（机械制造及其自动化专业论文）基于web数控编程及仿真服务平台的研究.pdf

南京理工大学硕士论文基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的研究 摘要 w e b 是目前i n t e r n e t 上最主要的信息服务类型，随着i n t e r n e t 的流行和在各 行各业的渗透，w e b 也正在改变着企业应用系统的开发及实施的方法。而且，在当 前社会化大生产的环境下，为了追求经济利益的最大化，增强企业的市场竞争力， 一些小型企业不可能具备所有的生产条件以后再进行生产活动，在这种情况下企业 必然寻求与其它企业之间的合作和资源共享来求得双赢。 正是在这个背景下，本文开展了基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的研究。 此平台的主要设计目的就是为需要编程和仿真服务的用户提供一个中间服务平台， 用户在此平台提出自己的需求，提交给服务单位，随后在此平台获得服务单位的加 工结果。针对服务平台的设计目的，本文提出了基于w e b 数控编程及仿真服务平台 的总体设计方案；对实现服务平台所采取的关键技术进行了探讨，并确定了本服务 平台最终开发所采用的关键技术；根据需求对服务平台的界面进行了设计和实现； 建立了相应的后台数据库；进行了服务平台的功能实现。 最终服务平台实现的功能：客户依据平台定制服务；服务平台根据客户定制完 成数控程序和仿真，把结果下传给客户。 关键词：w e b 数控编程服务平台仿真 a h s t r a c t w i t ht h ew i d e l ya p p l i c a t i o no fi n t e m e ti nt h ev a r i o u si n d u s t r i a lf i e l d s ，w e bi s c h a n g i n gt h ea p p r o a c ho f t h ea p p l i c a t i o ns y s t e m sd e v e l o p m e n ta n di t sr e a l i z a t i o ni na l l e n t e r p r i s e ，a sw e bi s n o wt h em a i ni n f o r m a t i o ns e r v i c et y p eo ni n t e r n e t i na c i r c u m s t a n c eo fg l o b a lp r o d u c t i o n ，s m a l l s i z e de n t e r p r i s e sa r ei m p o s s i b l et oo r g a n i z e p r o d u c t i o na c t i v i t i e su n t i lt h e yo w n a l lt h ec o n d i t i o n sn e e d e d s ot om a x i m u mt h ep r o f i t a n di n c r e a s et h ec o m p e t i t i o na b i l i t y , t h e yh a v et ol e a mt os h a r ee a c ho t h e rf o rw i n - w i n i ti su n d e rt h i sb a c k g r o u n dt h a taw e b - - b a s e ds e r v i c ep l a t f o r mf o rn cp r o g r a m m i n g a n ds i m u l a t i o ni ss t u d i e di nt h ep a p e r t h ew o r ki sf o c u s e do nc r e a t i n ga l li n t e r m e d i a t e s e r v i c ep l a t f o r mf o rc u s t o m e r s b yu s i n gt h i sp l a t f o r mt h ec u s t o m sc a no r d e rt h e i r r e q u i r e m e n t sa n d t h e nb es e r v i c e da c c o r d i n g l y a c c o r d i n gt ot h ep u r p o s e ，t h ea r c h i t e c t u r e o ft h ep l a t f o r mi sf i r s tp r o p o s e di nt h ep a p e r , a n dt h e nt h ek e yt e c h n o l o g yn e e d e da r e s t u d i e d t h ei n t e r f a c eo ft h ep l a t f o r mi sf i r s tp r o p o s e di nt h ep a p e r , a n dt h e nt h ek e y t e c h n o l o g yn e e d e da r es t u d i e d t h ei n t e r f a c eo