基于网络数据库技术的空间坐标测量机应用系统研究

提出了一个基于网络数据库技术的空间坐标测量机的应用系统，分析了基于网络数据库技术的空间坐标测量机应用系统的结构与功能，提出了该系统的面向对象模型，就系统的硬件与软件环境进行了分析与讨论，用一个试验性的接触式空间三坐标测量机应用系统对基于网络数据库技术的空间坐标测量机应用系统的技术概念与关键技术进行了验证。
     关键词：网络数据库，坐标测量机，面向对象模型

1 引 言
　　信息时代，工业和科技领域主要通过测量获取信息〔1〕。而信息时代的标志，是高速度大容量计算机的发展，其关键是大规模集成电路制作技术。现代工程技术越来越多地利用到测试，使用先进的测试技术和工具是经济高度发展和科技现代化的重要标志之一。
1．1　空间坐标测量机的发展概况及趋势
　　现代空间坐标测量机是集光学、机械、电子技术为一体的大型精密智能化仪器，可以对任何复杂形状的空间尺寸进行测量〔2〕。可在制造过程中控制中间测量，进行数控机床或柔性生产线在线测量，尤其是可将CAD／CAM技术应用到空间坐标测量机和加工中心的联机系统，使空间坐标测量机－计算机工作站－数控机床的联机系统得到进一步推广，对提高产品质量和促进新产品开发起保证作用。空间坐标测量机已成为现代工业检测和质量控制不可缺少的大型万能测量仪。
1．2　空间坐标测量机的应用系统
    随着微型计算机技术、空间坐标测量机、网络技术和数据库技术的发展，空间坐标测量机应用系统也有了进一步的发展，基本形成了一个成形的结构。它由空间坐标测量机子系统、数据处理子系统、数据基本输出输入（I／O）子系统、数据通信子系统和数据转换子系统五大部分组成〔3〕。整个系统的结构如图1所示。

1．3　网络数据库技术
　　数据库技术是基于网络数据库技术的空间坐标测量机应用系统中的关键技术之一，它支持整个应用系统的运行。新一代Web－DB（Web－Data base）则运用B／S（Browser／Server）模型，把C／S（Client／Server）模型的服务器端进一步分解成一个应用服务器（Web服务器）和一个或多个数据库服务器，从而成为三层的C／S模型〔4〕，如图2所示。数据库接入Web的方法有公共网关模式，ODBC（Open DatabaseConnectivity）模式，JDBC（Java DatabaseConnectivity）模式和CORBA（Common ObjectRequest Broker Architecture）模式，共四种。
1．4　基于网络数据库的空间坐标测量机应用系统
　　笔者根据以上的分析，设计一个以网络数据库技术为核心，空间坐标测量与CAD技术相融合的空间坐标测量机应用系统框架〔5〕，允许用户通过处理数据库远距离地处理数据，也就是说用网络数据库技术去改造原有的空间坐标测量机应用系统，形成一个以网络数据库技术为核心的空间坐标测量机应用系统，或称基于网络数据库技术的空间坐标测量机应用系统。基于网络数据库技术的空间坐标测量机应用系统的技术概念如图3所示。

　　至于系统的可行性，笔者认为，一是空间坐标测量机经过几十年的发展，已经取得了相当大的发展〔6〕，在各种机械制造和检测中已经得到了广泛的应用。二是本系统的技术集成性非常好，它所依赖的计算机图形技术、数据库技术、计算机网络与通信技术也都是十分成熟的技术。我们的工作只不过是充分利用这些技术进行集成和优化，实现我们的应用系统。因此，系统的可行性较高。
2　基于网络数据库技术的空间坐标测量机应用系统分析与设计
　　J．Rangbough的OMT方法（Object ModelingTechnique），是在实体－关系模型的基础上扩展了类、继承和行为得到的，它用对象模型、动态模型和功能模型描述一个系统，是一种发展比较完善的方法〔7〕〔8〕。笔者用该方法对本系统进行分析与设计。
2．1　基于网络数据库技术的空间坐标测量机应用系统分析
2．1．1　功能分析
　　具体讲，基于网络数据库技术的空间坐标测量机应用系统的目标是建立一个通用的空间坐标测量机应用系统，它允许用户选择构造系统的空间坐标测量机的类型和型号，将整个系统作为B／S结构中的Web服务器使用，在系统内外选定数据的处理方法、存储格式、存储方式，设定数据测量控制策略，以及向其他系统传送测量数据和处理后的数据。
　　针对空间坐标测量机的不同使用目的，必须要有不同的操作过程和数据处理方法。用户通过软件设定对具体的应用选择相应的测量策略、数据格式、数据处理方法，基于网络数据库技术的空间坐标测量机应用系统对各种不同型号的空间坐标测量机具有兼容性。同时，对误差比较大的空间坐标测量机应能提供误差软件补偿。
2．1．2　结构分析
　　（1）基于网络数据库技术的空间坐标测量机应用系统硬件结构
　　系统结构为其功能服务，为了满足以上功能要求，系统硬件上要允许各种不同类型空间坐标测量机的接入和扩充，对每一个应用项目，其空间坐标测量机的个数、类型各不相同，本系统采用软件选择方案来解决，至于系统的测量策略与数据处理等方面的柔性，可以在软件上解决，系统之间的通信问题，由计算机网络来完成，所以本系统硬件结构如图4所示。

