基于Web的機(jī)械設(shè)計(jì)CAD信息測(cè)試管理系統(tǒng)研究

崔尚勇

（西安交通大學(xué)，西安 712000）

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)Web技術(shù)的日益成熟，各種基于Web技術(shù)的計(jì)算機(jī)輔助功能已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)廣泛使用，Web技術(shù)最重要的優(yōu)勢(shì)是其簡(jiǎn)單性、可靠性、開(kāi)放性和優(yōu)秀的界面系統(tǒng)，通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)完美組合，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程、分布式信息存取。在機(jī)床設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)中，大量的CAD數(shù)據(jù)和信息存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)方式主要是數(shù)據(jù)庫(kù)，Web技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)與機(jī)床設(shè)計(jì)CAD數(shù)據(jù)信息測(cè)試有機(jī)結(jié)合是可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)技術(shù)測(cè)試管理的有效方式，也是提高計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)信息管理的有效途徑。

在CAD設(shè)計(jì)輔助系統(tǒng)中，機(jī)床等設(shè)備信息的采集能使設(shè)計(jì)和管理人員及時(shí)掌握各種設(shè)備信息，發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，對(duì)制造工藝進(jìn)行改造，從而提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 總體設(shè)計(jì)

在傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，信息測(cè)試平臺(tái)應(yīng)用比較廣泛的還是客戶機(jī)/服務(wù)器模式（C/S結(jié)構(gòu)）。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，尤其是現(xiàn)代企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，以Web技術(shù)為核心的瀏覽器/服務(wù)器模式（B/S結(jié)構(gòu)）應(yīng)運(yùn)而生，而且發(fā)展迅速。它的主要優(yōu)勢(shì)是開(kāi)發(fā)容易，接入方式多樣，數(shù)據(jù)一致，運(yùn)行維護(hù)相對(duì)容易等。B/S體系是一種三層結(jié)構(gòu)模式，其架構(gòu)如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)圖

在這個(gè)架構(gòu)中，客戶機(jī)與瀏覽器為應(yīng)用層，主要實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互；服務(wù)器為服務(wù)層，主要用于用戶請(qǐng)求與數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的交換；數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)則形成數(shù)據(jù)層，主要用于存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)信息。

2 主要模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要包括三個(gè)模塊：客戶端顯示模塊、服務(wù)器端服務(wù)模塊配置及Cad信息采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)。

2.1 客戶端模塊主要以頁(yè)面方式來(lái)實(shí)現(xiàn)

本模塊主要分兩部分。

1）用戶登錄模塊，用于控制用戶的權(quán)限，主要是設(shè)計(jì)用戶登錄界面，用戶通過(guò)此界面登錄，校驗(yàn)成功后，獲得相應(yīng)操作權(quán)限。

2）顯示信息測(cè)試模塊，用于顯示測(cè)試及選項(xiàng)等界面，其實(shí)現(xiàn)方式主要以PHP代碼編程。診斷信息數(shù)據(jù)查詢、顯示模塊主要是用戶通過(guò)輸入請(qǐng)求，從數(shù)據(jù)庫(kù)端獲得數(shù)據(jù)信息。如進(jìn)行電子圖紙查詢、設(shè)備信息和用戶信息查詢等。

查詢模塊主要有兩種查詢方式：圖形化的測(cè)試界面和關(guān)鍵字輸入界面。圖形化的測(cè)試界面主要是制作機(jī)床或其他零件的爆炸圖的鏈接熱區(qū)用來(lái)查詢有關(guān)CAD信息；關(guān)鍵字輸入方式則通過(guò)輸入測(cè)試診斷信息關(guān)鍵字，從而進(jìn)行全文檢索相關(guān)數(shù)據(jù)。

顯示模塊是人機(jī)交互的主界面，用來(lái)顯示用戶登錄界面、查詢界面及查詢結(jié)果顯示。在查詢結(jié)果顯示時(shí)需要考慮到圖形顯示時(shí)爆炸圖熱區(qū)的定義與及對(duì)應(yīng)圖的鏈接，并對(duì)用戶的操作事件響應(yīng)，顯示出子圖等。

2.2 服務(wù)器端的架設(shè)

服務(wù)器端主要提供CAD信息測(cè)試管理資源共享平臺(tái)，為設(shè)計(jì)人員或管理人員提供多種智能測(cè)試手段，其核心是CAD信息知識(shí)庫(kù)和相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，主要提供測(cè)試和診斷服務(wù)。

2.2.1 服務(wù)端主要功能

1）CAD信息測(cè)試、管理集成系統(tǒng)、優(yōu)化在線采集和診斷方法。

2）客戶管理系統(tǒng)，對(duì)客戶所擁有的設(shè)備等信息的描述等。

3）知識(shí)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，收集測(cè)試維護(hù)信息，并補(bǔ)充到知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)中，使之及時(shí)更新，以便增強(qiáng)知識(shí)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)信息的豐富程度，增強(qiáng)計(jì)算機(jī)測(cè)試診斷能力。

