（机械制造及其自动化专业论文）基于corba的阀门cad系统数据集成的研究与开发.pdf

西华大学硕士学位论文 基于c o r b a 的阀门c a d 系统数据集成的研究与开发 机械制造及其自动化专业 研究生：殷安东指导教师：蔡长韬教授 摘要 计算机网络技术给制造业带来了重大的影响和革新，网络化制造已经成为 制造业发展的主要趋势之一。计算机辅助设计近年来已经成为炙手可热的技术。 在很多大型机械的设计制造中都得到了广泛的应用。 计算机辅助设计( c a d ) 是用计算机系统协助产生、修改、分析和优化设 计的技术。随着i n t e m e t i n t r a n e t 网络和并行、高性能计算及事务处理的普及， 异地、协同、虚拟设计及实时仿真也得到了广泛应用。 如何将c a d 的产品设计信息以数据形式提供给生产制造等其他部门，是 亟待解决的问题。为了保证数据的有效性、完整性、一致性，实现数据交换与 共享，迫切要求对设计过程中的大量数据进行统一管理。设计开发基于c o r b a 的阀门c a d 系统数据集成平台，可以保持产品数据信息的完整性和一致性， 为企业生产提供快速、准确的数据源。 本文从阀f - jc a d 系统的实际需要出发，在参考国内外大量的资料文献的 基础上，结合c o r b a 技术优势，讨论了c o r b a 技术在数据集成中的实现方 法。在详细分析系统需求状况的基础上，建立了基于c o r b a 技术的阀f - jc a d 系统体系结构，阐述了基于c o r b a 与x m l 技术的阀门c a d 数据集成系统的 设计思想和实现方法。利用c o r b a 和v c + + 程序设计语言等软件技术，实现 了阀门c a d 系统与c a p p 系统的数据通讯，以及从c o r b a 服务器的上传、 下载等功能。 结合已实现的软件系统的应用状况分析，验证了阀门c a d c a p p 数据集成 的合理性和可行性，且具有较好的可扩展性，为与c a m e r p p d m 等系统的数 西华大学硕士学位论文 据集成提供数据来源。 关键词：计算机辅助设计，x m l ，数据集成，c o r b a ，b o m i i r e s e a r c h a n d s y s t e m i l l i t d e v e l o p m e n t o fd a t a i n t e g r a t i o n o fv a l v ec a db a s e do nc o r b a m a j o r ：m e c h a n i c a lm a n u f a c t u r i n g a n da u t o m a t i o n m a s t e rc a n d i d a t e ：y i na n d o n g s u p e r v i s o r ：p r o f c a ic h a n g t a o a b s t r a c t n e t w o r k e dm a n u f a c t u r i n g h a st u r n e di n t o a m a j o rt r e n d i nm o d e ：m m a n u f a c t u r i n gi n d u s t r y w i t ht h er e v o l u t i o n a r yi n f l u e n c eb r o u g h tb yc o m p u t e r n e 铆o r kt e c l l n o l o 卧 i nr e c e n ty e a r s ，c o m p u t e r - a i d e dd e s i g n h a sb e c o m ea p o w e m la n da r r o g a n tt e c h n o l o g y , a n da l s oh a sb e e nc o m p r e h e n s i v e l ya p p l i e d t o l a r g e s c a l em e c h a n i c a ld e s i g na n dm a n u f a c t u r i n g c o m p u t e r - a i d e dd e s i g n ( c a d ) i sat e c h n o l o g y w h i c hp r o d u c t s ，m o d i f i e s ， a n a l v z e sa n do p t i m i z e st h ed e s i g nb yc o m p u t e rs y s t e m w i t h t h ep o p u l a r i t yo f i n t e m e t h l t r a i l e tn e t w o r ka n dt h ep a r a l l e l ，h i g h - p e r f o r m a n c ec o m p u t i n g a n d t r a n s a c t i o np r o c e s s i n g ，t h ec o l l a b o r a t i v e ，v i r