组合夹具云服务平台的搭建与设计.docx

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组合夹具云服务平台的搭建与设计

组合夹具云服务平台的搭建与设计

摘要

随着信息技术和网络技术的发展，制造业处于全球协作时期。

然而由于缺少统一规划，企业内部及企业之间“信息孤岛”现象十分严重。

同时因为企业间信息管理准则、信息防护等的差异，企业间可重用信息的利用率极低。

组合夹具作为一种高柔性的工艺装备，其装配设计数据具有海量性和文件存储庞大的特点。

本文针对此特点提出组合夹具云服务平台的研究方案。

方案结合GWT、云计算等技术，充分利用云计算具有的分布式数据中心、资源共享、高度可扩展和虚拟化等特点来解决组合夹具构形系统的数据存储问题。

本论文研究并设计了基于GAE云平台的组合夹具服务系统。

一方面使用户按需获取或自愿上传夹具资源；另一方面应用系统的需求发布和解决功能，促进用户间的合作。

这样克服了信息的异地性，利用已有云平台，减少了基础设施的成本，缩短了系统的开发周期，有效保障了数据的安全，为其它基于GAE云平台应用系统的研究提供了参考。

论文主要内容如下：

1.基于现有知名企业云平台的特点和功能，结合课题情况，选择GAE平台为部署平台，并构建了组合夹具云平台的体系架构；

2.研究了GAE平台搭建的底层技术和开发系统时应用的GWT技术，确定了组合夹具服务系统的设计方案，包括目标分析、功能模块设计、业务流程设计和数据持久化设计，并提出了在GAE/J环境下应用GWT技术和实现数据持久化的解决方案；

3.以槽系中型组合夹具为研究对象，利用PRO-E的用户自定义特征与族表技术完成了组合夹具三维模型的构建；

4.将GAE编程环境与设计方案相结合，部分实现了组合夹具服务系统功能，包括界面交互、检索和部分上传、下载功能，将夹具模型存入GAE数据库，最终部署到GAE云平台。

关键字：

组合夹具、云计算、GAE、PRO-E

ABSTRACT

Withthedevelopmentofinformationtechnologyandnetworktechnology,manufacturingisintheprocessofglobalcollaboration.However,duetothelackofunifiedplanning,informationislandisveryseriousbothinandoutsideoftheenterprises.Atthesametime,becauseofthedifferencesinthenormofinformationmanagementandtheprotectionofinformationbetweenenterprises,reusableinformationbecomesverylowbetweenenterprises.Modularfixture,asahighflexiblecraftequipment,whoseassembleddatastorageisbig.Basedontheabovecharacteristics,aresearchapproachforthemodular-fixturecloud-service-platformwaspresented..TheapproachcombinedcloudcomputingandGWTtechnology,makingfulluseofthecharacteristicsofcloudcomputing,whichincludedeviceandlocationindependence,resourcepooling,highscalabilityandvirtualizationetc.,tosolvethedata-storedproblemsofthemodular-fixtureconfiguration-system.

Themodular-fixtureservicesystem,whichwasbasedontheGAEcloud-platform,wasresearchedanddesigned.Soontheonehand,thefixtureresourcescouldbedownloadedondemandoruploadedwillingly;ontheotherhand,cooperationbetweentheuserscouldbepromotedbythesystem’sfunctionstoissueandsolvedemands.Therefore,theallopatryoftheinformationwasovercame,thecostoftheinfrastructurewasreduced,thedevelopmentcycleofthesystemwasshortenandthesecurityofthedatawaseffectivelyprotected,byusingtheexistingcloudplatform.thereferenceaboutothersystemsbasedonGAEcloud-platformwasprovided.Themainresearchoftheworkisasfollows:

1.Basedonthefeaturesandfunctionsoftheexistingcloudplatforms,GAEwasselectedasanapplicationplatformconcerningtheprojectsituation.

2.TheunderlyingtechnologyofGAEandGWTwereintroducedindetail.Themodular-fixtureservicesystemwasdescribed,includinggoalanalysis,functionalmodulesdesign,businessprocessanddatapersistencedesigns.AndthesolutionstoapplyGWTtechnologyandrealizedatapersistenceintheGAE/Jenvironmentwerestated.

3.Themodularfixturerepositorywascompleted,includingtheuseofPro/Etobuildmodularfixture3Dmodel.