4）測(cè)試診斷任務(wù)管理系統(tǒng)，對(duì)各種測(cè)試任務(wù)進(jìn)行管理，為診斷任務(wù)提供診斷信息。

5）WEB輔助診斷系統(tǒng)。利用各種智能分析工具，對(duì)采集的信息進(jìn)行智能分析和前瞻性預(yù)警。

6）測(cè)試診斷信息發(fā)布系統(tǒng)。向客戶端或管理人員發(fā)布各種測(cè)試、診斷、管理信息。

2.2.2 服務(wù)端系統(tǒng)平臺(tái)架設(shè)

1）系統(tǒng)平臺(tái)：Windows NT

2）機(jī)床設(shè)計(jì)工藝制作、管理平臺(tái)：CAPP服務(wù) 器 和DNC服 務(wù) 器，CAPP（Computer Aided Process Planning）是指利用計(jì)算機(jī)的軟硬件技術(shù)和支持環(huán)境，通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)值運(yùn)算、邏輯推斷和推理等功能來(lái)確定機(jī)械零件的加工工藝過(guò)程。CAPP系統(tǒng)可以使提升工藝設(shè)計(jì)的效率、一致性和質(zhì)量，并能對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化；DNC(Distributed Numerical Control)則被稱為分布式數(shù)字控制系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)CAD/CAM和計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)管理系統(tǒng)的集成。

3）Web服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)：Apache+PHP+MySql

該系統(tǒng)主要是在Web服務(wù)器上建立測(cè)試、診斷信息數(shù)據(jù)庫(kù)，客戶通過(guò)瀏覽器與Web服務(wù)器進(jìn)行動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)和交換，利用PHP技術(shù)編寫(xiě)Web服務(wù)器應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、更新和訪問(wèn)。利用SQL語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)PHP與Web服務(wù)器上的數(shù)據(jù)庫(kù)的連接操作。

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

機(jī)床設(shè)計(jì)CAD信息管理系統(tǒng)主要數(shù)據(jù)庫(kù)為企業(yè)人員部門(mén)數(shù)據(jù)信息和設(shè)備數(shù)據(jù)兩個(gè)方面，其中企業(yè)人員數(shù)據(jù)信息主要包括用戶信息表；設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)則涉及機(jī)床設(shè)備、刀具系統(tǒng)和電子圖紙信息等數(shù)據(jù)表。

1）企業(yè)人員部門(mén)數(shù)據(jù)信息

（1）用戶數(shù)據(jù)庫(kù)：用于存放系統(tǒng)用戶和個(gè)人用戶數(shù)據(jù)，包括用戶的編號(hào)、用戶的姓名、用戶的密碼、用戶的種類(lèi)（系統(tǒng)和個(gè)人）、用戶的權(quán)限、用戶部門(mén)編號(hào)等數(shù)據(jù)。

（2）企業(yè)中各部門(mén)的數(shù)據(jù)表：用于存儲(chǔ)部門(mén)信息數(shù)據(jù)，像部門(mén)的編號(hào)、部門(mén)的名稱等。

2）設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)

（1）機(jī)床設(shè)備類(lèi)別數(shù)據(jù)表：用于存儲(chǔ)機(jī)床設(shè)備的類(lèi)型信息，包括機(jī)床的編號(hào)、機(jī)床的類(lèi)別、機(jī)床類(lèi)別名稱等。

（2）機(jī)床設(shè)備數(shù)據(jù)表：用于存儲(chǔ)機(jī)床的臺(tái)帳信息，包括機(jī)床的編號(hào)、機(jī)床的名稱、機(jī)床的型號(hào)、機(jī)床的類(lèi)別編號(hào)、機(jī)床的生產(chǎn)廠家以及機(jī)床的單價(jià)、機(jī)床圖片、所有部門(mén)的編號(hào)、購(gòu)入時(shí)間、采購(gòu)人姓名等。

（3）機(jī)床刀具數(shù)據(jù)表：用于存儲(chǔ)刀具的各種信息，主要有刀具的編號(hào)、類(lèi)別、精度等。

（4）機(jī)床刀具使用記錄：用于存儲(chǔ)刀具領(lǐng)用的相關(guān)信息，主要有領(lǐng)用編號(hào)、領(lǐng)用刀具的編號(hào)、領(lǐng)用人編號(hào)和姓名、領(lǐng)用人部門(mén)編號(hào)與名稱、交還時(shí)間、交還人編號(hào)和姓名、刀具使用情況等。