　　（2）基于网络数据库技术的空间坐标测量机应用系统软件结构
　　如前分析，一个空间坐标测量机应用系统必须具备数据测量、测量控制、数据处理、结果显示、数据存储以及与其他设备系统进行通讯的功能；作为基于网络数据库技术的空间坐标测量机应用系统，它必须实现测量策略的可定义、数据处理算法的可定义、数据库存储格式的可定义、显示方式的可选择和数据的动态交换，同时，以上定义还可以作为一个测量项目保存下来，以备以后调用。一般说来，系统功能和软件模块相对应，有什么功能，相应地就有什么模块。
    系统的软件结构如图5所示。

2．1．3　系统工作流程
　　要完成上述功能，并保证系统的柔性与可扩充性，系统采用图6所示的工作流程。　　
工作流程分三部分。
　　首先进行测量方案设计，由用户选择空间坐标测量机的类型和驱动程序，设计空间坐标测量机测量路径和方案，并设置显示空间坐标系，然后设计数据处理算法。确定结果显示方式，定义存储测量数据的数据库格式，并将这一系列的参数作为测量方案存盘。
　　测量方案执行，用户启动系统，打开一个测量方案，启动测量。
　　测量流程，操作空间坐标测量机，外部信号通过I／O进入数据处理，数据处理的结果将根据测量策略影响测量控制，数据处理后送结果显示，如果用户设定须要写记录文件，就进行写信号文件操作，若要写数据库、就向定义好的数据库表格中添加记录，如果要求向网络发送数据，就执行发送文件操作，如果需要进行数据格式转换，就进行数据转换操作。
2．2　基于网络数据库技术的空间坐标测量机应用系统面向对象的模型
　　基于网络数据库技术的空间坐标测量机应用系统的面向对象模型由对象模型、动态模型和功能模型三部分构成。按照Yourdon的面向对象分析原则，系统对象可以是：信号测量类、信号显示器类、信号文件记录器类、信号数据库类、数据Web服务器类、数据格式转换器类、系统框架类。
　　用一个抽象的主题框来表述各个类，用箭头符号来表示各个类之间的消息传递，系统的
对象模型，如图7所示。

　　本系统的动态模型有四个状态，在系统的动态模型由四个子状态图组成，在现场空间坐标测量机端有三个子状态图，一是测量方案设置子状态图，二是测量执行状态图，三是测量子状态图，在上位计算机端，有一个接收子状态图。本系统的功能模型如图8所示。
3　基于网络数据库技术的空间坐标测量机应用系统
　　笔者利用这些技术和理论来重建一个原有的空间三坐标测量机，并以此为基础建立一个试验性的基于网络数据库技术的接触式三坐标测量机应用系统，具有以下功能：允许用户定义测量路径和数据处理算法、允许用户设置显示器的显示模式等，系统有网络通信能力等。
　　实现的硬件平台采用接触式空间三坐标测量机、IBM兼容PC机、CPU为赛扬300、RAM为128M、网卡为10M、Windows98的局域网；软件平台采用Windows95／98，Access，VC＋＋等〔11〕。
3．1　系统界面与命令
　　现场测量系统界面图略，上级监控系统界面图略。
3．2　测量实例
　　在局域网上联接两台计算机，均安装TCP／IP通讯协议，网络速度为10Mbase，一台作为测量计算机，用PS2308I／O板作为接触式空间坐标测量机与安装有现场测量应用程序的测量计算机相连；另一台作为监控计算机，安装上级监控应用程序。实验现场图略。
3．3　实验结果
　　用本系统对一平板进行测量，测得的数据（部分）如图9所示，然后经过转换，送到Autocad系统中进行处理后所得到的图形如图10所示，实物图片如图11所示。

4　结束语
　　基于网络数据库技术的空间坐标测量机应用系统是通过网络数据库技术将空间坐标测量机连接到网络上，并作为多层应用系统的一层，允许改变系统的测量方案和数据处理方法，各数据库之间动态更新数据，实现应用系统的在线测量和离线分析。而且，通过Internet或Intranet互联，可进行数据传输以及测量路径和分析方法的更新。它对远程测量和FMS制造系统有着重要的意义。
　　本文提出的基于网络数据库技术的空间坐标测量机应用系统的面向对象模型正确地反映了系统的结构、性质和功能。试验证明，用本模型开发的系统具有安全性、易操作性和广泛的可适应性，并可以作为网络的远程测量和监控。
　　本文提出的几项关键技术对网络数据库的应用有相当的指导意义：开放数据库互联（ODBC）技术、动态设置ODBC参数技术、数据存储与动态交换技术、以及实时数据库与大型数据库的连接技术具有相当的先进性。

参考文献

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2　张福学．机器人技术及其应用．北京：电子工业出版社，2000
3　孟明辰等．应用STEP实现机械CAD／CAM集成的研究．清华大学学报，1998，38（10）
4　Lin YJ，Mahabaleshwarkar R，Massina E．CAD－BasedCMM Dimensional Inspection Path Planning－a Generic Algorithm，Robotica，2001，19（4～5）：137～148
5　FranceschiniF，Galetto M，SettineriL．On－line DiagnosticTools for CMM Performance．INT JADV MANUFTECH，2002，19（2）：125～130
6　Jiang B C，Chiu SD．Form Tolerance－Based MeasurementPoints Determination with CMM．JINTELL MANUF，2002，13（2）：101～108
7　宛蔚敏．C＋＋语言和面向对象程序设计．北京：清华大学出版社，1998
8　Ronald JN．Object－oriented Systems Analysis and Design－ed．USA Prentice Hall，1998
9　陈锦昌，赵明秀．C语言计算机绘图教程．广州：华南理工大学出版社，1998
10　姚志峰，等．基于Windows95的高速数据．测控技术，1999（4）：20～24
11　William F，William T．Data Structureswith C＋＋．北京：清华大学出版社，1997