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支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)的滑動(dòng)軸承網(wǎng)絡(luò)計(jì)算程序的研究
摘要：分析了如何將原有大量由Fortran編寫(xiě)的科學(xué)計(jì)算程序轉(zhuǎn)換為能夠在網(wǎng)絡(luò)上提供計(jì)算服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的問(wèn)題。提出了將Fortran程序改編為動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，并進(jìn)一步包裝為標(biāo)準(zhǔn)的COM組件的方法，在網(wǎng)頁(yè)中調(diào)用組件進(jìn)行計(jì)算，從而能夠較好地實(shí)現(xiàn)在瀏覽ll/Jl~.務(wù)器結(jié)構(gòu)下通過(guò)計(jì)算程序資源的遠(yuǎn)程調(diào)用來(lái)支持產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程。
關(guān)鍵詞：產(chǎn)品設(shè)計(jì);瀏覽服務(wù)器;動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù);滑動(dòng)軸承
l、引 言
產(chǎn)品設(shè)計(jì)是制造業(yè)的靈魂。雖然產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的投入只占產(chǎn)品總成本的約5%，而設(shè)計(jì)過(guò)程所做的決策幾乎決定了產(chǎn)品全部成本的約70%。產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能、質(zhì)量(全面滿(mǎn)足用戶(hù)要求)、成本(全成本)、交貨時(shí)間(含新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)時(shí)間)以及可制造性、可維修性(含產(chǎn)品升級(jí))以及人、機(jī)、環(huán)境關(guān)系等，原則上都是在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段確定的“。 。
隨著通信Web技術(shù)的發(fā)展，由于HTTP (HyperTextTransfer Protocol，超文本傳輸協(xié)議)協(xié)議為所有的應(yīng)用提供了統(tǒng)一的基礎(chǔ)，解決層的問(wèn)題，出現(xiàn)了所謂瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server)結(jié)構(gòu)。將計(jì)算程序資源發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)上，使其他用戶(hù)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)使用計(jì)算程序，從而支持產(chǎn)品設(shè)計(jì)，這已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。
但是目前在基于網(wǎng)絡(luò)的瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)的遠(yuǎn)程程序調(diào)用實(shí)踐中仍然有一些問(wèn)題。某些原有的科學(xué)計(jì)算程序資源是由Fortran 語(yǔ)言編寫(xiě)而成，無(wú)法直接從網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程調(diào)用使用，限制了其使用方式。目前很多單位為了能夠在網(wǎng)絡(luò)上提供遠(yuǎn)程程序調(diào)用服務(wù)，花費(fèi)大量精力用目前流行的編程語(yǔ)言重新編寫(xiě)程序算法和內(nèi)核，這樣增加了原有科學(xué)計(jì)算程序向Web應(yīng)用轉(zhuǎn)化的復(fù)雜度，同時(shí)可能在重新編寫(xiě)的過(guò)程中帶來(lái)新的問(wèn)題。本文提出了如何應(yīng)用瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)將原有的Fortran程序改造為可以網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程調(diào)用的WEB應(yīng)用程序的一種新的方法。