t u a ld e s i g na n dr e a l t i m es i m u l a t i o nh a 8 b e e nw i d e l yu s e d h o wt op r o v i d et h ep r o d u c ti n f o r m a t i o nd e s i g n e db yc a d t oo t h e rs e c t o r s ， s u c ha sm a n u f a c t u r i n g ，t h a ti s ，t h ep r o c e s so fe n t e r p r i s ei n f o r m a t i o n i sas e n o u s p r o b l e m i ti su r g e n tt h a tal a r g en u m b e ro fd a t am u s tb em a n a g e d c e n t r a l l z e dm o r d e rt oe n s u r et h ee f f e c t i v e n e s s ，i n t e g r i t y , c o n s i s t e n c yo fd a m ，a n d a l s ot oe x c h a n g e 锄ds h a r ed a t a t i l ed a t ai n t e g r a t i o ns y s t e mo fv a l v ec a d b a s e do nc o r b an o t 0 n l vg u a r a n t e e si n t e g r a la n dc o n s i s t e n td a t a ，b u ta l s op r o v i d e se n t e r p r i s ep r o d u c n o n w i t ht h ef a s t ，a c c u r a t ed a t as o u r c e 1 1 1 i st h e s i sf r o mt h ea c t u a ln e e d so ft h ev a l v ec a ds y s t e m a u t h o rr e f e r e n c e sa l o to fd o m e s t i ca n df o r e i g nl i t e r a t u r e ，c o m b i n e sw i t ht h ee x c e l l e n tt e c h n o l o g y o t 两华大学硕士学位论文 c o r b a m o r e o v e r , i td i s c u s s e si m p l e m e n t a t i o no fd a t ai n t e g r a t i o nb a s e d o n c o r b a t e c h n o l o g y , s e t sf o r t ht h ev a l v ec a ds y s t e ma r c h i t e c t u r e ，d e s i g nc o n c e p t a n di m p l e m e n t a t i o na f t e rad e t a i l e da n a l y s i so fs y s t e mr e q u i r e m e n t n i st h e s i s a n a l y z e st h ec o r b a f u n c t i o n a lr e q u i r e m e n t s ，t a k e sa d v a n t a g e so fs o m es o f t w a r e t e c h n o l o g f o ri n s t a n c e ，c o r b a ，v c + + p r o g r a m m i n gl a n g u a g e f i n a l l y , t h i ss y s t e m a c h i e v e sd a t ac o m m u n i c a t i o n sb e t w e e nv a l v ec a ds y s t e ma n dc a p ps y s t e m ，t h e n u p l o a da n dd o w n l o a dd a t af r o mc o r b a s e r v e r t h r o u g ha n a l y z i n gt h ea p p l i c a t i o no ft h i ss o f t w a r es y s t e m ，t h er a t i o n a l i t ya n d f e a s i b i l i t yo fc a d c a p pd a t ai n t e g r a t i o ns y s t e mc o u l db e t e s t e da n dv e r i f i e d a n y w a y , t h i ss y s t e mh a sab e r e rs c a l a