（车辆工程专业论文）基于j2ee和cbr的数控加工中心快速设计系统研究.pdf

基于j 2 e e 和c b r 的数控加工中心快速设计系统研究 姓名：周利民导师：陈南 东南大学 摘要 数控加工中心是高生产率机电一体化的现代机械设备，对复杂件、难切削件 和实现高效优质加工自动化起着决定性作用。随着市场竞争越演越激烈，生产企 业必须缩短加工中心的设计开发周期，提高设计质量和可靠性，才能提高市场竞 争力。 本文结合由江苏多棱数控机床股份有限公司和东南大学共同承担的江苏省 科技基础设施建设项目“江苏省数控工程技术研究中心”( 项目编号；n o 1 0 ) ， 研究了基于轻量级j 2 e e 与c b r 的数控加工中心快速设计系统，其主要研究内容 和成果如下： 1 、研究了客户化驱动的产品设计方式。数控加工中心快速设计系统基于网 络，以i n t e r n e t 和i n t r a n e t 为基础，客户通过客户化予系统制定订单，由订单 驱动整个产品设计过程，包括项目立项，方案生成，参数化设计和优化设计等。 通过网络将企业的设计人员和设计资源有机的组织起来，提高产品设计的速度， 缩短产品开发周期，加快市场反应速度。 2 、经过对j 2 e e 技术以及m v c 设计模式和s t r u t s 、s p r i n g 和h i b e r n a t e 技 术的研究，建立了基于轻量级j 2 e e 平台，以m v c 结构为系统框架，s t r u t s 控制 页面流程，s p r i n g 提供系统业务逻辑控制，h i b e r n a t e 操作数据库。实现对象关 系映射的数控加工中心快速设计系统，由于采用跨平台开发技术，具有易于分布、 易于扩展和易于移植等特点。 、 3 、研究了基于实例推理的原理及关键技术，并与数控加工中心相结合，提 出了在数控加工中心概念设计阶段应用基于实例推理技术，并详细研究了实例推 理检索算法：最邻近相似算法，应用其在方案生成模块，快速得到产品初步设计 方案。大大缩短了产品设计的周期。 4 、分析了数控加工中心的特点和组成，并分析了企业和设计师的需求，提 出了快速响应市场，并最大限度地重用企业现在资源的产品设计开发路线。 5 、在分析数控加工中心设计知识集成的基础上，根据数控加工中心的产品 信息特点，应用面向对象的技术，建立了数控加工中心实例模型和相应的数据结 构，这是系统实现的关键技术之一。 关键字：数控加工中心，快速设计，轻量级j 2 e e ，基于实例推理 s t u d yo nt h ec o m p u t e r i z e dn u m e r i c a lc o n t r o lm a c h i n i n g c e n t e rr a p i dd e v e l o p m e n ts y s t e mb a s e do i lj 2 e ea n dc b r n a m e ：z h o ul l m i n s u p e r v i s o r ；c h e nn a n s o u t h e a s tu n i v e r s i t y a b s t r a c t c o m p u t e r i z e dn u m e r i c a lc o n t r o lm a c h i n i n gc e n t e r ( c n c ) i sak i n do f m o d e r nm e c h a n i c a l d e v i c e w i t hh i g hp r o d u c t i v i t y , t a k i n gd e c i s i v er o l eo na u t o m a t i cm a c h i n i n gf o rc o m p l i c a t e dp a r t s a n dh a r dc u r i n gp a r t s ，w i t hm o r ec o m p e t i t i v em a r k e t ，m a n u f a c t u r i n gc o m p a n yh a st oc u td o w n t h ec h i cd e s i g na n dd e v e l o pp e r i o d ，i m p r o v et h eq u a l i t ya n dr e l i a b i l i t yo ft h ep r o d u c t s t h e ni t c o u l di n c r e a s ei t sc o m p e t i t i o nf o rt h em a r k e t c o m b i n i n gt h eb a s i cp r o j e c to fj i a n g s uc n ce n g i n e e r i n ga n dt e c h n o l o g yc e n t e r ( p r o j e c t n o 1 0 ) w h i c hi ss u p p o r t e db yj i a n g s ud u o l e n gc n cl i m