產(chǎn)品數(shù)據(jù)輕量化訪問(wèn)技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)

聞 曉，谷青范

(南京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210016)

企業(yè)為提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)能力及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，不斷強(qiáng)化在產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的各個(gè)環(huán)境采用計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)，從而產(chǎn)生以CAD模型為中心的產(chǎn)品相關(guān)信息和所有與產(chǎn)品相關(guān)過(guò)程。目前這些信息的管理是通過(guò)PDM系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)主流PDM的技術(shù)現(xiàn)狀大多是基于局域網(wǎng)，在圖檔的瀏覽方面則要借助于AutoCAD等繪圖軟件;并且大多是通用系統(tǒng)并且采用客戶機(jī)/服務(wù)器(C/S)結(jié)構(gòu)模式，不能為企業(yè)定制個(gè)性化要求，在企業(yè)實(shí)施的過(guò)程中也存在諸多弊端。

目前的應(yīng)用現(xiàn)狀，在產(chǎn)品周期的不同階段，需要相關(guān)人員能夠在分布環(huán)境下進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理，例如CAD模型的信息可能經(jīng)常需要在沒(méi)有有線網(wǎng)絡(luò)時(shí)通過(guò)智能終端設(shè)備展示給用戶，或者需要處于不同地點(diǎn)的各方就CAD模型進(jìn)行實(shí)時(shí)交流。

目前基于B/S以圖片或文件下載的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)CAD模型信息的瀏覽，其解決方案如下:產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)、文檔樹(shù)瀏覽時(shí)，通過(guò)刷新HTML頁(yè)面來(lái)完成;工程圖紙?jiān)L問(wèn)時(shí)，將該文件下載到本地文件系統(tǒng)再打開(kāi)該文件，以此來(lái)達(dá)到訪問(wèn)圖紙文件的效果。這種訪問(wèn)技術(shù)由于采用刷新整個(gè)HTML頁(yè)面，所響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致用戶體驗(yàn)差;工程圖紙?jiān)L問(wèn)由于需要下載到本地，如果需要對(duì)工程圖紙編輯，那么編輯完之后又必須手動(dòng)同步更新到服務(wù)器，這又大幅降低了用戶體驗(yàn)。因此需要圍繞產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化訪問(wèn)技術(shù)的研究。

文中基于流技術(shù)原理，實(shí)現(xiàn)CAD模型文件的“按需”傳輸，一方面提高了用戶體驗(yàn)，另一方面改善了數(shù)據(jù)的訪問(wèn)安全性。

1 產(chǎn)品數(shù)據(jù)輕量化訪問(wèn)技術(shù)

1.1 產(chǎn)品數(shù)據(jù)特點(diǎn)

產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理立足于產(chǎn)品數(shù)據(jù)［1］，管理產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中與產(chǎn)品相關(guān)的所有信息及圖紙，為機(jī)械制造業(yè)提供了有效的管理控制方法。PDM系統(tǒng)按照功能劃分，主要分為:電子倉(cāng)庫(kù)和文檔管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理、工作流管理和生產(chǎn)周期管理等。

電子倉(cāng)庫(kù)和文檔管理提供對(duì)分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、檢索和管理功能。在PDM中，數(shù)據(jù)的訪問(wèn)對(duì)用戶來(lái)說(shuō)是完全透明的，用戶無(wú)需關(guān)心電子數(shù)據(jù)存放的具體位置，以及得到的是否為最新版本，這些工作均由PDM系統(tǒng)來(lái)完成。

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置提供對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置信息和物料清單的管理。用戶可以用PDM提供的圖形化界面對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行查看和編輯。在PDM中，零部件按照裝配關(guān)系被組織起來(lái)，用戶將各產(chǎn)品的定義數(shù)據(jù)與零部間關(guān)聯(lián)起來(lái)，最終形成對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的完整描述，傳統(tǒng)BOM可以利用PDM自動(dòng)生成。

工作流管理和生產(chǎn)周期管理模塊提供對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)定義過(guò)程的管理。在整個(gè)產(chǎn)品生命周期中，提供的管理服務(wù)包括保留和跟蹤產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)制造直到停止生產(chǎn)整個(gè)過(guò)程中的所有歷史記錄，以及定義產(chǎn)品從一個(gè)狀態(tài)換到另一個(gè)狀態(tài)時(shí)須經(jīng)過(guò)的處理步驟。