4.CombinedwithGAEenvironment,themodular-fixtureservicesystemwasrealizedinpartincludinginterfaceinteraction,indexing,apartofuploadinganddownloading.

KEYWORDS:

modularfixture,Cloudcomputing,GAE,PRO-E

第一章绪论

1.1选题背景及意义

1.1.1制造业信息化的发展趋势

随着信息、互联网的快速发展，我国逐渐发展为制造业大国并打进世界制造行业。

当前我国制造业开始逐步以大批量定制的模式来生产，以适应产品市场具有响应快、成本低、用户需求个性化等特征。

然而至今我国仍处在环球行业系统较底端，对行业关键技术的掌握和应用尚不充分。

因此我国必须全力发展建立制造企业信息化，总结生产设计过程中的创新理论及经验，应用于其它产品。

以此提高整体管理水平，适应全球的发展，提升我国制造业在整体行业中的地位[]。

信息化由企业内部信息化及企业间信息化两部分构成，其中内部信息主要是设计生产过程和管理的集成，企业间的信息化主要是指互联网环境下的供求合作。

制造业信息化当前经过了单元、集成和网络三个时期：

20世纪70-80年代，随着计算机技术的应用，制造业从产品设计发展为有限元分析、数控编程等，CAD、CAE、CAPP、CAM、MRPII等单元信息技术得到快速发展和应用；单元技术的快速发展形成了很多信息孤岛，所以计算机集成制造系统（CIMS）随后成为研究热点；90年代，网络技术发展迅速，产品逐渐面向全球，一些先进制造模式、思想成为主流，例如敏捷制造、并行工程、电子商务、客户关系管理等[1]，至此，制造业更注重相互间的合作，由于企业中具有大量数据，信息孤岛程度大，所以以上模式能够化解单个企业的发展和企业间信息管理的部分矛盾[]。

当前制造业具有制造“集成化、协同化、敏捷化、服务化、知识化、智能化、绿色化”的特征，随着云计算的快速应用，基于云计算的制造业信息化可以更好的化解企业内部与企业间的矛盾。

当前制造业处于全球化合作的阶段，因此制造企业既需要完成公司内部信息化，

也需要实现企业之间的信息化，即利用网络化制造技术来实现企业间的客户关系管理、协同设计、供应链管理等方面的信息化并且与企业内部信息系统的集成。

只有将信息化应用到制造业中，我国在全球中的制造业地位才能有所提高。

1.1.2组合夹具的研究背景

目前制造业大背景产生了变化：

产品生命周期缩短，交货期成为主要竞争因素，大市场和大竞争己基本形成，用户需求个性化、多品种小批量生产比例增大[]。

柔性制造设备在此背景下应运而生。

这些设备具有高的柔性。

组合夹具是一种标准化、系列化、通用化程度很高的工艺装备，它是由一套预先制造好的各种不同形状、不同规格、不同尺寸、具有完全互换性的标准元件和组合件，按工件的加工要求组装而成的夹具[]。

组合夹具具有极强的应变能力、设计及加工周期短、低成本、能够顺应产品更新换代的发展，日趋受到企业的应用，因此组合夹具的构形逐渐成为工装柔性化研究的关键。

因为组合夹具的构形需要多方面专业知识并且结构复杂，在现实操作中根据原有的相近拼装方案，依赖多年经验改装设计的夹具超过70%。

为了提升组合夹具资源集成的高度，制造业必须通过信息技术及网络技术，设计出能够大力支持资源共享、技术分配、安全的能够为企业提供实时支持的服务平台。

1.1.3基于云计算的组合夹具资源集成的研究意义

近年来，信息技术的飞速发展为提高制造水平提供了巨大的支持。

然而因为缺少统一规划和顶层设计，数据共享率和系统运行效率极低，“资源信息孤岛”现象十分严重，因而形成对有效资源的极大浪费[]；同时因为企业间信息管理准则、信息防护等的差异，引起了制造业中合作企业之间的数据集成度不高，不同企业中相似信息的数据重建度高，信息非对称、非协同状态十分严重，企业间可重用信息的利用率极低。

