（控制理论与控制工程专业论文）纺纱工艺管理子系统的研究与开发.pdf

摘要 摘要 为使纺纱企业规范工艺管理，提高工艺管理水平，适应“小批量、多品种”的生产 要求，本文运用信息管理理论和数据库应用技术设计并开发了纺纱工艺管理信息系统的 应用软件。该系统是华茂集团管理信息系统的一个重要组成部分。 本文分析了纺纱工艺设计及管理流程，以满足用户可以以图文并茂的方式设计工艺 的要求为出发点，将工艺数据库设计成三层结构，并引入了用户自定义机制，这不仅提 高了系统的通用性，而且为基于案例分析技术在工艺设计上的应用提供了良好的案例表 达方式。围绕工艺数据库，并借鉴物元的思想，系统实现了工艺自动计算功能、辅助工 艺设计功能、故障检测功能、工艺单管理功能、齿轮轮盘库存管理功能等。同时，为保 证系统的安全，在应用系统层设计了用户二级身份认证及功能授权机制。此外，本文还 讨论了基于案例分析技术的智能工艺设计方法。 本系统选用了w i n d o w s 环境下的d e l p h i 7 0 作为前台应用程序开发工具，m i c r o s o f t s o l s e r v e r 2 0 0 0 作为后台数据库管理系统，采用模块化设计思路，功能完备，界面友 好，操作方便，运行效果良好。 最终完成的纺纱工艺管理信息系统为用户进行工艺设计及工艺管理提供了方便、快 捷的平台，极大地提高了工作效率，进一步完善了华茂集团的信息化管理。 关键词：管理信息系统数据库纺纱工艺基于案例分析 a b s t r a c t a b s t r a c t n es o f t w a r eo fs p i n n i n gp r o c e s sm a n a g e m e n tb yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tt h e o r ya n d d a t a b a s et e c h n o l o g yh a sb e e nd e v e l o p e dt om a k es p i n n i n ge n t e r p r i s e sn o r m a l i z ep r o c e s s m a n a g e m e n t ，e n h a n c et h e i rp r o c e s sm a n a g e m e n tl e v e l ，f i tp r o d u c t i o nr e q u i r e m e n t s o f s m a l l - s c a l ea n dm u l t i - s p e c i e s t h es y s t e mi sa ni m p o r t a n ts u b s y s t e mo fh u a m a og r o u p s m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m 皿ef l o wo fp l a n n i n ga n dm a n a g e m e n to fs p i n n i n gp r o c e s si sa n a l y z e d t os a t i s f yu s e r s n e e do fp l a n n i n gp r o c e s sb ya b u n d a n tw a y , t h ep r o c e s sd a t a b a s ei sd e s i g n e da st h r e e l a y e r e d s t r u c t u r e ；f u r t h e r m o r e u s e r - d e f i n e dm e c h a n i s mi si n t r o d u c e d t h i sm e t h o dn o to n l yi m p r o v e s s y s t e m sg e n e r a l i t y , b u ta l s op r o v i d e sag o o dc a s ee x p r e s s i o nm o d ef o ra s s u m e di n t e l l i g e n t s p i n n i n gp l a n n i n g s o m ef u n c t i o n sa r ca c h i e v e db a s e d0 1 1p r o c e s sd a t a b a s ea n dt h ec o n c e p to f m a t e r i a lu n i t , s u c ha sp r o c e s sa u t o m a cc o m p u t a t i o n ，a i d o dp r o c e s sp l a n n i n g a tt h es a n l et i m e t oe n s u r et h es y s t e m ss e c u r i t y , t w o - e l a s sc e r