i t e dc o m p a n ya n ds o u t h e a s tu n i v e r s i t y , c n cr a p i dd e v e l o p m e n ts y s t e mb a s e do nl i g h tw e i g h tj 2 e ef r a m e w o r ka n dc b rw a ss t u d i e d m a i n l y b yt h i sp a p e r t h em a i nr e s e a r c hw o r k i sa sf o l l o w i n g ： 1 t h i sp a p e rs t u d i e dt h ec u s t o m e rd r i v e nd e s i g nm e t h o d t h ec n cr a p i dd e v e l o p m e n t s y s t e mi sb a s e do ni n t e r n e ta n di n t r a n e t t h ep r o c e s so fp r o d u c td e s i g ni sd r i v e nb yt h eo r d e r s s u b m i t t e db yt h ec u s t o m e r so nt h ec u s t o m e rs u b - s y s t e m ，i n c l u d i n gc o n s t r u c t i o no fp r o j e c t ， g e n e r a t i n gb l u e p r i n t ，p a r a m e t e r sd e s i g na n do p t i m i z a t i o nd e s i g n 2 b ys t u d y i n gt h ej 2 e et e c h n o l o g y , m v cd e s i g np a t t e r na n ds t r u t ss p r i n gh i b e r n a t e f r a m e w o r k s ，t h i sp a p e re s t a b l i s h e dt h ec n cr a p i dd e v e l o p m e n ts y s t e m i nt h i ss y s t e m ，w e bp a g e s n r ec o n t r o l l e db ys t r u t s ，b u s i n e s sl o g i ci sc o n t r o l l e db ys p r i n ga n dm a n i p u l a t i o no fd a t a b a s ei s c o n t r o l l e db yh i b e r n a t e 3 c o m b i n i n gt h ec n cm a c h i n i n gc e n t e r , t h i sp a p e rs t u d i e dt h ep r i n c i p l e sa n dt e c h n o l o g yo f c a s e - b a s e dr e a s o n i n g ( c b r ) t h ea p p l i c a t i o no fc b ra tt h ec o n c e p t i o nd e s i g no fc n ci s s u g g e s t e d ，a n dt h es e a r c ha l g o r i t h m ( n e a r e s tn e i g h b o r ) w a sl e a r n tc a r e f u l l y a p p l y i n gt h en n a l g o r i t h mo nt h eb l u e p r i n tg e n e r a t i n gm o d e l ，t h ep e r i o do fd e s i g nn e wp r o d u c t si s d e c r e a s e d a p p a r e n t l y 4 a n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dm a k e u po fc n cm a c h i n i n gc e n t e ra n dt h en e e d s o f d u o l e n gc o m p a n ya n dd e s i g n e r s ，t h i sp a p e rp r o p o s e dt h em e t h o dt oq u i c k l yr e s p o n dt h em a r k e t a n dm a k em o s tn s eo f t h ef e s o u r c e so f c o m p a n y 5 a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i