2、瀏覽器/，服務(wù)器(Browser/Server)結(jié)構(gòu)在基于Web的客戶(hù)/服務(wù)器框架下，第l層為表示層，一般為基于HTML(HyperText Markup Language，超文本標(biāo)記語(yǔ)言)的瀏覽器，同時(shí)可以使用一些客戶(hù)端控件或腳本技術(shù)來(lái)豐富用戶(hù)界面。它將用戶(hù)的輸入信息以HTrP請(qǐng)求的方式發(fā)送到Web服務(wù)器上，并接收Web服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)顯示在Web瀏覽器上。
第2層為功能層，功能層接收來(lái)自網(wǎng)絡(luò)客戶(hù)的請(qǐng)求，根據(jù)請(qǐng)求中包含的用戶(hù)參數(shù)，執(zhí)行以組件形式存在的應(yīng)用邏輯(包括數(shù)據(jù)庫(kù)操作和遠(yuǎn)程程序調(diào)用等服務(wù))，與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器通信，執(zhí)行數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)操作或執(zhí)行計(jì)算程序，并將處理結(jié)果傳送回客戶(hù)端。由于這些規(guī)則要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，會(huì)帶來(lái)安全性的問(wèn)題，采用SSL(Secure Sockets Layers，安全套接層)可以減少安全風(fēng)險(xiǎn)。在某些情況下，為增加安全性或當(dāng)瀏覽器不具有處理這些規(guī)則的能力，功能層則可以位于服務(wù)器端。
第3層為數(shù)據(jù)層，負(fù)責(zé)管理對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的操作，維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)的各種約束條件，位于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器端。該層接收wleb服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)的請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)查詢(xún)、修改、更新等功能，把執(zhí)行結(jié)果返回給Web服務(wù)器。
因此，在B/S結(jié)構(gòu)下，第l層位于瀏覽器端，第3層位于服務(wù)器端，第2層即功能層可以位于瀏覽器端，也可以位于服務(wù)器端，一般來(lái)說(shuō)功能層位于服務(wù)器端比較合適。
基于Web的瀏覽器/服務(wù)器(B/S)結(jié)構(gòu)是由客戶(hù)/服務(wù)器(c/s)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化而來(lái)的，也可以認(rèn)為B/S模式是傳統(tǒng)C/S模式的一個(gè)子集。
瀏覽器/服務(wù)器模式的優(yōu)點(diǎn)在于，由于Web支持底層的TCP/IP協(xié)議，使Web與目前使用的幾乎所有局域網(wǎng)都可以做到無(wú)縫連接，從而徹底解決了異構(gòu)系統(tǒng)間的連接問(wèn)題;由于Web采用了”瘦客戶(hù)端“，使系統(tǒng)的開(kāi)放性得到很大的改善，系統(tǒng)對(duì)將要訪問(wèn)系統(tǒng)的用戶(hù)數(shù)的限制有所放松;系統(tǒng)的相對(duì)集中性使得系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展變得更加容易。比如，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)空間不夠，可再加一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器;系統(tǒng)要增加功能，可以新增一個(gè)應(yīng)用服務(wù)器來(lái)運(yùn)行新功能;界面統(tǒng)一(全部為瀏覽器方式)，操作相對(duì)簡(jiǎn)單;業(yè)務(wù)規(guī)則和數(shù)據(jù)捕獲的程序容易分發(fā)等。
3、具體實(shí)現(xiàn)
