通过局域网或广域网来发布信息、分布数据； 提供了友好的用户界面，并能访问传统的主机系统中的数据； 性能价格比较高； 使用分布式管理： 系统具有良好的可扩展性； 可以使用市场上已有的众多软件； 但作为胖客户机服务器计算模型，它也存在几个明显的缺点： 系统管理费用高； 对于某些应用而言，胖客户机的许多功能是冗余的； 第1 3 页 基于w e b 的数控切削参数管理及优化系统研究及实现 不同应用软件之间的数据格式不兼容； 不能实现跨平台计算； 难以维护和升级； 3 瘦客户机服务器计算模型 随着全球信息化进程的深入，胖客户机计算模型存在的缺陷变得越来越明显。于 是在九十年代。人们又提出了瘦客户机服务器计算模型。 瘦客户机h a 务器计算模型就是基于w e b 的协同计算。s u n 公司在十几年网络计 算应用开发的基础上，提出了一种低费用、低管理开销、并享有客户机服务器计算 模型的灵活性等优点的新计算模式，并据此开发出了一种称为j a v a d e s k t o p 的网络计 算机。j a v ad e s k t o p 是一个无状态的桌面设备，所有组成状态的事物，如操作系统、 应用程序、数据等都从客户端移到了服务器上。前端的客户机保留与客户进行交互的 应用程序以及一些不需要在服务器上运行的程序，这些程序平时并不存放在客户机 上，它只是在需要的时候，才通过网络从服务器下载到本地运行。 通过把状态移动到集中的服务器上，以及使用无状态的j a v a d e s k t o p ，瘦客户栅 服务器计算模型具有了集中计算的优点： 所有的状态信息都移到了服务器上，实现了集中管理； 清除了那些前端客户不需要的功能，降低了前端客户机的价格； 由于应用程序平时存放在服务器上，只是在需要是才由客户机下载，所以可 以实现迅速更新网络计算机的应用程序； 降低了桌面管理的开销； 可伸缩性好； 由于瘦客户机不保存它的状态信息，所以它不需要使用本地配置文件来管理，可给用 户提供一个一致的界面。 2 3 2j a v a 计算模型 j a v a 技术是计算机技术的一次革命，其核心是以“以桌面计算为中心”转移到“以 网络计算为中心”。对于企业来说，这种变革的重要影响是把复杂性从桌面转移到网 络和服务器上，使得管理工作可以中心化，同时也提供强大的本地处理能力。j a v a 计算解决了当前企业计算中的许多不足之处，它的许多优秀特性使得它日益广泛的被 采用。 1 j a v a 计算的工作模式 j a y a 计算的本质是一个瘦客户机服务器模型，j a v a 应用程序代码按用户的需求从 服务器上动态的下载到客户机上。因此，管理工作就可以集中在服务器上进行，用户 可以保证得到最新版本的应用程序。j a v a 应用程序可以在安装了j a v a 虚拟机软件的 任意环境下运行。 第1 4 页 南京航空航天大学硕士学位论文 j a v a 设备是一个桌面客户机，它可以下载和执行j a v a 程序，但是它没有传统p c 的复杂性和管理需求。j a v a 设备不含传统的操作系统，而是套支持j a v a 虚拟机的 简单的j a v a 操作系统。j a v a 操作系统和j a v a 虚拟机可以在客户的r o m 中进行存储 或通过网络进行引导。客户机的数据都统一存放在文件服务器上，所有客户机的管理 和配置都可以统一进行。 在客户机上执行的应用程序通过标准的网络协议与服务器进行通信。j a v a 客户机 可以与应用程序服务器建立标准的t c p i p 连接，也可以选用更为复杂的协议。j d b c 提供了面向s q l 语言的数据库连接，而使用分布式对象和工业标准的c o r b a 协议， 则可以构造更为复杂的三层客户机服务器应用程序。 2 j a v a 计算模型的结构 基于j a v a 的体系结构，主要由以下几部分组成： 内部网 它包括基于t c p i p 的l a n 。内部网可以只是一个w e b 服务器和t c p i p 以 太网，也可以是具有高速w a n 干线和多个子网的全球t c p i p 网络。内部网 可以通过防火墙提供与i n t c m c t 的连接。 w e b 服务器 在内部网上向客户机提供w e b 页面和j a v a a p p l e t 。可以通过增加服务器的个 数来提高所支持的客户机的数量，同时不会增加管理负担，同时可向瘦客户 机提供引导服务。 分布式应用程序服务器 客户机可以通过内部网在此服务器上访问商业应用程序或对象。 数据库、文件、邮件、打印和目录以及其他专用功能的服务器 它们可以直接或间接的被j a v a 客户机访问。 统一的管理系统 用来管理服务器、网络和客户机。 j a v a 客户机 可以是标准的j a v a 设备，也可以是安装了j a v a 前端如支持j a v a 的w e b 浏览 器的传统p c 。 上述各个组成部分可以在各种各样的网络拓扑结构下灵活的配置。 j a v a 网络模型的一个很大的优点是当用户移动的时候，没有必要移动桌面计算机 上的文件，用户可以在任何能够访问到网络的地方登录到自己的环境中。所有的永久 状态信息都是在内部网的w e b 服务器上进行维护，这样，减少了大量的客户端管理 配置工作，并可以进行拨号连接，从而访问到用户的完整环境。 2 3 3w e b 访问数据库的解决方案 第1 5 页 基于w e b