（计算机应用技术专业论文）中小企业异地协同设计中产品信息交换技术的研究.pdf

桂林工学院硕士学位论文 摘要 制造技术水平的不断提高和日趋激烈的市场竞争，使制造业的发展闩益呈 现出全球化、网络化的特点。在这种情况下，产品设计过程也越来越快地向跨 企业、跨系统、跨地域的方向发展，从而拉开了计算机支持的协同设计研究的 序幕。 由于中小企业没有足够的经济实力，产品的丌发和创新能力都比较薄弱， 因此，各企业组成动态联盟，采用协同设计的方式已成为各中小企业降低产品 设计成本、整合资源，增强竞争力的必由之路。 产品信息是设计的载体，设计方式的改变使得传统设计过程中的产品信息 交流与共享的方式已无法满足现代化的需要。i n t e m e t 虽然为产品协同设计提供 了底层网络硬件环境，但是如何实现协同设计中的异构产品信息的交流与共享， 提高设计效率，目前还没有特别行之有效的方法。所以针对产品设计网络化的 需要，研究异地协同设计中的产品信息交换技术具有很大的理论价值和实际意 义。 本文在分析了中小企业异地协同设计过程中产品数据交换的研究现状的基 础上，给出了一种基于x m l 的异地协同设计产品数据交换系统层次结构模型。 对系统中用到的技术做了简要介绍之后，重点研究了国际数据交换标准s t e p 的e x p r e s s 语言与x m l 的模式映射思想，根据这一思想制定了模式映射规则、 介绍了模式映射方法，并给出了映射实例。在此基础上，结合w e bs e r v i c e s 技 术，提出了机械产品协同设计数据交换系统较具体的框架结构，并探索了 在n e t 平台上如何通过i n t e m e t 实现产品信息的交换和共享。另外，为了提高 网络响应速度，保证数据库中数据和浏览器中显示的数据的同步性和一致性， 本系统还将a s p n e t 2 0 的数据库缓存依赖技术应用其中。 关键词：x m l ；s t e p ；产品信息交换；协同设计；a s p n e t 桂林工学院硕士学位论文 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h ec o n t i n u o u s l yd e v e l o p i n gt e c h n o l o g yi nm a n u f a c t u r i n ga n dt h e m o r ea n dm o r ef u r i o u sm a r k e tc o m p e t i t i o n ，t h ed e v e l o p m e n to fm a n u f a c t u r i n ga r e o nt h ew a yo fg l o b a l i z a t i o na n dn e t w o r k e d i nt h i sc a s e ，t h ep r o c e d u r eo fp r o d u c t d e s i g ni sd e v e l o p i n gi nt h ed i r e c t i o no fc r o s s i n ge n t e r p r i s e s ，s y s t e m sa n dz o n e s f r o mt h e no n ，t h er e s e a r c ho ft h ec o m p u t e rs u p p o r t e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g na r o s ea n d h a sd e v e l o p e dq u i c k l y a sar e s u l to fl a c k i n ge c o n o m i cs t r e n g t h t h ea b i l i t yo fr e s e a r c ha n di n n o v a t i o n o fs m e s ( s m a l la n dm e d i u me n t e r p r i s e s ) i sp o o r i nt h a tc a s e ，f o r m i n gad y n a m i c u n i o na n du s i n gt h ew a yo fc o l l a b o r a t i v ed e s i g na r em a n ys m e s sg o o dc h o i c e s o n l yi nt h i sw a y , c a nt h e yr e d u c et h ec o s t so fp r o d u c t sd e s i g n c o n f o r i l lr e s o u r c e s a n do u t v i et h e i ro p p o n e n t s 而ee v o l v e m e n to fd e s i g nm e t h o d sr e s u l t si nt h a tt h et r a d i t i o n a lw a y so fd e s i g n c a n n o tm a t c ht h ee x c h a n