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基于w e b 的数控设备管理及故障诊断系统的研究 摘要 数控设备维护管理在企业管理中是技术性要求很高的领域，对制造企业在战略和 策略上都具有十分重要的意义。本文对网络环境下的设备维护管理进行的研究，其目 的在于利用计算机管理设备维护工作中的信息，辅助各层管理人员做出相关决策。 本文首先对目前合肥工业大学工业培训中心设备维护管理的现状进行了分析，提 出了当前设备维护管理中亟待解决的问题，针对问题本课题组开发了基于w 曲的数控 设备管理及其故障诊断系统。接着，构建了该系统的总体开发方案，详细地设计了系 统的主要功能部分，规范地建立了系统的功能模型和信息模型，经功能分析后将系统 分为设备档案资料管理、设备技术状态管理、备件管理、设备维修信息管理和系统管 理等模块。采用c 语言作为系统开发工具，使用a s e n e t 组件技术对系统进行组件 化开发，采用b s 模式开发网络数据库，后台使用s q ls e r v e r 2 0 0 0 作为数据库管理系 统，最后给出系统的运行结果。此外，本文对设备的故障诊断做了一些初步的研究工 作，利用诊断技术实现故障诊断，着重介绍了诊断系统知识库的构建和推理机的设计， 并给出了部分的实现结果。 本文研究的部分成果己经在工业培训中心得到了实际应用，并获得了满意的效 果。 关键词：设备维护管理，计算机管理，b s 模式，网络数据库，故障诊断 s t u d yo nm a n a g e m e n ta n df a u l td i a g n o s i ss y s t e mo fw e b - b a s e d n u m e r i c a lc o n t r o le q u i p m e n t a b s t r a c t a so n eo fe n t e r p r i s e m a n a g e m e n t , n u m e r i c a l c o n t r o lm a c h i n em a i n t a i n a b l e m a n a g e m e n tn e e d ss t r o n gp r o f e s s i o n a lt e c h n o l o g y i tc o n t a i n sv e r yi m p o r t a n ts t r a t e g ya n d s t r a t a g e mf o ra ne n t e r p r i s et os u r v i v ea n dw i ni nt h em a r k e tc o m p e t i t i o n am a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e mo fm a c h i n em a i n t e n a n c eb u i l to nt h ew e bi si n t r o d u c e di nt h i s p a p e r t h ei n t e n t i o ni st or e a l i z ec o m p u t a t i o n a lm a n a g e m e n tf o rt h ei n f o r m a t i o no fm a c h i n e m a i n t e n a n c e , h e l p i n gm a n a g e r st om a k ef i g h td e c i s i o n s f i r s t l y ，i nt h i sp a p e r ，t h ec u r r e n ts t a t u so fm a c h i n em a i n t a i n a b l em a n a g e m e n tf o rt h e i n d u s t r i a lt r a i n i n gc e n t e ro fh e f e iu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g yi sa n a l y z e d ，a n dt h e na i ma tt o s o l v et h e e x i s t i n gp r o b l e m ，n u m e r i c a lc o n t r o lm a c h i n em a i n t a i n a b l em a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e mi sd e v e l o p e d i nt h es e c o n ds e c t i o n ，t h et o t a ld e v e l o p m e n to ft h e s y s t e mi sp r e s