ft h ep l a t f o r mi sd e s i g n e da n dr e a l i z e d ， m e a n w h i l et h eb a c k g r o u n dd a t a b a s ei se s t a b l i s h e d ，a n df i n a l l yt h eo v e r a l lf u n c t i o n so f t h ep l a t f o r ma r er e a l i z e d t h ef o l l o w i n gf u n c t i o n so ft h ep l a t f o r mc o u l db ea c h i e v e d ：t h ec l i e n tc o u l d c u s t o m i z es e r v i c eo nt h ep l a t f o r m ；t h ep l a t f o r mc a na c c o m p l i s hp r o g r a m m i n ga n d s i m u l a t i o na c c o r d i n gt ot h ec l i e n t sc u s t o m i z a t i o n ，a n dt h e nt h ec l i e n tc a r ld o w n l o a dt h e r e s u l t s k e y w o r d s ：w e b n c p r o g r a m m i n g s e r v i c ep l a t f o r ms i m u l a t i o n i i 声明 本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在 本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发 表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学 历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均 已在论文中作了明确的说明。 研究生签名：主饬岛髯 矽7 年歹胍日 学位论文使用授权声明 南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅 或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送 交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对 于保密论文，按保密的有关规定和程序处理。 研究生签名： 年岁加日 南京理工大学硕士论文基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的研究 1 绪论 1 1 课题研究的意义 基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的研究是开放式网络化数控加工的支持技 术。目前，制造业正面临着一场生产模式的变化，制造技术正向网络化制造方向发 展，开放性和智能性成为其发展的趋势。目前是市场经济时代，产品就是企业的生 命力。当代企业竞争的特征在于不断把新的和改型的产品和服务引入高度分散而又 经常变化的市场，新产品上市的速度将成为主要竞争因素。一个企业不可能完全具 备市场竞争必须的所有条件和资源，能自行开发和制造新产品的企业也无法长期与 市场保持同步。企业间只有竞争的时代正在结束，取而代之的是以共享信息资源为 基础的，以合作协同为主导的企业间联盟。合作与竞争并存将成为信息时代企业发 展的主旋律。因此通过网络共享来优化配置分散在各个企业中的制造资源，是网络 化制造模式的重要特征之一。通过联盟企业之间的资源共享和优化配置，支持企业 之间进行技术合作、制造过程协作和企业业务过程重组等活动，建立战略合作伙伴 关系，增强企业竞争力，以占领更多市场份额。 因此能够集成多方面资源、具有多种功能的资源共享服务平台将成为网络化制 造的一种重要技术使能工具，可以有效的支持企业实现网络化制造【l j 。 网络化制造服务提供一种具有高技术、专业化、。社会性和公共服务功能的新型 服务模式，即通过互联网为各联盟企业提供应用服务的新型服务中介。它不仅仅是 简单的技术支持，还包括设计、加工、管理和市场营销等应用软件服务，也包括为 缺乏设计、加工、管理能力的企业提供相应的制造能力服务，以提高虚拟企业内各 中小企业的敏捷性和市场响应能力，以及企业群的整体竞争力。 数控技术作为网络化制造和先进制造的典型技术，在企业得到广泛的应用。而 数控编程是数控加工的重要步骤，理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样要求 的合格零件，同时应能使数控机床的功能得到合理的利用与充分的发挥，以使数控 机床能安全有效及高效的工作。而当前形势下，企业不可能具备所有的条件再迸行 生产，一些中小型企业可能缺少经验丰富的编程人员和大型的c a m 软件，而另外一 些大型企业却可能有大量的编程资源没有得到充分的利用。这种具备专有技术的企 业是知识型和智力型的，他们虽然不具有批量化生产的能力，却掌握着关键的高新 技术，往往是客户化分布式网络制造系统中的重要组成部分，可以促使专有技术和特 种设备的商业化，实现利益分享【2 】。 