c so fc n cm a c h i n i n gc e n t e rp r o d u c t s ，t h i sp a p e rb u i l tu pt h e c a s em o d e l so fc n cm a c h i n i n gc e n t e ra n dr e l e v a n td a t as t r u c t u r ea p p l y i n gt h eo b j e c to r i e n t e d t e c h n o l o g y , w h i c hi so b eo f t h em o s ti m p o r t a n tt e c h n o l c i g i e so f t h es y s t e m k e y w o r d s ：c h i cm a c h i n i n gc e n t e r ；r a p i dd e v e l o p m e n t ；l i g h tw e i 曲tj 2 e e ；c b r 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位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成 果。尽我所知，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，也不包含为获得东南大学或其它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 表示了谢意。 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论 产品的结构、功能、质量、成本、交货时间、可制造性、可维修性、报废后的处理以 及人、机、环境关系等等，原则上都是在产品的设计阶段确定的“1 ，可以毫不夸张的说“产 品设计就是企业的灵魂”。据统计，产品生命周期成本的8 0 9 0 是由设计阶段最早的1 0 - 2 0 环节决定的，而合同型企业的产品开发周期占整个产品交货期的6 0 以上。随着现代科学 的迅速发展和技术更新换代的频率提高，现代机械产品的市场寿命( 一个产品从投放市场 到退出市场被淘汰所经历的时间) 不断缩短，因此要求企业具有快速响应市场的能力，具 备从捕捉产品信息到及时投放市场的全面快速响应能力8 】，主要包括：快速捕捉产品市场 动态需求信息及决策机制、产品快速设计、产品快速制造工程，其中产品快速设计是企业 快速响应市场的关键。 我国企业对市场的快速响应能力与发达国家相比具有非常显著的差距。据对我国约 2 0 0 0 种机械新产品的抽样调查，产品开发周期平均为1 8 个月，由此导致的产品交货周期 长已成为我国企业在国内外市场竞争中失利的重要原因，与此形成鲜明对比的是美国在 1 9 9 0 年就实现了新产品设计周期3 个星期，试制周期也仅为3 个月”1 的产品开发能力。 1 2 产品快速设计系统方法和技术的研究进展 1 2 1 支持快速设计的现代设计理论与方法 现代设计理论的方法技术主要有并行设计( c o n c u r r e n td e s i g n ) ”1 、协同设计 ( c o l l a b o r a t i v ed e s i g n ) 、虚拟设计( v i r t u a ld e s i g n 、快速原型技术( r a p i dp r o t o t y p e t e c h n o l o g y ) 、面向大批量定制的设计以及基于产品全生命周期管理( p r o d u c td a t a m a n a g e m e n t p r o d u c tl i f em a n a g e m e n t ，p d m p l m ) 的设计等等，这些现代设计方法较多 注重设计活动的外延，而对设计活动的内涵，设计的本质，比如如何重用企业及行业已有 的设计资源、如何改进提高产品开发过程等关注不够。 事实上，产品设计过程中，设计人员常常是以一种不自觉的形式借鉴、重用已有的设 计，但重用已有的设计主要依赖于设计人员的经验。目前的设计软件缺乏重用环境，产品 开发过程中由于没有有效的借鉴、重用已有的设计，常常造成设计过程中重复以往类似( 或 同样) 的错误，延长产品开发时间，降低产品可靠性，增加了产品成本。机械产品设计开 发是复杂的系统，需要大量多学科人员的协作参与，由于缺乏对产品开发过程的内在结构 和规律认识，产品开发过程缺乏有效的执行、控制，常常造成多次设计反复，延长产品开 发时间，增加产品开发成本。因此，如何在网络化、数字化环境下研究基于计算机技术的 设计重用、研究产品开发过程的执行与控制，以支持产品快速设计开发，降低产品成本， 提高产品的可靠性和质量，节省资源，实现可持续发展。 1 2 2 快速设计系统的网络化技术 i n t e r n e t 是由各种计算机互联起来的国际通信系统。 1 东南大学硕士论文 计算机技术与信息技术的结合，促进了i n t e r n e t 技术的迅速发展，利用i n t e r n e t 可以 实现并行分布的设计，通过构建实时分布的虚拟机器设计环境，实现异构网问的并行分布 处理。