（5）機(jī)床、刀具報(bào)廢數(shù)據(jù)表：用于存儲(chǔ)機(jī)床設(shè)備和刀具設(shè)備的報(bào)廢情況，需要包括設(shè)備的編號(hào)、報(bào)廢原因、報(bào)廢編號(hào)、報(bào)廢申請(qǐng)人、報(bào)廢申請(qǐng)時(shí)間、審批領(lǐng)導(dǎo)姓名、審批結(jié)果及審批時(shí)間。

3）電子圖紙數(shù)據(jù)庫(kù)

電子圖紙數(shù)據(jù)庫(kù)主要存儲(chǔ)電子圖紙屬性及外部信息。其中屬性包括圖紙編號(hào)（唯一、關(guān)鍵字）、圖紙名稱、圖紙制作軟件、圖紙大小、圖紙類(lèi)型、圖紙生產(chǎn)日期、圖紙制作人、圖紙審核人、圖紙審核時(shí)間等。而外部屬性則主要指圖紙文件名、圖紙的說(shuō)明、圖紙與與其他零部件圖紙的上下級(jí)關(guān)系、圖紙的修改信息（修改人、修改時(shí)間等）等。

4）診斷信息數(shù)據(jù)庫(kù)

機(jī)床CAD信息測(cè)試診斷信息主要由存儲(chǔ)機(jī)床等設(shè)備的采集信息和故障信息等知識(shí)的專用庫(kù)存儲(chǔ)機(jī)床的維護(hù)記錄，主要有機(jī)床編號(hào)、故障原因、維修負(fù)責(zé)人、維修費(fèi)用、維修時(shí)間、維修結(jié)果等。

2.4 CAD信息采集、維護(hù)系統(tǒng)

2.4.1 CAD信息采集硬件實(shí)現(xiàn)

CAD信息采集的核心是ATMEL公司開(kāi)發(fā)的單片機(jī)AT89C52，主頻是6MHz。在單片機(jī)中，主要以T1計(jì)數(shù)器作串行波特率發(fā)生器；T0、T則用于測(cè)試頻率；MAX197用于測(cè)試電壓；增加6塊8255，拓展I/O接口，用于控制信道切換。

2.4.2 CAD信息智能測(cè)控軟件功能實(shí)現(xiàn)

在線采集和智能維護(hù)主要采用面向?qū)ο蠹澳K化的思想，利用VB及動(dòng)態(tài)庫(kù)技術(shù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，其主要功能是：

1）在線采集數(shù)據(jù)模塊：實(shí)現(xiàn)對(duì)CAD信息的在線采集。

2)智能維護(hù)模塊：存儲(chǔ)采集信息，在線分析形成專家知識(shí)庫(kù)，為用戶提供在線故障預(yù)警等。

3)數(shù)據(jù)管理模塊：監(jiān)測(cè)系統(tǒng)接口，管理系統(tǒng)時(shí)間、電源等。

3 幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

3.1 全文數(shù)據(jù)檢索技術(shù)

全文檢索技術(shù)主要利用中文分詞技術(shù)和Lucene全文檢索框架建立索引詞典進(jìn)行查詢的方式?？梢詫?shí)現(xiàn)在Lucene框架的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)用于全文檢索的完整檢索工具，使用戶可以在全文或全站中準(zhǔn)確檢索相關(guān)數(shù)據(jù)，從而完成診斷任務(wù)。全文檢索工具開(kāi)發(fā)的主要過(guò)程如下。

1）索引詞提取工具開(kāi)發(fā)：利用Lucene全文檢索框架對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)源進(jìn)行分析（analyzer），把數(shù)據(jù)源字符串分成單詞，去除無(wú)效的分詞，獲得關(guān)鍵詞。然后系統(tǒng)計(jì)算出所提取的關(guān)鍵字出現(xiàn)次數(shù)，依據(jù)次數(shù)進(jìn)行排序。

2）建立索引數(shù)據(jù)庫(kù)

首先設(shè)置Lucene全文檢索框架的域（fi eld）的索引屬性設(shè)為真，將標(biāo)題域最后編輯時(shí)間域的存儲(chǔ)屬性設(shè)置為假，設(shè)置正文域的存儲(chǔ)屬性為真。然后利用Lucene全文檢索框架的寫(xiě)（writer）功能向索引文本（document）的域（fi eld）中寫(xiě)入索引詞。

3）全文檢索實(shí)現(xiàn)

在內(nèi)存中建立索引詞典，用于標(biāo)識(shí)索引詞在索引文件中的位置，可以方便計(jì)算機(jī)對(duì)關(guān)鍵字的頻繁查詢。

3.2 用戶圖形化顯示界面實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)