因此研制出一种适用于企业之间资源共享，便于协同制造的基于w e b 的数控编 程和仿真服务平台很有必要，一方面它可以降低企业的制造成本，提高企业的经济 南京理工大学硕士论文基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的研究 效益，另外一个方面还可以充分利用网络这样一个平台，更加集中、有效和广泛的 利用资源，缩短设计时间。其研究和应用，对于促进我国经济的发展，特别是区域 经济和中小企业的发展具有非常重要的意义。 1 2 课题相关领域的研究现状 1 2 1 网络化制造 ( 1 ) 网络化制造的概念及特点 网络化制造是在远程异地模式下，利用通信技术、计算机技术和先进制造技术 等来生产满足人们自身需要和改造自然需要产品的有关技术的总称【3 】。是企业为应 对知识经济和制造全球化的挑战而实施的，以便快速响应市场需求和提高企业( 企业 群体) 竞争力为主要目标的一种先进制造模式。是网络技术大量渗透制造业所出现的 一种先进制造技术。与其他先进制造模式的产生和应用背景一样，网络化制造这种 先进制造模式的产生，也是需求与技术双轮驭动的结果【4 】。需求是网络化制造模式 产生和应用的基础，技术是网络化制造模式的使能条件。企业对网络化制造的需求 是为了提高自身的市场竞争能力，另外各种先进技术，比如信息技术与网络技术的 出现也为实施网络化制造提供了可能。 作为一种先进制造技术与网络技术结合的先进制造模式，网络化制造为企业指 出了在网络环境下，通过企业间协同，集成和利用全社会资源，开展企业的生产经 营管理活动的指导思想。在这一思想指导下，结合企业具体应用需求，构建特定的 基于网络的制造系统，为企业的业务运作提供系统和工具上的支持。因此，网络化 制造既包括通用的基础性的网络化制造模式、理论和方法，又包括结合企业具体需 求构建的各种形式的网络化制造系统，还包括一批支持网络化制造系统的觌划、组 织、设计、实施、运行和管理的技术【川。 ( 2 ) 国内外研究现状 国外的典型研究有：1 9 9 4 年美国能源部提出了“敏捷制造的使能技术 ( t e a m ) ，t e a m 集成产品的设计和制造，建立了一个产品实现过程模型，使制造过 程分散化，信息传递网络化【6 】。美国的a a r i a ( a u t o n o m o u sa g e n t sa tr o c ki s l a n d a r s e n a l ) 项目，基于i n t e r n e t 网络环境，采用多a g e n t 系统结构，通过三类 a g e n t ( p a r tb r o k e r 、u n i tp r o c e s sb r o k e r 和r e s o u r c eb r o k e r ) 的协作，完成了 从用户订单提交到虚拟企业协作等一系列过程的仿真【7 1 。与此相类似的还有加拿大 的n e t m a n 项目，英国的c d p ( c o o p e r a t i v ed e s i g np r o j e c t ) 项目等。“全美工厂网 络( f a n ) 建立于1 9 9 5 年，是国家工业数据库，提供包括生产能力，各种工程服务项 目、产品及其价格和性能数据、销售和用户服务专门服务。1 9 9 5 年洛克海德马航 2 南京理工大学硕士论文基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的研究 空公司建立“制造系统的敏捷基础设施网络a 1 ms n e t ，利用国际互联网支持和管 理敏捷企业的供应链【8 】。美国通用电器研究和开发的“计算机辅助制造网络( c a m n e t ) 建立于1 9 9 6 年，它通过i n t e r n e t 网提供多种制造支撑服务，如产品设计的 可制造性，加工过程仿真及产品的试验等，使得集成企业的成员能够快速连接和共 享制造信息。这些网络主要为大公司的成员和客户提供服务。欧共体资助的信息技 术研究发展战略计划( e s p r i t ) 2 0 5 4 项目x c i t t i c ，建立了一个服务于半导体制造 行业的分布式产品信息、制造资源信息库。韩国于1 9 9 9 年3 月开始实施“网络化 韩国2 i 世纪”计划，旨在构筑知识经济时代的基本框架，提高国家竞争力和人民 生活水平。该计划的具体目标是到2 0 0 2 年，使韩国知识经济占经济总量的比例达 到经济合作与发展组织成员国的平均水平。另外国际上许多著名企业和著名高校， 也纷纷在这方面开展研究，如美国通用汽车公司、波音公司、思科系统公司、法国 钢铁制造商u s i n o rs a c l o r 公司、德国b m w ( 宝马) 汽车公司m i t 、s t a n f o r d 大学等 均投入了大量人力物力开展研究。 国内的主要研究有：1 ) 虚拟异地合作设计组织主要强调在产品设计和开发中获 取设计知识的异地合作【9 】。我国企业存在一批可以支持产品开发中设计知识获取的 资源或潜在资源。很有必要使这些资源以及企业以外资源能以企业开发某项产品的 行为为中心和企业组织在一起，共同为这个项目的完成进行设计知识、特别是新知 识获取工作。己有一些8 6 3 项目支持有关新概念和关键技术研究，在实验室中也有 一些局部的试验，如广东机械研究院进行了异地设计的联网试验；西安交通大学、 清华大学与上海交通大学等高校也在策划异地合作设计网，但工作仍属开始阶段。 