以装配为中心的立体模型管理开发过程为例，可以看出，立体模型是以三维图像方 式在计算机上设计。分析产品零部件，设计小组针对自己的设计模块，通过不断刷新模型， 使模型信息及时更新，同时市场推销员可以采用立体模型的硬拷贝来阐明产品设计原理， 让客户参与产品某些技术细节的设计。 运用网络技术，国内外研究了有关产品设计与w e b 相集成的信息管理系统。 丁震i s 、周迪删等针对我国目前车身设计的实际情况、现代先进车身设计方式的要求、 系统开放性、对应用系统变化的适应能力和整个工作的实施技术等方面存在的问题，提出了 一种基于w e b 的车身设计c a d c a e 信息集成体系结构。通过对产品数据管理技术和计算机 网络技术的应用，形成了开放的和可扩充的体系，满足分布和异构的工程信息集成功能的要 求，并能够支持并行工程、异地合作设计及虚拟设计的实施。 洪荣晶同提出了基于w e b 技术的p d m 系统，建立了客车车身协同设计平台和车身c a x 集成设计系统，以实现车身产品的快速设计和开发。开发了一个基于j 2 e e 规范的实现车身 c a d c a e 信息集成的分布式设计信息管理系统，并已投入实际使用。 1 2 3 设计重用技术研究进展 p a h l 和b e i t z 将产品设计分为三种设计形式，即变形设计、适应性设计和创新性设计 4 l 。据估计9 0 的设计为变型设计或自适应设计，这意味着火多数的设计工作可重用以前 的产品设计知识；新产品开发中完全重用现有的或供应商提供的零部件占4 0 ，修改后重 用的零部件占4 0 ，完全全新设计的零部件仅占2 0 口j ，由此可见设计重用在新产品开发 中的重要作用。 1 9 9 8 年在英国b r u n e lu n i v e r s i t y 首次召开了以设计重用为主题的工程设计会议。会议 认为设计重用就是将过去的设计知识和设计经验用于当前的设计中。设计重用可有效缩短 产品的设计开发周期，提高设计质量，从而实现快速响应。 f i n g e r 详细研究了设计过程，即设计者在设计过程中想要什么以及他们怎样使用过去 的信息。设计者可能根据功能、行为、形状甚至环境( 上下文) 来检索已有的设计，但还 没有针对这些属性的形式化表达。f i n g e r 的研究表明，目前c a d 工具对支持设计重用的 作用是非常有限的，要开发支持设计重用的计算机环境，必须研究产品信息资源的计算机 表示。 d u 晰等提出了设计重用的过程模型，该模型包括六个知识部件和三个主要过程。六 个知识部件是：领域知识、领域模型、重用库、设计需求、进化的设计模型、完整设计模 型；三个主要过程是；基于重用的设计、面向重用的设计领域探索。d u f 的设计重用过 程模型用六个知识部件和三个主要过程的交互作用描述了设计重用的整个过程，构成了知 识进化循环。 s i v a l o g a n a t h a n 认为设计重用的研究应在以下几个方面进行深入研究： ( 1 ) 产品创新开发： ( 2 ) 设计重用的认知研究： ( 3 ) 设计重用的计算机建模； ( 4 ) 标准零部件的使用； ( 5 ) 设计重用方法及工具： ( 6 ) 设计重用系统： 2 第一章绪论 ( 7 ) 设计重用可能带来的问题。 知识的建模和重用是设计重用的重要方面。文【l ”提出了三种知识建模方法：基于实例 的推理( c a s e b a s e dr e a s o n i n g ，c b r ) 、基于模型的推理( m o d e l b a s e d r e a s o n i n b ，m b r ) 和计划重用( p l a nr e u s e ) ，其中实例表示具体的知识，模型表示通用的知识，而计划重用 是主动重用。 s h a h i n 研究基于设计功能分配的设计重用系统1 1 “，该重用系统模型支持设计人员在不 同设计阶段重用过去产品设计知识。 王玉等n 3 1 就机械产品设计重用的策略、框架及模型进行了探索性研究：蔡波等圳研究 了基于功能- 行为- 结构框架的概念设计重用信息模型，并将p d m 系统作为概念设计重用 的平台。 以上研究从不同的角度和出发点对设计重用进行了探讨。但仍然缺乏系统的理论和方 法。研究表明知识模型和设计重用模型的相容是设计重用的关键，设计重用方法、工具、 系统需要进一步研究。 1 2 4 - 已有设计重用模型及进展 在国内，钟廷修研究了快速响应工程及快速响应设计，提出有效利用产品信息资源是 实现快速响应的关键，采用变型设计实现快速响应的策略；陈满意等提出了一个面向快速 响应的机械产品集成设计系统体系结构“”。文提出了一个初步的设计资源管理方法，通 过扩展产品c a d 模型成为可重用资源单元，并提供网络化的开放的存取机制，从而最大 化的重用公司或世界范围的设计资源；谢友柏院士将设计知识的来源划分为六个方面：已 有知识、市场信息、数字仿真或虚拟现实、物理模型试验、样机试验及已有产品运行中的 表现( 用户反映) ；王英林等“”研究了基于本体的可重构知识管理平台，用户可以创建不 同类别知识，并可对知识处理模板进行定制；潘旭伟等“”研究了面向知识管理的知识建模 技术，包括知识载体、知识内容信息和知识情境的知识建模技术。 