t i f i c a t i o na n df u n c t i o n a ll i c e n s i n gm e c h a n i s m 眦d e s i g n e di nt h ea p p l i c a t i o nl a y e f i na d d i t i o n t h em e t h o do fi n t e l l i g e n ts p i n n i n gp l a n n i n g b a s e do nt e c h n i q u e so fc a s e - b a s e dr e a s o n i n gi sd i s c u s s e d t h es y s t e mi sd e v e l o p e db yd e l p h i7 0a s a p p l i c a t i o nd e v e l o p m e n tf a c i l i t y , a n d m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0a sd a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e mo nw i n d o w so p e r a t i n g s y s t e m w i n gm o d u l ed e s i g nt h o u g h t ，t h es y s t e mh a si t sc h a r a c t e r i s t i c so fa l lf u n c t i o n s ， f r i e n d l yi n t e r f a c e ，c o n v e n i e n to p e r a t i o na n dw e l lr u n n i n ge f f e c t f i n a l l yc o m p l e t e ds p i n n i n gp r o c e s sm a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mp r o v i d e su s e r s c o n v e n i e n ta n dr a p i dp l a t f o r m ，e n o r m o u s l ye n h a n c e sw o r k i n ge f f i c i e n c y , a n dg e t sh u a m a o g r o u p si n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tm o r ep e r f e c t k e yw o r d s ：m i s ，d a t a b a s e ，s p i n n i n gp r o c e s s ，c a s e - b a s e dr e a s o n i n g i i 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。 研究生签名： l 耋丝丝e t 期：姆口 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。 研究生签名：丝丝焦导师签名： 期： 第一章绪论 第一章绪论 当今社会，以计算机技术、数据库技术和人工智能为代表的计算机应用技术迅猛发 展，并越来越广泛和深入地渗透到社会生活的各个方面，使得社会的发展越来越紧密地 依靠计算机。管理信息系统作为计算机应用的一个主要领域，在改善企业经营、提高企 业管理和推动社会发展等方面起到了非常重要的作用。 纺织工业是我国的传统支柱产业之一，为其它产业的发展提供了宝贵的物质基础。 但是，我国纺织企业的经营模式基本上还处于粗放型、劳动密集型状态，产品科技含量、 附加值等都处于较低水平；在国际市场上还是以中、低档产品为主。要使中国纺织企业 在激烈的国际市场竞争中立于不败之地，不仅要增加产品科技含量，大幅度提高产品质 量和产品附加值，还必须借鉴先进的管理方法和管理理念，用生物技术、信息技术等各 种高新技术来提升企业的核心竞争力，建立起以市场为导向的快速反应机制。开发纺织 企业的管理信息系统正迎合了这样的社会需求，是纺织企业发展的必然趋势。 目前，纺织行业已被国家确定为企业信息化建设试点行业，这必将大大推动纺织行 业的信息化建设，促进纺织行业的大发展，提高企业的各项管理水平，提升企业的竞争 力，使纺织行业重现辉煌。 1 1 华茂集团介绍 安徽华茂集团有限公司是我国纺织行业国家大型一类企业和全国5 1 2 家重点国有企 业之一，其前身为安庆纺织厂，始建于1 9 5 8 年1 1 月，是安庆市人民政府授权经营的国有 独资企业。 1 9 9 5 年，在“中国工业企业综合评价最优5 0 0 家”的评选活动中，公司排名第2 6 5 位， 列全国棉纺织行业首位；截至1 9 9 9 年年末，拥有资产总额9 2 8 亿元，资产负债率为4 2 3 。 