g ea n ds h a r i n go fp r o d u c ti n f o r m a t i o n a l t h o u g hi n t e r n e t s u p p l i e st h eg r o u n dn e t w o r kh a r d w a r ee n v i r o n m e n tf o rc s c d t h e r ei sn oe f f e c t i v e r i p et e c h n o l o g yt or e a l i z et h ee x c h a n g ea n ds h a r i n go fh e t e r o g e n e o u sp r o d u c t i n f o r m a t i o ni nc s c ds u f f i c i e n t l y s oi th a sv e r yi m p o r t a n tv a l u eb o t ho nt h e o r ya n d a p p l i c a t i o nt os t u d yt h ep r o d u c ti n f o r m a t i o ne x c h a n g et e c h n o l o g yf o rc s c d i nt h e i n t e m e te n v i r o n m e n t o nt h eb a s i so fa n a l y s i n gt h ea c t u a l i t yo fp r o d u c t sd a t ae x c h a n g ei nt h ep r o c e s s o fc s c di ns m e s ap r o d u c t sd a t ae x c h a n g es y s t e mh i b e r a c h ym o d e lb a s e do n x m lh a sb e e ng i v e n s u p e r i o r i t yo fe x p r e s sa n dt h a to fx m la r eb a n d e dt o g e t h e r , a n dt h em a p p i n gi d e ao ft r a n s f o r m i n ge x p i 之e s sl a n g u a g ei n t ox m li si n t r o d u c e d t o o t h em o s ti m p o r t a n tt h i n gi st h a tt h i st h e s i sa l s os t u d i e st h em a p p i n gr u l ea n d m e t h o do ft r a n s f o r m i n ge x p r e s st ox m l a n de x a m p l e sa r eg i v e n c o m b i n e dw i t h t h et e c h n o l o g yo fw e bs e r v i c e s n e t w o r kh i b e r a r c h yo fs y s t e mi sb u i l to n n e t p l a t f o r m t h i st h e s i sa l s oi n t r o d u c e dt h es t r u c t u r ea n df u n c t i o nf l o wo ft h es y s t e m i n o r d e rt om a k es u r ed a t af r o md a t a b a s ea n dd a t as h o w no nt h eb r o w s e ra r e s y n c h r o n o u sa n dc o n c u r r e n t 。a n di no r d e rt om a k et h en e t w o r kr e s p o n dm o r eq u i c k l y , d a t a b a s ec a c h ed e p e n d e n c yo fa sp n e t 2 0w a su s e d b a s e do na l lt h e s es t u d i e s a c s c dn e t w o r kp r o d u c ti n f o r m a t i o ne x c h a n g es y s t e mm a i n f r a m ei sb r o u g h tf o r w a r d t or e a l i z ep r o d u c ti n f o r m a t i o ne x c h a n g ea n ds h a r i n gf r o md i f f e r e n tp l a c e s k e yw o r d s ：x m l ；s t e p ；p r o d u c ti n f o r m a t i o ne x c h a n g e ；c o l l a b o r a t i v ed e s i g n ； a sp n e t v 桂林工学院硕士学位论文 研究生学位论文独创性声明和版权使用授权说明 独创性声明 本人声明：所呈交的论文是我个人在刘电霆副教授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 中不包含他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得桂林工学院或其 它教育机构的学位或证书而使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人 员已在论文中作了明确的说明并致以了谢意。 