e n t e d ，a f t e rf u n c t i o na n a l y s i st h es y s t e mi sd i v i d e di n t of i v em o d u l e sn a m e l y e q u i p m e n td o c u m e n tm a n a g e m e n t ，e q u i p m e n t i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，s p a r ep a r t m a n a g e m e n t ，e q u i p m e n tm a i n t e n a n c ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，s y s t e mm a n a g e m e n ta n d s oo n c a r e f u ld e s i g na n dd e v e l o p m e n tf o rn cm a c h i n em a i n t e n a n c em i si si n t r o d u c e d f o ri n s t a n c e ，e s t a b l i s h i n gs y s t e mf u n c t i o nm o d e la n di n f o r m a t i o nm o d e l b e s i d e s ，t h i s s y s t e mi sd e s i g n e db yu s i n gc j f j l a n g u a g e ，a n du s i n gc o m p o n e n to b j e c tm o d e l ( a s p n e t ) t e c h n o l o g yo ns y s t e md e v e l o p m e n t s o ，t h i ss y s t e mi saw e bd a t a b a s et h a ti sd e v e l o p e do n b sm o d u l e u s i n gs q ls e r v e r2 0 0 0a st h ed a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m i nt h ef o n h s e c t i o no ft h i sp a p e r , t h ef a u l td i a g n o s i so fm a c h i n ei sd i s c u s s e de l e m e n t a r i l y ；i nt h i sp a p e r , b u i l d i n gaf a u l td i a g n o s i so nb a s i so fn c m a c h i n em a i n t e n a n c em i si si n t r o d u c e db yu s i n g d i a g n o s i st e c h n o l o g y b e s i d e s ，c o n s t r u c t i o no fk n o w l e d g eb a s ea n dd e s i g no fr e a s o n i n g m a c h i n ei si n t r o d u c e d f i n a l l y , t h er e s u l to ft h er u na n dt e s tf o rn cm a c h i n em a i n t e n a n c e m i sa n di t sf a u l t d i a g n o s i ss y s t e mi sp r e s e n t e d s o m es t u d i e si nt h i sp a p e rh a v e b e e np u ti n t op r a c t i c ei ni n d u s t r i a lt r a i n i n gc e n t e ro f h e f e iu n i v e r s i t yo ft e c h n o l o g ya n ds a t i s f a c t o r ye f f e c th a sb e e na c h i e v e d k e yw o r d s ：m a c h i n em a i n t a i n a b l em a n a g e m e n t ，c o m p u t e rm a n a g e m e n t ，w e bd a t a b a s e ， b sm o d e ，f a u l td i a g n o s i s 插图清单 图1 1 数控机床的组成图2 图2 1 