（材料加工工程专业论文）web环境下的注塑模cae系统的研究与实现.pdf

华中科技大学硕士学位论文 = = ：= = = = ；= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = ；= = = = = = 一 摘要 随着技术的进步，注塑成形过程模拟系统向着智能化、集成化、网络化的 方向发展，为塑料模具行业缩短设计制造周期、提高质量、降低成本、增强企 业竞争与创新能力等方面发挥着越来越重要作用。本文在深入研究w e b 架构及 w e b 技术基础上，开发了注塑模w e b c a e 系统，对实现其集成及网络应用的新 技术进行了研究。该项研究表明，采用全新体系架构的注塑成形过程模拟系统， 适应了基于网络应用的虚拟制造技术、协同制造技术的发展趋势和要求。 j 2 e e 中间件技术采用组件管理模式、基于容器的管理概念及全新的服务标 准，是近年来w e b 技术发展的新的方向，正在现代企业信息化中发挥着重要作 用。本文从研究j 2 e e 技术入手，结合注塑模c a e 的特点及发展状况，建立了 基于j 2 e e 技术的注塑模w e b c a e 的服务器端模型。文中对j 2 e e 应用组件技术 及j 2 e e 服务在w e b c a e 中的应用进行了深入的探讨，分析了其逻辑层、表现 层的实现方法，并提出了与异构的注塑模分析模块的整合方案。 本文分析了j a v a 3 d 技术作为基于w e b 的三维图形技术解决方案的特点和 优势，并结合注塑模w e b c a e 客户端的开发，对图形装载、定位刷新、坐标变 换等技术作了详细的阐述。同时，设计并实现了基于j a v aw e bs t a r t ( j w s ) 的注塑 模w e b c a e 客户端的部署及维护方案。 w e b 服务技术采用基于x m l 的协议和标准、采用松散耦合化的组件模式， 列实现内外部的系统楚合，简化商业应用等方面有着广泛的应用前景。针对w e b 服务的技术优势，本文提出了采用s o a p 及r p c 等技术实现基于w e b 服务的 c a d c a e p d m 系统集成和a s p 网络应用方案，以及其网络安全的实现技术。 在研究这些技术的基础上，作者开发出注塑模w e b c a e 原型系统，验证了 ) f ：发面向w e b 服务的注塑成形过程模拟系统的先进性和可行性。可以预见，面 向w e b 服务的注塑成形过程模拟技术，必将得到发展和应用。， 关键词：w e b 注塑模c a ej 2 e e 中间件j a v a 3 dw e b 服务a s p 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h ew i d eu s eo fw e bb a s e dt e c h n o l o g y ，ab r a n d n e wi n t e l l i g e n t ，i n t e g r a t e d a n dn e t w o r k b a s e di n j e c t i o nm o u l dc a es y s t e m i sn e e d e dt o b u i l d i n gu p t o a c c e l e r a t ed e v e l o p m e n to f p l a s t i cp r o d u c t s ，s h o r t e nd e s i g nc y c l e ，i m p r o v et h eq u a l i t y ， s t r e n g t h e nc o m p e t i t i v ep o w e r a n di n n o v a t i o na b i l i t y s oi t si m p o r t a n tt or e s e a r c ha n d d e v e l o pan e t w o r kb a s e di n j e c t i o nm o u l dc a es y s t e m t h i sk i n do fn e ws y s t e m p r o t o t y p en a m e di n j e c t i o nm o u l d w e b c a ei se x p l a i n e di nt h i sp a p e r t h ew e b c a e p r o t o t y p es y s t e m i sb a s e do nj 2 e e t e c h n o l o g y a sa m i d d l e w a r e t e c h n o l o g y ，j 2 e e i san e wd i r e c t i o no ft e c h n i c a l d e v e l o p m e n t ，w h i c ha d o p t s c o m p o n e n t ，c o n t a i n e rm a n a