在国外，n i k o l a u s 等建立了基于i n t e r n e t 的电子产品目录库，提供包括多供应商和基 于设计内容等的搜索策略，客户化添加和客户化使用功能，以及适应不同c a x 的模型库表 示等功能；r e i n e m u t h 建立多媒体产品目录来准备和处理供货零部件信息，实现供应商和 用户的数据交换和共享：美国p t c 公司的w e b 服务器保存了上百万零件信息及多种格式 的3 d 模型，提供上百家世界级零件供应商，根据标准，向客户提供服务，这是一个巨大 的知识资源库；美国s o l i d w o r i c s 公司也提供在线3 d 产品目录( 3 dp a r t s t r e a m n e t ) ：美 国a g 舱公司的w e b 服务器提供基于a s p 的面向制造商、供应商及合同承包商等协同集 成的商业解决方案；美国n i s t 的设计知识仓库( d e s i g nr e p o s i t o r i e s ) 项目提出一个信息 建模框架以支持下一代产品设计系统中产品建模，支持基于知识设计的方法，这个建模语 言以对象和关系集来表达产品；欧洲w i s e 工程知识管理项目建立基于w e b 的计算机支持 的协同工程设计知识管理平台，支持设计知识的进化，有助于设计人员获得它所需要的知 识【“。 以上从不同方面对已有设计资源的管理和重用技术进行了归纳和总结，新的设计资源 的管理和重用技术正在不断涌现，结合信息技术、数字化设计技术的最新发展，针对复杂 产品的设计对象的设计重用特征，系统研究开发已有设计资源的重用建模技术方法、工具 及集成系统，满足产品快速设计的需要成为进一步研究的方向。 3 东南大学硕士论文 1 3 数控加工中心产品设计现状和发展趋势 1 3 1 机床行业的设计现状 国内外机床产品技术水平之间的差距相差很大，而国内的机床产品在总体技术水平上 仍相对较低，主要表现为：产品仿制多，创新少，市场竞争力不足，利润低：设计方法落 后，机床结构设计尚处于传统的经验、类比、静态的设计阶段，很少考虑结构动、静态特 性对机床产品性能产生的影响，因此产品精度低，质量难以保证；设计周期长，新品开发 需反复设计、试制与修改，成功率低，产品更新换代慢，且成本高。处于这种状态的我国 机床行业，将难以参与国际机床市场高水平产品的竞争。 面对市场竞争的压力，国内研究了先进的机床设计理念和方法，结合了数控技术、网 络技术、优化技术和信息集成技术。 由无锡机床股份有限公司和东南大学共同承担的江苏省九五重大工业攻关项目“新一 代高精度数控内圆磨床的开发”【2 0 1 充分利用信息、网络、计算机等技术对现实研究活动中 的人、物、信息及设计知识进行全面的集成，将企业中分布在异地各部门的计算机上不同 的应用软件、操作系统及硬件平台等通过网络联系在一起，建立一个能实现跨网络跨平台 的协同设计，实现应用工具的“即插即用”，并对应用工具产生的各种异构产品数据进行管 理和传递，保证在正确的时间把正确的信息以正确的方式传递给正确的人的基于w e b 的内 圆磨床设计的p d m 系统框架。 高毅珏”等系统地将c k l 4 1 6 高速高精度数控车床的c a d 、c a e 、热结构耦合分析设计 等工程技术信息以及相关的工作流信息、项目管理信息集成为一体，实现了工程项目开发 的完全集成。系统主要功能包括设计信息功能化查询、可视化查询、文档管理、项目管理、 异地在线交流等，提供了工程人员一个简便易用的产品设计的协同设计信息集成环境。 1 3 2 数控加工中心的发展趋势 机床是发展机器制造业乃至整个工业必不可少的复杂生产工具，是各行各业机械装备 的工作母机，是整个制造业发展的基础。数控( 以下简称n c ) 机床则是高生产率机电一体 化的现代机械设备，对复杂件、难切削件和实现高效优质加工自动化起着决定性作用。n c 机床的占有率已经成为评价一个国家制造业水平的重要指标。自从1 9 5 2 年美国麻省理工 学院研制出第一台试验性数控系统，到现在已走过了5 6 年历程。n c 机床的发展与c a d 、 c a e 、c a m 技术互相促进，相辅相成。c a d 的发展加速了n c 机床的设计：c a m 的发展促 进了n c 机床在实际生产中的应用：c a e 的发展使n c 机床精度的提高和在整个机器制造业 中应用更加广泛。随着科学技术的进一步发展，市场经济活动的不断深入，中国在加入 w t o 后参与世界市场激烈竞争中，无论是国内市场还是国际市场，对n c 机床的需求将日 益增多，n c 机床的发展前景非常广阔。中国机床工业能否振兴、n c 机床技术能否迅速提 高、产量能否迅速扩大，对于中国制造业的发展具有十分重要意义。 1 3 3 我国数控加工中心行业产品设计突出问题 我国近几年数控机床虽然发展较快，但与国际上工业先进国家相比还存在较大的差距， 主要问题有：可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，总体数控化机床占有率低，因此， 4 第一章绪论 我国制造业的应变能力差。