学位论文作者( 签字) ： 签字日期： 版权使用授权说明 本人完全了解桂林工学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：按 照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷 本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化 或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部 分或全部内容。( 保密论文在解密后遵守此规定) 学位论文作者( 签字) ： 指i e i 导教师签字：j 寸似川j 笠丁： 签字日期： 凝一 桂林工学院硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 随着信息技术、计算机技术和网络技术的迅速发展，现代经济也获得了飞 速发展，经济活动按照网络化的形式加以组织，世界经济正经历着一场深刻的 革命。这场革命使世界经济全球化进程大大加快，跨国、跨行业、跨企业之间 的联合得到进一步发展。在这种形势下，企业之间的竞争越来越激烈。随着竞 争的加剧，竞争的焦点逐渐变为怎样以最快的速度丌发出高质量、低成本的产 品投放市场。同时，由于技术的飞速发展和产品复杂程度的不断提高，再加上 用户对产品需求呈多样化和个性化，新产品设计丌发的难度也增加了。只有在 最短时间内，将高性能、低成本的产品推向市场并占据主要销售地，企业才能 在竞争中赢得主动权并取得胜利。 2 0 世纪8 0 年代以来，自动化技术、信息技术、计算机技术和制造技术相 互渗透，发展迅速，新知识应用于生产实际的速度惊人，这一切为制造业提供 了新的发展空间。新的制造思想、概念和方法不断涌现，如：计算机集成制造 系统( c l m s ) ，精良生产( l e a np r o d u c t i o n ) ，敏捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ) ， 并行工程( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ) ，智能制造( i n t e l l i g e n tm a n u f a c t u r i n g ) ， 虚拟制造( v i r t u a lm a n u f a c t u r i n g ) 等。这些新的思想和技术都从不同的角度 和层次上对产品开发模式做了变革，新产品丌发能力得到进一步加强。 企业动态联盟和网络化敏捷制造将成为2 1 世纪的重要发展方向；为了提高 新产品研发能力，新的工具软件迅速发展，建立在建模、仿真、虚拟现实技术 基础上，可减少或取消制造原型机或原型系统的虚拟制造技术发展飞快；加速 新产品开发过程的并行工程迅速得到推广；提高生产过程控制水平已成为企业 投入少、见效快的重要途径；面向中小企业的、经济实用的低成本综合自动化 系统得到重视和发展：制造全球化已成为发展的必然趋势。因此，未来制造业 信息化的发展趋势将是数字化、集成化、绿色化、智能化、敏捷化与网络化的 融合，各种新的管理模式和管理思想不断涌现，最终将形成全球化敏捷生产体 系。 1 2 计算机支持的协同设计( c s c d ) 2 0 世纪8 0 年代，h i t 公司的i r e n g r i f 和d e c 公司的p a u lc a o h m a o 最 桂林工学院硕士学位论文 先提出了计算机支持的协同工作( c s c w ，c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v e w o r k ) 这一概念。它是一种支持人们在共享环境下完成同一工作的计算机系统， 即利用多媒体和计算机通信技术建立的一个协同工作环境，人们可以在这个环 境中相互合作，共同设计同一产品、研究同一领域、完成同一项目或求解同一 问题。 网络技术和c s c w 技术的快速发展为计算机支持的协同设计( c s c d ) 的研究 与应用提供了有力的技术支持，它已成为计算机支持的协同工作的重要领域。 c s c d 一般可理解为：为完成某一设计目标，由两个或两个以上设计主体( 或称 专家) 通过一定的信息交换和互相协调机制，分别以不同的设计任务共同完成 同一设计目标瞳1 。它的研究涉及到计算机技术、人工智能、认知科学、行为科 学、设计方法论等诸多领域。 