系统的软件实现体系结构7 图2 2 系统工作原理图9 图2 3 浏览器w 曲服务器( b s ) 计算模式1 0 图3 1 工业培训中心主干网1 6 图3 2 系统基本功能图1 7 图3 3 原型法开发流程图1 9 图3 4 数据与信息的转换2 4 图3 5 数据库设计步骤2 6 图3 6 系统公共数据库图2 6 图3 7 档案资料管理流程图2 9 图3 8 档案基本信息页面3 0 图3 9 工业培训中心平面示意图31 图3 1 0 特种加工车间的示意图3 2 图3 1 1 立式加工中心k v c 6 5 0 示意图3 2 图3 1 2 设备基本信息页面3 3 图3 13 设备技术状态信息图3 3 图3 1 4 备件管理流程图- 3 5 图3 1 5 备件基本信息页面3 6 图3 1 6 物资入库信息页面3 6 图3 17 人员基本信息页面3 7 图4 1 故障内容演变为故障现象( 征兆) 4 5 图4 2 维修结果演变为故障原因和维修方法4 5 图4 3s q ls e r v e r 数据库中故障知识库图4 7 图4 4 推理机流程图4 9 图4 5 故障诊断系统b s 结构框图5 0 图4 6 工业培训中心设备维修业务流程图5 1 图4 7 故障基本信息页面5 2 图4 8e x c e l 方式页面5 3 图4 9 第一步诊断得到的页面5 3 图4 10 第二步诊断得出的页面5 4 图4 1 l 第三步诊断得出的页面5 4 图4 1 2 设备维修基本信息页面5 5 图4 13 设备维修查询信息页面5 6 表格清单 表2 1a s p 与a s p n e t 的比较1 3 表3 1 系统内部数据编码表2 3 表3 2 档案基本信息表2 7 表3 3 设备基本信息表2 7 表3 4 物资入库信息表2 8 表3 5 备件出库信息表2 8 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 金g 曼王些太堂 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： 俞樨 签字隰砷年朋2 ，7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金月垦王些厶堂有关保留、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。本人授权金月墨王些盘堂可 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： 俞辫 l 签字日期：叫年瑚7 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 翩虢牟略 辩醐岬彻乞7 日 f l 电话： 邮编： 致谢 首先，我衷心地感谢我的导师朱华炳副教授! 在研究生期间，导师不仅在理论研 究上耐心地给予指导，并为我提供了许多实践的机会，而且在生活上对我百般照顾， 教会我许多做人做事的道理。导师严谨的学术作风，平易近人的师长风范给我们造就 了良好的科研学习环境。导师工作认真踏实、知识渊博，待人和蔼可亲等诸多优秀的 品质是我学习的楷模! 感谢机械与汽车工程学院的刘志峰、尹志强、宋守许、刘明周等老师及合肥车桥 有限责任公司的唐白玉高级工程师和陈修玉高级工程师在我读研期间在学习方面给 予的帮助。 感谢工业培训中心的宋树恢书记、胡友树副主任、焦福华、阚绪平、盛英泰、王 造幸、孙家发、汪韶杰、吴炜、柳帆、孟军等老师在课题研究方面给予的支持和帮助。 感谢金鑫、阚震、崔洪坤、王慧、霍颖、胡孔元、张国亮、陈波、赵海君、王希 杰、殷春华等同学在平时学习和生活上给我的帮助和支持。 感谢机电实验室6 0 6 的所有同学们，你们给了我很大帮助。 最后感谢我的父母对我的大力支持和关怀，谨以此文献给他们! 作者：俞辉 2 0 0 7 年1 1 月 第一章绪论 1 1 数控设备维护管理系统概述 1 1 1 数控技术介绍 数控技术就是以数字量编程实现控制机械或其他设备自动工作的技术。如 果一种设备的控制过程是以数字形式来描述的，其工作过程是可编程序的并能 在程序控制下自动地进行，那么这种设备就称为数控设备。现代数控技术集 机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术、传感检测技术、信息 处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于一体，是现代制造技 术的基础，它的发展和运用开创了制造业的新时代，使世界制造业的格局发生 了巨大的变化。 数控技术是提高产品质量、提高劳动生产效率必不可少的物质手段，它的 广泛使用给机械制造业生产方式、产业结构、管理方式带来深刻的变化，它的 关联效益和辐射能力更是难以估计；数控技术是制造业实现自动化、柔性化和 集成化生产的基础，现代的c a d c a m 、f m s 和c i m s 等都是建立在数控技术之 上。