b i l i t ya sar e s u l to fp r o v i d i n gd a t as o u r c ef o r o t h e rd a t ai n t e g r a t i o ns y s t e mo fc a m e i 冲p d m k e y w o r d s ：c o m p u t e r - a i d e dd e s i g n ，x m l ，d a t ai n t e g r a t i o n ，c o r b a ，b o m u 西华大学硕士学位论文 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，除了文中特另t l d l ：l 以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写过的研究成果，也不 包含为获得西华大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的教 材。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感谢。 本学位论文成果是本人在西华大学读书期间在导师指导下取得 的，论文成果归西华大学所有，特此声明。 作者签名：段安。东 导师签名： 妒产 日期 口d 夕，；工 日 期沙7 6 两华大学硕士学位论文 西华大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅，西华大学可以将本论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印 手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书； 2 、不保密彩适用本授权书。 ( 请在以上口内划4 ) 学位论文作者签名：段要亏、指导教师签名：修伊 日期： 刈z 舨 日期：唧多 西华大学硕士学位论文 1 绪论 1 1c a d 概述 计算机辅助设计( c a d c o m p m e ra i d e dd e s i g n ) 是工程技术人员以计算机 系统为工具，综合应用多学科专业知识进行产品设计、分析和优化等问题求解 的先进数字信息处理技术，是专家创新能力与计算机硬件功能有机结合的产物 【l 】 o 在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制 图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比 较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能 存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设 计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的 设计结果，可以快速做出图形显示出来，使设计人员及时对设计做出判断和修 改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图 形数据加工工作。c a d 能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计 质量【2 1 。 1 2c o r b a 概述 随着分布式技术的发展，由o m g 组织制订的c o r b a 标准与m i c r o s o f t 的c o m d c o m 标准、s u n 公司的j a v a r m i 标准一起形成了分布对象计算领域 的主流。其中c o r b a 和c o m 的应用最为广泛，基本上c o m 是以w i n d o w s 为中心的开发环境，而c o r b a 则是平台中立的分布式技术。采用c o r b a 标 准作为集成的技术平台，可以从技术上解决集成过程中操作的透明性和系统的 可扩展性，即无论任何数据源只要进行适当的封装并向系统提供用c o r b a i d l 语言编写的界面，就可以加入系统。表现在集成企业或者企业联盟已有的 应用系统上，如p r o e n g i n e e r ，i - d e a s ，m d t ，m i s m r p e r p 系统，电子商 务等等，需要通过c o r b a 系统集成到一起实现信息的交互和共享【3 】1 4 】【5 儿6 】。 1 3c a d 技术的发展历程及发展趋势 自从美国诞生第一台计算机绘图系统，开始出现具有简单绘图输出功能的 西华大学硕十学位论文 被动式的计算机辅助设计技术以来，随着计算机性能的提高，网络通讯的普及 化、信息处理的智能化，c a d 技术发展到现在已经经历了四次技术革命。 ( 1 ) 蓬勃发展和进入应用时期 提出了计算机图形学、交互技术、分层存储符号的数据结构等新思想，从 而为c a d 技术的发展和应用打下了理论基础。6 0 年代中期出现了许多商品化 的c a d 设备，6 0 年代末，美国安装的c a d 工作站已达2 0 0 多台，可供几百人 使用。 ( 2 ) 广泛使用的时期 1 9 7 0 年美国a p p l i c o n 公司第一个推出完整的c a d 系统。