1 2 1 协同设计的产生背景、定义及特点 经济发展的全球化使得世界市场的竞争不断加剧，加快产品的优质开发是 企业保持竞争力和生命力的关键。同时，随着社会的发展进步，客户对产品的 要求越来越高，现代产品的结构和功能也越来越复杂，这一切使得各制造商必 须采用新概念、新思想、新方法、新技术来改进产品的设计开发模式。产品设 计必须由在各方面具有不同技术和特长的专家共同进行，每一位或几位专家负 责产品设计的不同方面。因此研究如何充分利用异地的各种资源对制造业将会 起到很大的推动作用。而计算机网络和信息技术的发展使得产品设计者能够更 有效地进行交流协作，能够获得并交换产品开发过程中的大量设计资源与信息。 随着社会需求和技术条件的日趋成熟，计算机支持的协同设计( c o m p u t e r s u p p o r t e dc o l l a b o r a t i v ed e s i g n ，简称c s c d ) 的研究逐渐被提到日程上来。 机械产品的设计制造、尤其是复杂产品的设计制造，往往需要分布在不同部门 或不同工作场所具有不同专业知识的各领域专家组相互合作才能完成产品的开 发任务。而对于中小企业来说，由于没有足够的经济实力，产品的开发和创新 能力都比较薄弱，因此，各企业组成动态联盟，采用协同设计的方式已成为各 中小企业降低产品设计成本、整合资源，增强竞争力的必由之路。”。 协同设计是指：在计算机网络技术支持的环境中，多个企业组成一个协同 工作群体，他们通过对复杂结构产品设计过程的重组、建模和优化，并利用现 代p d m 、c a d c a m c a p p 、虚拟设计等集成技术与工具，完成一项设计任务的设 计模式h 1 。它主要运用并行工程和集成化原理，以求协调设计者之间的关系， 有效的利用企业现有资源，在设计的早期发现所有可行变化，使设计没有延迟 桂林工学院硕士学位论文 地连续进行；它有助于跨学科科技人才之间的交互和合作，充分发挥员工的创 造精神和主动精神，形成以人为核心的企业内外计算机辅助协同系统，提高设 计质量，缩短开发周期，降低开发成本，提高企业的竞争力。协同设计的主要 特征是不同的设计人员之间，不同的设计组织之间，不同的部门工作人员之间， 都可以实现资源共享，协同参与、实时交互、合作设计，能够很好地支持跨学 科专业人才之间的交互与合作。协同设计强调两方面因素：首先是协同人员以 群体的方式工作，并发挥个体的特长；其次是群体协同效益应该大于单个个体 求解的效益，个体的获利应该大于为协同而付出的代价。 协同设计要求设计者在进行产品设计时，不但要满足设计本身的技术要求， 还要考虑市场需求、用户要求、制造、装配、维护以及环境保护等问题。它的 目的是缩短新产品开发周期，降低生产成本，向市场提供优质产品。各中小企 业应该建立基于协同理论的产品集成设计团队；对复杂结构产品的设计过程进 行重组，建立产品协同设计开发流程；建立能够支持协同设计的计算机协同工 作环境；通过对复杂结构产品的建模，优化产品设计过程与质量；利用 c a d c a m c a p p 、p d m 、a g e n t 、虚拟设计等集成技术和工具，提高设计质量和速 度。 协同设计不但体现了现代设计技术，也体现了现代管理技术，它的主要特 点有： ( 1 ) 协同设计的核心思想是产品的体系优化建模和开发过程集成，即从产 品设计阶段开始就考虑到产品开发后期可能出现的问题及解决方案； ( 2 ) 基于协同思想进行设计，可以通过结构重组，将以前不属于同一时间 段的问题提前到设计阶段来考虑，如后序的制造过程、安装过程、使用过程中 以及维修废弃可能出现的问题等。这样就可以避免由于产品开发顺序、时间等 问题而引起的后序问题； ( 3 ) 协同设计采用“协同决策”的方法解决复杂交错、跨时域、多目标的 问题； ( 4 ) 技术上，协同设计继承了许多优秀技术和方法，如计算机集成制造系 统、p d m 多媒体技术等，并在这些技术的基础上提出了计算机支持下的协同设 计和面向对象协同设计的c a d c a m c a p p 集成等设计理念； ( 5 ) 在产品设计期间，协同设计能很好地处理产品生命周期中各环节的关 系，充分体现了互相合作、资源共享、协同决策的价值，从而消除了传统串行 设计过程中存在的“抛过墙 式的现象。 1 2 2c s c d 系统的特性 桂林工学院硕士学位论文 c s c d 在不同应用领域或为了不同的协作目的，其系统构建会有一些差异， 但一般具有以下共同的特性： ( 1 ) 分布性。c s c d 是一个分布式系统，设计者可分布在世界各地，不受 地域限制； ( 2 ) 面向任务，具有时效性。一个任务，多个用户，而且任务完成时群组 就解体，对于新的任务重新组建新的c s c d 群组： ( 3 ) 并发性和一致性。系统允许用户同时操作，需要维护数据的一致性； ( 4 ) 异构性。c s c d 系统经常是跨部门、跨企业、跨行业的，因此它们工 作平台具有异构性，主要体现在共享的数据源、求解知识的表达方式以及使用 的操作系统、硬件结构等方面； ( 5 ) 共享性。信息的共享是协同的基础，在异构分布式系统中，多知识源 之间的交流互补是协同求解的本质。通过数据库、网络提供有效的协同设计管 理与信息交换，这就要求有相同的产品信息体系结构。