要缩小与世界先进水平的差距，除了加大力度实施质量工程， 提高数控机床的无故障率，跟踪国际水平，使数控机床向高效高精方面发展，还必须加大 成套设计开发能力上求突破，搞模块化设计，从而缩短开发周期，快速响应市场，要实现 这一目标，一定要加强企业的信息化建设并采用先进的设计理念和方法才能实现。 前文提到的丁震、周迪等人主要研究的是企业信息集成化，这样的系统确实能有效地 管理企业的大量资源，如产品信息，人员信息等。而企业的最人的生存点在于其响应市场 的能力，也就是产品开发的速度。信息集成系统并不能从本质上缩短产品设计周期，提高 设计效率。因此，需要研究更高效、更实用的设计系统来提升企业的竞争力。 本文正是以信息集成系统为基础，研究了针对加t 中心的快速设计的方法。 1 4 研究课题的来源与意义 1 4 1 课题来源 本课题来源于国家自然科学基金项目：基于智能多主体机制的车辆集成控制系统架构 研究( 项目编号：5 0 5 7 5 0 4 1 ) 和江苏省科技基础设施建设计划基金项目：江苏省数控机床 技术工程研究中心( 项目编号：n o 1 0 ) 。 1 4 2 课题意义 市场需求要求虚拟企业架构和敏捷制造，这对产品的设计及管理技术提出了要敏捷化 的挑战。而建立在信息管理学、计算机图形学、网络及数据库技术上的、最近取得巨大进 步的新一代机械设计管理软件及附属的二次开发工具和实施方法也初步具备了迎接这一挑 战的能力。这就是：在集成管理系统环境的支持下，设计师可在计算机虚拟的环境里，三 维可视化地创造、修改及加工复杂曲面及实体，动态地操作、模拟及检查大型复杂部件的 装配。目前技术先进国家的大型企业已基本可实现企业内多学科并行网络化协作、数字化 设计及扁平化的实时信息集成管理，并正在向世界范围网络化的异地协同设计管理系统方 式发展，以满足设计过程中订单驱动、客户概念早期及全周期参与的所谓客户化响应的协 同设计的需要。 数控加工中心快速设计系统基于网络平台，充分利用信息、网络、计算机等技术对现 实设计活动中的人、物、信息及设计知识进行全面的集成，将企业中分布在异地各部门的 计算机上不同的应用软件、操作系统及硬件平台等通过网络联系在一起，建立一个能实现 跨网络、跨平台的协同设计，实现各种异构产品数据进行复用、管理和传递，保证了信息 传递高效性和正确性，使得企业在短期内快速提出设计方案，并进行协同设计，最终交付 产品。 5 东南大学硕士论文 1 5 论文的主要内容有各章节结构安排 本文以计算机辅助设计技术、网络通信技术和基于实例推理技术等为背景，以数控加 工中心快速设计系统为研究对象，在分析数控加工中心设计、计算机集成系统和基于实例 推理技术现状及发展趋势的基础上，开发了一个基于j 2 e e 与c b r 的数控加工中心快速设计 系统。整个系统分成三个子系统模块；客户化子系统、管理子系统和设计子系统。包含功 能模块有：客户信息、订单驱动、可视化查询、方案生成等。 第一章绪论，简要论述产品快速设计方法和技术、数控加工中心产品设计现状与发展 趋势、本课题研究的主要背景、意义和内容。 第二章快速设计系统的框架和设计模式，首先分析w e b 平台的选择、j 2 e e 技术以及 轻量级j 2 e e 的主要技术以及在课题中的应用。 第三章基于实例推理( c b r ) 原理及关键技术，介绍了c b r 的起源和应用发展概况、 c b r 技术的基本原理和在快速设计系统中的应用，c b r 的关键技术以及基于c b r 的数控加 工中心快速设计系统的结构。 第四章面向数控加工中心设计需求分析以及系统数据库设计，在分析数控加工中心设 计知识集成的基础上，根据数控加工中心的产品信息特点，应用面向对象的技术，建立了 数控加工中心实例模型和相应的数据结构，这是系统实现的关键技术之一。 第五章快速设计系统的开发与实施，研究系统框架，数据对象的持久层实现、配置和 w e b 层、控制层的设计，最后完成基于框架的快速设计系统研究。 第六章结论与展望，总结了课题研究的主要成果、进一步研究的方向和内容。 6 第二章快速设计系统的框架和设计模式 2 1 引言 第二章快速设计系统的框架和设计模式 当前，在国内外存在多种实现w e b 应用系统的技术途径，其中最具有代表性、使用晟 广泛的两大类分别是m i c r o s o f t 公司提出的n e t 平台和s u n 、i b m 等公司提出的j 2 e e 平台。 下面将对这两种主流技术进行简单的介绍和比较2 “。 2 1 1 n e t 平台 n e t z 3 是m i c r o s o f tx m lw e bs e r v i c e s 平台，并将这些服务集成在一起为之所需。x m l w e bs e r v i c e s 允许应用程序通过i n t e r n 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。 n e t 平台是一组用于建立w e b 服务应用程序和w i n d o w s 桌面应用程序的软件组件， 包括构建n e t 服务与n e t 设备软件的工具和基础框架。它通过一个“通用语言的运行时环 境”( c l r ，c o m m o nl a n g u a g eg u n t i m e ) ，来执行中间格式的程序代码。