g e m e n t a n ds e r v i c em o d e i th a sg o te x t e n s i v ea p p l i c a t i o n i ne - c o m m e r c e s ot h ew e b c a e p r o t o t y p es y s t e mh a r n e s s e st h ej 2 e et e c h n o l o g y ， c o m b i n i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co ft h ei n j e c t i o nm o u l dc a es y s t e m t h i sp a p e ra l s o c l e a r l yd e s c r i p ts o m ep r i m a r yt e c h n o l o g i e ss u c ha se j b ，x m l ，j m s ，a n da d d i t i o n a l t e c h n o l o g i e s ，w h i c hu s e di nl o g i c ，r e p r e s e n t t i e r sa n da s y n c h r o n o u st r a n s f e ra n d c o m m u n i c a t i o ni nt h ep r o t o t y p e a saw e bb a s e dt h r e e - d i m e n s i o n a lg e o m e t r i ct e c h n o l o g y j a v a 3 di sw i d e l yu s e d i nw e b c a e ；s o m e t e c h n o l o g i e ss u c h a sl o a d i n g3 d g e o m e t r i cf i l e ，p o s i t i o n i n gm o d e l a n dc o o r d i n a t et r a n s f o r ma r ed i s c u s s e di nt h i sp a p e r a tt h es a r n et i m e ，t h ea d v a n t a g e o f w e bc l i e n ta p p l i c a t i o nb a s e do nj a v aw e bs t a r ti sa r g u e d w e bs e r v i c e sa r eas t a n d a r db a s e do nx m la n dl o o s ec o u p l i n gc o m p o n e n tm o d e w h i c hc a l lb e w i d e l yu s e d t o i n t e g r a t e d i f f e r e n t s y s t e m s a n ds i m p l i f yb u s i n e s s a p p l i c a t i o n s t h i sp a p e ra n a l y s e st w oa p p l i c a t i o n so f w e bs e r v i c e si ni n j e c t i o nm o u l d w e b c a e s y s t e m r l r t h e ra tf o u n d a t i o no ft h ew e b a p p l i c a t i o n s ，o n e i sf o r c a d c a e p d ms y s t e m s i n t e g r a t i o n ，t h eo t h e ri st oa c ta s a p p l i c a t i o n s e r v i c e p r o v i d e ro fc a ea n a l y s i s s o m es e c u r i t yt e c h n o l o g i e sa r ea l s om e n t i o n e ds u c ha s a u t h e n t i c a t i o n ，w a r r a n ta n dd a t as e e u f i t y o nr e s e a r c h i n gt h e s e t e c h n o l o g i e s i n d e t a i l ，t h ei n j e c t i o n m o u l dw e b c a e p r o t o t y p es y s t e m w a s b u i l t ，w h i c h v e r i f i e dt h e a d v a n t a g e a n d f e a s i b i l i t y o f d