公司采用股份制形式管理各分支企业，分为全资子公司、控股子公司、参股子公司 三类。控股子公司中的安徽华茂纺织股份有限公司于1 9 9 8 年6 月在深圳交易所发行了 5 0 0 0 万社会公众股股票，募集资金达2 亿多元人民币，为该集团公司最大的子公司。 1 2 论文的研究背景及主要内容 1 9 9 8 年，安徽华茂集团有限公司进入到了一个新的发展阶段，公司通过了i s 0 9 0 0 0 查堕奎竺堕主兰垡堡奎 质量体系认证，公司的机构进行了合理的调整。随着现代企业管理制度的不断建立和完 善，企业管理的深化和创新为管理工作提出了新的目标和要求。管理的核心是决策。而 决策离不开信息。因此，为了进一步提高企业管理水平。公司决定建设计算机信息化工 程。 从1 9 9 9 年到2 0 0 2 年，在公司领导的正确领导下，经过东南大学开发人员的努力及公 司全体员工的协助，华茂信息化一期工程( i i m m i s - i ) 建设圆满完成。除数据库和网络 两个支持分系统外，h m m i s i 主要包括8 大子系统：物流管理、生产计划经营管理， 技术质量管理、设备及能源计量管理、人事管理、办公自动化、财务管理和综合查询。 h m m i s i 的投入使用，极大地调动了企业员工使用计算机的热情，并使企业员工对企 业信息化建设提出了更高的需求。在此背景下，公司决定从2 0 0 4 年起开始实施华茂信息 化二期工程( h m m i s i i ) ，主要解决生产智能调度、工艺管理和智能配槁问题，同时进 一步以条形码方式完善一朋工程的物流管理。合作单位仍选定为东南大学。 纺纱工艺管理一直是纺织企业管理的难题之一，它的水平直接决定纱产品的内在质 量和反映企业的技术水平，是企业竞争力的集中体现。纺纱工艺管理内容一般包括：日 常的工艺设计、变更调整、品种翻改、平车核对工艺、机上工艺调整改变、交换牙齿的 检查、品种的管理等。这些管理项目都由专人负责。在过去的计划经济时代，企业生产 的品种单一，生产工艺上数年没有大的调整，因此日常的工艺管理工作相对较少；但随 着目前市场经济的发展，生产围绕市场转，几乎每天都有品种翻改，这对于一个拥有六 七万纱锭的纺纱车间来说，工艺管理人员的大部分精力都耗费在为工艺调整开出的各类 工艺单上，而且由于品种翻改的数量多、任务急，经鬻导致一些不必要的差错以及使工 艺管理人员无暇对质量、试验等进行细致的管理。显然，面对多变的市场需求和激烈的 市场竞争，以往的工艺管理模式还需进一步完善。因此，开发关于纺纱工艺管理的管理信 息系统追在眉睫。 影响纱产品质量的四大因素为原料、设备、工艺和人，论文以纺纱工艺作为研究重 点，结合集团公司的纺纱工艺管理理念，探讨计算机辅助下的工艺设计及工艺管理，研 究加强纺织企业纺纱工艺管理效率昀方法 本论文的内容主要集中在以下几个方面： 介绍了管理信息系统、网络及数据库的相关知识 分柝了 弛瓤i s 一的总体设计方案，其中包括系统的构成、总体结构设计、数 据库管理系统和应用开发工具的选择等。 阐述了主要模块的实现过程，对系统的应用效果及改进方向进行了描述，并就 2 第一章绪论 人工智能技术在纺纱工艺设计上的应用进行了研究 针对目前管理信息系统越来越突出的性能和安全问题，对功能授权、身份认证 等安全性设计的实现方案进行了分析；分析了通过创建索引、采用存储过程等 方法实现系统性能优化的方案。 1 3 论文研究的目的和意义 现有的纺纱工艺管理模式使纺织企业不能从容地面对变幻莫测的市场需求，不能保 证决定产品质量的工艺数据在企业各部门流动过程中的安全性，工艺的查询、修改、保 存极为不便，数据的准确性存在偏差。通过本论文的研究，实现了对工艺数据的信息化 管理，方便了工艺数据的查询、修改以及保存，规范了工艺单的制定、签收，提高了工 艺数据的准确性，减少了制定工艺单的随意性；实现了通过对历史工艺数据的分析提高 工艺设计速度的功能，体现了纺纱工艺设计继承与重用设计知识的特点；弥补了现有纺 纱工艺管理信息系统的不足，在工艺参数的计算公式维护以及新机型的引入机制上更胜 一筹。 1 4 国内外研究现状 用于纺织生产的软件可以分为如下几类 1 ：( 1 ) 用于纺织生产各个工序故障诊断和 报警的各类专家系统；( 2 ) 用于优化生产，得出最佳工艺参数的数据处理和仿真系统： ( 3 ) 用于生产管理的综合管理系统；( 4 ) 纺织厂生产活动各个方面的应用集成软件包。 国外，由于其注重对计算机技术的推广及应用，大约在2 0 世纪八十年代末，有关纺 织企业生产的综合管理软件的研制开发技术已相当成熟。进入九十年代，纺织企业计算 机软件的开发主要集中在计算机集成制造( c d 订) 和快速反应( q r ) 上。 1 9 8 8 年，德国人开发了一种用于剑杆织机的系统 2 。该系统具有诊断织机停机的 功能，它不用人机对话的形式向计算机输入信息，系统解决问题所需的全部信息均由装 在织机上的传感器自动传送给计算机，驻机的专家系统对收集到的信息进行分析处理 后，将得出的结论传送给在织机旁的操作工人，工人便可参照计算机所给出的建议来进 行维修或操作。 文献c 3 介绍了一种用于纺纱行业的计算机辅助设计系统，该系统对纺纱行业的全 面计算机优化( 生产、成本、机器排列等) 作了尝试。 