数控技术是国际商业贸易的重要构成，发达国家把数控机床视为具有高技 术附加值、高利润的重要出口产品，世界贸易额逐年增加。因此，数控技术是 关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性技术，其水平高低 是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控 化，是当今制造业的发展方向。专家们曾预言：机械制造的竞争，其实质是数控 技术的竞争m j 。 1 1 2 数控机床的组成 在本文中所提的数控设备主要指的是数控机床，数控机床就是采用了数控 技术的机床，即它是用数字信号控制机床运动及其加工过程的。数控机床综合 应用了计算机、自动控制、精密测量、现代机械制造和数据通信等多种技术， 是机械加工领域中典型的机电一体化产品，适用于多品种、中小批量的复杂零 件的加工，并能实现机械加工的高速度、高精度和高度自动化，代表了机床发 展的方向。 数控机床，即n c ( n u m e r i c a lc o n t r 0 1 ) 机床主要由数控装置、伺服驱动装 置、测量反馈装置和机床本体等四大部分，再加上程序的输入输出设备、可编 程控制器( p l c 或称p m c 等部分) 组成”j 。 图1 1 为数控机床的组成框图。 图1 1 数控机床的组成图 如图1 1 所示，线框部分统称为数控系统，数控系统实现机床主机的加工 控制，目前采用计算机数字控制系统( c n c ) 。其中，数控装置是数控系统的核 心部分，由硬件和软件两大部分组成。它接受从机床输入装置( 键盘、s r 3 2 2 通信口、软磁盘、纸带阅读机、磁带机等) 输入的控制信号代码，经过输入、 缓存、译码、寄存、运算、存储等转变成控制指令实现直接或者通过可编程控 制器( p l c ) 对伺服驱动系统的控制。伺服驱动装置是数控装置与机床主机之间 的连接环节，它接受数控装置插补生成的进给脉冲信号，经过放大驱动机床主 机的执行机构，实现机床运动。伺服装置包括主轴驱动单元( 主要控制主轴的 速度) 、进给驱动单元( 主要是进给系统的速度控制和位置控制) 、主轴电机和 进给电机等。测量反馈装置是通过测量元件，如脉冲编码器、旋转变压器、感 应同步器、光栅尺、磁尺和激光等，将执行单元( 如电机和刀架等) 和工作台 等的速度和位移检测出来，经过相应的电路将所测得信号反馈回数控装置，构 成闭环或者半闭环系统，补偿执行机构的运动误差，提高运动精度。机床本体 就是数控机床的机械结构件，包括床身、箱体、立柱、导轨、工作台、主轴、 进给机构、刀具交换机构等等。 1 1 3 数控设备维护的必要性 数控设备是数控技术对传统机械制造渗透的产品，它在现代化的生产加工 中的地位越来越重要，而且代表了一个设备更新换代的趋势，但是在实际应用 中有很多因素使数控设备不能发挥其全部效率。因此数控设备的使用情况直接 影响着企业的生产效率和经济效益，而其管理方式又直接决定着数控设备的使 用。在数控设备使用初期，由于数控设备少，类型单一，并且集中在一、两个 单位，因此，各有关单位自身形成一种数控设备管理、使用、维修三位一体的 封闭式管理模式。但是随着我国经济的不断发展以及我国正在成为世界加工工 厂，越来越多的大型企业使用了数控设备，使得数控设备难以集中在一个单位， 许多企业生产车间，都有了数控设备。因此，上述的管理模式就难以适用了。 如若采用上述模式，每个单位均要建立维修机构及人员，必然造成人力、物力 2 和财力的极大浪费，现实的条件也是不允许的。然而，随着信息时代的飞速发 展，计算机和网络技术为开辟一个崭新的设备维护管理模式提供一个良好的平 台。在这样一个平台下，我们可以把工厂现场设备信息如设备管理信息、设备 维修信息等结合起来，通过对这些信息的综合处理，形成一个意义更广的工业 过程控制系统，更好地为生产决策服务。就设备维修而言，其处理结果，要求 能通过i n t r a n e t 甚至i n t e r n e t 进行访问，以使设备的故障维修信息尽可能快地传达 到各相关部门，并为各相关部门的设备管理决策提供依据。 1 1 4 信息时代的设备维护管理系统 在全球化市场竞争日益激烈的今天，信息己成为一种最重要的资源。掌握 了信息资源，就可以在激烈的市场竞争中掌握主动权。设备维护管理是工业企 业管理中的一个重要领域，同样也面临着信息时代的巨大挑战。不同层次的设 备管理者需要不同的信息。企业的高层领导需要更多的战略信息，中层管理人 员需要的是战术信息，而基层管理人员需要的是业务信息和作业信息。不管哪 一层次的管理者都需要的是其内外部的信息，因此说，信息是正确做出决策的 基础。设备维修技术人员要做出适时的正确决策，除了凭借个人经验和判断外， 更重要的是掌握足够的外部信息与内部信息，这些信息还必须正确、可靠、及 时、全面而适度，错误的、过时的、片面的信息将导致错误的判断和决策。信 息不仅表现在设备的选型、购置、制造、安装、使用、维修、更新改造或报废 等设备管理全过程中，而且还表现在企业内部生产、安全、财务、人事等职能 部门之间。