e v e l o p m e n to fi n j e c t i o nm o u l dc a es y s t e mb a s e do nt h ew e b f i n a l l yt h ea u t h o r p r e d i c t st h a tw e b s e r v i c e sw i l lb eu s e dw i d e l yi ni n j e c t i o nm o u l dc a e s y s t e mw h i c h a d o p t i n ga s p s e r v i c em o d e k e yw o r d s ：w e bi n j e c t i o nm o u l d c a ej 2 e ew e bs e r v i c e s m i d d l e w a r ej a v a 3 da s p n 华中科技大学硕士学位论文 = = ：= = ：= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 一 1绪论 1 1 注塑模c a e 的现状和发展趋势 现代科学技术的发展，特别是塑料流变学、计算机技术、几何造型和数控加工 的突飞猛进为注塑模c a d c a e c a m 技术的发展创造了条件。8 0 年代以来，注塑模 c a d c a e c a m 技术已经从实验室研究阶段进入了实用化阶段，注塑模 c a d c a e c a m 的应用被公认为计算机技术在机械工业中应用的典范【l j 。随着计算 l 技术的应用与普及，在模具行业c 1 推广计算机辅助设计和制造技术的重要性正逐 渐被模具界所认识。其中，塑料注射模应用软件的推广十分引人注目，经济效益和 ：会影响十分明显。 m o l d f l o w 公司白1 9 7 6 年发行了世界上第一套流动分析软件以来，一直致力于 帮助注塑厂商提高其产品设计和生产质量，其技术和服务提高了注塑产品的质量、 缩短了丌发周期、降低了生产成本。通过将积累的丰富注塑经验带进制件和模具设 汁，并将注塑分析与实际注塑机控制相联系，自动监控和调整注塑机参数，使制件 艮有更好的工艺性，并优化模具设计、优化注塑机参数设置、提高制件生产质量的 稳定性。m o l d f l o w 推出了m p a ( 塑件顾问系列) 、m p i ( 动态系列的升级产品) 、m p x ( 注 塑专家) 系列产品，用于优化制件和模具设计的整个过程，提供了一个整体解决方案。 我圈注塑成型模拟研究始于8 0 年代，特别是在“八五”期间，在国家“八五” 科技攻关项目的支持下，我国在注塑流动模拟、冷却过程模拟、气体辅助注射成型 过程模拟等方面都取得了长足的进展。 华中科技大学模具国家重点实验室新推出的注塑模c a e 软件，采用三维实体模 型，综合运用有限元有限差分体积控制法，通过使用数值计算和人工智能技术相结 合的模式，突破了仿真系统推广应用的瓶颈，在国内模具企业中得到了推广和应用。 可以看出，国内外模具c a e 技术在发展很快，相关技术向集成化、智能化和网 络化的发展，为企业提供模具c a d c a e c a m 技术全方位解决方案的能力不断增强， 埋性成型过程计算机模拟的技术不断完善。 随着科学技术的迅速发展，知识经济的到来，互联网技术的普及和全球信息化， 注塑模c a e 软件必然要有一个全新的发展。采用最先进的信息技术，吸纳最新的科 学知识和方法，扩充c a e 软件的功能，提高其性能，是注塑模c a e 软件求得生存 和发展的根本。其发展变化体现在如下四个方面【2 ，3 】： 真三维图形处理与分析随着快速真三维虚拟现实技术的日趋成熟，c a e 软件的 华中科技大学硕士学位论文 | 讨后处理系统将会在复杂的三维实体建模及榴关的静态和动态圈形处理技术方面有 新的发展。同时分析系统用三维仿真，结果更加准确可靠。 蕊残 乏褒在豹c a d c a e c a m 系绕，澄缀囱戆集或已经缮爨了发矮，麸早焱 的c a d c a m 再增加c a e 、c a p p ，已经从设计到制造进行了鬃成。但对于横囱的 集成还有待于发展。为推动集成化过程，国际标准化组织正在推行新的国际标准 s t e p ( s t a n d a r df o rt h ee x c h a n g eo f p r o d u c tm o d e l 产品模型数据交换标准) 。这标准 的特点是不仅包括图形数摆，而且还包括从初步设计、详细设计到生产准备、产晶 竣逡，鑫爨生产国产品全i 篷程浆囊有数攥戆交滚方法。这必将螽l 快c a d c a e c a m 集成化豹步伐。 鍪媒体用户界面及智能化随着计算机图形技术的发展，不久的将来，会听、肴、 【； 【、写和学习的计算机将问世。这些多媒体技术一定会使未来的c a e 软件的刚户界 衙具密鼹强的直觉性，给用户带来极大的便利。同时，随着人：智能方法和女l l 识工 鼷戆发展，互联网的营及，一个完全信息他，充满羞寝毅色彩瓣灏时代即将到来。 