协同设计开发产品的中 心任务是进行协同设计决策，提供协同设计问题求解的支持和对低层详细设计 产品数据、功能函数的访问和调用。 此外，c s c d 系统还具有开放性、可靠性等特点。 1 3 协同设计中的产品数据交换 产品数据是指产品从设计到制造的生命周期内全过程中对产品的全部描 述，并在计算机中以可以识别的形式来表示和存储的信息1 。这种信息是在产 品的设计、制造、服务过程中通过数据采集、传递和加工处理的过程而形成和 完善的，并在这个过程中需频繁进行数据交换。例如：c a d 、c a e 、c a m 各系统 之间，不同c a d 系统之间数据信息的交换以及产品设计部门之间的数据信息交 换等。但是，由于各个c a d 系统以及c a d 、c a e 、c a m 系统是针对不同用户的不 同应用任务研制开发的，彼此之间无论是在对产品数据的描述方法、信息内容 的定义上，还是在产品信息的数据结构上都存在着较大的差异。 而且不同的企业根据自己的实际情况也会采用不同的软件系统，甚至同一 个企业内部也可能同时购买了几种c a d c a m 软件，如f o r dm o t o r 公司就有三神 不同的c a d c a m 软件。在企业内部，由于数据格式不一致，接口不统一，数据 库信息不能共享，出现了信息“孤岛”，导致了c a m 系统往往不能直接读取c a d 中与c a m 相关的信息，仍需重新建立相应模型，重新输入有关信息，增大了技 术人员的劳动强度，同时也加大了出错的概率。这就给各系统数据之间的数据 4 桂林工学院硕士学位论文 交换和共享带来了困难，随着c a d 技术日益广泛的应用，特别是计算机集成制 造( c i m ) 的提出，这种矛盾越来越突出。 另外，在产品设计、装配和制造等过程中，制造商和零部件供应商都有可 能采用不同的软件系统，不兼容的数据格式妨碍产品数据的交换，不利于集成 系统的信息交换与管理，这些问题的解决对于敏捷制造和动态联盟企业尤为重 要。在多变和难以预测的市场竞争中，需要有支持全球合作的数据交换标准， 允许企业有效地和全球的合作伙伴、客户和零部件供应商交换信息，企业必须 确保这种交换是一致的、准确的并且是及时的。 不仅一个公司内部的不同部门之间要共享诸如设计、制造、维修和装配等 的产品数据，虚拟企业的各个“合作伙伴也要共享这些数据，因此不同系统 之间的数据通讯和数据交换成为制造业自动化的一个瓶颈问题。 因此，如何解决各不同系统之间产品模型数据信息的交换问题逐渐被提到 日程上来。为使各种单元技术间协调工作，必须通过信息共享使各种功能有机 地集成在一起，实现企业信息的整体优化。这就要求产品数据格式标准化，数 据间具有可交换性。 综上所述，为了解决这个问题需要建立一个统一的信息结构标准来对产品 模型的数据进行描述。由此，人们提出了采用“中性文件 进行格式转换的办 法。中性文件通常不依赖于某一个专门软件，各个系统分别提供对中性文件的 转换工具，转换时先把自己格式的数据导出为中性文件格式，再把中性文件格 式导入到其它系统中，就可以实现格式的相互兼容。而且由于产品系列化和维 护的需要，若干年后即使产生这些数据的硬件设备和软件系统已不再存在，数 据仍可以由其它系统再次读入，即数据的寿命要长于软件系统，更长于硬件设 备。因此以中性文件作为数据的长期存储格式已成为业界共识。 1 4 产品数据交换研究现状 为了解决产品数据交换问题，各国的专家学者进行了大量研究，提出了许 多数据交换即数据接口的方法与标准。目前常用的数据接口方法有两种：专用 数据接口、通用数据接口。 ( 1 ) 专用数据接口。它是将一个c a d 系统中的产品数据通过专用的数据接 口程序直接转化为符合另一个c a d 、c a e 、c a m 系统数据格式的产品数据；反之 亦然。n 个系统需要有n ( n 1 ) 个专用数据接口程序。这种点对点数据交换方 式的专用数据接口程序交换数据的运行效率高，且不会丢失数据；但各自不同， 桂林工学院硕士学位论文 不能通用。在早期的c a d 系统间及c a d 、c a e 、c a m 系统间交换数据常采用此方 法。 ( 2 ) 通用数据接口。它是利用一种与系统无关的标准数据格式( 中性文件 格式) 文件来实现多个c a d 系统间的数据交换，各系统只需构造前置处理器、 后置处理器，即可实现本系统的产品数据格式和标准数据格式之间的转换。这 样只需将本系统的产品数据“翻译”成标准的数据格式，就可被不同的c a d 系 统及c a e 、c a m 系统所共享利用。此方式数据共享性好；但如果标准数据格式中 没有c a d 系统中的某些数据描述格式，产品数据将不能够被完全“翻译”，从而 造成数据的丢失。目前常用的数据接口标准有i g e s 、s t e p 、s t l 、p d e s 、v r m l 世 1 r0 基本图形交换规范( i g e s ) 是在美国国家标准和技术研究所( n i s t ) 主持 下，由波音公司和通用电气公司参加研制开发的，1 9 8 0 年推出1 10 版本，1 9 8 1 年经a n s i 批准发布为美国国家标准。i g e s 以产品模型为直接处理对象，通过 对产品模型的实体定义( 包含形状、尺寸以及某些特征信息) 来表达产品模型。 为此，i g e s 规定了描述实体的文件结构格式以及实体的几何信息、拓扑信息及 非几何数据信息在这些格式中的表示方法。