只有通过信息的传递和交流才能使企业内部各环节各种人员的思想 和行动协调统一起来。因此，利用计算机来管理设备信息与维修管理工作中的 信息将会提高工作效率，降低产品成本，提高产品质量，实现安全生产和环境 保护，提高企业经济效益。随着信息技术的迅速发展，制造企业迫切需要建立 起适合自身发展需要的、更先进的设备维修管理信息系统【4 】。当前设备管理信 息系统大体有以下三种技术方案。 ( 1 ) 单机应用：仅设备管理部门使用电脑可一台或多台，设备基础数据由 基层以表格方式传递，专人录入管理。这是相当部分企业目前使用的方式。 ( 2 ) 网络应用：基层车间和设备管理处室都使用计算机进行管理，网络的 建立有两种方案，一是为设备管理单独建立一个局域网络，并作为企业主干网 的一个子网工作，设备管理的数据由发生地点录入计算机，并通过网络实现数 据共享；二是在企业主网上直接运行设备管理软件。大型且条件较好的企业最 好是独立建网，因为设备管理信息系统是企业众多子网络中很重要的一个应用 系统。但独立建网的投资较大。 ( 3 ) 混合应用：系统中既有网络应用，也有单机应用，一般在公司总部是 一个网络系统，下属机构则是单机应用，单机和总部网络之间通过公用通信系 统建立点对点通信。这是下属单位计算机应用水平不一且地域分布广泛的公司 计算机应用的一种经济可行的方式5 1 。 1 2 研究背景 1 2 1 国内外背景 国内设备管理的计算机应用水平还是比较低的，可以说，我国设备管理计 算机应用的现状，是严重落后于设备管理和计算机应用技术的发展。国内的设 备维修管理软件，只是作为整个企业管理信息系统的小部分，或者作为“生产 管理系统”的一个部分出现的。从9 0 年代开始，国内也有部分公司和高校开始 了辅助企业进行设备管理的软件开发。其中广州正泰商业数据有限公司的设备 资产管理系统e a m 2 0 0 4 可实现对设备信息的综合管理，其功能是：以先进的技 术体系( c s 体系、b s 体系、多层结构体系) ，为企业设备资产管理提供全面的 数据共享、资源共享、统一工作标准和设备管理经济技术分析功能。在先进的 技术体系支持下，通过系统强大的数据共享和数据处理能力，实现全企业的设 备资产运行、维修资源、备件资源的共享和统一标准的高水平管理，并通过对 各类工作数据深入细致的汇总、统计、挖掘以及企业一一分厂一一部门的设备 资产分类统计、设备运行统计，技术状态统计、故障统计分析、维修历史和检 修计划的归并、备件库存状况控制分析、以及综合资产价值评估、资产投资预 测分析，为技术管理、设备资产技术更新、技术装备水平提高提供分析和决策 支持。系统较好地解决了与企业e r p 系统、财务系统、生产现场d c s 系统及状 态监测系统等的数据接口，并提供了业务审核流程、报表白定义、远程接入、 工作任务自动浏览等功能。另外，远方设备管理软件、昆山设备管理软件和许 多国内有名的e r p 套件中的设备管理模块都对设备管理软件的开发作了一些研 究和实践。 国外企业非常注重成本，实现利润最大化，是企业的终极目标。专业化的 设备维修管理软件正好能满足这一要求。国外设备维修管理软件起步较早，到 目前已经比较成熟。目前，在国外辅助企业进行设备综合管理的典型软件系统 有美国的m a x i m o 系统和加拿大的s e n e r g y 系统，m a x i m o 是以企业资产及其维修 管理为核心的商品化应用软件。软件体现了以预防性维修和预测性维修为主， 强化成本核算的管理思想。m a x i m o 以资产、设备台帐为基础，以工作单的提交、 审批、执行为主线，按照缺陷处理、预防性维修、预测性维修几种可能模式， 以提高维修效率、降低总体维护成本为目标，将采购管理、库存管理、人力资 源管理集成在一个数据充分共享的信息系统中。加拿大的s e n e r g y 系统包括了设 备管理( e q u i p m e n t ) 、维护管理( m a i n t e n a n c e ) 、备品库存管理( i n v e n t o r y ) 、供 应商管理( s u p p l i e r ) 、采购单管理( p u r c h a s eo r d e r ) 以及维修预算管理 ( b u d g e t e x p r e s s ) 六大模块。能够与现有的财务、销售等系统实现数据的共享； 4 通过预防性与计划性维护，减少停产时间，让生产设备保持高度可运转状态： 控制设备维修预算，降低维修成本，紧密结合设备与零配件隶属关系，减少备 件库存及备件成本；提高采购效率，提高能力计划水平，更有效地配置生产设 备、人员和其他资源。其他典型的软件还有：英国e n g i c a 公司的q 4 生产管理系统、 d a t a s t r e a m 公司的m p 2 设备维修管理系统等旧j 。 国内外对数控设备故障诊断系统的研究有：日本f a n u c 公司1 5 系统数控系统 采用反向链推理的故障诊断系统；新加坡大学数控六角塔盘车床故障诊断系统； 中国西北工业大学为西飞公司开发的数控设备故障诊断系统；华中科技大学与 宝山钢铁集团公司及上海交通大学，在宝钢钢管分厂为该厂的一台t c g l 6 c n c 机 床建立了故障诊断系统。