靳金髖，孫 波，劉 崢

（西安工業(yè)大學(xué) 機電工程學(xué)院，西安 710016）

隨著高科技、信息化時代的急速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展越來越重要。人們需要更豐富的B/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式進一步取代傳統(tǒng)的C/S結(jié)構(gòu)模式，在滿足人們上網(wǎng)的一般性需求的同時，加強企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)性需求建設(shè)。當下德國工業(yè)4.0的提出，以及中國制造2025的提議，都是針對信息化制造與設(shè)計的改革與創(chuàng)新。目前，利用B/S網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式以及ASP.NET技術(shù)平臺，在Web界面下，可以實現(xiàn)非線性系統(tǒng)的分析。弗吉尼亞大學(xué)與東北林業(yè)大學(xué)合作，開發(fā)了交互式的基于Web的決策支持系統(tǒng)DSS（decision support system）[1]。德國約旦大學(xué)在遠程數(shù)據(jù)庫方面，基于Web的高性能計算服務(wù)，從而促進遠程醫(yī)療數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的設(shè)計和開發(fā)[2]。廣西大學(xué)以螺栓作為實例，進行了相應(yīng)的遠程設(shè)計與分析系統(tǒng)開發(fā)[4]。雖然他們都進行了一些系統(tǒng)開發(fā)，但尚未涉及機械專業(yè)性的領(lǐng)域[3]。本文利用ASP.NET及其他相關(guān)技術(shù)對軸類零件系統(tǒng)設(shè)計進行了介紹，在相關(guān)網(wǎng)站已經(jīng)投入使用，為軸類零件的設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)化的專業(yè)系統(tǒng)開發(fā)奠定了基礎(chǔ)。

1 系統(tǒng)框架模塊

本系統(tǒng)框架模塊大體分為設(shè)計流程模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、驗算模塊三部分。圖1所示為系統(tǒng)的框架功能模塊。

圖1 系統(tǒng)框架功能模塊Fig.1 Functional module diagram of the system frame

1.1 設(shè)計流程模塊

這一功能模塊，主要是實現(xiàn)整個軸類零件的逐步設(shè)計的完整過程。對于軸類零件來說，大體分為設(shè)計信息、初始條件、最小直徑、造型、力學(xué)計算、彎曲應(yīng)力校核強度、安全系數(shù)校核、扭轉(zhuǎn)強度校核、彎曲剛度校核、計算臨界轉(zhuǎn)速、設(shè)計結(jié)束等軸的相關(guān)設(shè)計步驟。每個相鄰的步驟之間，都存在著對應(yīng)的回溯和導(dǎo)引功能機制，主要用來實現(xiàn)設(shè)計的反復(fù)修改性和流程引導(dǎo)。

1.2 數(shù)據(jù)管理模塊

該功能模塊整體包括查詢、說明和傳輸，這三個小的支撐模塊，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效、快速管理。查詢功能，用來調(diào)出數(shù)據(jù)庫已有的參數(shù)進行查閱或者對比，從而選擇更加合理的設(shè)計參數(shù)。說明功能，主要是針對存在的設(shè)計細節(jié)問題的說明和提示功能。傳輸功能，將設(shè)計人員選擇的或者錄入的參數(shù)，傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫或者臨時的內(nèi)存中，對后續(xù)設(shè)計步驟提供設(shè)計上的參數(shù)支撐作用。

1.3 驗算模塊

驗算模塊是實現(xiàn)設(shè)計的計算和校核的關(guān)鍵功能模塊，因此，它主要包括了計算和校核。

2 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 導(dǎo)引用戶功能

在本系統(tǒng)的設(shè)計中，為了迎合用戶的設(shè)計需求邏輯性，采用了導(dǎo)引用戶這一理念，使用戶操作整個軸類零件系統(tǒng)時，設(shè)計界面更加便捷、易理解。圖2所示為本次系統(tǒng)內(nèi)部程序運行時，設(shè)計開發(fā)導(dǎo)引用戶的邏輯流程。

在每一個設(shè)計步驟中，設(shè)計者需要進行計算或者校核。點擊“提交”或者“確定”后，就會提示進入對應(yīng)的下一步的設(shè)計步驟。同時，在操作界面的左邊，也會實時地提示下一步設(shè)計步驟名稱。操作界面右邊部分也將進入對應(yīng)的下一步的設(shè)計步驟。從而使得系統(tǒng)實現(xiàn)可控化，并實現(xiàn)導(dǎo)引用戶設(shè)計的效果。

圖2 導(dǎo)引用戶的邏輯流程Fig.2 Logical flow chart of guiding the users

2.2 回溯功能

系統(tǒng)設(shè)計中，考慮用戶可能反復(fù)修改設(shè)計參數(shù)的可能性，增加了回溯功能，便于設(shè)計者能夠及時更正設(shè)計中存在的缺陷。結(jié)合前文敘述和圖2，要想回溯到之前的某一設(shè)計步驟時，將為設(shè)計者做出提示，從而更謹慎地操作回溯功能。

2.3 遠程數(shù)據(jù)庫

遠程數(shù)據(jù)庫，為互聯(lián)網(wǎng)的客戶端提供數(shù)據(jù)支撐，主要存在于遠程服務(wù)器端。對自身系統(tǒng)設(shè)計數(shù)據(jù)起到保護作用的同時，也減輕了客戶端瀏覽器的負擔。