3.1 將Fortran計(jì)算程序編制為動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)從技術(shù)上講，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)是一個(gè)可執(zhí)行文件，就其功能而言，它可作為應(yīng)用程序的庫(kù)，多個(gè)應(yīng)用程序可訪問(wèn)內(nèi)存中單個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)拷貝中的內(nèi)容。使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的好處在于可減少系統(tǒng)對(duì)內(nèi)存的消耗;如使用共用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中的函數(shù)，應(yīng)用程序的可執(zhí)行文件將會(huì)很小;在不改變函數(shù)接口的情況下，可改變動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中的函數(shù)而不必對(duì)應(yīng)用程序重新進(jìn)行編譯和連接。這樣可很方便地對(duì)應(yīng)用程序進(jìn)行升級(jí);另外使用動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)可方便地進(jìn)行混合語(yǔ)言編程 。
將Fortran計(jì)算程序編制為動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)的過(guò)程為如下：
(1)在Fortran PowerStation中新建工程，工程類(lèi)型為”Windows動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)“(Dynamic.1ink Library)。
(2)分析原有滑動(dòng)軸承的Fortran計(jì)算程序，這些程序包括圓瓦、橢圓瓦、錯(cuò)位瓦、多油葉和可傾瓦徑向滑動(dòng)軸承計(jì)算程序，以及面推力瓦、可傾瓦推力滑動(dòng)軸承計(jì)算程序。分析這些計(jì)算程序的輸入/輸出參數(shù)，由此確定動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)導(dǎo)出函數(shù)的輸入/輸出參數(shù)。原計(jì)算程序的輸入?yún)?shù)將作為導(dǎo)出函數(shù)的輸入?yún)?shù)，原計(jì)算程序的輸出參數(shù)將全部放在數(shù)組中輸出。
(3)使用微軟擴(kuò)展屬性DLLEXPORT定義動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)與外部程序的接口。動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中可以有多個(gè)子程序和變量，但只有具有DLLEXPORT屬性的子程序和變量可以向動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)外輸出供其它應(yīng)用程序訪問(wèn)。使用DLLEXPORT屬性生命輸出子程序和變量可以避免使用模塊定義(。def)文件并且會(huì)產(chǎn)生高效的可執(zhí)行代碼。舉例如下：
如果需要導(dǎo)出函數(shù)名為PBMCAL的函數(shù)，則必須在函數(shù)頭中使用!ms$attributes dllexport：：PBMCAL，申明該函數(shù)為導(dǎo)出函數(shù)。
由于Fortran PowerStation中編譯而得的DLL不是標(biāo)準(zhǔn)的COM組件，不能直接從網(wǎng)絡(luò)調(diào)用，所以作者提出用VB的ActiveX DLL工程將該DLL的功能包含，輸入/輸出參數(shù)與其一致，所得的標(biāo)準(zhǔn)COM組件可以用于網(wǎng)絡(luò)調(diào)用。
3.2 利用Visual Basic將DLL封裝成標(biāo)準(zhǔn)的COM組件ActiveX控件是實(shí)現(xiàn)VB面向?qū)ο筇匦宰钣欣墓ぞ摺?/p>
ActiveX控件不同于其它對(duì)象�？丶粌H僅是代碼，它還具有類(lèi)似窗體的可視部分，但是又與窗體不同，它不能脫離容器而單獨(dú)存在” 。另外，控件同時(shí)被開(kāi)發(fā)者和最終用戶(hù)使用，盡管意義不同。
在VB開(kāi)發(fā)環(huán)境中建立新工程，其類(lèi)型為ActiveX DLL工程類(lèi)型，然后在工程中調(diào)用Power Fortran編制的DLL文件，以徑向圓瓦滑動(dòng)軸承為例，調(diào)用格式如下：
Public Declare Sub PBM CAL Lib “PBM 2.(u1” Alias“一PBMCAL@52”(eta As Single，omeg As Single，radiu As Single，boverd As Single，weight As Single，psai As Single，kind As Integer,ByRef dt As Single， ByRef xtt As Single， psaiw2 AsSingle，Index As Integer, aett2 As Single，ByRef OResult AsSingle)其中eta為潤(rùn)滑油的動(dòng)力粘度，omeg為轉(zhuǎn)速，radiu為軸承半徑，boverd為寬徑比，weight為工作載荷，psai為間隙比，kind為軸承類(lèi)型，psaiw2為載荷與鉛垂線(xiàn)的夾角。(度)(順轉(zhuǎn)向?yàn)檎?，aett2為平均溫度，OResult是數(shù)組格式，其將所有的計(jì)算結(jié)果置于數(shù)組中而導(dǎo)出。