2 ) 分散网络化生产系统强调生产系统的网络化【l 叭。分散网络化是指将动态的和地理 上相隔的企业集团，利用信息和通讯技术互相组织起来进行生产，快速地以合理的 成本将产品从设计转入生产。通过国际互联网，将产品设计、工艺、生产等信息， 从一个生产中一元传送到异地的生产中一元进行测试。上海先进制造技术中心于 1 9 9 8 年提供的上海交通大学的快速原形制造中心的上网服务，同济大学也与香港某 些中小型企业进行了联网合作制造模具的试验，但这样的系统还需要有迸一步的研 究和配套措施。3 ) 基于i n t e r n e t 的制造资源信息库一如支持网络化制造的c i m s n e t 制造业信息资源中心，旨在于制造资源共享、设计制造过程集成的上海制造热线等， 虽然目前对于面向网络化制造技术的研究取得了相当大的进展，但离实用化尚有较 远的距离【】j 。 ( 3 ) 网络化制造模式下的数控加工 a ) 网络化制造对数控加工系统的要求 网络化制造是一种全新的制造模式，以数字化、柔性化、敏捷化为基本特征。 网络环境下，数控系统作为网络化制造系统的一个分支，也应该在结构体系和功能 南京理工大学硕士论文基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的研究 需求上满足网络化制造的要求使制造设备不再是信息孤岛。因此作为制造系统中重 要设备资源的数控系统，迫切要求具有网络功能【l 引。 数控系统经历了从硬件数控、封闭式计算机数控到现在的开放式数控等阶段， 但是目前数控系统的网络通信功能还很弱。虽然许多数控系统具备了一定的联网功 能，但是大都采用的是主从式结构，信息交换基本上采用下列3 种方式：选用符 合m a y 标准的d n c 网络接口软件；通过y c 机与网络相连；通过“d n c 装 置 或“数控机床集成器”来完成n c 程序传递和机床状态数据采集等功能。这种 数控系统本身并不具备网络功能，只能实现部分信息的传递，而不能实现资源共享。 网络化制造模式下数控系统要求以通讯和资源共享为手段，以车间乃至企业内 的制造设备的有机集成为目标，支持1 5 0 0 5 1 网络互联规范，具有很强的丌放性。 它的联网功能通过标准网络设备来实现，而不需要其他的接1 2 1 部件或者上位机【l 引。 网络化数控系统的功能模型如图1 2 1 。 图1 2 1网络化数控系统的功能模型 b ) 网络化数控加工的关键技术 网络化数控加工的关键技术有很多，主要技术有：异地协同设计的二维可视环 境的建立；产品图形及仿真结果的网络发布与浏览；数控代码的网络传输；工艺参 数网络优化与传输；异地过程监控模型；产品模型数据的异地修改：异地设计与制 造的产品模型数据管理系统；安全防范机制；跨时空的即时沟通网上交流机制。 对于以上各项技术的研究将全面促进网络化数控加工的发展。 4 南京理工大学硕士论文基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的研究 1 2 2 数控程序仿真 数控机床加工零件是靠数控指令程序控制完成的。为确保数控程序的正确性， 防止加工过程中干涉和碰撞的发生，在实际生产中，常采用试切的方法进行检验。 但这种方法费工费料，代价昂贵，使生产成本上升【1 4 1 。为此，人们一直在研究能 逐步代替试切的计算机仿真方法，并在仿真计算和图形显示等方面取得了重要的 进展，目前正向提高模型的精确度、仿真计算实时化和改善图形显示的真实感等 方向发展n 蜘。 目前n c 切削过程仿真分几何仿真和力学仿真两个方面【1 6 】。几何仿真不考虑切 削参数、切削力及其它物理因素的影响，只考虑仿真刀具、工件几何体的运动， ，以验证n c 程序的正确性。它可以减少或消除因程序错误而导致的机床损伤、夹具 破坏或刀具折断、零件报废等问题，同时可以减少从产品设计到制造的时间，降 低生产成本。切削过程的力学仿真属于物理仿真范畴，它通过仿真切削过程的动 态力学特性来预测刀具破损、刀具振动、控制切削参数，从而达到优化切削过程 的目的。 几何仿真技术的发展是随着几何建模技术的发展而发展的，包括定性图形显 示和定量干涉验证两方面【1 。目前常用的方法有直接实体造型法，基于图像空间 的方法和离散矢量求交法。 蛊接实体造型法：典型的是利用构造实体几何模型c s g 或边界表达b r e p 实 体建模系统实现的。这些实体建模系统具有良好的布尔集合运算的能力，从理论上 讲可以提供精确的n c 仿真和验证。但是，直接实体建模法在验证过程中涉及大量 直接布尔减运算，使该类方法的检验效率较低1 1 引。 基于图象空间法：通过将实体几何模型分解为若干三维形体的集合来实现n c 验证。其中的d e x e l 表达法通过建立一个独立的d e x e l 坐标系来支持动态视觉转换， 其构造不再受观察方向的限制；层次化的四叉树表达布尔运算简单，数据的层次化 组织有利子n c 验证的处理。但是对内存的需求较大，不能直接应用于n c 验证；v o x e l 建模法使布尔运算量降到了极限，但需要高档图形工作站作为硬件支持。自适应控 制技术能够根据加工过程的实际情况相应调整和优化切削参数，缩短加工时间，降 低生产成本，进行实时监控，但在复杂曲面铣削加工中，刀具和工件的接触关系比 较复杂时，无法对进给率进行及时调整，很难满足复杂曲面数控铣削加工的要求【旧j 。 离散矢量求交法这种方法将曲面按一定精度离散，用这些离散点来表示该曲 面。