7 0 年代末，美国 c a d 工作站安装数量超过1 2 0 0 0 台，使用人数超过2 5 万。 ( 3 ) 突飞猛进的时期 在这个时期，图形系统和c a d 工作站的销售量与日俱增，美国实际安装 c a d 系统至1 9 8 8 年发展到6 3 0 0 0 套。c a d 技术从大中企业向小企业扩展；从 发达国家向发展中国家扩展；从用于产品设计发展到用于工程设计和工艺设计。 ( 4 ) 开放式、标准化、集成化和智能化的发展时期 由于微机加视窗x p v i s t a 操作系统与工作站加u n i x 操作系统在以太网的 环境下构成了c a d 系统的主流工作平台，因此现在的c a d 技术和系统都具有 良好的开放性。图形接口、图形功能日趋标准化。 c a d 作为信息技术的一个重要组成部分，将计算机高速、海量数据存储及 处理和挖掘能力与人的综合分析及创造性思维能力结合起来，对加速工程和产 品的开发、缩短设计制造周期、提高质量、降低成本、增强企业市场竞争能力 与创新能力发挥着重要作用。无论是军事工业还是民用工业，无论是建筑行业 还是制造加工业，无论是机械、电子、轻纺产品，还是文体、影视广告制作都 离不开c a d 技术。c a d 技术是企业信息化的重要技术基础，也是企业进入国 际市场的入场券。 随着c a d 技术在中小型企业逐步普及，更加规范、易读，符合标准的c a d 图纸得到了生产制造部门的青睐。同时，c a d 技术不是孤立的。首先，它集成 了计算机软硬件、数据库、外围设备、计算机图形学、网络及各个应用领域的 技术，它又不断和c a m ( 计算机辅助制造) 、c a p p ( 计算机辅助工艺流程规划) 、 2 两华大学硕士学位论文 m i s ( 管理信息系统) 、p d m ( 产品数据管理) 以及m r p ( 带i j 造资源管理) 等系统相 集成。随着i n t e m e t 的发展，使得这些设想得以实现。如何构造在i n t e m e t 体系 上的c a d c a p p 集成化系统将会是人们追踪的热点。特别是在全球经济一体化 的背景下，并行工程、异地设计制造等概念的发展和应用，基于网络、基于 w e b 的协同设计制造系统大受青睐。现在已有一些标准，如解决异构系统平台 的x m l 和x m l 3 d ，以及解决三维图形、图像在互联网上传输共享的v r m l 标准相继出台，已经为我们在互联网的构架下，建立协同设计和协同工作的环 境打下了基础【7 】【8 】。 1 4 课题的来源和研究意义 1 4 1 课题来源 课题来源于四川省教育厅重点科研项目：基于c o r b a 的区域网络化制造 集成平台的开发与应用( 项目编号0 5 2 0 2 0 9 4 ) 。 作者负责在c o r b a 平台上实现分布环境下阀门的典型零件c a d 的开发 与应用并与c a m c a p p 系统的集成。 1 4 2 课题的研究意义 一 目前国内外对于分布式技术和网络化制造的应用研究十分活跃，分布式网 络化制造是当前研究的一个热点。许多专家学者提出了分布式异地协同设计、 分布式产品数据管理等系统模型并进行了一些理论研究。 计算机辅助设计( c a d ) 是计算机辅助工艺规划( c a p p ) 和计算机辅助 制造( c a m ) 的数据来源，也是计算机集成制造系统( c i m s ) 的重要环节。 而现有许多c a d 软件都注重于完善面向专业领域的具体设计的功能。以机械 c a d 软件为例，a u t o c a d ，s o l i d w o r k s 等注重于相应的二维、三维的设计，但 是对于网络协同的支持方面还比较薄弱，与c a p p c 黼i 冲p d m 等系统独立， 数据的录入和使用需要人工输入，同时也很难获得其他子系统中的信息。 因此，设计一套可以与c a p p c a m e r p p d m 等其他系统数据集成的系统， 实现一个多系统共同使用数据提供安全可靠、使用更便捷、管理更方便的网络 化集成制造平台，对于产品信息化具有重要的意义。 西华大学硕士学位论文 本课题研究的主要内容是： ( 1 ) 在c o r b a 平台上实现阀门的分布式c a d c a p p 系统集成： ( 2 ) 分布环境下阀门的典型零件c a d 的开发与应用。 1 5 论文内容组织 作者在对c a d 技术理论和系统化、实用化、工程化做了深入的研究工作。 根据c a d 技术发展方向，分析了企业对c a d 系统的需求，总结了前人的c a d 研究与开发经验，建立了新的c a d 系统方案，实现了基于c o r b a 和x m l 的 c a d 系统的开发工作。本论文的主要结构如下： 第一章介绍了c a d 技术的基本概念，国内外研究和开发现状和发展趋势， 现有c a d 系统存在的不足，最后给出了本论文课题的背景和研究意义。 第二章介绍了c o r b a 技术和采用c o r b a 进行制造信息集成的优势，论 述了基于c o r b a 技术的网络化制造系统的实现和基于x m l 文档结构的产品 设计制造信息资源模型。 第三章论述了基于c o r b a 的c a d 系统的需求分析、c a d 软件的选型， 网络制造环境下基于c o r b a 的阀f - jc a d 系统的数据描述、系统框架及系统 开发工具。