伴随数控设备的高速发展，开放式数控系统的完善， 其故障诊断将向集成化、智能化、网络化方向发展【7j 。 1 2 2 课题背景 本课题研究内容来自合肥工业大学工业培训中心承办的合肥工业大学科学 研究发展基金项目数控加工工程训练信息化技术研究以及安徽安凯汽车集 团有限公司改造项目c 4 6 中间驱动双头车床数控化及电控系统开发中涉及 的子课题，是有关基于w e b 的数控设备管理及故障诊断系统的研究开发。 合肥工业大学工业培训中心是合肥工业大学为了加强实践教学、适应创新 型人才培养的需要，于2 0 0 3 年3 月建成并投入使用的重要的校内实践教学基地， 该中心是以学生实习和创新设计为主，集教学实习和科研于一体的国家级实验 教学示范中心，同时多次承担了全国数控大赛安徽赛区的选拔赛和安徽省职业 技能培训与鉴定任务。由于该中心的实践教学任务繁重，且有几十台各类数控 机床需要管理维护，给该中心管理维护人员带来很大压力。同时在数控设备管 理及维修中存在以下问题： ( 1 ) 设备技术档案管理比较分散，存储方式较落后，多数仍以纸张手写为 主，不便于综合查询和随机检索。 ( 2 ) 设备管理工作中的一些信息都是用e x c e l 和w o r d 文档保存的，如设 备基础信息、故障记录、维修记录、设备使用等情况，记录内容没有规定的格 式，信息零散，查询起来十分困难。 ( 3 ) 设备备件、配件管理工作量大，靠人工管理存在很多不便。对设备的 使用状况的调查主要靠手工完成，信息反馈不及时，也给该中心管理人员在安 排学生实践教学过程中带来一定偏差。 ( 4 ) 设备维修方式比较单一，通常在设备发生故障后才维修，缺少预防性 维修，导致维修时间延长，维修费用增加，设备效率低下。维修部门间维修信 息共享程度不高，设备故障信息不能及时共享，故障维修知识不能及时查询， 导致部门工作效率降低。 所以我们有必要建立一个能够对合肥工业大学工业培训中心的数控机床综 合信息进行有效管理的软件系统，使得本中心的设备管理更加规范，信息更加 全面，能够更好地为学生实践及各类数控比赛服务。基于服务于上述两个项目 中需要，因此我们开发了一套基于w e b 的数控设备管理及故障诊断系统，用来 解决上述问题，逐步改变过去数控设备维护管理分散的人工管理模式，为本中 心的维护人员提供全面便捷的维护信息查询，同时也为管理人员进行设备管理 时提供依据和及时的信息。将数控设备维护管理系统及诊断系统集合在一起目 的有二点：一是作为统一的界面以方便维修人员；二是这样维修管理系统的维修 记录在规范化后可化为规则存入数据库，经数据库到知识库的转化工具的转化 存入知识库，启动诊断程序后系统调入知识库进行推理并将结果显示出来帮助 维修人员在受理维修单时进行故障诊断和维修，这样维护管理系统和诊断系统 达到有机的结合。 1 3 本论文的主要研究内容 本论文的主要研究内容有： ( 1 ) 建立系统模型。面向对象正确分析工程训练中数控设备综合管理的工 作流程，了解其特点，做好系统的需求分析，抽取有效的信息和数据，建立系 统模型。 ( 2 ) 研究并确定数控设备管理信息系统的系统结构，建立设备管理信息系 统、备件管理信息系统、物资管理信息系统等子系统，把设备和物料做出科学 的管理，并且把加工过程中消耗的成本信息融入信息系统。 ( 3 ) 数控设备故障诊断管理系统开发。重点分析数控设备故障诊断系统的 业务流程，进行需求分析、概要设计、系统各模块的功能设计以及数据库设计 并加以实现。 ( 4 ) 研究b s 结构的特点，结合a s p n e t 和s q l 数据库技术，设计基于w e b 的数控设备管理及故障诊断系统，在合肥工业大学工业培训中心局域网内实施 该系统，保证系统的安全性，做好系统的日常维护。 6 第二章系统开发技术总体分析 在具体设计整个基于w e b 的数控设备管理及其故障诊断系统之前，我们有 必要对整个系统的开发技术做一个整体的分析，我们首先构造出整个系统的软 件实现体系结构，我们设计的软件实现过程如图2 1 所示。其次我们从系统的设 计原则、系统的工作原理、系统的体系结构、系统的组成结构和系统的开发工 具这五个方面来进行详细的分析研究。 用户界 用户界面u 7 u 口 面层且址ih 客户端 z 、 a s d x h t m l l 弋， 请 求 一 解释贝回 k 写r 一 接 n e t 框架 服务器 受 层 1 广 服务器 l 层 设 设备设设故 业 系 备技 备 备障 务 统 档 术备维 诊 逻 管 案 状件 修 断 辑 理管态管管管 层 理管理理理 理 、 1f1 、 1 调用 c o m 组件、 a d o 数据库操作 彳、彳、 s o l 请求文件读写 数据存 结果集之，7弋7 储层 ，r 、 。