以每个离散点的法矢为该点的矢量方向，延长与工件的外表面相交。通过仿真 刀具的切削过程，计算各个离散点沿法矢到刀具的距离s 。采用图像映射的方法显 示加工误差图形：零件表面的加工误差可以精确地描写出来。 南京理工大学硕士论文 基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的研究 总体来说，基于实体造型的方法中几何模型的表达与实际加工过程相一致，使 得仿真的最终结果与设计产品间的精确比较成为可能；但实体造型的技术要求高， 计算量大，在目前的计算机实用环境下较难应用于实时检测和动态模拟 2 0 】。基于图 像空间的方法速度快得多，能够实现实时仿真，但由于原始数据都已转化为像素值， 不易进行精确的检测【2 。离散矢量求交法基于零件的表面处理，能精确描述零件面 的加工误差，主要用于曲面加工的误差检测。 ( 1 ) 国内外的研究现状 为提高模具的加工效率，k y a m a z a k i 提出了一种“r e a lt i m em o d e l r e f e r e n c e a d a p t i v ec o n t r o l ”的新方法。该方法根据刀具负载能力和工件几何形 状自动调整进给率，使材料的去除尽可能保持在最大状态【2 2 。k w e i n e r t 通过对工 件与刀具接触条件的分析，建立了切屑截面和进给率之间的关系，其中考虑了走刀 方向和机床动力学特性对进给率优化结果的影响。m d t s a i 在s u n 4 工作站上， 采用扩展z b u f f e r 几何建模方法开发了切削预报系统吲。切削过程的物理验证 还涉及到刀具破损的监控。虽然在原理上与以硬件为基础的刀具破损在线检测监控 相同，但在具体的实现方式上己发生了质的变化：监控基础由硬件向软件转化，监 控方式由在线监控向预报方式转化。 我国开展数控程序仿真的研究始于2 0 世纪8 0 年代末。但即使是由华中理工大 学和清华大学合作研制的加工过程仿真器m p s ，以及由哈尔滨工业大学在国防科工 委“八五”科研项目柔性制造系统f m s 关键技术研究计划支持下开发的数控加工过 程三维动态图形仿真器n c m p s ，也存在着不具备精度检验的能力，且皆以工作站为 硬件基础。这种功能上的局限性和运行软件所需要的昂贵硬件投资限制了软件系统 的推广应用。为了解决上述问题，哈尔滨工业大学的刘华明教授带领课题组开发了 套基于微机的复杂曲面数控加工仿真验证软件包。该系统的三维模型没有采用 c s g 和b - r e p 表达，而是在自己独有的复杂曲面离散技术的基础上构建的。这种曲 面离散技术的优点表现在：极大地降低了仿真验证系统对硬件的要求，即使在n c 程序验证过程中，用户也可以随意选择任意角度观察加工过程，这对以实体造型为 基础的仿真验证系统而言是不可想象的，使加工精度验证能够以一种更加简单的方 法得以实现，另外该系统的开发是以c o m 技术为基础的，系统的各项功能皆以组件 ( c o m p o n e n t ) 的形式存在，使系统更便于维护和升级换代。 ( 2 ) 仿真图形的网络发布与浏览 目前有关仿真图形网络发布与浏览方式的研究也比较多，归纳起来有三种方 式：下载加工过程a v i 文件、传输加工过程的动画数据、传输标准格式文件。 对于第一种图形发布机制下载加工过程的a v i 文件，东北大学研究的基于同构、 异构环境的数控加工3 d 几何仿真网络结构，就是采用的这种方式。他们将该网络结 6 南京理工大学硕士论文 基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的研究 构分为g c b 三级传输机制：产生层( g e r n e r a t i o nl a y e r ) 将数控加工3 d 几何仿真矢 量图形转换成w e b 支持的位图动画，以a v i 格式完成存储，形成各操作系统及w e b 浏 览器默认的动画播放格式；连接层( c o n n e c t i o nl a y e r ) 用于将数控加工仿真图形上 传至服务器端；浏览层( b r o w s el a y e r ) 是用户与本地服务器之间的交互对话过程。 数控加工仿真图形上传到本地服务器，经过数据更新后，下载到客户端。 华中科技大学和新加坡国立大学联合提出的“m u l t i - u s e r n cm a c h i n i n g s i m u l a t i o no v e rt h ew w w ”方案，天津大学研制开发的仿真软件r t s s w 均是采用的 第二种机制。该方案把仿真原型系统放在服务器端运行，它所产生的动画或视频数 据通过s o c k e t 传输至客户端的三维可视环境中，用户因此可以浏览到加工过程的实 时信息。这种图形发布机制在服务器和客户端之间取得了较好的交互性，易于建立 协作性更强的仿真加工过程。但它的缺点也较为突出，执行在服务器端的仿真核心 程序加大了服务器的运行负荷，动画数据的传输对网络技术条件的要求也更高。 南京航空航天大学秦旭研究的基于w e b 的数控铣削仿真系统采用了第三种方 案：仿真原型系统的异地加工。避免了动画或视频数据的网络传输，提高整个系统 的执行效率。研制的仿真器能够读入n c 程序代码、进行数控加工仿真并显示三维图 形信息的程序。该程序已成功地实现了组件化，以供用户下载【2 4 1 。