n e t 应用程序可以独 立于语言，由c l r 提供一个技术规范，任何语言编写的程序，首先编译成中间语言，就可 以在它的支持下运行。 n e t 平台还提供了一个n e tf r a m e w o r k 类库洲，它是一组广泛的、面向对象的、可重 用类的集合。它提供了几乎所有应用程序都需要的公共代码在此之上是许多应用程序模板， 这些模板为开发网络站点和网络服务提供特定的高级组件和服务。 n e t 平台定义了三个不同的层。 1 表示层( a s p n e t 组件) ：a s p n e t 组件包括w e b 表单和w i n d o w s 表单，a s p n e t 可以 用v b 、c # 等语言编写，一次编译成为中问语言格式，而不必每次解释执行。 2 中间业务层c o m + 服务) ：c o m + 主要面向中间层业务应用程序的开发，为大型分布式 应用程序提供可靠性和易扩展性保障。这些服务是对n e tf r a m e w o r k 所提供服务的补充， 通过n e tf r a m e w o r k 可以对这些服务直接进行访问。 3 数据层( a d o n e t 组件l ：a d o n e t 为基于网络的、可扩展的应用程序和服务提供数据 访问服务。它不仅支持传统的基于链接指针风格的数据访问，而且适合于把数据返同到客 户端应用程序的无链接数据模板，并提供高性能的访问支持。 2 1 21 2 e e 平台 j 2 e e 是美国s u n 公司在1 9 9 9 年提出的，旨在提供一个企业级分布系统的应用开发环 境。j 2 e e ( j a v a 2p l a t f o r me n t e r p r i s ee d i t i o n ) 是s u n 公司提出的企业计算模式，目的是为了 简化在多层结构企业解决方案中开发、部署和管理中的复杂问题。它定义了一个标准的多 层结构瘦客户服务的应用程序模型和一个用丁- 测试j 2 e e 平台兼容性的工具。它的运行环境 包括： ( 1 ) 应用程序组件( a p p l i c a t i o nc o m p o n e n t s )其中包括a p p l i c a t i o nc l i e n t s ，a p p l e t , s e r v l e t 和j s p 等提供用户交互界面，e n t e r p r i s ej a v a b e a n s 提供业务处理逻辑。 ( 2 ) 容器( c o n t a i n e r s )为应用程序组件提供了j 2 e e 底层a p i s 的整体视图。根据应用 7 东南大学硕士论文 程序组件的配置描述，容器透明地提供了事务管理，安全检查，资源缓冲，状态管理等服 务，这样就简化了组件开发的难度。 ( 3 ) 资源管理驱动器( r e s o u r c em a n a g e m e n td r i v e r s ) 是一组系统级的软件组件，实现同 外部资源管理者的连接，通过实现j 2 e e 标准服务如j d r c 或定义并实现一个c o n n e c t o r 同 外部应用系统相连来扩展j 2 e e 的功能。这些驱动器通过j 2 e es p i ( 服务提供接口) 同j 2 e e 平台连接。 从应用的角度来看，j 2 e e 为企业应用系统的开发提供了一种多层分布式企业应用模型。 从多层的角度看，j 2 e e 平台定义了四个不同的层： 1 客户层包含面向客户的应用和a p p l e t 口”； 2 w e b 层这一层由w e b 容器运行，包含用于扩展传统超文本传输协议h t t p 的 w e b 服务器组件； 3 业务层这一层由e j b ( e n t e r p r i s ej a v ab e a n ) 容器运行，包含以e j b 形式来提供 业务逻辑的组件，支持e j b ，j m s ( j a v am e s s a g es e r v i c e ，j a v a 消息服务) 、j t a ( j a v at r a n s a c t i o n a p i ，j a v a 事务a p i ) 等服务和技术； 4 企业信息系统层这一层由数据库服务器运行，包含企业内部的传统信息系统如 财务、客户关系管理( c u s t o m e rr e l a t i o n s h i pm a n a g e m e n t c r m ) 等，其特点是有数据库系 统的支持。 2 1 3 n e t 平台与1 2 e e 平台的比较 作为彼此竞争的应用平台，j 2 e e 和n e t 在目标和体系结构上极其相似，但在实现 上叉各不相同。 j 2 e e 和n e t 两个平台的基础构造较为相似在底层的执行引擎都源于虚拟机概念，程序 的编译都经过两个类似的过程，面向对象程序设计在两个平台中都获得了直接的支持，都 拥有一组能够为编程提供广泛服务的、可复用的a p i 类库，支持本地调用。 