文献 4 介绍了纺织企业的生产计划控制m r p i i 的行业独特性，强调了生产控制对 一3 奎堕盔兰堡主堂垡堡茎 其它部分的重要性，在该系统中主要体现了m r p 和o f f 的思想。 我国在八十年代初开始了纺织生产应用软件的开发，九十年代以后，这类软件的开 发更加迅猛。 中国纺织大学和北京第三棉纺厂在1 9 9 0 年建成了棉纺厂管理信息系统 ( c t u - j m s ) 5 。该系统的硬件基础为以超级微机a i p h a 为中心，各工作站a l p h a - p c 连接的主机一工作站模式的数据通讯网络。 文献 6 介绍了天津纺织工学院研制的棉纺厂纺纱工艺计算机辅助设计系统 ( c s t c a d ) ，该系统采用v i s u a lb a s i c 实现与工艺数据库的连接，包括了纺纱生产各工 序的工艺参数和数据，可实现工艺单的录入、查询、修改、打印等功能，可对生产质量 进行分析。 山东莒信涤纶有限公司与浪潮集团软件开发公司合作开发，在1 9 9 6 年1 月研制成功 了山东莒信涤纶有限公司网络管理信息系统( j d m i s ) 7 。该系统是客户机服务器体系 的分布式的管理信息系统。其服务器端软件使用s y b a s e 的s y b a s es q ls e r v e r 负责高速计 算、数据管理和事务管理，在客户端使用p o w e rb u i l d e r 作为开发工具，生成应用程序。 这一管理信息系统集成了存储管理子系统、销售管理子系统、设备管理子系统等十四个 子系统。 济南金冠毛纺集团有限公司在1 9 9 8 年成功升级了计算机辅助备件管理系统 8 。该 系统d a p b6 0 和s o ls y b a s e6 5 开发所得，在c o m p a qd e s k p r 02 0 0 0 网络服务器的支 持下，于企业内部局域网上运行，对全公司的7 0 0 0 多件备用物资的库存信息、出入库情 况等进行管理，对备件的储备定额进行了合理的调整，大大降低了库存资金的占用。 综合国内外的纺织生产应用软件的开发情况，可以看出国内与国外的差距较大，主 要体现在：人工智能技术应用；综合性软件包开发；与硬件相配套的软件开发；软件开 发的组织管理水平和用户界面友好性。虽然国外开发的软件优于我国，但由于我国的生 产环境与国外存在着一定的差异，因此，国外软件不一定适合于我国的国情，这就要求 我们自主开发适合我国国情的纺织生产应用软件，并在该领域赶上和超过世界先进水 平。 第二章相关知识 2 1 管理信息系统概述 2 1 1 管理信息系统的定义 第二章相关知识 管理信息系统( m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m s ，缩写为m i s ) 是一个不断发展的新 型学科 9 ，它综合了其它学科，主要包括管理科学、系统科学、信息科学，其定义随 着这些学科技术的发展而不断更新。按照中国企业管理百科全书的定义，管理信息 系统是一个由人和计算机等组成的能进行信息收集、传递、存储、加工、维护和使用的 系统。它能实测企业的各种运行情况，利用过去的数据预测未来，从全局出发辅助企业 决策，利用信息控制企业行为，帮助企业实现规划目标。 2 1 2 管理信息系统的功能 根据管理信息系统的定义，可以看出管理信息系统具有以下功能 9 ，1 8 ： 1 、数据处理功能。以达到为人们共享的目的，对信息进行的采集、处理、存储、 管理、检索、传输和输出等。 2 、计划功能。根据现存条件和约束条件，提供各职能部门的计划，如生产计划、 财务计划、采购计划等，并按照不同的管理层次提供相应的计划报告。 3 、控制功能。根据各职能部门提供的数据，对计划执行情况迸行监督、检查，比 较执行与计划的差异，分析差异及产生差异的原因，辅助管理人员及时加以控制。 4 、预测功能。运用现代数学方法、统计方法或模拟方法，根据现有数据预测未来。 5 、辅助决策功能。采用相应的数学模型，从大量数据中推导出有关问题的最优解 和满意解，辅助管理人员进行决策。以期合理利用资源，获得最大的经济效益。 以上功能中，数据处理功能是管理信息系统最基本的功能。 2 1 3 管理信息系统的特点 管理信息系统的特点有以下几个方面 9 ： 1 、管理信息系统是一个人机系统。利用计算机强大的处理能力和存储能力，这既 是管理现代化的客观要求，也是管理信息系统的基本特点。但是，人在利用计算机的同 5 垄童盔兰堡主堂垡堡茎 时，也要考虑各自的特点，使管理信息系统成为一个人机协调系统。 2 、管理信息系统是一个人机一体化的集成系统。管理信息系统是以系统思想为指 导进行设计和建立的，因此保证了整个系统的统一和协调，使得系统中的数据具有一致 性和共享性。现代网络技术和数据库技术是实现管理信息系统一体化的重要技术基础。 3 、数据库的应用。具有集中统一规划的数据库是现代管理信息系统的重要特点， 它标志着管理信息系统真正实现了数据的集中统一，使数据成为各种用户共享的资源。 4 、数学模型的应用。在管理信息系统中利用计算机的计算功能和判断能力来分析 数据，进行预测和辅助决策是管理信息系统的又一特点。通过应用数学模型可为管理人 员进行最佳决策提供必要的信息。 