黼络 乏立足予全社会公蠲潮络环境，剁建专、监纯静盛叛潮络瑕务，荠歼笈适应 j ：网络时代的c a e 软件产品，使用户能够实现多专业、异地、协同、综合地设计与 分析，实施工程与产品的创新，这将是c a d c a e c a m 软件发腿的必然趋势。 随潜互联网的普及、宽带通讯技术的突破，网络正改变着人们获取信息、共章 敬搦和商品交易的方式，也改变着工程设计人员完成模拟仿真分橱的传统方式。软 鳕毒 疲舞基经意浚到，怒餐捉供毫孑网络链毽蠢鼹务将决定它翻今磊静竞争力，较 盼掰户将由现在购买和安装软件逐步过渡翻藏接租赁服务的模式。它们无需配蠡和 安装c a e 系统，也不要专业的c a e 软件人刁，采用租赁付费的方式可以大人降低 食业成本，提高企业的遴作效率口1 。 企渡的创新需求为浪搬模c a e 技术的发展提供了强大的动力，可以预见，随誊 辩学技术霉迅速发震穗全球售怠诧，注塑攘c a e 技术必将取键受为匿大鹣成就，弗 壤续为溪民经济静发震骰爨重要贡献。 1 2 w e b 技术在注塑横c a e 中的应用 隧骜援术的进步，c a e 技术囱羞集成纯、霹络证、智能纯方离发展。近年l 束兴 超懿蘩予w e b 技术，楚淀熬模静集藏纯、羽终偬笈震提供了掰瓣谂径。 程网络经济时代，制造企业如何实现分散化的信息资源的共祭应用、协同交互+ 是建立康拟企业联盟，实现网络化制造，以建立适应未来全球竞争的敏捷制造模式 研究的一个关键问题。充分了解我国当前制造企业信息资源应用现状，分析基于w e b 华中科技大学硕士学位论文 = ：= = = ：= = # = = = = = = = ：= = = = = = = = = # = = = = = = = # = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 2 = = = = # = ：= = = = # 的信息技术在数字化制造中的应爝，餐确其发震方两，奢十分重甍静意义。w e b 技 装对注塑模c a e 发鼹方囱戆影嘣，主要体现畜三个方瑟：镑爨设诗、a s p ( a p p l i c a t i o n s e r v i c ep r o v i d e r ) g & 务模式及数据和应翅集戏。 分东式协圊设计与开发援式是w e b 技术盔基予嬲络的注凝模c a e 应爆憝重要方 醣。协同设计就是在计算机的支持下，备成员围绕一个设计对象，承担楣应郏分的 波计任务，并行交互地进行设计工作，最终褥到德合要求的设计结果的设计方法。 胁同设计顺应了社会化大生产导致的社会分工越来越细的发展趋势，适应了当今信 息社会中人们以群体性、交互性、分布悭和协作性工作的特点，缩短了产品设计周 期，提高了工作效率，增加了产品的竞争力。 协同设计优势是在产品开发早期实现方案的协调、设计决策的优化，全面消除 产品q ：命周期中由于初期阶段的错误而造成的更改，方便对类似产品进行再设计。 随着i n t e r n e t 的迅猛发展，上网企业的劂增，迫切需要基于网络的异地产晶开发方法 研究。基于网络的协同设计要求，建立便于共同理解的产品数据和协同产品开发工 作模式；支持跨髯构平台的数据殛操作，支持信息资源的动态调配；支持多用户决 策静潞调与优化1 4 ，楚实现溶塑模c a e 协同设计的藜本要求。注塑模c a e 系统的 协嗣设计体现在髯遗产晶的分析、专家协同诊断，对炎议产赫进行再设计。w e b 技 术懿发展必这秘需求带来了掰煞实现手段。 w e b 技术绘浚塑模c a e 繁来静另一个重要或翅裁是a s p 服务模式。虽然a s p 殿务模式的兴起燕近耀年豹事，键业器普遍认为宅代表7l 鼹务瓣方囱。其基本特 征是以应媳必中心，使用户蠢需投入软终谗司费躅及其他炎源，裁搦有毅数服务环 境，它通过集中管理的模式供远穰客户使用，采用多 h 户支持方式， 出a s p 服务 商对服务的质攘负责。其优势是a s p 模式能提供“无缝服务”，提供硬件和软转集成 和测试，采用发全的网络连接和可靠的数擐中心设施，a s p 服务提供商有实施整个 解决方案的训练有索的专家队伍来保诞服务的质量。 在注塑模c a e 中应用a s p 服务模式，通过企业联盟中的核心企业或a s p 服务 商将应用软件及相关硬件通过i n t e m e t 远程租赁给其盟友或客户，利用集中的管理为 其盟发或客户提供应用配霭、托管、产品分析计算、专家诊断、信息与资源管理等 戤务。以降低运营成本提供一套应用服务的解决方案。在a s p 服务模式中，企业或 客户无需购买分析软件，而相应的应用软件和硬件不安装到企业躐客户处，只需要 缴纳暇务租金即可使髑所需韶软件服务 6 t 。新技术的发展为a s p 服务带来了新的实 现途径，蕊前兴起的鏊于x m l 的w e b 簸务技术采甬标准纯的协议，松散藕合及延 迟绑定等技术，逶忍了网络应奔；酌新需求，满足了a s p 稚务的需要。 应瘸集成就是逶遭耱瘟鹃软 牛按术将企数已寄静穰薪建的各种业务系统集成起 华中科技大学硕士学位论文 嵌，其同完成企业的各种商务活动，并能够灵活快速地适应企业的发展和市场的变 比。