遠程數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)設(shè)計中動態(tài)、靜態(tài)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集儲存和基礎(chǔ)元素數(shù)據(jù)輸出。靜態(tài)數(shù)據(jù)為用戶提供參考參數(shù)、校核等作用；動態(tài)數(shù)據(jù)為系統(tǒng)進一步設(shè)計提供數(shù)據(jù)支撐等作用。從圖3可以看出，數(shù)據(jù)在整個設(shè)計過程中起到信息流的作用，它是數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)元素。

2.4 數(shù)據(jù)的交互傳遞

此次系統(tǒng)設(shè)計中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳遞，主要是使用客戶端Cookie傳遞參數(shù)與服務(wù)器中的Access數(shù)據(jù)庫結(jié)合的方法。

2.4.1 Cookie的應(yīng)用

Cookie創(chuàng)建、寫入、獲取參數(shù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖3 系統(tǒng)的信息網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Fig.3 System structure diagram of information network

圖4 Cookie數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)Fig.4 Structure diagram of cookie data

1）Cookie的創(chuàng)建

如圖4上部所示，“新分配1”是為Cookie分配的系統(tǒng)數(shù)據(jù)內(nèi)存名稱。整個過程經(jīng)歷了Cookie的定義、初始化設(shè)定、建立具體Cookie內(nèi)存等過程。

2）Cookie的數(shù)據(jù)寫入

如圖4下部所示，每次刷新前，先清空相應(yīng)主鍵下全部子鍵的值。每次刷新，進行一次相應(yīng)設(shè)計參數(shù)的寫入，并存儲在內(nèi)存的“新分配1”中。

3）Cookie的數(shù)據(jù)獲取

如圖4下部所示，從系統(tǒng)數(shù)據(jù)內(nèi)存的“新分配1”中，調(diào)用ASP.NET中的Cookie取值函數(shù)，得到所需要的參數(shù)1。2.4.2 Access數(shù)據(jù)庫的運用

Access數(shù)據(jù)庫，按照所要傳遞數(shù)據(jù)是否可變性，將數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲分為靜態(tài)數(shù)據(jù)庫的儲存和動態(tài)數(shù)據(jù)庫的儲存。

一個靜態(tài)數(shù)據(jù)庫儲存中，保存了在設(shè)計過程中所用到的各種數(shù)據(jù)表。這些數(shù)據(jù)表保存了固定不變的設(shè)計參數(shù)，比如，需查詢表或者參考的標準值（如標準直徑等參數(shù)）。當服務(wù)器在運行時，可以隨時調(diào)用對應(yīng)的數(shù)據(jù)表。從而實現(xiàn)參數(shù)設(shè)計過程信息的顯示、對比、傳遞等操作。如圖5所示，每個設(shè)計用戶對應(yīng)著自己的一個設(shè)計信息，都分別儲存在對應(yīng)的個人數(shù)據(jù)庫中，這其中包含著靜態(tài)和動態(tài)的數(shù)據(jù)庫，滿足設(shè)計用戶的記憶、設(shè)計以及計算需要。

圖5 數(shù)據(jù)庫內(nèi)部流程Fig.5 Internal process of database

同理，還有動態(tài)數(shù)據(jù)庫。動態(tài)數(shù)據(jù)庫主要用于運算過程中，保存不斷變化的參數(shù)。這便于計算、校核、傳遞數(shù)據(jù)，以及最后設(shè)計結(jié)束界面的結(jié)果輸出等。

3 系統(tǒng)具體實現(xiàn)

本次系統(tǒng)的開發(fā)，基于Visual 2010的開發(fā)平臺，利用ASP.NET技術(shù)，多種Web編程語言，結(jié)合本專業(yè)零件設(shè)計知識，根據(jù)文獻[4]中相關(guān)軸類的表格、數(shù)據(jù)等資料。

在系統(tǒng)操作界面的左邊，是系統(tǒng)設(shè)計步驟導(dǎo)引欄。如圖6所示，系統(tǒng)完成設(shè)計過程，并輸出了設(shè)計結(jié)果。一個完整設(shè)計過程中，需要經(jīng)歷設(shè)計信息、初始條件等十多次的步驟，才可以完成一個軸類零件的設(shè)計。如果設(shè)計提示有問題，按提示解決方案進行修改。我們利用上述提及的導(dǎo)引、回溯等功能，實現(xiàn)設(shè)計的前進和優(yōu)化。

圖6 系統(tǒng)設(shè)計輸出界面Fig.6 Outputting diagram of system design

4 結(jié)語

本系統(tǒng)實現(xiàn)了機械設(shè)計手冊中軸類零件設(shè)計過程的Web數(shù)字化共享性。減少了人工計算，縮短了工程設(shè)計的周期。使得復(fù)雜的設(shè)計、計算、存儲等問題轉(zhuǎn)化為可引導(dǎo)、高性能、高可靠、可回溯的計算機設(shè)計與處理的步驟。降低了軸前期設(shè)計成本，實現(xiàn)了設(shè)計的系統(tǒng)化、共享化、網(wǎng)絡(luò)化、高效化。

[1]Kacar S，Cankaya I.Analysis of nonlinear systems using matlab and ASP.NET based web interface[J].Journal of the Faculty of Engineering& Architecture of Gazi University，2012，27（4）：795-806.

[2]Wu J，Wang J，Li Y，et al.A Web-based decision support system for analyzing timber harvesting costs and productivity[J].Northern Journal of Applied Forestry，2012，29（3）：141-149.

[3]Hababeh I，Khalil I，Khreishah A.Designing high performance Web-based computing services to promote telemedicine database management system[J].Services Computing，IEEE Transactions on，2015，8（1）：47-64.

[4]成大先.機械設(shè)計手冊[M].4版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.