从1 9 8 0 年的1 0 版到1 9 9 0 年的5 0 版，i g e s 对实体的内涵也在不断的扩充，从二维几何信息到三维构造体、边界 体几何信息，以及有限元模型数据、说明书、压缩数据格式、宏指令等非几何 信息。 i g e s 是目前应用最广，也是最成熟的数据交换标准之一，但在实际应用中 它还存在一些不足之处：数据传递的范围有限、数掘交换不稳定、数据格式过 于复杂等。 为弥补i g e s 接口标准的不足，美国i g e s 委员会从1 9 8 4 年起开始了一种全 新的产品数掘交换规范p d e s 接口技术的研究。几乎在同一时间，以德国、日本 为代表的其他国家也在进行数据通用接口的研究，并推出了各自的标准。为了 实现国际范围内的标准化统一，国际标准化组织( i s o ) 专门成立了技术委员会 t c l 8 4 。1 9 8 4 年1 1 月，t c l 8 4 下属的制造语言与数据分委员会s c 4 在p d e s 标准 的基础上进一步确定了产品模型数据交换标准s t e p ，标准号为i s 0 1 0 3 0 3 。它 由一系列相互独立的部分组成，旨在产品生命周期内为产品数据的表示与通信 提供一种中性数据形式，这种数据形式能够完整地定义产品的信息和数据交换 时的外部描述，并且独立于应用软件；它能够完全实现不同c a d 系统以及c a e 、 c a m 系统间的数据共享。 当前，我国c a d c a m 领域已经认识到s t e p 标准的重要性，国家技术监督局 桂林工学院硕士学位论文 把s t e p 作为我国的重点标准化项目之一，国家高技术8 6 3 c i m s 把s t e p 技术作 为实现企业c i m 系统信息集成的关键技术，我国也参照s t e p 制定了相应的国标， 代号为g b t1 6 6 5 6 。由于s t e p 标准庞大而复杂，故目前仍在发展和完善中。 虚拟制造系统的基础平台将是i n t e r n e t i n t r a n e t ，而由于x m l 较h t m l 有 许多优越性，它已经成为i n t e r n e t i n t r a n e t 环境下信息描述与交换的事实标 准。许多国际大公司和专业化国际组织都对x m l 非常关注和重视，如i b m ， m i c r o s o f t ，n o k i a 等大公司都将它提升到战略高度来加以研究，并开发了许多 基于x m l 的产品，目前i n t e r n e te x p l o r e r5 0 及n e t s c a p e6 0 都己完全支持 x m l 。在制造业领域，基于x m l 的过程定义语言( p d m l ) ，e x p r e s s 到x m l 的映 射( 其实质是基于x m l 的s t e p 描述) 、基于x m l 的企业异构关系数据集成等应 用研究已经取得了初步的成果。可以预见，x m l 也必将为虚拟制造、敏捷制造、 网络化制造等各种先进制造系统中的信息描述和交换提供新的有效支持手段。 1 5 本论文主要研究内容及各章节安排 1 主要研究内容 1 ) 国内外产品数据交换现状的研究 研究各个中小型企业产品设计过程中采用的各种数据格式，分析比较当前 各种数据交换技术，找出原有技术的缺陷和可以改进之处。 2 )s t e p 文件的x m l 描述与表达的研究 分析s t e p 标准的e x p r e s s 语言与x m l 在产品数据交换方面的互补性，介 绍e x p r e s s 与x m l 的模式映射思想；重点研究模式映射规则、模式映射方法， 以及数据类型映射方法，并对其进行举例说明。 3 ) 系统开发平台以及其它关键技术的研究 研究n e t 技术在协同设计中产品数据交换中的优势，以及如何在n e t 平 台上结合w e bs e r v i c e s 技术，构筑系统的网络层次结构。在系统实现过程中， 重点研究如何提高网络响应速度并保证数据库中数掘和浏览器中所显示数据的 同步性和一致性。 2 各章节安排 论文共分五章。 第一章绪论：介绍了论文的背景，协同设计的概念、协同设计中产品信息 交换的背景和研究现状、以及本文主要研究内容等。 第二章x m l 技术和产品信息交换：概述了x m l 技术产生背景、特点、优点 7 桂林工学院硕士学位论文 及其基本语法和相关技术规范，并探究了x m l 在产品数据交换方面的应用。 第三章基于s t e p 的产品信息描述与提取：简要介绍了s t e p 标准，在分析 了e x p r e s s 与x m l 的互补性的基础上，重点研究e x p r e s s 与x m l 的模式映射、 数据类型映射以及规则的映射，并给出了e x p r e s s 与x m l 的映射实例。 第四章协同设计中产品信息交换的实现：在强大的n e t 平台上，结合w e b s e r v i c e s 技术，构筑了系统的网络层次结构，介绍了系统框架结构和功能流程。 并在系统实现过程中使用了a s p n e t 2 0 的数据库缓存依赖技术和s v g 、v r m l 等 技术，保证了数据库中数据和浏览器中显示的数据的同步性和一致性，提高了 网络响应速度。 