集成化是企业信息化的一个趋势，塑料产品开发企业实现注塑模c a e 系统与 p d m 等基础软件的纵向集成，以及c a d c a m 等应用系统的横向集成是实现企业应 ； j 集成的基础。在早期开发的系统中，各应用系统相对独立、位置分散、系统异构， 实现这些系统的集成是一个综合性的问题。w e b 技术的发展给这些系统的集成带来 新的方向。通过数据集成，保证与c a d 系统之间数据的无缝传递，一方面使已完 成的设计就可以直接在c a e 系统中进行分析，而无需重新建模，大大节省了工作量； i i , 1 时也便于保持和维护数据的一致性；另一方面使系统体系结构网络化及开放化。 近年来，j 2 e e 技术和n e t 技术发展为企业w e b 应用的核心平台技术，它们采用新的 f i 放式标准，充分考虑了各种遗留系统的特点，大大降低了系统集成的难度。另一 疗西i ，采用w e b 技术将注塑模c a e 系统部署为应用服务器系统，系统在服务端统一 分析、数据统一管理，避免了原来基于工作站的c a e 系统中数据分散等问题，实现 j 应用与数据管理的集成化。 i 3 实现w e b 环境下的注塑模0 a e 系统的意义 企业传统的注塑模c a e 系统采用工作站平台，它通过前处理，有限元分析，后 处理三个步骤实现对产品模型的有限元分析，能快速、方便地帮助用户判定设计方 絮的合理性，指导产品设计和开发。但这种c a e 系统架构基于单一的软硬件平台， f l j 户必须为每台c a e 工作站购买软件许可，投资较大；同时数据的共享性差，不利 j ：企业对数据资源的统一管理及利用；系统不支持远程的设计开发，不能适应电了： 商务时代的新需求。 为适应新的发展需要，本文提出了新的注塑模c a e 系统的发展方向，即向网络 化、集成化方向发展，采用全新的w e b 服务模式，提供基于w e b 的服务，将系统的 盯限元分析交由服务器处理，而客户端提供系统的用户交互的功能。这种模式可以 庄两个方面得到广泛应用： 对于大企业，大集团来说，他们的开发部门町能分布在全国或世界各个地方， + n i 何将这些部门联系起来，协同开发、资源共享是很重要，采用基于w e b 的注塑模 c a e 系统，可以顺应这种需要，企业通过建立c a e 服务系统，通过与c a d p d m 系 统的集成，将各部门的数据集中处理，一方面保证了数据的集中安全管理，避免数 料流失：另一方面减少了c a e 系统的重复配置，降低了成本，同时维护和升级比较 寸便，便于协作分析研究分析结果。 针对国内模具行业企业规模小、数量多的现状，采用基于w e b 的c a e 服务系统， 华中科技大学硕士学位论文 霰用提供租赁服务的方式，可以大大降低企业的成本；同时，c a e 服务提供商负责 叶软件进行升级和维护，而生产企业不必为此承担费用。c a e 软件一般采用有限元、 何限差分、便捷元等数据计算方法，其计算量与数据量都非常可观，需要配备高性 能的计算机，同时由于软件技术含量高，其价格也相对昂贵，适合采用租赁服务的 孑式。同时，c a e 软件的分析将生成大量的数据，一般是通过等值线、阴影图的表 达方式将结果显示在屏幕上，如何根据这些数据分布判定成型质量并修正一般的设 汁人员可能不能胜任，采用w e b 服务模式可以为企业提供专家服务，指导做出分析 陡告，对产品的设计提供意见和建议“j 。 随着制造业市场竞争的日趋激烈，为取得竞争优势，企j j k 迫切需要以高质量、 低成本的产品迅速抢占市场。在传统制造业中，新产品开发周期超过市场寿命导致 ，- 损的例子比比皆是，改进产品的开发过程比改进生产过程效益更为显著。为了改 蹙这种状况，更好地适应市场经济的要求，近年来，在制造业中产生了计算机集成 制造、虚拟制造、精良生产、柔性制造、并行：l ：程以及敏捷制造等许多有关先进制 造技术的新思想、新概念。以上的各种思想、概念都获益甚至依托于网络，因此基 rw e b 的注塑模c a e 技术研究，具有十分重要的意义。 1 4 课题的来源、目的及论文的主要内容 本课题为预研课题。 信息化是当今世界制造业发展的大趋势，是中国制造业实现跨越式发展的重要 机遇。c a e 软件与c a d c a m c a p p p d m e r p 等软件一起已经成为支持制造企业信 息化的核心平台。研究计算机技术及网络技术在制造业信息化的建设中的应用，顺 越了技术的发展，满足企业新的信息化需求，适应电子商务时代企业信息化的要求。 在国家十五攻关项目“工程塑料精密注射成型模具智能化设计技术研究 ( 2 0 0 1 b a 2 0 5 8 0 9 ) ”的基础上，作者着重对网络环境下，注塑成形过程模拟技术的研 究与应用进行了探讨，从多个方面分析实现w e b 环境下的注塑成形过程模拟系统( 以 f 简称注塑模w e b c a e ) 的重要意义，探讨了注朔模w e b c a e 的一些关键技术方案， # 在此基础上开发出原型系统。具体说来，本论文主要内容有： 研究了注塑成形过程模拟系统的现状和发展，分析了w e b 技术对注塑成形过程 模拟技术的影响，以及建立基于w e b 的注塑模c a e 系统的重要意义； 分析了j a v a 3 d 技术的特点，详细阐述了注塑模w e b c a e 系统的客户端原型的实 现及关键技术和难点的处理； 深入研究了j 2 e e 技术，w e b 服务技术，结合注塑模c a e 的特点，研究和厅发 华中科技大学硕士学位论文 。