在混合語(yǔ)言編程中需要注意的一個(gè)主要問(wèn)題是Fortran缺省約定的缺省參數(shù)傳遞方式是引用方式(Reference)。在這種引用方式下，所傳遞的都是參數(shù)的地址，如果在子過(guò)程中對(duì)參數(shù)進(jìn)行了修改，這一修改將帶回到調(diào)用過(guò)程。而在傳值方式下，所傳遞的是參數(shù)的當(dāng)前值，子過(guò)程對(duì)于參數(shù)的修改不會(huì)對(duì)調(diào)用過(guò)程的參數(shù)值產(chǎn)生影響。在VB中，用Declare聲明外部過(guò)程，在聲明中將BYVAL關(guān)鍵字放在傳值傳遞的參數(shù)前，不加說(shuō)明的或者用BYREF關(guān)鍵字聲明的就是引用傳遞。
將該ActiveX DLL工程編譯后即可得到DLL文件，該DLL文件是標(biāo)準(zhǔn)的COM組件，可以用于Web網(wǎng)頁(yè)的調(diào)用。
3.3 采用ASP程序在Web網(wǎng)頁(yè)調(diào)用ActiveX控件ASP除了可以調(diào)用內(nèi)嵌的ActiveX控件外，還可以調(diào)用由用戶(hù)編寫(xiě)的標(biāo)準(zhǔn)的ActiveX控件。在使用控件前先要進(jìn)行定義。以徑向圓瓦滑動(dòng)軸承為例，在ASP程序中主要調(diào)用部分如下：Set objCalc=Server.Createobject(‘'prjFor.clsFor'’)‘創(chuàng)建圓瓦徑向滑動(dòng)軸承性能計(jì)算組件對(duì)象實(shí)例objCalc.snglnput=Array(eta，omeg，radiu，boverd，weight,psai，kind.，d 1)，xtt(1)，.psaiw2，index2，aett2，OResult(1))’給輸入?yún)?shù)數(shù)組賦值objCalc.PbmCacl‘調(diào)用計(jì)算程序接口函數(shù)進(jìn)行計(jì)算該ASP程序調(diào)用界面如圖2所示。計(jì)算完畢，輸出參數(shù)可以從0 Calc.Oresult得到，顯示在Web網(wǎng)頁(yè)上，供用戶(hù)進(jìn)一步處理。
4、系統(tǒng)運(yùn)行模型采用UML(UnifiedModeling Language,統(tǒng)一建模語(yǔ)言)對(duì)滑動(dòng)軸承網(wǎng)絡(luò)計(jì)算程序的運(yùn)行過(guò)程進(jìn)行建模。
計(jì)算滑動(dòng)軸承靜動(dòng)參數(shù)是計(jì)算程序的主要任務(wù)，在系統(tǒng)運(yùn)行模型中加入數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)的支持，主要目的是保存每組輸入?yún)?shù)所對(duì)應(yīng)的滑動(dòng)軸承靜動(dòng)特性，這樣在有同樣的輸入?yún)?shù)輸入時(shí)，在功能層可做出判斷，數(shù)據(jù)庫(kù)中已有相應(yīng)的靜動(dòng)特性參數(shù)，則直接從數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取返回給用戶(hù)，這樣既節(jié)約了服務(wù)器的計(jì)算資源，也提高了對(duì)用戶(hù)請(qǐng)求的響應(yīng)速度。
5、結(jié)束語(yǔ)
這種將原有的Fortran程序改造為可以網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程調(diào)用的Web應(yīng)用程序的新方法克服了作者所在研究所原有科學(xué)計(jì)算程序資源不能在網(wǎng)上運(yùn)行的缺點(diǎn)，將原來(lái)只能在單機(jī)上運(yùn)行的程序，改造成為可以用來(lái)在Web上提供服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)COM組件，利用ASP程序調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)的COM組件。這樣簡(jiǎn)化了原有科學(xué)計(jì)算程序向Web應(yīng)用轉(zhuǎn)化的復(fù)雜度，只要對(duì)源程序稍加改造，添加接口服務(wù)程序，對(duì)原有科學(xué)計(jì)算程序核心代碼的修改很少，可以充分保持原有科學(xué)計(jì)算程序的正確性和健壯性，避免了重新編碼可能帶來(lái)的新的錯(cuò)誤，提高了工作效率。
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