1.2 Ajax技術(shù)

在傳統(tǒng)Web應(yīng)用中，用戶通過(guò)HTTP請(qǐng)求動(dòng)作連接Web服務(wù)器，Web服務(wù)器收到該請(qǐng)求后要完成一系列處理工作，如驗(yàn)證合法性、計(jì)算數(shù)據(jù)、訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)等，最后將一個(gè)完整的HTTP頁(yè)面返回給客戶端。該請(qǐng)求被處理之前，用戶一直處于等待頁(yè)面響應(yīng)狀態(tài)。為提高用戶體驗(yàn)，Ajax技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。使Web應(yīng)用擁有桌面程序所擁有的優(yōu)點(diǎn)，諸如程序反應(yīng)靈敏、用戶體驗(yàn)優(yōu)秀等。

Ajax技術(shù)［2－3］主要在客戶端和服務(wù)器之間引入中間層，即Ajax引擎。用戶通過(guò)該引擎間接與服務(wù)器通信，從而達(dá)到通信異步化。因此，大幅減少了多余請(qǐng)求與服務(wù)器的直接通信;由于采取局部刷新技術(shù)，無(wú)需刷新整個(gè)頁(yè)面，減少用戶等待時(shí)間，使用戶得到更好的體驗(yàn);由于該引擎具有一定的處理能力，所以部分請(qǐng)求由該引擎直接處理，從而進(jìn)一步減輕服務(wù)器壓力以及網(wǎng)絡(luò)流量負(fù)擔(dān)。Ajax技術(shù)主要由XMLHttpRequest、XML、DOM、JavaScript以及 CSS技術(shù)組成。XMLHttpRequest是Ajax技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，負(fù)責(zé)與服務(wù)器異步通信，并獲取服務(wù)器返回的響應(yīng)數(shù)據(jù)。Web應(yīng)用通過(guò)局部刷新就可以與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，這使得網(wǎng)絡(luò)流量帶寬進(jìn)一步減少。但對(duì)于CAD模型文件，其更新仍是整個(gè)文件的更新，因此需要進(jìn)一步解決CAD模型文件的局部更新問(wèn)題。

1.3 CAD模型文件的流化技術(shù)

流化的目的是解決Internet方式下的帶寬瓶頸，克服文件下載傳輸方式的不足，將連續(xù)的文件經(jīng)過(guò)壓縮處理后利用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，使用戶邊瀏覽邊下載，而無(wú)需等整個(gè)壓縮文件下載完成后才可以瀏覽。流化技術(shù)先在用戶機(jī)器上創(chuàng)造一個(gè)緩沖區(qū)，在用戶瀏覽前預(yù)先下載部分文件作為緩沖，在網(wǎng)絡(luò)實(shí)際連接速率小于瀏覽所耗用資料的速度時(shí)，瀏覽程序則會(huì)取用這段緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)。

流媒體系統(tǒng)主要由壓縮編碼器、流媒體服務(wù)器及客戶端播放軟件組成。壓縮編碼器主要將媒體數(shù)據(jù)通過(guò)壓縮轉(zhuǎn)換成能夠進(jìn)行流式傳輸?shù)牧髅襟w格式數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以保存為相應(yīng)的流媒體文件，也可以直接交由流媒體服務(wù)器進(jìn)行發(fā)布。流媒體服務(wù)器主要提供流式服務(wù)，即運(yùn)行在流媒體服務(wù)器上的軟件?？蛻舳瞬シ跑浖翘峁┙o用戶瀏覽流媒體的工具軟件。