置塑模w e b c a e 服务器系统原型。 本文从w e b 应用到w e b 服务两个层次探讨了注塑模w e b c a e 系统的技术可行 胜和实用性；研究和探讨了注塑模w e b c a e 的应用前景，并提出了下一步的研究方 吼 本文第一章对注塑模c a e 技术的现状及w e b 技术在c a e 中的应用进行了分析， 分析了建立基于w e b 的注塑模c a e 系统的重要意义；第二章主要从理论上对实现注 塑模w e b c a e 的关键技术如：软件架构、三维图形技术、j 2 e e 中间件技术及w e b 服务技术等进行了分析和探讨；第三章分析了设计和开发注塑模w e b c a e 客户端系 统的关键技术问题和技巧；第四章分析了注塑模w e b c a e 服务器端的具体实现方法， 扶建立基于j 2 e e 技术的w e b 应用核心和基于w e b 服务的系统集成与应用系统进行 r 探讨；最后，本文第五章对全文进行了总结，列举了作者在实现注塑模w e b c a e 系统中所做的工作，以及对其下一步的开发与完善提出了几点工作展望。 一- _ _ - 一 6 华中科技大学硕士学位论文 2 注塑横w e b o a e 的关键技术的研究 w e b 技术的发展为注塑模c a e 的发展带来了新的方向，近年来，基于w e b 技术 d j 现的新的软件结构体系的应用，中间件的出现和兴起，基于w e b 的三维图形技术 的f j 渐成熟，为建立蘩于w e b 的注塑模c a e 系统奠定了基础。新技术的革新带来了 新的商、韭模式，w e b 应用技术和w e b 服务技术的应瑁为注塑模c a e 带来了新的瘟魇 范围和应用前景。这照新的技术方向构成了建立注塑模w e b c a e 系统的核心。本章 瓿体系结构、j 2 e e 技术、w e b 服务技术等方琵对注鳖模w 曲e a 嚣系统静核心技术进 学了详缨静探讨。 2 1 基- t - w e b 的多屡体系结构 2 1 。tw e b 技术筠贪 随着信息技术静发展，全球已进入一个戳n t e m e t 为中心静计算时代。伴随着三 代计算橇弼络靛演变，信怠系统鹣发展恣经掰了三个除段：差梳系统除段、客户湍， 缀务器e 爆) 黔段、测览器，服务器( b 愿) 黔菠f 8 j 口这弹发展交化趋势，可以掇墅2 - l 进 行说明： 图2 - 1 信息系统发展的三个阶段 在主机系统阶段，圭机连接有限的片i 户， 系统，通过硬件阐定连接访问菲关系数据源， 客户端为哑客户端，没有自己的处理 系统采用集中式的管理方式。 华中科技大学硕士学位论文 随着阚络技术懿避步发展，信惠系统广泛采用c s 模型，服务器般为数据 库溅务器或文 牛黢务器，客户溃安装敬 串通过网络连接到服务器，主极霹默连接较 菩的用户，客户端霹以馒用丰塞的匮形器疆，系绫采用分数憨管理方式。 逐年来，w e b 技术缛到飞速发展，信息系统广泛袋用测览器服务器( b s ) 方式， 客户端采用浏蹩器访闻服务器不黉要进行任馋的设置( 称为瘦客户端) ，采用友好统 一的_ 嘲户界面，月疆务器端运行w e b 服务器接收用户的请求，客户端不直接与数据库 连接，而通过w e b 服务器来访问，并出现了中间件的概念，系统在服务器端进行集 巾的管理，通过授权来保证客户端应用的服务。当前广泛采用的b s 模型，简化了 ( s 中的客户端，只需装上操作系统、网络协议软件和浏览器即可，而服务器上则集 - p 了所有的应用逻辑，开发、维护等几乎所有的工作。采用这种结构的系统，适应 ，w 曲技术的发展，已经得到了广泛的应用。 2 。2 软佟结构体系及其发赋 1 两层络构应用软件 传统的c s 系统模登大都基于“自琶客户祝”结构下的两层结构应用软件。客户 端软 孛一般由应用程净及相应静数据窿逢接程序缀成，服务端软件一般麓菜稀数据 簿系统。客户端静较 牟鹣主簧珐熊是处理与鬟户的交互、按照菜耪应用逻辑送行处 瑗劳与数攥津系统进行交互；鼹务蟪较撵作为数据痒管理系统其主要功熊是：缀据 客户端数潺求避聋子数撰瘴操终，然岳犍结果传送绘客户端。一鼹层缝梭应巽l 软件故开 发工作主要集中袭客户端，客户端软传不健要宠黢用户交互秘数据显示熬工作，蕊 l 还要宠戏对应用逻辑的处理工馋。这样就带来了嚣个突出的问题：系统的可傍绩 性较熬和安装维护困难，使碍两层缝构应用软l 牛在w e b 环境下的使用受到较大限制。 2 。多层结构应用软件 为了解决龋层结构应用软件中存在的问题，人们又提出了三层结构应用软件。 在三联结构应用软件中，整个系统由三个部分组成：客户机、应用服务器和数 据库服务器f 9 1 。客户机上只需要安装应用獠序，它负责处理与用户的交互和与应用服 务器的交互。应用服务器负责处理应用逻辑，具体地说就是接受客户机应用程序的 清求，然厢根据应用逻辑将这个请求转化为数据库请求后与数据库服务器交互，并 将与数据库服务器交甄的结果传送给客户枫方的皮用程序。