在这些分析基础上，对c a d 客户端进行了详细的设计。 第四章阐述了阀门c a d 系统中主要功能的实现细节。从阀门零件的建模 开始，零件图、装配图、工程图的建立，直至产生包含零件信息的b o m 表， 在信息处理方面，b o m 信息的提取，基于c o r b a 平台的系统数据共享，设计 的客户端程序能方便有效地处理x m l 数据，对重要的存数据处理过程还给出 了示例代码。 第五章以阀门c a d 系统为实例介绍了基于c o r b a 技术的应用、建模过 程和数据传送、处理与分析，并进行演示。 第六章对本论文做了总结，并对基于c o r b a 的阀门c a d 系统的研究和 开发进行了展望。 4 西华大学碗士学位论文 2 基于c o r b a 的制造信息描述与集成 2 1 基于c o r b a 的制造信息技术 2 1 1c o r b a 技术简介 通用对象请求代理体系结构( c o m m o no b j e c tr e q u e s tb r o k e r a r c h i t e c t u r e ， c o r b a ) 是o m g ( o b j e c tm a n a g e m e n tg r o u p 对象管理集团) 组织在其o m a ( o b j e c tm a n a g e m e n ta r c h i t e c t u r e 对象管理体系结构) 中所指定的分布式对象 计算领域的规范。c o r b a 包括下列组件： ( 1 ) o r b ( o b j e c t r e q u e s t b r o k e r 对象请求代理) 驱动程序( o r b e n g i n e ) ； ( 2 ) 动态调用接口：接口定义语言( i d l ) ； ( 3 ) 对象适配器； ( 4 ) o r b 接口； ( 5 ) 工具库：接口。 客户端 、k o r b 馨p 糍 l 上下文对象 服务器 l r 实现仓库 f i g u r e 2lf r a m e w o r k o f t h e c o r b a 图2 l c o r b a 架构图 c o r b a 允许应用程序和其他的应用程序通讯，而不论他们在什么地方或 者由谁设计。它在技术上具有很大的优势，既能解决异构系统带来的”孤岛”问 一一 西华大学硕士学位论文 题，又能扩展客户服务器模式，使得系统具有良好的缩放性，便于系统的开发 与升级。目前，在国际范围内已经有大量的企业、电信部门、银行等领域运用 c o r b a 技术，取得了显著的效益。其技术特点如下所述： ( 1 ) 引入代理的概念，通过代理完成对客户方提出的对象服务请求的映 射；自动发现或寻找服务器，自动设定路由。在编制客户方的程序时就可以避 免了解过多的细节，而只要完整的定义和说明客户需要实现的任务和目标。 ( 2 ) 实现可互访程序与服务器程序的完全分离，这与以面向过程调用为基 础的客户h i 务器模式存在着很大的不同。客户将不再与服务器发生直接的联 系，而仅仅需要同代理进行交互。客户与服务器之间的关系更加独立、灵活， 在调用方式保持不变的前提下，服务器可以独立的修改和升级，客户方也可以 自由的按照要求修改，不需要通知对方。 ( 3 ) 将分布式计算同面向对象的概念相互结合，提高软件的重用率，降低 冗余度。 ( 4 ) c o r b a 系统定义了一组接口规范，任何应用程序、软件系统或工具 只要具有符合该接口规范的定义，就能方便的继承到c o r b a 系统中，而这个 接口规范具有独立于任何实现语言和环蝌9 1 。 2 1 2x m l 技术简介 可扩展标记语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，x m l ) 是一种简单的、与平 台无关并被广泛采用的标准，提供一种描述结构化数据的方法，用于定义数据 本身的结构和数据类型。 x m l 使用一组标记来描绘数据元素。每个元素封装可能十分简单也可能 十分复杂的数据。用户可以定义一组无限制的x m l 标记。由于x m l 标记在 整个单位中以及跨单位采用，因此来自各种不同数据存储区的数据将更容易交 换和操作。 x m l 实际上是s g m l ( s t a n d a r dg e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e ) i s o8 8 7 9 的 一个优化子集。s g m l 是i s o 在1 9 8 6 年推出的用来创建标记语言的语言标准， 它提供了一种将数据内容与显示分离开来的数据表示方法，使得数据独立于机 器平台和处理程序。s g m l 在大型文档管理、出版业等方面取得了非常好的应 6 西华大学硕士学位论文 用，但它的复杂性使其难以直接应用到i n t e m e t 上。基于s g m l 的h t m l 语言 则主要考虑数据的外观表示，在可扩展性、交互性、语义方面先天不足，缺乏 对结构化数据的表示能力。