2 2 管理信息系统的开发方法 管理信息系统的开发方法 1 0 ，1 1 是系统成功的保证，目前主要的开发方法有结构 化生命周期法、原型法以及结合面向对象技术提出的面向对象方法，本节将介绍这些方 法的内容和特点。 2 2 1 结构化生命周期法 结构化生命周期法，简称结构化方法，是信息系统开发中最成熟的方法，其基本思 想是：将信息系统的开发过程从开始到结束分为若干个阶段，并为每个阶段规定目标和 任务，依据一定准则逐步完成。 结构化方法将系统开发过程分为5 个依次连接的阶段。 1 、系统规划阶段：根据用户需求，给出拟建系统的备选方案，对这些方案进行可 行性分析，写出可行性分析报告。 2 、系统分析阶段：分析系统业务流程，确定系统的基本目标和逻辑功能要求，即 提出系统的逻辑模型。 3 、系统设计阶段：根据逻辑模型，考虑实际条件，具体设计实现逻辑模型的技术 方案，即物理模型。 4 、系统实施阶段：将设计的系统付诸实施，包括设备的购置、安装和调试，程序 的编写和调试等。 5 、系统运行和维护阶段：系统运行后，对系统进行维护和评价，根据一定的规格 对系统进行必要的修改。 6 第二章相关知识 结构化方法简单明了，技术成熟，并严格区分工作阶段，将各工作阶段的成果文档 化可以及时发现问题，避免出现混乱。但这种方法开发周期长，而且在开发过程中用户 需求一旦发生变化，系统将很难做出调整。 2 2 2 原型法 原型法的基本思想是先构造出一个满足用户主要需求的系统原型，在运行过程中与 用户一起发现问题而对原型不断改善，直到满足用户要求。 原型法将系统开发过程分为以下4 个阶段。 1 、明确用户基本的信息需求：分析用户的主要功能要求和实现这些要求的数据规 范、报告格式、屏幕要求。 2 、建立初始原型：迅速制作一个初始原型，该原型满足第一阶段提出的基本要求。 3 、评价原型：用户在开发人员的协助下运行该原型，提出修改意见。 4 、修改和完善原型：根据用户的意见，尽快修改原型系统供用户使用。 原型法的优点是：增进用户与开发人员之间的沟通，帮助开发者认识用户的真正需 求，有利于启迪衍生式的用户需求，缩短开发周期，降低开发风险。 原型法的缺点是：开发方法尚不成熟。对原型的理解也因人而异，如原型定位错误， 将导致系统开发失败；用户的计算机水平将影响用户对原型的理解。 2 2 3 面向对象开发方法 面向对象( o b j e c to r i e n t e d ) 方法是由面向对象程序设计方法o o p ( o b j e c to r i e n t e d p r o g r a m m i n g ) 发展起来的。其基本思想是采用对象来描述问题空间的实体，由这些对象 来构造系统。对象作为现实空间的抽象，具有抽象性、封装性、继承性、多态性四个基 本特性。面向对象开发过程分为四个阶段：系统调查与需求分析；o o a 阶段：发现和 识别对象；o o d 阶段：发明和设计对象；o o p 阶段：创建和实现对象。同时开发过程 是一次次的迭代反复过程，随着迭代的过程，系统的功能不断完善。 2 3 管理信息系统的体系结构 m i s 系统平台模式大体分为4 种 1 2 - 1 5 ，1 7 ：主机终端模式、文件服务器模式、客 户机服务器模式( c l i e n t s e r v e r ，简称c s ) 和w e b 浏览i t i l l 务器模式( b r o w s e r s e r v e r ， 简称b s ) 。下面将介绍目前两种流行的模式：c s 模式和b s 模式。 7 东南大学硕士学位论文 2 3 1 c s 模式 c 俗模式是2 0 世纪8 0 年代逐渐成长起来的一种模式，在这种结构中有三个主要部 件：数据库服务器、客户端应用程序和网络。服务器的任务集中于：数据库安全性的要 求；数据库访问并发性的控制；数据库前端的客户应用程序的全局数据完整性规则；数 据库的备份与恢复。客户端应用程序的主要任务是：提供用户与数据库交互的界面：向 数据库服务器提交用户请求并接受来自数据库服务器的信息；利用客户应用程序对存在 于客户端的数据执行应用要求。网络的主要作用是完成数据库服务器和客户端应用程序 之间的数据传输。 两层a s 结构 这种体系结构将显示逻辑和事务逻辑组合在一起，运行在客户端。基本运行关系体 现为“请求响应”的应答模式：每当用户需要访问服务器时就由客户机发出请求，服 务器接受请求后，执行相应的服务，并将执行结果送回客户机。结构如下： 客户机服务器 图2 1 两层c s 结构 两层c s 结构的优点：容易实现较丰富的图形显示和交互；由于在网络上传送的是 数据操作的请求和数据操作的结果，网络传输量小，并且由于是数据库服务器负责数据 操作，数据的安全性、完整性维护和开放性都较好；该结构使用时间较长，技术成熟， 开发人员经验丰富，同时可供利用的开发工具和资源也较丰富。 两层c s 结构的缺点：服务器端的数据库必须与每一个活动的客户保持连接，这些 连接耗费了大量的资源，客户数量的增加将导致系统性能的不断下降；由于事务逻辑全 部驻留在客户端，因而当应用环境发生变化需要改变事物逻辑时，在每个客户机上的程 序都要更新，增加了系统维护和管理的代价；该结构造成客户端过于庞大，负担过重， 成为“胖客户机”，而服务器端的任务相对较轻，成为“瘦服务器”。 