数据库服务器软件根据 戎用服务器发送的请求迸行数据库操作，并将操作的结果传送给应用服务器。三层 结构应用软件的模型如圈2 2 所示： 华中科技大学硕士学位论文 图2 - 2 三层结构应用软件模型 从图中可以看出，三层结构应用软件的特点是用户界面与应用逻辑位于不同的 1 t 台上，并且应用逻辑被所有用户共享。由于用户界面与应用逻辑位于不同的平台 l ：，那么系统必须提供用户界面与应用逻辑之间的连接，它们之间的通信协议是由 系统自行定义的。应用服务器是整个系统的核心，它必须为处理系统的具体应用而 提供事务处理、安全控制以及为满足不同数量客户机的请求而进行性能调整的能力。 使用三层结构应用软件开发系统的优点是非常明显的，它将整个系统被分为不 同的逻辑块，层次非常清晰；能够使“肥”客户机变成较“瘦”的客户机，方便系 统维护和升级；通过将开发和管理的工作向服务器方转移，使得分布的数据处理成 勺可能，管理和维护变得相对简掣9 。 3 w e b 环境下的多层结构应用软件 目前，w e b 环境下的应用软件发展方向是以w e b 浏览器作为标准界面，使用j a v a 等技术进行复杂的实时事务处理。 在w e b 环境下，应用中的代码是流动的，客户机上只需安装一个标准的w e b 浏 毙器，其他的应用程序都存储在w e b 服务器上，需要时才下载。这样，系统中的客 ，o 机成为一个真正的“瘦客户机”。其中最简单的三层结构的模型如图2 3 所示： 一- _ _ 一 9 华中科技大学硕士学位论文 # 曲浏照嚣卜，厂”、 | s q l 卜。o 一t l t t p 、 表现 i l 应用逻辑l i i 1 裂姑辟 鞋e b 椒翔摇彦 7j 要! |l i w e b 服务器 擞耀躲务器数据库鼹务器 骞户端 ， 黢务器端 豳2 - 31 | e b 环境下多滕结构应髑软件模型 采糟上强搿示豹穰壁鹤系统圭爱骞戳下凡个伉赢： 客户蠛瑷序逶过i n t e r n e t 协议与濂务器爆逶谖，矮于在鼹络上镶邃传满； w e b 黻务器与瘦弱骚务嚣褶髯雩分开，绦诞了系统懿安全鞫可 率臻瞧； - 繇骞黪数攒痒撩搏帮赉与鼗捺瘁骚务器经予嚣一圭枫或嗣鼹蠛鹂垮凌主撬 ：的旋褥骚务释黟宪藏，速魔抉，冒鬟矬舞； 瘫弼滕务稷瘩谤超数瓣痒不存在安金瞧黻露，宅以谤闫嬲终上任意主毫氇上 麓数掇痒，只要它据鸯耀盛静掇辍。 娄然，鹫2 - 3 攥示豹模型只是一个摄褥单麴铡予，为了提您系绞驰性能，可以凌 照攘型魍熬础上遂一步完饕，本章慝瑟姆分缨基予j 2 e e 平台的w e b c a e 多层应用 软件体系缨秘。 2 3 滢越疆w e b c a e 瓣系统簿系辖褥 w e b 环境下的多艨软彳譬结构体系模型出于其使用标准的i n t e m e t 协议，良好的安 全经、可嚣位和可 率缩性，因衙在基于w e b 的环境中得到了广泛的戚闱。设计注耀 模w e b c a e 静系统体系结构，就燕要淹需其w e b 旋角的特点，鼠这个要求出发，我 静j 提窝了聚爝蘩予w e b 的多瑟结构应粥体系酌设计方案。它的整体设计聪路燕充分 秘怒瓣络带宠优势，将掰户癸鬣与器分褥分开，璃户界面提供参数设诸。，产晶实 体嵇惑录入，雅浆憨鼹示等：嚣受蓑翦簌凝簸莲帮有黻元分拼酌模块放置虱服务器 1 ：，分毒厅数据癌骚务器统一警疆。这样就形戏了一个蘩予w e b 翁集戏式有鞭元分析 系统与客户蠛嚣效戏越鼹户器嚣共窝蘩藏翡注整揍c a e 系统；系统熬体系结翰始麓 2 - 4 毵示： o 华中科技大学硕士学位论文 一用户管理 i 卜 。 i 数据库 l 、一 匝气： w e b 一 模型管理 i 应 用 接 一参数管理 客户端 一二， 口 分析模块 应用程序 一分析任务管理i 分析服务器 应用服务器 图2 4 注塑模w e b c a e 的系统体系结构 从上图可以看出，c a e 的核心模块都集中到服务器端，而客户端只是实现待分 析的实体数据上传、分析参数的设置及分析结果的下载和显示。建立这种体系结构 的注塑模w e b c a e 有以下一些特点：由于核心的分析系统建立在服务器端，对客户端 的要求相对降低，同时其核心分析系统的管理及升级更新更加方便；数据在服务器 端统一管理，方便实现数据共享，并保障数据的安全性；c a e 分析结果贮存在服务 器端，方便多个用户同时查看，便于分析和判断：同时，这种机制适合于远程开发， 企业将c a e 系统服务器放到某个位置，任何远程用户只要能上网就可以进行实时远 程分析和结果查看。图中的应用服务器模块是一个可伸缩的系统，可以根据需求将 系统的业务逻辑层和表现应用层相对分开成不同的模块，本文设计的j 2 e e 环境下的 注塑模w e b c a e 系统，就是通过j 2 e e 的容器管理将其业务逻辑与表现层相对分开， 提高了系统的可伸缩性。 设计基于w e b 的注塑成形过程模拟系统，是在华中科技大学模具国家重点实验 室研究的三维真实感注塑模c a e 分析软件h s 3 d r f5 0 的基础上设计开发的，在服 务端采用该软件的核心分析模块，并针对服务器的特征作适当优化，使之适合网络 运行的需要。 