两个平台都具有三层或多层体系结构在客户端，j 2 e e 和n e t 都提出了基于桌面的应用 程序和基于浏览器的w e b 应用的开发组件：w i n d o w s 表单与j a v a 应用、a s r n e t 与j a v a s e r v l e t j s p ；在中间层，n e t 组件建立在新型的c o m + 服务之上，两者在组件与操作系统的 交互、客户端资源共享等方面都具有很好的支持在后端数据层，两个平台都为数据库连接 量身定做了一套数据存取模型：n e t 的a d o n e t 2 6 与j 2 e e 的j d b c ，它们在支持传统s q l 数 据源的同时，也都支持新型x m l 的数据源。 j 2 e e 和n e t 两个平台的差异点主要体现在可移植性和开放性两方面。 1 在移植性方面，微软通过n e t 通用语言运行时( c l r ) 助来消除编程语言的差别。 而j 2 e e 则通过j a v a 虚拟机f j v m ) 来消除平台差别。跨平台是j 2 e e 的一个主要特性，也是在 选择企业应用开发平台时的一个重要参考因素，几乎所有的主流操作系统都提供了对j 2 e e 的支持。实际上，如果要搭建跨u n i x 、w i n d o w s 等多个操作系统平台，j 2 e e 平台几乎是唯 一的选择。 2 在开放性方面，j 2 e e 是一系列公开的规范，而不是产品，任何符合这一规范的产品 都是j 2 e e 兼容的，许多厂商如b e a 、i b m 、o r a c l e 等都相继开发了符合j 2 e e 规范的产品。 8 第二章快速设计系统的框架和设计模式 2 2j 2 e e 技术 2 2 11 2 e e 的四层模型 j 2 e e 使用多层的分布式应用模型 2 7 1 ，应用逻辑按功能划分为组件，各个应用组件根据 他们所在的层分布在不同的机器上。事实上，s u n 设计j 2 e e 的初衷正是为了解决两层模式 l c l i e n t s e r v e r ) 的弊端，在传统模式中，客户端担当了过多的角色而显得臃肿，在这种模式 中，第一次部署的时候比较容易，但难于升级或改进，可伸展性也不理想，而且经常基于 某种专有的协议一一通常是某种数据库协议。它使得重用业务逻辑和界面逻辑非常困难。 现在j 2 e e 的多层企业级应用模型将两层化模型中的不同层面切分成许多层。一个多层化 应用能够为不同的每种服务提供一个独立的层，以下是j 2 e e 典型的四层结构咧，如图2 - 1 所示： 运行在客户端机器上的客户层组件 运行在j 2 e e 服务器上的w e b 层组件 运行在j 2 e e 服务器上的业务逻辑层组件 运行在e i s 服务器上的企业信息系统( e n t e r p r i s ei n f o r m a t i o ns y s t e m ) 层软件 j 2 雠婵嚣 圜圈 圈曰 客户螭 钒嚣 j 2 r e 激务器 粥司釜嚣 图2 - 1j 2 e e 典型的四层结构 1 j 2 e e 应用程序组件 j 2 e e 应用程序是由组件构成的j 2 e e 组件是具有独立功能的软件单元，它们通过相关的 类和文件组装成j 2 e e 应用程序，并与其他组件交互。j 2 e e 说明书中定义了以下的j 2 e e 组 件： 应用客户端程序和a p p l e t s 是客户层组件。 j a v as e r v l e t 和j a v a s e r v e rp a g e s ( j s p ) 是w e b 层组件。 e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ( e j b ) 是业务层组件。 2 客户层组件 j 2 e e 应用程序可以是基于w e b 方式的血可以是基于传统方式的。 3 w e b 层组件 9 一 h 费 眦 萼i 东南大学硕士论文 j 2 e e w e b 层组件可以是j s p 页面或s e r v l e t s 按照j 2 e e 规范，静态的h t m l 页面和a p p l e t s 不算是w e b 层组件。 正如图2 - 2 所示的客户层那样，w e b 层可能包含某些j a v a b e a n 对象来处理用户输入， 并把输入发送给运行在业务层上的e n t e r p r i s eb e a n 来进行处理。 w e b 瑟 j 2 疆缀备暴 图2 - 2j 2 e e 的客户层模型 4 业务层组件 业务层代码的逻辑用来满足银行，零售，金融等特殊商务领域的需要，由运行在业务层 上的e n t e r p r i s eb e a n 进行处理。 图2 - 3 表明了一个e n t e r p r i s eb e a n 是如何从客户端程序 接收数据，进行处理 如果必要的话) ，并发送到e i s 层储存的，这个过程也可以逆向进行。 盘务疆r i s 羟 j 2 疆瑕务器 图2 - 3j 2 e e 的业务层模型 s 企业信息系统层 企业信息系统层处理企业信息系统软件包括企业基础建设系统例如企业资源计划 i e r p ) ，大型机事务处理，数据库系统和其它的遗留信息系统。 例如，j 2 e e 应用组件可能 为了数据库连接需要访问企业信息系统。 2 2 21 2 e e 的结构 这种基于组件，具有平台无关性的j 2 e e 结构使得j 2 e e 程序