三层c ，s 结构 三层c s 结构是两层c 格结构的扩展，它将事务逻辑从客户端独立出来，用新增加 的应用服务器来完成，客户端只完成显示和交互的工作，数据库服务器只完成数据的处 理和维护工作。将事务逻辑集中在应用服务器上，大大降低了维护升级工作的复杂性， 8 ， 第二章相关知识 同时简化了客户端的工作，解决了“胖客户机”的问题。结构如下： 客户机应用服务器数据库服务器 图2 - 2 三层c s 结构 三层c s 与两层c s 结构相比较，有以下优点： l 、适应性较强。三层结构中，各层保持相对独立性，当其中菜一层需要改变时， 其它各层不受影响，使得系统的升级、管理极为灵活。 2 、易于维护。当事务逻辑发生改变时，只需要更新应用服务器上的事务逻辑，所 有连接在应用服务器上的客户机就可以及时，同步地使用新的事务逻辑，避免了客户端 应用程序的版本控制和重新发布的困难。 3 、数据安全性较好。客户端不直接对数据库进行存取操作，从而有效地防止了对 数据库的非法侵入。 2 3 2b s 模式 b s 模式是随着网络技术的发展，在c s 模式基础上不断发展完善起来的，是三层c s 结构在w 曲上应用的特例。b s 体系结构的客户端是w e b 浏览器，它负责显示和交互；应 用服务器是具有应用程序扩展功能的w e b 服务器，它的任务是接受用户的请求，执行相 应的扩展应用程序，通过s q i 等方式向数据库服务器提出数据处理申请，而后将数据库 服务器的数据处理结果传送回客户端；数据库服务器负责接受w e b 服务器对数据库操作 的请求，实现对数据库查询、修改和更新等功能，并把运行结果提交给w e b 服务器。 在b s 体系结构中，用户可以通过w e b 浏览器向分布在网络上的许多服务器发出请 求，这极大地简化了客户机的工作，而服务器将负担更多的工作，对数据库的访问和应 用程序的执行都将在服务器上完成。结构如下： w e b 浏览器w e b 服务器数据库服务器 图2 - 3 b s 模式 东南大学硕士学位论文 2 4 网络技术 2 4 i 网络的定义及分类 计算机网络 1 9 ，2 0 就是把分布在不同区域的计算机与专门的外部设备用通信线路 互连成一个规模大、功能强的网络系统，从而使众多的计算机可以方便地互传信息，共 享硬件、软件、数据信息等资源，它是现代通讯技术与计算机技术相结合的产物。一个 计算机系统进入网络以后，就具有共享资源、提高可靠性、分担负荷和实现实时管理等 优点。从8 0 年代末开始，计算机网络技术进入新的发展阶段，它以光纤通信应用于计算 朝i 网络、多媒体技术、综合业务数字网络、人工智能网络的出现和发展为主要标志。9 0 年代末至下个世纪初将是计算机网络高速发展时期，计算机网络的应用将向更高层次发 展，尤其是i n t e m e t 的网的发展，推动了计算机网络的飞速发展。 计算机网络按照规模和大小可分为：局域网( l a n ) ，城域网( m a n ) ，综合业务数 字网( i s d n ) 和广域网( w a n ) ；按照拓扑结构可分为：环形网、星型网、和总线型网等； 按照通讯传输介质可分为：同轴电缆网、双绞线网、光纤网和卫星网等；按照信号频带 占用方式可分为：基带网和宽带网。 2 4 2 网络硬件 1 、网卡 1 9 ，2 t 接入网络的每一台计算机都必须有一个进入该网络的接口，以便使用电缆或某种形 式的无线信号，使它能够将数据发送给网络上的其它设备。最常用的网络接口形式是适 配器卡，它连接到计算机的扩展总线，并且与网络电缆相连接，这个适配器卡通常称为 网络接口卡或网卡( 网络适配器) 。 网络接口适配器与网络适配器驱动程序相结合，能够实现计算机上使用的数据链路 层协议的各种功能比如以太网协议或令牌环网协议的功能，同时还可作为物理层的组成 部分。网卡还能够提供网络层协议( 它完全由操作系统来实现) 与网络介质( 它通常是与 网卡相连接的电缆) 之间的链路。 网卡和它的驱动程序负责执行计算机接入网络时需要的基本功能。发送数据的过程 由下列步骤组成( 接收数据时，其操作步骤相反) ：数据传输、数据缓存、帖的建立、介 质访问控制、并行串行转换、数据编码解码、数据的发送接收。 2 、传输介质 1 9 ，2 1 10 墨三兰塑差塑堡 在网络中，各个计算机之间直接传输数据的只有物理层，在工程实现的过程中，数 据的传输必须依靠媒体介质。传输介质对网络的数据传输影响很大，这主要取决于传输 介质的以下特性： a ) 、传输介质的最大传输速率。 b ) 、传输介质的传输频率范围。 c ) 、传输介质的最大传输距离。 d ) 、传输介质的抗干扰能力。 e ) 、传输介质可支持的传输技术是模拟传输还是数字传输等。 网络的传输介质一般分为三类： a ) 、有线通信：包括双绞线、同轴电缆等。 b ) 、光纤通信。 c ) 、无线通信；包括卫星通信和无线通信等。 3 、网络连接设备 1 9 ，2 1 各个不同的局域网可以用若干不同类型的设备连接起来，有些设备用来扩展局域网 的范围，而另一些设备用于建立互联网。