仿真加工的过程 既可在服务器端进行，又可在客户端进行，两者可以获得不同的仿真加工效果；仿 真获得的视频数据己不再通过网络传输，而是采用更高效的方式若客户端下载了 仿真器组件，在输入标准格式的加工数据以后，直接在本地进行仿真加工；若客户 需要服务器端提供更加“系统化的服务，则可以将整个加工过程完全交给服务器 端运行，待服务器端在网站上上传了包含仿真加工过程的a v i 文件以后，直接下载 即可。 1 3 课题研究的主要内容 本课题是江苏省自然科学基金项目。本论文的主要研究内容：针对目前网络化 环境下的数控加工的要求，设计用于客户和提供数控编程及仿真加工服务的企业之 间的服务平台，对构成此平台的关键技术进行了研究，完成了平台的总体框架的设 计，设计了方便客户操作的用户界面，并设计了支持系统良好运行的后台数据库。 具体工作如下： ( 1 ) 在广泛调研和查阅大量文献的基础上，系统研究和总结了相关系统的组 成及结构，根据实际的需求进行了“基于w e b 的数控编程及仿真加工服务平台”的 总体功能和框架设计。 i ( 2 ) 对实现服务平台的关键技术进行了研究，在对相关的服务平台开发技术 进行比较的基础上，最终确定本服务平台所要采用的开发技术。 7 南京理工大学硕士论文基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的研究 ( 3 ) 根据服务平台的具体需要和所要实现的功能，设计了友好的用户界面， 并对界面的实现工具进行比较和选择，最终确定了合适的开发工具，并实现了预期 的界面功能。 ( 4 ) 设计和实现了适合服务平台的运行需求，并能支持服务平台统良好运行的 后台数据库。具体包括：分析和归纳了整个数据库所需存储的数据，确定了数据库 结构，设计了具体的数据库基表并创建了实体数据库表、视图等数据对象。 ( 5 ) 对服务平台的具体的运行环境进行了配置，并在这样的运行环境下实现了 车削加工服务和铣削加工服务两个应用实例。 南京理工大学硕士论文基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的研究 2 基于w e b 的数控编程及仿真服务平台体系结构 2 1 服务平台的总体结构设计 基于w e b 的数控编程及仿真服务平台采用目前在i n t e r n e t i n t r a n e t 最流行的 三层b s 运行模式。 分布式应用系统的常用结构一般有两种：c s ( c l i e n t s e r v e r ) 的二层结构、 b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 三层结构。c s 结构将应用系统的计算机分为客户机和服务 器，系统的功能在客户机和服务器之间进行划分 2 5 】。此结构组成的系统是一个相对 封闭的系统，它使不同系统之间无法交流；它的用户界面风格不一，不利于推广使 用；系统开发和维护复杂，移植困难，升级麻烦；无法包容己有系统，造成重复投 资；不能接纳新技术，限制了扩展性；缺乏系统性和前瞻性。 本系统采用的b s 结构是一种三层分布式结构，由表示层、功能层与数据服务 层构成的。在表示层客户通过使用单一的b r o w s e r 软件，通过鼠标即可访问服务平 台的静态或动态w e b 页，进行各项服务功能模块中参数的设置、实现与服务器的数 据共享，用户端除了标准浏览器之外无需专用的软件。功能层主要用来存放服务平 台的功能模块和应用程序。由服务器启动相应的进程响应用户的请求，动态生成 h t m l 代码，并将处理结果返回客户端。数据服务层主要用来存放支持服务平台的后 台数据库，包括用户信息、铣刀刀具库、车刀刀具库，参数库等服务信息，并负责 数据库的管理以及和功能层一起协作，完成服务平台的数据查询和处理。 图2 1 1 服务平台的总体结构图 9 南京理工大学硕士论文基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的研究 b r o w s e s e r v e r 模式结构使此服务平台具有平台无关性，伸缩性大，易用性好、 易于维护、信息共享度高、扩展性好和安全性好的特点。这种模式统一了客户端， 将服务平台功能实现的核心部分集中到服务器上，简化了服务平台的开发、维护和 使用【2 6 1 。基于w e b 的数控编程和仿真服务系统的总体结构如图2 1 i 所示。 另外b r o w s e s e r v e r 模式由于采用标准的t c p i p 、h t t p 协议，它可以使此服 务平台能够与企业现有网络很好的结合。 总之，这种以服务器为中心的结构体系使企业摆脱了以往密集人才资源、高成 本的操作管理方式，对用户最大的好处是客户端不需要安装什么设各与软件，只需 要一个w e b 浏览器，相同的瘦型客户端应用程序可以在不同的硬件平台上运行，不 必针对不同平台来写不同版本的应用程序并维护它【2 7 j 。b s 的这些特点和优势，使 它成为目前w e b 系统使用的主流结构，成为本系统开发的首选结构。 2 2 服务平台相应模块的功能 客户进入数控编程及仿真服务平台后，输入自己的基本信息后，可以对所需要 的服务进行选择。系统的功能模块如图2 2 1 所示。 开始 首页 客户基本信息输入 铣削加工服务 非 刀f 图 轨il 形 设lj 上 置f 载 别男 设li 设 置ff 置 图2 2 1 系统功能模块图 堑 削 参 数 查 询 参数查询i结果下载 铣 削 参 数 查 询 数 控 程 序 下 载 其中包含的主要服务模块如下： 首页：客户可以在此页面输入自己的基本信息及服务留言。