鉴于s g m l 和h t m l 各自的优点与缺陷， w 3 c ( w o r l dw i d ew e bc o n s o r t i u m ，b r w w 协会) 于1 9 9 8 年正式公布了x m l1 0 规范，x m l 在数据交换、存储和描述等方面都具有自己的优点，它保留了 s g m l 8 0 的功能，但只有s g m l 约2 0 的复杂度，使之可以直接用于网上传 输。x m l 突出了数据的语义与元素结构描述能力，从而可以解决协同工作、信 息重用中面临的许多问题 1o j 。 x m l 继承了s g m l 的许多特性，主要有可扩展性，灵活性，自描述性。 ( 1 ) 可扩展性。x m l 允许使用者创建和使用他们自己的标记而不是h t m l 的有限词汇表。这一点至关重要，企业可以用x m l 为电子商务和供应链集成 等应用定义自己的标记语言，甚至特定行业一起来定义该领域的特殊标记语言， 作为该领域信息共享与数据交换的基础。 ( 2 ) 灵活性。h t m l 很难进一步发展，就是因为它是格式、超文本和图 形用户界面语义的混合，要同时发展这些混合在一起的功能是很困难的。而 x m l 提供了一种结构化的数据表示方式，使得用户界面分离于结构化数据。所 以，w e b 用户所追求的许多先进功能在x m l 环境下更容易实现。 ( 3 ) 自描述性。x m l 文档通常包含一个文档类型声明，因而x m l 文档 是自描述的。不仅人能读懂x m l 文档，计算机也能处理。x m l 表示数据的方 式真正做到了独立于应用系统，并且数据能够重用。 使用x m l 最大的好处之一是数据的共享与重用。x m l 主要是描述数据含 义，与数据的表现形式无关，这使得同一份数据只需赋予其不同的样式，便可 以达到不同的应用目的，实现数据的重用和共享，使数据描述与表现形式分离， 也使数据处理变得更加简洁和有效。 对于实现分布式产品数据管理来说，x m l 体现了另一个巨大的优势平 台无关性，x m l 对数据描述的具体形式是x m l 文档，而x m l 文档则以纯文 本的形式存在。所以不管用户处在何种操作平台上，都可以阅读和使用x m l 描述的数据。 x m l 的这些特点使得它不但迅速成为了网络数据交换的事实标准，而且 7 两华大学硕士学位论文 正在逐渐成为数据表示的标准。随着它的流行，一系列相关的标准( 如x m l s c h e m a ，x q u e r y ，x m ld a t am o d e l 等) 也不断出现，形成了围绕x m l 的标 准集合，这反映了工业界对x m l 的巨大支持。越来越多的w e b 应用，如电 子商务，数字图书馆，信息服务等采用x m l 作为数据表现形式，也有很多的 网站采用x m l 作为信息发布的形式，可以预见到将有越来越多的x m l 数据 出现在i n t e m e t 上【1 1 】。 2 1 3 制造信息交换与集成技术 制造业各单元技术之间的信息交换与集成通常有两种方法：直接数据交换 和间接数据交换。 ( 1 ) 直接数据交换 直接数据交换分为专用格式交换和数据库共享两种交换形式。 专用格式交换就是在两个相互关联的系统之间开发专用数据接口，通过共 同确定相互间的数据结构和数据转换机制建立各系统之间一一对应的翻译程 序，从而直接从一个系统中读取数据，按照映射关系写入另一系统。其特点是 接口模块设计易于实现，针对性强，运行效率高，但是接口的数目随不同应用 系统的增加而成倍的增多( 当系统数为刀时，所需转换接口数目为堕业) ，从 而大大增加了系统的复杂性，所以，它比较适用于子系统数目较少以及数据结 构比较稳定的局部集成系统。 而数据库共享方式是指通过工程数据库，各子系统借助统一的数据管理软 件直接进行所需交换数据的存取和共享，从而实现系统间的信息集成。但是， 由于集成系统各子系统涉及的工程数据量大、种类多、图形与非图形信息并存、 数据结构非常复杂，因此这种工程数据库及其管理系统的设计是很复杂的。 ( 2 ) 间接数据交换 间接数据交换方式是一种使用标准数据格式的交换方法。就是将相互关联 的所有系统的数据转换成中间格式存储，建立中性文件或标准数据库，这种格 式独立于任何一个系统，各系统只需提供两个翻译程序：前置处理程序和后置 处理程序。其特点是通用性和适应性强，相对于专用格式交换，能大大减少转 换接v 1 程序的数目( 当系统数为n 时，所需转换接1 2 1 数目为2 n ) ，而且，接口程 西华大学硕士学位论文 序只与数据交换标准和其自身的数据结构相关，因而被广泛应用于制造业信息 集成中。 采用间接交换方式的关键在于数据交换标准或规范的运用。常用标准有美 国的i g e s 、法国的s e t 、德国的v d a f 、欧共体的c a d * i 、国际标准化组织 的s t e p 等，这些标准虽然得到国际范围内软、硬件厂商的广泛支持，但同时 也暴露了不少的问题。下面介绍一下比较常用的s t e p 标准。 产品数据交换标准( s t a n d a r df o rt h ee x c h a n g eo fp r o d u c td a t a ，s t e p ) 采用统 一的产品数据模型以及统一的数据管理软件来管理产品数据，各系统间可直接 进行信息交换，它是面向产品数据定义的数据交换和表达标准。它采用 e x p r e s s 语言描述信息模型，便于表示复杂实体，表达形式统一：另外s t e p 采用应用协议( a p p l i c a t i o np r o t o c 0 1 ) 来保证语义的一致性。