这些设备包括下面几种： a ) 、中继器中继器纯粹是一种电气设备，通过对经过它的电子信号进行放大，从 而扩展局域网电缆所能跨越的最大距离。独立的中继器也可以用在同轴电缆网络上，使 同轴电缆网络能够跨越更远的距离。使用中继器来扩展网段的距离并不将网络段分成两 个局域网，也不会形成一个互联网。 b ) 、集线器集线器( h u b ) 是作为使用星状拓扑的网络的电缆节点来运行的一种设 备。每一台计算机都用它自己的电缆连接到中央集线器，集线器的职责是确保通过它的 任何一个端口输入的信息能够从其它端口传送出去。根据网络使用的介质，集线器可以 使用电路、光学组件或其它技术，通过各个输出端口将输入的信号传送出去。 c ) 、网桥网桥也具备中继器的放大功能，并且能够根据数据包的地址有选择地过 滤数据。网桥的一侧产生数据包，只有当另一侧存在它们要发送到的系统时，才会被传 播到网桥的另一侧。由于网桥并不组织广播消息跨越互相连接的各个电缆段进行传播， 所以网桥也不会形成多个局域网，或者把一个网络变成一个互联网。 d ) 、交换机交换机是一种革命性的设备，许多情况下它完全不需要使用共享网络 介质。与集线器一样，交换机实际上是个多端口中继器，不过它不是个纯粹的电气设备， 交换机读取每个接收进来的数据包的目的地址，然后只通过与目的系统相连的端口将数 据包发送出去。 11 东南大学硕士学位论文 e ) 、路由器路由器是个将两个局域网连接起来形成一个互联网的设备。与网桥一 样，路由器只将信息转发到指定的连接网段，不过它与中继器和网桥之间的差别是，路 由器不转发广播信息。路由器还能将不同类型的网络连接在一起，而网桥和中继器只能 连接相同类型的网段。 4 、服务器 1 9 ，2 1 服务器英文名称为s e r v e r ，指的是在网络环境中为客户机( c l i e n t ) 提供各种服务的、 特殊的专用计算机系统，在网络中承担着数据的存储、转发、发布等重要任务，是各类 客户机服务器( c s ) 模式网络中不可缺少的重要组成部分。 服务器是网络的控制核心，它的性能要求很高，一般由高档的微机或由大容量硬盘 的专用服务器担当。一般来说服务器有如下的功能： 1 ) 、网络操作系统。 2 ) 、存储和管理网络中的共享资源。 3 ) 、对数据进行备份。 4 ) 、为网络工作站提供应用程序服务。 5 ) 、为用户提供打印机、f a x 等共享资源。 6 ) 、通过服务器把工作站与其他大型网络( 如i n t e m e t ) 相连接。 7 ) 、监视及控制网络中工作站的情况。 2 4 3 网络通信协议 计算机网络中实现通信必须有一定的通信协议，对速率、传输代码、代码结构、传 输控制步骤、出错控制等制定标准 2 2 。为了使两个节点之间能进行对话，必须在它们 之间建立通信接口，使彼此之间能进行信息交换。接口包括两部分，一是硬件装置，功 能是实现节点之间的信息传送；二是软件装置，功能是规定双方进行通信的约定协议。 世界各大型计算机厂商推出各自的网络体系结构，国际标准化组织i s 0 提出开放系统互 连参考模型o s i ( o p e ns y s t e mi n t e r c o n n e c t i o n ) 。它将计算机网络体系结构的通信协议规 定为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层等七层。网络上 的每一台计算机都使用一系列协议来执行分配给各层的功能。七层通信协议构成了所谓 的协议组或网络栈，这个栈的最高层是应用层，它负责提出请求，以便访问位于网络上 其它地方的资源；网络栈的最底层是将计算机连接起来并形成网络的介质。该参考模型 己成为各种计算机网络结构的标准。 第二章相关知识 自从2 0 世纪7 0 年代问世以来，t c w i p 协议组已经发展成为o s i 模型的网络层和传输 层上的数据传输协议的业界标准。t c p f l p 协议的目的是使不同厂家生产的计算机能在共 同网络环境下运行，其中，t c p 是传输控制协议，它规定一种可靠的数据信息传递服务； p 协议是互联网协议，是支持网间互连的数据报协议。 2 5 数据库技术 前面提过，具有集中统一规划的数据库是现代管理信息系统的重要特点，下面就数 据库方面的知识作简单介绍。 2 5 1 数据库的基本概念 下面介绍一些数据库最常用的术语和基本概念 1 6 3 。 数据 数据是数据库中存储的基本对象，数据的种类很多，可以是数字、文字、图形、图 像、声音、学生档案记录等。 数据库( d a t a b a s e ，d b ) 数据库是长期存储在计算机内、有组织的、可共享的数据集合。数据库技术使数据 能按一定格式组织、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， 并可为一定范围内的多个用户共享。 数据库管理系统( d a t a b a s em a n a g e m e n ts y s t e m ，d a m s ) 数据库管理系统是位于用户和操作系统之间的一层数据管理软件。它可以科学、有 效地组织和存储数据，高效地获取和维护数据。 由于d b m s 实现的硬件资源、软件环境不同，所以d b m s 的功能和性能便有差异。 