注塑模w e b c a e 系统，采用基于w e b 环境的多层应用软件体系结构，考虑到它 在网络方面的特点，采用j a v a 作为开发语言，服务器端使用m s s q l s e r v e r 作为后台 数据库服务器，采用j d b c 数据库驱动，前台与客户端的接口采用j 2 e e 的w e b 应用 接1 ，通过j s p 和s e r v l e t 编程，程序及数据在网络上的传输采用标准的h n p 协议。 由丁注塑模w e b c a e 要求在客户端进行前后置处理，要处理三维模型的察看、管理、 设_ 胃等工作，如果只是使用浏览器作为瘦客户端，很难满足系统设计的要求，在进 华中科技大学硕士学位论文 亍系绞设计时，采用测爨嚣与客户端程黟楣结台躲方法，充分刮翅各基麴饯点，方 溪蹋户款镬鼹帮维护，对用户管理，任务管理，必要斡数据参数设饕，霹以在浏竖 黪中进行，薅基予三缝模型的参数设鼹、c a e 嚣质嬖处理，则通过j a v a 客户端来进 行。考虑客户端的应髑特点，使用j a v a 3 d ( o p e n g l 版) 作为三维鞠形显示核心技术， 嗣时采用全新的网络应用程序下栽及管理工具，保 正安装和配鼹的简便化。这样就 使得系统分为层次清晰的不丽逻辑块，将开发和管理工作向服务器端转移，使德系 统的管理和维护向对变得简单。 2 2 基于j a v a 3 d 的兰维图彩交互技术 2 2 1j a v a 3 d 技术介绍 随着互联网的发展及应用技术的成熟，v r m l 和j a v a 3 d 的如现使基于互联网的 兰维图形应用技术的研究与软件开发更加活跃。这一趋势也体现在c a d c a m c a e 软件研究与应用开发中，它们正从传统的单机应用模式转向基于协同工作和资源高 度共卒为特征的瓦联网应用方式。这种方式要求系统开发底层平台能提供网络环境 f 高性能的三维图形处理，而j a v a 3 d 较好的适应了这一需要。 j a v a 3 d ( o p e n g l 版本) 是在三维图形彝祖o p e n g l 三维图形瘁的基础上发展而来 的，j a v a 3 d a p i 怒高层次的面向对象、基于场景陶编程接口，容易实现复杂的应用。 y a v a 3 d 能实现对3 d 图示数裾的高径能处理，能处理更丰富的三维组合图形和复杂 的视图模型。 囱子j a v a 3 d 继承了o p e n g l 静艨次结构，并兼套j a v a 语言结构豹特点，使葵其 备以下一些静优势：首先，j a v a 3 d 结台了高滋次能场景鍪( s c e n eg r a p h ) 模型，使 搭程窿受不努花费时蠲帮精力来没诗具体的凡何形体耪编写描绘代碣，只需集中精 力予场景图中各个对象秽缀戏元豢；其次，j a v a 3 d 继承了j a v a 酌平台无关性，采餍 r 几何形体蛉压缝技术，加恢了三维模型数网络传竣速度，避合予开发基w e b 蛇应 删1 m 。 j a v a 3 d a p i 是用于实现基于w e b 的三维阁形短示和皮用程序开发魄j a v a 绽理接 门，它具备了从阏络设备编稳到三维几何图形编程等各方藏的功能。 j a v a 3 da p i 采用了场景图结构，易于实现三维图形的处理及特殊三维效果的显 示。用j a v a 3 d 编写三维图形应用程序。实际上是编写一个特定的场景图，也就是如 何给出场景图中带有形体属性的一个分支( b r a n c h g r o u p ) 和表示观察位嚣数据的另 一个分支( v i e wp l a t f o r m ) 。般来说，要建立三维的应用环境，必须定义所需要的 华中科技大学磺士学位论文 形体( s h a p e ) ，绘出形 体的外双( a p p e a r a n c e ) 及几何信息 ( g e o m e t r y ) ，再把它们 摆放在合适的位舞。它 们必须摆放在支节点 ( b r a n c h g r o u p ) 上顾，摆 设的具体位鹭由矩阵变 换节点( t r a n s f o r m g r o u p ) 殴定，其基本层次结构 黼2 - 5 所示。 根据作用豹不同， j a v a3 da p i 串提供静场 f a p p e a r a n c e a p p e a r a n c e l g e o m e t r yg e o m e t r y i s h a p es h a p e i f t r a n s f o r m g r o u pt r a n s f o r m g r o u p l b r a n c h g r o u p il b r a n c h g r 。u 9 ll b r a n c h g r 。u p j l l ii l l o c a ，e ll l o c a - e l l v i r t u a lu n i v e r s e 墅2 - 5j a v a 3 d 场景鞫蛉屡次结构 爨图肇点主要有两耱类型：n o d e 、n o d e c o m p o n e n t ，其作瘸如下