用戶圖形化的顯示界面是管理系統(tǒng)與用戶之間的接口，尤其爆炸圖的熱區(qū)鏈接和用戶事件響應(yīng)是顯示界面中的關(guān)鍵技術(shù)。

爆炸圖熱區(qū)鏈接的實(shí)現(xiàn)主要是把用戶定義好的熱區(qū)與爆炸圖對(duì)應(yīng)區(qū)域進(jìn)行鏈接；而用戶事件則是用戶在熱區(qū)點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵后，通過(guò)查詢模塊查找，然后通過(guò)顯示模塊顯示也相關(guān)的電子圖紙的子圖。可視化的查詢方式有利于用戶針對(duì)性的查詢所需要的信息或數(shù)據(jù)，可以減少錯(cuò)誤查詢及輸入數(shù)據(jù)的麻煩，極大地方便了用戶的操作過(guò)程。

3.3 編碼問(wèn)題

在機(jī)床設(shè)備、刀具等信息測(cè)試管理系統(tǒng)中，設(shè)備編碼是關(guān)鍵技術(shù)之一，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)有關(guān)機(jī)床設(shè)備編碼沒(méi)有完善的統(tǒng)一編碼。在國(guó)標(biāo)GB/T15375中，機(jī)床分為11類(lèi)，主要有車(chē)床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機(jī)床、螺紋加工機(jī)床、銑床、刨床、插床、拉床、鋸床及其他機(jī)床。在本系統(tǒng)中，機(jī)床及相關(guān)設(shè)備編碼以唯一性、簡(jiǎn)明性、穩(wěn)定性和通用性、可擴(kuò)充性為原則，設(shè)計(jì)有關(guān)機(jī)床的編碼方案，以方便查詢和管理。具體方案如圖2所示。

1）分廠代碼，表示機(jī)床所在的分廠的代碼；

圖2 方案示意圖

2）生產(chǎn)線代碼，表示機(jī)床所在的生產(chǎn)線；

3）機(jī)床類(lèi)型，表示國(guó)標(biāo)中機(jī)床的分類(lèi)；

4）機(jī)床編號(hào)，表示機(jī)床的編號(hào)；

5）生產(chǎn)線編號(hào)，表示機(jī)床所在生產(chǎn)線的順序編號(hào)；

6）精度等級(jí)，表示機(jī)床的精確程度。

機(jī)床刀具的編碼也采用類(lèi)似的方法，針對(duì)其所在分廠、生產(chǎn)線及其類(lèi)型、精確程度等進(jìn)行編碼。

3.4 數(shù)據(jù)庫(kù)安全系統(tǒng)

1）用戶權(quán)限設(shè)置

在用戶數(shù)據(jù)表中用戶的權(quán)限需要詳細(xì)劃分以保證數(shù)據(jù)的安全性，用戶的權(quán)限可以設(shè)置為五個(gè)層次。

（1）系統(tǒng)管理員：用于維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)。主要是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行編輯等。

（2）一般用戶：具有對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)操作的權(quán)限，像數(shù)據(jù)的插入、修改、刪除等工作，不能對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行操作。本權(quán)限還可以詳細(xì)劃分為只具有某一權(quán)限的用戶，如只能進(jìn)行修改或只能進(jìn)行插入操作等。

（3）審核員：用于審核數(shù)據(jù)并通過(guò)。還可以詳細(xì)劃分為人員部門(mén)數(shù)據(jù)審核權(quán)限和設(shè)備信息管理審核權(quán)限等。

（4）下載：具有查看和下載權(quán)限。

（5）查看：只能進(jìn)行瀏覽權(quán)限。

2）數(shù)據(jù)庫(kù)備份

在系統(tǒng)管理員賬號(hào)下設(shè)置專門(mén)的數(shù)據(jù)備份模塊，定時(shí)備份數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)發(fā)生意外系統(tǒng)故障時(shí)，可以通過(guò)備份數(shù)據(jù)恢復(fù)系統(tǒng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)基于Web的機(jī)床設(shè)計(jì)CAD信息測(cè)試管理系統(tǒng)進(jìn)行了研究，主要對(duì)用戶查詢模塊、服務(wù)器架設(shè)、數(shù)據(jù)庫(kù)等進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)這些模塊的關(guān)鍵技術(shù)作了詳細(xì)的敘述。實(shí)現(xiàn)了機(jī)床加工相關(guān)信息管理的現(xiàn)代化、智能化和高效性，對(duì)現(xiàn)代企業(yè)中機(jī)床設(shè)計(jì)CAD信息管理系統(tǒng)建設(shè)有一定的參考價(jià)值。

[1]王輝, 孫波.基于Web 的刀具工藝信息管理的研究與實(shí)現(xiàn)[J].工具技術(shù), 2009, (9).

[2]郭劍鋒, 顧新建, 祁困寧, 等.零件庫(kù)中基于本體的智能搜索引擎的研究與實(shí)現(xiàn)[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào):工學(xué)版, 2007,41(4).

[3]蔣亞南, 等.中小型企業(yè)設(shè)備管理系統(tǒng)的編碼設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用, 2009, 10.