但不管有多少差异，它们通常都具有如下几个方面的基本功能： l 、数据库定义。d b m s 提供数据定义语言( d a t ad e f i n i t i o nl a n g u a g e ，d d l ) ，通过 它可以方便地对数据库的模式结构、数据库的完整性、数据库的安全性等进行定义。这 些定义存储在数据字典中，：是d b m s 运行的基本依据。 2 、数据存取。d a m s 提供数据操纵语言( d a t a m a n i p u l a t i o n l a n g u a g e ，d m l ) ，用户 可以使用d m l 操纵数据，实现对数据库的基本操作，如查询、插入、删除和修改。 3 、数据库运行管理。数据库在建立、运行和维护时由d b m s 统一管理、控制，以 保证数据的安全性、完整性、多用户对数据的并发使用和发生故障后的系统恢复。 东南大学硕士学位论文 4 、数据组织、存储和管理 d b m s 要分类组织、存储和管理各种数据，包括数据字典、用户数据、存取路径等。 要确定以何种文件结构和存取方式在存储介质上组织这些数据，如何实现数据之间的联 系。数据组织和存储的基本目标是提高存储空间利用率和方便存取，提供多种存取方法， 提高存取效率。 5 、数据库的建立和维护。包括数据库初始数据的输入、转换功能，数据库的存储、 恢复功能，数据库的重组、性能监视和分析功能等。 6 、其他功能。d b m s 的功能还包括d b m s 与网络中其他软件系统的通信功能；一个 d b m s 与另一个d b m s 或文件系统的数据转换功能；异构数据库之间的互访和互操作功 能等。 数据库系统( d a t a b a s es y s t e m ，d b s ) 数据库系统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、应用系统、数据库管理员构成，其结构如图2 - 4 ： 2 5 。2 数据模型 图2 4 数据库系统结构 数据库结构的基础是数据模型。数据模型是描述数据、数据联系，数据操作、数据 定义以及一致性约束的概念工具的集合，一般来说包括：数据的静态性，主要包括数据 的基本结构、数据间的联系和数据中的约束；数据的动态性，指定义在数据上的操作。 在数据库中，也是针对不同的使用对象和应用目的，采用多级数据模型，一般分为 以下三级 1 6 ； l 、概念数据模型 第二苹相关知识 概念数据模型是面向用户、面向现实世界的数据模型，与d b m s 无关，它主要用来 描述一个单位的概念化结构。采用概念数据模型，数据库设计人员可以在设计的开始阶 段，把主要精力用于了解和描述现实世界上，而把涉及d b m s 的一些技术性的问题推迟 到设计阶段去考虑。 2 、逻辑数据模型 逻辑数据模型是用户从数据库所看到的数据模型。用概念数据模型表示的数据必须 转化为逻辑数据模型表示的数据，才能在d b m s 中实现。逻辑数据模型既要面向用户， 也要面向实现。召前流行的逻辑数据模型是现阶段技术条件下的折衷。 逻辑数据模型与d b m s 有关，d b m s 常以所用的逻辑数据模型来分类。它包括层次 模型、网状模型、关系模型和面向对象模型。其中关系模型是目前常用的逻辑模型，而 采用关系模型的数据库系统则称为关系数据库系统。 关系模型是建立在数学概念的基础上，应用关系代数和关系演算等数学理论处理数 据库系统的方法。从用户的观点来看，在关系模型下，数据的逻辑结构是一张二维表。 每一关系为一张二维表，相当于一个文件，实体间的联系均通过关系进行描述。 在关系模型中，字段称为属性( a t t r i b u t e ) ，字段值称为属性值，记录类型称为关系 模式，记录称为元组( t u p l e ) ，元组的集合称为关系( r e l a t i o n ) 或实例( i n s t a n c e ) 。有时， 会直接称呼表格的元组为行，属性为列。在一个关系中，能唯一标识元组的属性集称为 关系的候选键，其中，被选用的候选键称为关系的主键。 二维表格是指各种数据以不同表格方式存储，各表格之间以关键字相关联，构成一 定的关系。关系模型既能反映属性之间的一对一关系，又能反映属性之间的一对多关系， 还能反映属性之间的多对多关系。 对于一个关系应具备以下特点： 不允许有两行记录完全相同( 即表中没有完全相同的记录) 。 用户无需考虑行序和列序。 每一个属性值是基本的、不可分割的。 为了维护数据库中数据与现实世界的一致性，关系数据库的插入、删除和修改操作 必须遵循下述三类完整性规则； 实体完整性规则。要求关系中元组的主键值不能是空值。 引用完整性规则。要求不能引用不存在的记录。 用户定义的完整性规则。这是针对某一具体数据的约束条件，由实际应用环境 决定。反映某一具体应用所涉及的数据必须满足的语义要求。关系模型必须提 15 东南大学硕士学位论文 供定义和检验这类完整性的机制，以便用统一、系统的方法处理它们，不应由 应用程序行使这一功能。 3 、物理数据模型 逻辑数据模型只反映数据的逻辑结构，例如文件、记录、字段等，而不反映数据的 物理结构，例如物理块、指针、索引等。反映数据存储