， 铣削加工服务模块：此模块主要为客户提供铣削加工服务功能，客户在本 模块中可以对铣床的型号、所用的操作系统、工作台尺寸等机床的参数根 南京理工大学硕士论文基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的研究 据自己的生产情况进行设定。选择铣削加工的合适的毛坯并进行尺寸设定。 选择铣加工所用的刀具并对切削用量进行设定。上传铣加工的零件的二维 或三维图。 车削加工服务模块：此模块主要为客户提供车削加工服务功能，客户在本 模块中可以对车床的型号、所用的操作系统、工作台尺寸等机床的参数根 据自己的生产情况进行设定。选择车削加工的合适的毛坯并进行尺寸设定。 选择车加工所用的刀具并对切削用量进行设定。上传车加工的零件的二维 或三维图。 参数查询模块：进入此页面后，客户可以对两类参数进行查询，一类是车 削参数的查询，还有一类是铣削参数的查询。参数的查询主要是切削用量 的查询，供必要的时候客户进行参考，以便客户合理的确定铣削和车肖0 加 工时刀具的切削用量。 结果下载模块：服务单位在此模块中可以下载不同客户的服务定制要求。 客户可以在此模块中观看和下载服务单位加工完成后的程序和仿真动画。 2 3 服务平台的工作流程 整个服务平台的工作流程如图2 1 3 1 所示：客户在首页填写好基本信息和服务 留言后，根据需要选择铣削加工服务或是车削加工服务，服务类型选择好后，对涉 及的参数进行设置，对铣削加工来说首先是机床参数的设置、机床参数设置好后选 择加工用的毛坯形状以及对毛坯的材料和尺寸进行设置，然后选择加工用的刀具， 刀具选择好后对具体某把刀具的切削用量进行设置，这时候可以通过参数查询来查 询相应的材料刀具的切削用量参考值，然后回到切削用量设置界面进行设置，设置 完成后选择刀轨形状，然后上载加工零件的二维或三维图，服务单位下载客户的定 制表单，后台完成加工操作，提供程序和仿真a v i 文件，服务平台管理员上载程序 和仿真a v i 文件，最后客户可以在加工结果下载区观看和下载程序以及仿真动画的 a v i 文件。对车削加工来说，除了不需要刀轨设置这样一个环节外，其它的过程跟 铣削加工是一样的。 南京理工大学硕士论文基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的研究 2 4 服务平台的实现方案 2 4 1 服务平台的技术方案 图2 3 1服务平台的工作流程图 根据本次研究的目标和实现服务平台功能的需要对服务平台的具体实现提出 以下技术方案： ( 1 ) 采用b s 结构模型； ( 2 ) 以超文本的方式实现用户w e b 页面制作，以a s p n e t 编写应用程序。 ( 3 ) 采用a c c e s s 2 0 0 0 设计后台数据库，建立相关数据库表文件并管理系统的 各项数据，使用o l ed b 进行数据库访问。 ( 4 ) 用户定制信息以表单( f o r m ) 的形式提交到服务器。 ( 5 ) 仿真动画形成a v i 文件，供客户下载和观看。 南京理工大学硕士论文基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的研究 2 4 2 服务平台客户端的实现方案 w e b 浏览器是提供各种数据的标准方法，它以统一的方式运行于客户计算机上， 而不必考虑操作系统的类型。它是针对于特定的客户端的操作系统编写的，但是能 够解释那些通过i n t e r n e t 以统一的格式传输的数据。这样，就可以不再为操作系 统书写程序，而是为浏览器书写程序。浏览器有纯文本浏览器、图形浏览器、 n e t s c a p en a v i g a t o r ，i n t e r n e te x p l o r e r 四种类型。n e t s c a p en a v i g a t o r 支持h t m l 、 j a v a s c r i p t 和j a v a 小应用程序，不支持v b s c r i p t 和a c t i v e x 控件。i n t e r n e t e x p l o r e r 所支持的技术和属性就范围来说是最广泛的，除了支持h t m l ，客户端的 j a v a s c r i p t 和j a v a 小应用程序外，还支持v b s c r i p t 和a c t i v e x 控件。i e 浏览器 作为一个统一的、跨平台的应用程序容器，通过u r l 将请求信息发送给w e b 服务器， 由服务器返回h t m l 页面，来完成相应的服务功能。 基于w e b 的数控编程及仿真服务平台在进行开发时，要用到v b s c r i p t 语言。 因此，使用i e 浏览器作为客户端的统一交互界面是基于w e b 的数控编程及仿真服 务平台实现时的合适选择。 2 4 3w e b 服务器的选择 选择w e b 服务器，一般考虑以下几方面因素【2 8 】： 响应能力，即w e b 服务器对多个用户浏览信息的响应速度； 夺与后端服务器的继承，w e b 服务器可以说是i n t e r n e t 中的信息中转站，它 将不同来源、不同格式的信息转化成统一的格式，供具有统一界面的客户机 浏览器浏览，因此w e b 服务器除直接向用户提供信息外，还肩负着服务器集 成的任务。 夺信息开发难易程度，信息是w e b 服务器的核心，信息开发是否简单对w e b 信 息是否丰富影响很大，即它所支持的开发语言是否满足要求。 