嬲势焉 x m l 文件生成 一 器 一一 x m l 文档 o 澎 x m l 文件解析 器 数据库 图2 1 系统的软件实现体系结构 7 2 1 系统的设计原则 网络系统的建设从设计、实施、试运行到运行维护都应遵循一个总原则： “统一规划、分步实施、讲究应用、安全保密”的原则，既能长期稳定可靠运 行，又能灵活扩展；既有良好的应用支撑，又有高度的安全性；既能降低投资 风险，又能保障在正式投入应用时，所采用的技术和设备的先进性以及适用性。 因此我们在设计基于w e b 的数控设备管理及故障诊断系统的时候要遵循以下的 设计原则： ( 1 ) 稳定性原则 要求整个系统运行不能出现错误，即便出现问题也能有所替补和快速解决， 不影响关键业务的正常进行。 ( 2 ) 安全性原则 网络系统的安全性是系统的命脉，因此不仅要技术上，例如从布线、网络 和设备的特性、拓扑、安装、维护方面细致考虑开始，对系统中的数据访问权 限进行严格的控制，防止数据在储存和传输过程中遗失，杜绝非法用户的恶意 入侵与窃取访问，严防网络中肆虐的病毒侵扰，而且还要从管理上全面规定， 用严格的操作规范约束对系统的操作行为。 ( 3 ) 易管理原则 满足复杂系统中用户的简便管理是优良设计的特征之一，管理要尽可能的 简单，复杂的管理必然会提高整个系统的实施成本，增加问题出现的可能性， 降低系统出现问题后的恢复效率。 ( 4 ) 可扩展原则 随着应用的陆续开发和业务量、数据流量的增大，现有系统应能够在对原 系统进行很少的修改下进行扩充，以保证先前投资的有效性，保障投资人的利 益。 ( 5 ) 可扩充、可重构原则 网络技术日新月异，市场竞争十分激烈，因此选择合适的厂商产品以保障 用户系统不至于在短期内被淘汰是重要的考虑，而且一旦系统有新的需求，系 统可以扩充、重构。 ( 6 ) 冗余性原则 系统运行不容中断，但是问题的出现总是难以避免，包括各种自然的或人 为的对于系统的干扰损害，因此系统一定要有合理冗余，以保障在意外问题出 现后，整个系统的运行得到保证。 ( 7 ) 标准化原则 以国际标准化设计为基础，建设平台共享开放的网络系统，方便日后网络 升级和扩展空间以及避免投资浪费。 2 2 系统的工作原理 本系统采用a s p n e t 技术，系统的工作原理如图2 2 所示嘲。 l 客户浏览器( i e )l 1 w e b 浏览器 h t m l ( c o m 组件l页面i 调用i解释i 数据库 一 s q l 请求 a d 0 n e t 框架l 服务器 1 结果集 一 图2 2 系统工作原理图 用户端运行浏览器并登录网页，通过身份验证后，进入主页面，选择需要 的功能模块。当用户对服务器端发出请求后，页面就被提交到服务器端，然后 处理响应事件并重新生成页面，最后将新生成的页面发回客户端的浏览器。每 个页面经过编译后生成一个相应的p a g e 对象，并缓存在服务器的内存里。每个 页面的生命周期包括以下几个阶段：页面初始化、加载视图状态、回传数据处 理、页面加载、r a i s e p o s t b a c k c h a n g e d 事件、回传事件处理、页面预处理阶段、 保存v i e w s t a t e 、页面返回阶段、销毁对象。 2 3 系统的体系结构 目前流行的系统体系结构计算模式有两种，即客户机服务器 ( c l i e n t s e r v e r ) 计算模式结构与浏览器w e b 服务器( b r o w s e r w e bs e r v e r ) 计 算模式结构，分别简记为c s 跟b s 结构。 2 3 1c s 计算模式 2 0 世纪9 0 年代以来，随着现代信息技术的迅速发展和社会信息化的推进， 计算机网络技术在管理信息系统中得到日益广泛的应用，基于计算机网络技术 的分布式系统在信息处理上出现了不同的计算模式。在分布式系统的传统计算 模式中，网络系统中的服务器向各工作站提供数据和软件资源的文件服务，各 工作站可以根据规定的权限存取服务器上的数据文件和程序文件。 c s 模式是分布式系统后来发展起来的一种计算模式。网络系统上的计算 机系统分成客户机与服务器两类，其中服务器可能包括文件服务器、数据库服 务器、打印服务器、专用服务器等。网络系统节点上的其他计算机系统称为客 户机。用户通过客户机在网络系统上向服务器提出请求，服务器根据请求向有 关方面提供经过加工的信息。c s 将信息处理工作分解为两部分：一部分由服 务器来实现，另一部分由客户机本身来完成；而一般分布式中服务器只按要求 提供数据文件和程序文件。合理分配服务器和客户机的信息处理工作，可以大 大减轻网上数据传送的负担，服务器上的资源也可以得到更充分的利用，但增 9 加了系统的复杂性。常用的c s 模式有两层结构跟三层结构两种，在两层c s 结构中，数据库服务器对客户机的请求直接做出应答。对于某些需要进行较为 复杂处理的服务请求，往往另设具有专门应用软件的应用服务器进行处理。应 用服务器根据客户机的服务请求，访问数据库服务器，以获取必要的数据，进 行相应的信息处理并给客户机做出应答，这就形成了三层结构9 1 。 2 3 2b s 计算模式 互联网( i n t e r n e t ) 的迅猛发展与广泛应用为管理信息系统的建设与应用提 供了新的机遇。