流媒體涉及的眾多技術(shù)中，流媒體的格式與流媒體的流式傳輸是兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。從不同的角度看，流媒體數(shù)據(jù)有3種格式:壓縮格式、文件格式、發(fā)布格式。其中，壓縮格式描述了流媒體文件中媒體數(shù)據(jù)的編碼、解碼方式;流媒體文件格式是指服務(wù)器端將要傳輸?shù)牧髅襟w組織形式;流媒體發(fā)布文件格式是一種呈現(xiàn)給客戶端的媒體安排方式。而狹義的流媒體格式是指文件格式。從流媒體的定義可知，流媒體實(shí)現(xiàn)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)就是流式傳輸。流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)需要合適的傳輸協(xié)議。類似于www服務(wù)是依靠HTTP協(xié)議，HTTP協(xié)議是建立在TCP協(xié)議基礎(chǔ)之上的。但由于TCP協(xié)議的開(kāi)銷較大，所以不適合傳輸對(duì)實(shí)時(shí)要求較高的連續(xù)媒體數(shù)據(jù)。在流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方案中，通常采用RTSP/TCP來(lái)傳輸控制信息，而用RTP/UDP來(lái)傳輸實(shí)時(shí)媒體數(shù)據(jù)。

文中采用SWF作為流化技術(shù)，其原因滿足如上所述的流化特點(diǎn)，并且具有縮放不失真、文件體積小等特點(diǎn)，這使得其易于網(wǎng)絡(luò)傳輸［4］。

SWF文件由文件頭(Header)和文件體(Body)組成。文件頭定義了SWF文件的版本號(hào)以及文件大小等信息。文件體由大量的Tag組成，在文件最后有一個(gè)結(jié)束Tag。每個(gè)Tag都包括一個(gè)標(biāo)簽頭(Header)和一個(gè)數(shù)據(jù)體(Body)，通過(guò)分析Tag的Header部分?？梢灾肋@個(gè)Tag的類型代碼和長(zhǎng)度。如果播放器無(wú)法識(shí)別Tag的類型，也可以利用Tag的長(zhǎng)度直接跳過(guò)。SWF文件的完整結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 SWF文件結(jié)構(gòu)

組成SWF文件的所有Tag，根據(jù)其信息按照功能可劃分為描述性標(biāo)簽和控制性標(biāo)簽。分類如圖2所示。

圖2 tag分類圖

2 產(chǎn)品數(shù)據(jù)訪問(wèn)的輕量化客戶端設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

通常情況下，多個(gè)客戶端會(huì)同時(shí)訪問(wèn)企業(yè)的Web服務(wù)器，而Web服務(wù)器又將客戶端發(fā)送的請(qǐng)求交由應(yīng)用服務(wù)器、文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器處理，以此來(lái)減輕其負(fù)擔(dān)。具體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

客戶端運(yùn)行環(huán)境:Windows XP、IE8;服務(wù)器端運(yùn)行環(huán)境:Windows Server 2003、.NetFramework 4.0、SQL Server 2005。

2.2 功能結(jié)構(gòu)

該圖文管理分為權(quán)限管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理、文檔結(jié)構(gòu)管理以及工程圖紙管理等幾個(gè)主要模塊。權(quán)限管理模塊主要用于設(shè)定用戶的訪問(wèn)權(quán)限，其他模塊訪問(wèn)時(shí)需根據(jù)該用戶權(quán)限來(lái)進(jìn)行。產(chǎn)品及文檔結(jié)構(gòu)模塊使用戶了解產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及各個(gè)組成部分，將所有構(gòu)成部件按層次全部顯示出來(lái)。工程圖紙管理模塊主要處理用戶在線瀏覽、編輯圖紙功能。

2.2.1 產(chǎn)品及文檔結(jié)構(gòu)管理

當(dāng)制造部門(mén)開(kāi)始進(jìn)行生產(chǎn)某產(chǎn)品時(shí)，首先需要明確該產(chǎn)品的組成及規(guī)格。通過(guò)該模塊功能，制造部門(mén)人員可以通過(guò)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理獲取該產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，該模塊將進(jìn)一步將借用件或原件展示給用戶。同時(shí)，制造人員可根據(jù)文檔結(jié)構(gòu)管理模塊找到與該產(chǎn)品相關(guān)的文檔，進(jìn)而完成生產(chǎn)。