第五章结论与展望：对论文进行了总结，并对今后进一步的工作进行了展 望。 8 桂林工学院硕士学位论文 第2 章x m l 技术和产品信息交换 2 1x m l 的产生背景 2 1 1h t m l 的局限性 h t m l 取得的巨大成功有目共睹，但随着时间的推移和w e b 应用需求的增长， h t m l 的局限性逐渐显现出来，表现在： ( 1 ) h t m l 缺乏语法检查。虽然h t m l 文档的结构具有规范化的定义，每一 个h t m l 版本有一个文档类型定义( d o c u m e n tt y p ed e f i n i t i o n ，d t d ) ，也有一 些开发工具和w e b 站点可以用于检查h t m l 文档的语法，但是，现有浏览器能够 接受任何看上去类似h t m l 的文本； ( 2 ) h t m l 缺乏结构。h t m l 具有有序的头标签，在d i v 标签中也可以嵌套 信息块，但是开发人员通常并不把结构置于他们的h t m l 文档中； ( 3 ) h t m l 对内容不敏感。h t m l 中的标签与其间的内容没有任何关联； ( 4 ) h t m l 不是面向对象的。h t m l 落后于程序设计语言向面向对象方法转 换的步伐； ( 5 ) h t m l 缺乏健壮的链接机制。h t m l 常常会遇到网页链接的中断问题， 链接是被手工编码到h t m l 中的，如果一个目标文件改变了地址，其链接也必须 手工进行修改； ( 6 ) h t m l 是不可重用的。h t m l 代码片断是可以重用的，样式单也可以重 用，然而从程序设计意义上来看，它不具备可重用性； ( 7 ) h t m l 是不可扩展的。 2 1 2x m l 的产生 随着i n t e r n e t 应用的深入，h t m l 的这些局限性越发显现出来。人们急需一 种能够结构化地表示信息并支持网络跨平台应用和数据交换的标准网络语言来 满足各种应用和通信的需要。x m l 就在这样的背景下诞生了。 x m l ( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ) ，由w 3 c 协会于1 9 9 8 年2 月正式推出， 它是一种可以用来创建标记语言的元语言，可以用来标记任何一种所能想见的 事物。化学分子结构、数学公式、音乐符号等行业信息都能够在x m l 中得以结 构化表示，跨平台的信息交换也可以制定基于x m l 的通信协议。就像h t m l 在 w e b 和全球数据发布中所起的作用一样，x m l 在电子商务和数据交换中起着重要 作用。x m l 不仅己广泛应用于与计算机和网络有关的各个方面，还可应用于诸 9 桂林工学院硕士学位论文 如数学、机械、生物、化学、物理、音乐制作等各个领域，它在跨平台、跨应 用程序和跨语言中的使用，使它在未来分布式解决方案中将发挥重要作用。 x m l 从s g m l ( s t a n d a r dg e n e r a l iz e dm a r k u pl a n g u a g e ) 衍生出来，基本 上是s g m l 的一个子集。由于x m l 是一种树状结构，能够将形式与内容相分离， 因此使用x m l 进行各种不同数据格式之间的相互转换就能够达到数据交换的目 的。 2 2x m l 的特点和优点 2 2 1x m l 的特点 x m l 保留了s g m l 的一些特点，并克服了h t m l 的局限性。主要特点是： ( 1 ) x m l 可用于现有的w e b 协议( 如h t t p 和m i m e ) 和机制( 如u r l ) ； ( 2 ) x m i 。支持w e b 的各种不同的应用，并使用了一种类属的方法使其具有 可扩展性。h t m l 则不支持，它需要借助使用用于链接h t m l 和应用的脚本语言； ( 3 ) x m l 与s g m l 兼容，所以大多数s g m l 应用可以向x m l 转化； ( 4 ) 同h t m l 文档一样，x m l 文档易于创建： ( 5 ) x m l 文档内容和结构清晰易懂，所以即使对非专业人员来说也易于阅 读和使用； ( 6 ) x m l 的设计严谨而仔细，所以x m l 中标记的信息可以很容易地被计算 机程序所处理； ( 7 ) x m i 。标准定义精悍，这就保证了其下载和处理的速度。 2 2 2x m l 的优点 随着网络和i n t e r n e t 的发展，数据交换的能力己成为新的应用系统的一个 重要的要求。 x m l 的好处是数据的可交换性( p o r t a b l e ) ，同时在数据应用方面还具有如 下优点： ( 1 ) x m l 文件为纯文本文件，不受操作系统、软件平台的限制； ( 2 ) x m l 具有基于s c h e m a 自描述语义的功能，容易描述数据的语义，这 种描述能为计算机理解和自动处理： ( 3 ) x m l 不仅可以描述结构化数据，还可有效描述半结构化，甚至非结构 化数据。 1 0 桂林工学院硕士学位论文 2 3x m l 基本语法及相关技术规范 2 3 1x m l 基本语法 ( 1 ) 标记 x m l 标记负责提供和描述一个x m l 文档或数据包( 也就x m l 实体) 的内容结 构。