s t e p 标准在制订 过程中得到各工业国国家部门和企业界的支持，可较好地支持工程数据中的非 规范化、语义复杂和小粒度，并可支持产品生命周期中的绝大部分领域。但s t e p 要求应用程序必须遵循共同的应用协议，在实际应用中带来了许多问题。 x m l 具有与s t e p 相同的优点，即非规范化、复杂语义和小粒度。x m l 优于s t e p 之处在于： ( 1 ) x m l 的数据模式可动态改变，可以随时加入新的实体，而s f e p 采用 固定的数据模式，难于加入集成资源中不存在的实体； ( 2 ) x m l 的数据模式是自描述的，附于数据文件，各个应用程序可以不必 预先知晓定义好的数据结构，而s t e p 则要求各个应用程序必须遵从预先定义 的应用协议； ( 3 ) x m l 得到更加广泛的应用领域支持，企业信息的扩展得到有力支持， 从而x m l 比s t e p 能更好地支持产品全生命周期范围内的信息建模和信息共 享。 因此，随着信息集成网络化趋势的发展，构造一个扩展性良好的协同产品 平台，有必要采用新的标准格式的交换标准，x m l 技术的兴起为制造企业的信 息集成提供了新的解决方案。 9 两华大学硕士学位论文 2 1 4 采用x m l 进行信息集成的优势 从数据组织的角度考虑，x m l 采用的是半结构化数据模式。半结构化数据 模式与传统的关系或面向对象数据模式不同，其主要特点如下： ( 1 ) 半结构化数据可以先有数据后有模式，所以模式可以随着数据的不断 更新而动态改变； ( 2 ) 半结构化数据模式用于描述数据的结构信息，而不是对数据结构进行 强制性的约束； ( 3 ) 半结构化数据模式可以根据数据处理的不同阶段的视角而动态改变， 例如针对某个应用描述只精确描述数据的一部分结构，该应用的其它部分数据 结构则是非精确的。 除此之外，软件系统的发展也为x m l 的应用增强了活力： ( 1 ) 目前通用的几种关系型数据库管理系统如o r a c l e ，s q ls e r v e r 等对 x m l 都具有较全面的支持，使得对x m l 数据的处理可以在系统客户端进行， 也可以方便地在数据库服务端进行，当需求发生变更时，可以修改在数据库服 务端运行的存储过程，从而避免对软件客户端的修改，减少了软件维护方面的 开销。 ( 2 ) w i n d o w s 平台的网络应用已经进入到n e t 阶段，c a d 系统也必将采 取新的软件技术来实现，b s 的工作模式是c a d 软件系统的一个应用接口，通 过x s l t 对x m l 的解释，可以将x m l 数据以h t m l 的形式在浏览器中显示， 避免了选择b s 还是c s 作为c a d 软件工作模式的顾虑。根据需求可以b s 、 c s 或者b s 与c s 的混合模式来实现c a d 系统。因此应用x m l 解决c a d 系统中的问题有利于跟进主流的软件技术，从技术的角度来看具有较强的前瞻 性。 2 2x m l 技术在机械工程中的应用 x m l 最突出的两大功能是数据描述和数据交换，这也确定了x m l 在机械 工程领域的主要应用范围为工程文档管理、知识表达、构建产品信息模型、工 程数据库管理以及协同设计中的信息交流等【1 2 】。 ( 1 ) x m l 进行工程文档管理 l o 两华大学硕士学位论文 在工程应用中，必须严格按照规定编写工程文档。大多数情况下，为完成 这些要求，需要做很复杂的工作。但通过编制特定的基于x m l 的工程文档处 理软件，就可以大大简化文档的处理过程。一般工程文档都有比较严格的格式 要求，编写这类文档必须非常谨慎和认真。现在可以利用x m l 来解决这类问 题。一个x m ls c h e m a 和用来检查和发行的语法分析器可以强制文档符合相关 规定。通过将条件发布规则应用到这些文档上，就可以方便地把工程文档发布 到w 曲。 ( 2 ) x m l 在知识表达方面的应用 知识表达是人工智能和专家系统中的重要问题。在分布式专家系统中，需 要建立一种在网络实体间自由通信的机制，利用x m l 可以实现语法独立，可 扩充并适用于分布式系统的知识表示方法。 知识表示方法主要从知识的表示能力、可理解性、可操作性和可扩充性几 个方面来衡量。用x m ls c h e m a 可以定义一个知识表示方法的语法系统，通过 定制x m l 来解释实例化的知识表示文档。实际上，x m ls c h e m a 是知识表示 同构映射，而x m l 文档则是知识实例的同构变换。采用这一方法的知识表示 系统有以下优点：语法独立：通过x m l 统一的语法表示；可扩充性：可 以通过对s c h e m a 的扩展增加新的知识表示能力；可综合多种知识表示方法： 相同的x m l 语言可重写多个传统知识表示方法；标准化：x m l 是国际通用 的标准规则，并得到业界很多大公司的支持。 ( 3 ) 用x m l 构建产品信息模型 先进制造技术要求与之适应的产品信息模型的支持。产品信息包括结构化 与非结构化两种形式，其中非结构化产品模型往往建立在异构环境之上，无法 抽象出单一的数据库模式。目前对非结构化产品信息还没形成适当的表达模型 和相应的操作模型。