越来越多的组织，特别是企业利用互联网技术来建设自己的管 理信息系统。基于互联网技术的管理信息系统的网络环境称为内联网 ( i n t r a n e t ) 。i n t r a n e t 上一个典型的分布式计算模式就是浏览器w e b 服务 ( b r o w s e r w e bs e r v e r ) 计算模式，其中w e b 是万维网( w o r l dw i d ew e b ，w w w ) 的简称，这是互联网上一种基于超文本传输协议( h t t p ) 的服务器【l 。这里的 浏览器又称w e b 浏览器，是客户端用来访问w e b 服务器的通用软件。b s 计算 模式的简化原理图如图2 3 所示。 w e b 服务器 jl 1 r l 浏览器 i 数据库服务器 jl 1r 1 w e b 服务器 jl 1 l i 浏览器 l i 数据库服务器 tj i 应用服务器 t上 1 w e b 服务器 t上 i浏览器 ( a ) 两层结构( b ) 三层结构( c ) 四层结构 图2 3 浏览器w e b 服务器( b s ) 计算模式 客户端通过w e b 服务器去访问数据库，以获取必需的信息，而w e b 服务 器于特定数据库系统的连接可以通过专用软件实现。现在有些厂商已提供了 w e b 服务器和数据库系统的统一解决方案。w e b 服务器是以“页面”形式给浏 览器提供信息的，应用系统开发时要进行这些页面的设计，对w e b 服务器与数 据库系统的接口软件进行选择或自行开发，以实现两者的信息交换。从客户端 看，整个系统有两层服务器，因而b s 计算模式是一种基于互联网技术的三层 客户机服务器结构。对于简单的应用，可将w e b 服务器与数据库服务器合并， 1 0 则b s 模式就变成二层结构形式；对于较复杂的应用，可将数据库服务器与 w e b 服务器之间增加一层应用服务器，则b s 模式就变成四层结构形式u 1 | 。 b s 计算模式具有以下优点： ( 1 ) 由于采用超文本协议( h t t p ) 的w e b 服务器和可以对w e b 服务器 上超文本文件进行操作的浏览器，使得管理信息系统在信息处理技术上实现了 集格式化文本、图形、声音、视频信息为一体的高度交互环境，使信息处理的 广度和深度大为增加。 ( 2 ) 由于互联网技术采用统一的与平台无关的跨平台通信协议，浏览器和 w e b 服务器及相关的接口软件应用程序也独立于计算机的硬、软件平台，整个 系统的开放性和可移植性好。在互联网环境下，既可以建立独立于互联网的为 某个组织服务的管理信息系统，必要时又可以很方便地连接互联网，和互联网 上各站点实现通信。 ( 3 ) 由于浏览器、w e b 服务器及有关接口软件都有商品软件可供选择， 并且在服务器端及必要时在客户端进行应用系统开发都有可供选择的工具，如 h t m l 、h m l 、j a v a 、c + + 语言等，使用方便，界面友好，可大大节省应用系统 开发的成本，缩短开发周期。 ( 4 ) 基于b s 结构的系统是一种开放系统，系统升级更新工作量小。在 b s 结构中，管理和维护集中在服务器端，服务器端可以任意扩充，而对客户 端不产生任何影响。 基于以上b s 结构的种种优点，同时考虑到工业培训中心作为全国重点高 校合肥工业大学的实践教学基地，近几年引进了大量的先进数控设备，而且拥 有了较完备的网路硬件设施，所以本系统中采用的体系为b s 体系。 2 4 系统的组成结构 2 4 1 系统硬件方案 系统运行在合肥工业大学工业培训中心网络上，系统最好能够在以下的最 低硬件配置环境中运行： 服务器：内存2 5 6 m ，硬盘2 0 g ，主频1 g h z 以上 操作系统：w i n d o w s 2 0 0 0 s e r v e r 客户机：内存1 2 8 m ，硬盘1 0 g ，主频5 6 6 m h z 以上 操作系统w i n d o w s 9 8 以上 服务器具有优秀的i o 性能以及很大的存储空间，共同组成b r o w s e s e r v e r 的网络应用系统。网络h u b 采用以太网交换器，便于信息的迅捷交互共享。 2 4 2 系统软件方案 网络操作系统是软件平台的核心，我们选用w i n 2 0 0 0 s e r v e r 作为服务器操 作系统，客户机操作系统只需在w i n 9 8 以上即可。采用高性能的企业版s q l s e r v e r2 0 0 0 服务器彳乍为数据库服务器，可支持多台p c 客户杌，采用高处理速 度艇t o m c a t4 ，1 6 黢务软件作楚w e b 服务器，服务器与客户撬浏览器使用i e 6 或者i e 7 。w i n 2 0 0 0 s e r v e r 具有以下些特点：服务器的多硬件平台支持；文件 及打帮共享；适合予分布式应用，内置良好的安全措施与先进的容错能力；内 置的i n t e r n e t i n t r a n e t 系统功麓使用方案；开放式网络服务接露，用户可以访阉 多个计算机环境的信息，获得更为完善