它们由晃定内容的不同部分标记( t a g ) 组成，负责提供到特殊符号和文本 宏的引用，或者将特殊指令传递给应用软件，以及把注释传递给文档编辑器。 如下是一个x m l 语句的例子： m i c h a e lc a l d e r 由上例可以看出，x m l 与h t m l 的结构基本相同，均可分为：元素、属性、 值。x m l 元素用一个标签开始，并用一个相应的标签结束。标签是由尖括号来 界定的以小于号( ) 结尾。作为标签的名称( 在上例 中为p e r s o n ) ，应该具有一定的含义，能够描述该标签的内容。另外，x m l 区分 大小写，即p e r s o n 与p e r s o n 不同。 由于x m i 。要在全球范围内使用，所以x m l 的字符不能局限于7 位的a s c i i 码字符集。x m l 指定的字符均在1 6 位的u n i c o d e 2 1 字符集中定义。这些都是 相对较新的标准，而且当今世界还有许多文字没有编入统一码中，但由于它被 设计为大多数现存字符编码的超集，所以遗留的内容与统一码的转换也很简单。 在x m l 中，所有命名都必须以字母、下划线( 一) 或冒号( ：) 丌头，后面 跟着的是有效命名字符。有效命名字符除了前面的内容，还包括数字、连字符 ( 一) 、句点( ) 。x m l 命名的另一个限制是不能由字符串x m l ”，x m l ” 或任何以此顺序的这三个字母的各类组合。 ( 2 ) 声明 x m l 文档的第一行是x m l 声明： 声明指出x m l 的版本号为1 o ( 一些x m l 文档由于向后兼容的原因省略这个版 本号，但是除非特殊原因，一般必须包含版本的定义) 。 ( 3 ) 根元素 每个x m l 文档都有一个且只能有一个根元素，而其它元素则都要包含在这 个根元素中，根元素中可以包含空元素。需要注意的是，开始标签和结束标签 中的名称必须完全一致，包括字母的大小写。只有注释和处理指令可以不包含 在根元素中，如x m l 声明。 ( 4 ) 元素 桂林工学院硕士学位论文 元素是x m l 标记的基本组成部分。它们可以包含其它元素、字符数据、字 符引用、实体引用、p i 注释和或c d a t a 部分这些和在起被称作元素内 容( e l e m e n tc o n t e n t ) 。所有的x m l 数据( 除了注释、p i 和空白) 都必须包含 在其它元素中。 元素是用标记( t a g ) 进行分隔由一对尖括号( ) 围住元素类型名( 一 个字符串) 。每一个元素都必须由个起始标记和一个结束标记隔开。这项规则 唯一的例外是没有任何内容的元素，即空元素( e m p t ye l e m e n t ) ，它既可以是 用起始标记结束标记对，也可以是用短小精悍的混合形式空元素标记。 x m l 元素的组成部分的举例说明如表2 1 所示： 表2 ix m l 元素组成部分及举例说明 元素组成部 说明举例 分 起始标签，元素开始的分隔符，它“打开 一 个元素 c o n t e n t 元素内容，它们可以包含其它元素、字符数据、 m e 字符引用、实体引用、处理指令、注释和c d a t a 部分 结束标签，元素最后的分隔符，它“关闭”一 个由起始标记“打开”的元素 定义元素名称时，需要遵循以下规则： 元素名称不能为空，至少含有一个字母： 元素名称只能以字母或下划线或冒号开头； 元素名称首字符之后可以接一个或多个字母、数字、破折号、下划线、句号； 元素名称不能以字母x m l 或x m l 或x m l 等丌头； 元素名称能够描述元素内容； 元素名称中不能包含空格； 元素名称中间不能包含冒号。 ( 5 ) 空元素 空元素指的是不包含任何内容的元素，其书写形式为： 结束标签紧接在开始标签之后。 1 2 桂林工学院硕士学位论文 曼曼曼舅舅曼蔓曼曼舅曼曼曼曼! ! 皇曼曼! 鼍曼曼曼曼皇曼曼皇曼皇曼曼曼曼曼曼蔓曼曼曼曼! 皇曼曼曼量曼! 曼曼曼曼曼皇曼邑i 一 m ! 曼! 曼曼曼曼曼曼曼兰笪曼皇曼曼! ! 曼 ( 6 ) 属性 属性是依附于元素存在的。元素可以具有属性，元素的每个属性按照由等 号分开的名称与值的形式写在元素的开始标签中，还可以有一些额外的空格。 属性值用单撇号或者双撇号括起来。使用的格式如下： a t t r i b u t en a m e = ”a t t r i b u t ev a l u e a t t r i b u t en a m e = a t t r i b u t ev a l u e x m l1 0 推荐标准中定义了两个特殊的属性x m l ：s p a c e 和x m l ：l a n g 。可以 使用这些属性向x m l 应用程序如( 浏览器) 传递某种信号。x m l ：s p a c e 属性的 存在，是因为h t m l 的 标记被广泛使用以保持文本格式，其中包括任何嵌 入的空白字符。但是，缺省情况下，使用x m l 应用程序在特定元素中可能不保 留空白部分，这取决于它们的目的。x m l 文档的作者不会依赖于应用程序的默 认行为，而是使用x m l ：s p a c e 属性来告知应用程序它应该保留空白部分。 x m l ：l a n g 属性的存在，是出于x m l 国际化设计的目标。统一码的使用只是为其 他