以x m l 标准来表达非结构化产品信息，其操作模型能在 常规w e b i n t e m e t 环境下方便地访问信息，为此类产品信息的共享提供了一个 系统的解决方案。 ( 4 ) x m l 与w e b 数据库 在i n t e m e t 网上已经存在很多机械工程方面的信息，但现有的h t m l 网页 需要经过特殊的分析处理器才能有效地查询。而且，查询仅限于简单的关键字 西华大学硕士学位论文 查询，所有的w e b 文档被看作字符串流，而没有理解出内在的语义。w e b 上的 很多信息并没有良好的结构，数据难以存进数据库中。 采用x m l 突破了只能使用h t m l 的固定标识的限制，可以设计更准确的 表达意义的标识，使自动化引擎更好地工作，实现更有效的制造资源搜索，进 而实现资源集成。 另外，在传统的三层模式中，保持客户机与服务器之间的联系是非常关键 的。而在新的三层模式中，中间层( 由w e b 服务器和x m l 服务器形成) 软件 能一次性地从数据库中获取满足用户需要的资源信息，中间层服务器与数据库 服务器之间的连接就可以终止。中间层软件把满足用户需要的数据以x m l 的 形式发送给用户，此时客户端与中间层服务器之间的连接也可以终止。丰富的 x m l 数据发送到客户端后，用户就可以直接使用这些x m l 数据，实现数据集 成，进而实现资源集成。这样，就减轻了网络和服务器的负荷，大大提高了网 络的性能。 ( 5 ) x m l 在协同设计工作中的应用 由于协同设计经过多个专家共同协商和协同，共同完成某一设计任务，并 且允许多个设计专家使用各自专业或领域的术语和表达结构，因此，如何为多 个设计专家提供适宜的表达机制和通讯语言机制，为多专家的异质知识的共享、 交换和集成提供有效的设施，成为协同设计的关键技术之一。而x m l 的数据 描述和数据交换两大功能正好可以在这里发挥作用。即规定合适的s c h e m a ，并 针对不同的专业领域制定不同的x m l ，利用x m l 建立适宜的表达机制和通讯 语言机制，进行协同设计中的信息交流。 在不同的c a d c a m 系统中实现数据共享和信息集成，利用x m l 文件作 为信息交换媒介，在不需要知道数据库格式的情况下，通过x m l 表示的产品 定义数据进行有效的交换，其原理如图2 2 所示。 1 2 西华大学硕士学位论文 f i g u r e 2 2b u i l d i n go nt h es c h e m a t i cd i a g r a mo fd a t ae x c h a n g er u l eb a s e do nx m l 图2 2 基于x m l 建立数据交换规则原理图 2 3 基于x m l 技术的集成方法 2 3 1 体系结构 虽然x m l 文档具有基本的数据管理功能，但是数据库管理系统比x m l 具有更加强大的数据管理功能，如数据存取的高效性、数据的一致性自动保证 机制、多用户并发访问控制机制等。所以，在实际应用中，大量数据的存储管 理还是依靠数据库管理系统，x m l 的核心作用主要体现在能以统一的方式描述 数据，有利于数据交换和系统扩展。在如图2 - 3 所示的体系结构中，x m l 的作 用有三个：复杂产品数据对象的建模、共享数据的交换和w e b 的直接操作。 c a d 客户端( 生成 文c 鹏o r 器b a 端户 其他子系统 x m l 格式文件)( 存储和应用x m l 文件) f i g u r e 2 3t h ee s t a b l i s h m e n to fd a t ae x c h a n g ea r c h i t e c t u r eb a s e do nx m l 图2 3 基于x m l 建立数据交换体系结构 西华大学硕士学位论文 2 3 2x m l 的数据模式 x m l 的数据模式由两部分组成：x m l 文档结构和x m ls c h e m a 。 x m l 文档结构从文档语法上可视为一棵树，文档层次数为三层：文档节点、 元素节点和数据节点。文档节点包含若干个元素节点；元素节点包含属性、子 元素节点和数据节点；数据节点是叶子节点，只包含字符串。x m l 文档的核心 数据对象实体是元素。 x m ls c h e m a 直接借助x m l 本身的基本语法规则来定义x m l 文档的结 构，丰富的数据类型可以方便地定义x m l 文档数据，不需要另外的形式化语 言规则。并且，它引入了数据类型和命名空间，有丰富的内嵌数据类型和极其 强大的数据结构定义功能。通过合理的x m ls c h e m a ，检验x m l 数据的正确 性和合法性等语义有效性。只有其结构、数据类型和数据关联等均满足x m l s c h e m a 要求的x m l 文档，才能被称为有效的x m l 文档。 2 3 3 网络化制造系统中的信息共享 随着网络化制造模式的实施，不同企业之间存在着大量异构信息的交互和 共享，x m l 技术为实现网络环境下异构信息的交互提供了解决方案。要实现基 于x m l 的异质系统之间的信息共享，必须能够实现对x m l 文档信息的识别与 处理，实现x m l 文档与数据存储模式之间的相互转换，也就是说，客户端的 数据变化( 如数据的插入、删除、修改等) 可通过代理