圖4 功能圖

2.2.2 工程圖紙管理

該功能模塊主要為用戶提供在線瀏覽遠(yuǎn)程服務(wù)器端工程圖紙的功能。在工程制造業(yè)中，為保密，工程圖紙不能隨意下載到本地，因此應(yīng)提供在線瀏覽工程圖紙。只有擁有特定權(quán)限的用戶，才能瀏覽、編輯該工程圖紙。源客戶端通過(guò)RIA技術(shù)，緩存遠(yuǎn)程服務(wù)器端的文件，使其能夠?yàn)g覽遠(yuǎn)程服務(wù)器端的工程圖紙文件，并通過(guò)SWF技術(shù)對(duì)該工程圖紙文件進(jìn)行編輯，實(shí)現(xiàn)在線編輯SWF文件的效果。

2.2.3 用戶管理及權(quán)限管理

上述兩個(gè)功能的運(yùn)行當(dāng)中，必須要實(shí)施有效對(duì)用戶的管理與權(quán)限的控制。為防止用戶的誤操作，用戶進(jìn)行產(chǎn)品及文檔結(jié)構(gòu)管理及工程圖紙管理時(shí)，任何其他一個(gè)成員對(duì)其訪問(wèn)時(shí)，系統(tǒng)均要對(duì)當(dāng)前用戶進(jìn)行權(quán)限審核。當(dāng)在用戶打開(kāi)對(duì)象前，服務(wù)端需要把該對(duì)象和當(dāng)前用戶相關(guān)所有權(quán)限提取出來(lái)，連同對(duì)象一起，下載至客戶端，由客戶端的RIA程序?qū)嵤?duì)權(quán)限的審核。

3 產(chǎn)品數(shù)據(jù)訪問(wèn)的輕量化客戶端實(shí)現(xiàn)

Flex作為RIA的解決方案之一，其應(yīng)用程序中的客戶端部分作為一個(gè)包含已編譯成字節(jié)碼的二進(jìn)制文件進(jìn)行部署，而用戶可以將這些文件像普通HTML文件或圖像文件那樣部署在Web服務(wù)器上，當(dāng)這些文件被瀏覽器請(qǐng)求時(shí)，會(huì)被下載到客戶端，然后由Flash-Player運(yùn)行時(shí)解碼。

通過(guò)上述方式，加載用戶請(qǐng)求的工程圖紙文件，應(yīng)用程序通過(guò)ActionScript對(duì)加載文件處理，加載文件以數(shù)據(jù)幀的形式被緩沖到內(nèi)存中，然后再呈現(xiàn)給用戶。對(duì)于圖形移動(dòng)操作，采取如下操作:(1)獲取鼠標(biāo)左鍵的屏幕坐標(biāo)位置。(2)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)幀的坐標(biāo)。(3)獲取對(duì)應(yīng)的Tag信息。(4)修改對(duì)應(yīng)圖形Tag中坐標(biāo)點(diǎn)的信息。對(duì)于圖形添加操作，解決方式如下:(1)獲取鼠標(biāo)左鍵的屏幕坐標(biāo)位置;(2)轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)幀的坐標(biāo);(3)獲取對(duì)應(yīng)的父Tag信息;(4)Tag信息中添加子Tag信息，包含圖形描述、坐標(biāo)點(diǎn)位置等信息。

圖5 工程圖紙文件管理

4 結(jié)束語(yǔ)

分析了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的需求，針對(duì)用戶遠(yuǎn)程訪問(wèn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的特點(diǎn)以及對(duì)工程圖紙?jiān)诰€訪問(wèn)的問(wèn)題，在研究DWG和SWF文件格式的基礎(chǔ)上，提出了將DWG文件轉(zhuǎn)換為適合流化處理的SWF文件格式，并利用Flex和AS設(shè)計(jì)了一個(gè)用于在線訪問(wèn)編輯SWF文件的組件。最后將該組件應(yīng)用于產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中，該系統(tǒng)已經(jīng)在合作單位部署實(shí)施，并取得良好的反響。

［1］RYAN A，NAT H T，SCHUT H.Ajax基礎(chǔ)教程［M］.金靈等譯.北京:人民郵電出版社，2006.

［2］柯自聰.Ajax開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)略［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2006.

［3］張曉彥，張曉明.基于 Flash動(dòng)畫(huà)的信息隱藏算法［J］.計(jì)算機(jī)工程，2010，36(1):181 －183.

［4］雒俊麗，李玉山，李靜瀾，等.電子產(chǎn)品接線圖自動(dòng)生成技術(shù)［J］.電子科技，2004(9):46－48，52.