令稳定可靠性，w e b 服务器的性能和运行都需要非常稳定，如经常发生故障， 将会产生严重影响。 安全性，从两方面考虑安全意识，一是防止w e b 服务器的机密泄露，二是防 止黑客攻击。 目前比较流行的w e b 服务器有自由软件t o m c a t 、m i c r o s o f t 推出的i i s 信息服 务器、网景公司的i p l a n e t 、专用于n e t w a r e 的n o v e l ln e t w a r ew e b s e r v e r 等以及 b e a 公司的企业级服务器w e b l o g i c 。i i s 信息服务器目前使用比较广泛，运行速度 很快，本服务平台的开发使用m i c r o s o f t n e t 框架开发，同为微软的产品，i i s 能够 支持n e t ，而且i i s 又能充分发挥w i n d o w sn t 强大功能的优势，并且允许在公共 南京理工大学硕士论文基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的研究 i n t r a n e t 或i n t e r n e t 上发布信息，所以使用w i n d o w sn t 自带的i i s 作为w e b 服务 器。 2 4 4 数据库服务器的选择 因为基于w e b 的数控编程及仿真服务平台主要管理两类数据，一类是结构化数 据，如数字、符号等；另一类是非结构化数据如图形、文档等。在此，本课题采用 关系型数据库系统进行结构化数据管理，同时在关系型数据库中建立相应的字段以 支持非结构化数据的管理，用户可以对字段的存在进行查询，非结构化数据之间的 语义关系和空间关系留给应用程序完成，采用这种方法是因为在开发成本和系统兼 容性方面这种管理方法都比较实际。 本课题的后台数据库属于比较小型的数据库，没有必要使用，s q ls e r v e r 这种 适应比较大型的数据库的管理系统。目前比较流行的桌面数据库管理系统a c c e s s ， 使用方便，操作简单并且功能也很强大。所以本系统的数据库采用a c c e s s 。 2 5 本章小结 本章规划了基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的总体的结构设计、服务平台 模块的功能以及系统的工作流程，并对服务平台的实现方案进行了阐述，包括服务 平台实现的基本技术方案，以及服务平台的客户端、w e b 服务器端、数据库服务器 的选用，建立了服务平台的开发环境。 1 4 南京理工大学硕士论文基于w e b 的数控编程及仿真服务平台的研究 3 基于w e b 的数控编程及仿真服务平台开发中的关键技术 i n t e r n e t 的飞速发展，促进了好多相关行业的发展。它的发展把网络化制造也 带到了一个全新的高度。 w e b 利用图形界面和超文本链接方式来组织各种信息。w e b 的最终目的是要集 成i n t e r n e t 上的各种主要协议和应用，为用户提供统一方便的使用界面。w e b 所使 用的基本协议是h t t p ，它同时也提供了对t e l n e t ，f t p ( f i l et r a n s f e rp r o t o c o l ， 文件传输协议) 、g o p h e r 以及s m t p ( s i m p l em e s s a g et r a n s f e rp r o t o c o l ，简单邮 件传输协议) 等i n t e r n e t 协议的支持。w e b 已成为访问i n t e r n e t 上各种信息的首选 技术。把数控编程及仿真服务平台建立在w e b 技术的基础上，正是迎合了这样的发 展趋势。 3 1w e b 文档页面技术 作为一个基于w e b 的服务平台，在客户端要提供界面进行有关信息的收集，这 必须要用到相关的文挡页面技术。目前w e b 文档可划分为静态w e b 文档，动态w e b 文档和活动w e b 文档这三类【2 9 】。 静态w e b 文档是一个储存于w e b 服务器的文件，文档的内容在制作时固定下来， 不会变化，主要使用h t m l 语言。在制作系统时，可用于制作界面内容固定的文档， 可实现文字、表格、图片、图像资料，及多媒体文件，包括音频、视频、动画等资 料。 动态w e b 文档的内容预先不确定，而是当浏览器访问w e b 服务器时创建。当一 个请求时，w e b 服务器运行一个应用程序创建动态文档，服务器返回程序的输出作 为浏览器访问的应答， 活动w e b 文档不完全由服务器一端确定，一个活动文档包括一个计算和显示值 的程序。当浏览器访问活动文档时，服务器返回一个浏览器可以局部的执行程序的 副本，该文档可以和用户交互执行并不停地改变显示。 本服务平台的客户端各模块的界面制作采用静态w e b 文档，使用h t m l 语言来 实现客户界面。 3 2w e b 编程技术 在服务平台的开发过程中，服务器端的一些应用程序要采用w e b 的编程技术来 实现。界面应用程序的编写和数据库查询要使用v b s c r i p t 脚本语言结合a s p n e t 来实现。v b s c r i p t 是程序开发语言v i s u a l b a s i c 家族的新成员，它将灵活的s c r i p t 蜜京理工大学硕