由于全球化大力研究和应用云计算，信息技术的应用开发逐渐发展到前端，云计算逐渐进入后端。

本课题所研究的组合夹具，其装配设计等资源数据具有海量性和文件存储庞大的特点。

而云计算具有分布式数据中心、资源集成、高度可扩展和弹性虚拟化等适用于组合夹具的数据特点，所以其能够解决组合夹具资源信息集成系统的关键难题。

因此，基于云计算的夹具资源信息集成具有重大的研究意义。

1.2云计算国内外研究现状

云计算由数据管理技术逐渐发展而产生。

它是一种新型的数据管理计算模型，在由大量计算机构成的资源池上实现计算任务，能够使用户按需要获取计算能力，存储空间，信息服务等功能[]。

1.2.1国外发展现状

以美国为代表的西欧国家，在云计算研究应用方面分为政府主导和企业建设两个部分[]。

政府主导的云中心，由国家出资，云中心的服务对象是国家的信息技术体系。

政府通过利用云计算来减少国家在IT设施的投入资金。

美国的政务云不仅是政府内部进行设计管理，而且它的电子政务还将Google、Amazon等的云产品当作补充，已经应用到政府各部门的工作中。

企业建设方面主要是互联网公司、IT公司、电信运营商等发展云计算，云计算行业中比较出名的有Microsoft、IBM、Google和Amazon。

它们占据了云计算和云服务的重要地位。

Microsoft在云计算领域取得了很好的成绩，其基于公共云计算理论和私有云计算理念的WindowsAzure和Hyper-VCloud云计算研发模式正在引领其向着未来的云计算研发市场发起最强有力的冲击[]；Google是搜索界的领头者，它也是云计算的提出者，它的云产品都具有代表性意义，如典型的云计算应用平台Google地球、地图、Gmail、Docs，用户数据会保存在互联网上的某个位置，可以通过任何一个连接互联网的终端非常方便地访问和共享这些数据[6]；Amazon陆续推出了简单队列服务、MechanicalTurk等云计算服务雏形，云计算服务成熟的标志是亚马逊在2006年推出的简单存储服务（S3）和弹性计算云（EC2）[]；IBM、惠普等厂商在实际应用领域中以硬件为基础进行云计算的相关探索，不仅拓展了云计算的虚拟化功能，而且让云计算实现了“硬着陆”[]。

此外部分电信运营商也是重要的云计算服务提供商，包括AT&T，沃达丰，NTT等，它们提供的云业务大都是通过整合、调度、管理和虚拟化其庞大的用户数据和企业内部数据中心资源，来向公众开放的，例如，英国电信运营商是将BSS/OSS，小业务系统，IDC等移植到云计算上为云业务目标；法国电信（FT）有超过6000台服务器提供虚拟机服务，下一步将会开发针对云计算的自动化技术[7]。

在学术研究方面，学者们研究重点各有侧重，GrossmanRI,GuY[]指出利用云计算的弹性伸缩特点把大规模的数据存储在云端，搭建高速宽带来传输，进行分布式数据处理计算访问；RenatoJ.Figueiredo[]等设计并开发了一个云计算教育体系，在此体系中，老师可以制作基于云的教学和实验环境，对特定学生进行辅导和教学；YunhongGu[]等人设计实现了Sector和Sphere计算平台，在Sector广域网中分布式存储系统的基础上，用Sphere提供数据处理服务，对数据流分割后，交给Sphere处理引擎执行处理与负载平衡。

国外的云计算技术已经十分成熟，具有一定的应用规模和用户，日后定会持续迅速拓展到其它行业和领域。

1.2.2国内发展现状

2007年，中国推出了计算机系统的基本理论和方法--973重点项目，并取得了初步成效。

大概从2008年开始云计算进入发展期，主要是在概念研究阶段；第二年一部分企业投入应用，经过了几年的研究应用，我国的云应用主要包括：

政府电子政务资源云、交通云等政府云和教育云、行业云等企业云。

国家层面对云计算的支持力度越来越大，国务院最新常务会议明确提出要积极支持云计算与物联网、移动互联网等融合发展，鼓励基于云计算的在线研发设计、教育医疗、智能制造等新业态[]。

作为一项战略性方针，云计算已经被纳入了最高层计划。

地方政府中，除了多次被提到的5个云计算试点城市（北京、上海、深圳、杭州、无锡），其余的城市也在依据自身的特征发展云计算产业。

青岛云计算中心当前是阿里巴巴、乐视等互联网企业在北方地区开拓业务的重要数据中心，海南省政府和浪潮集团签署云计算战略合作协议，共同建设我国首个“全生态”云计算产业基地，福建省带头投资并应用“数字福建”政务内外网云计算平台，安徽省开始着手完善农村信息云服务平台，南京市与中国电信南京分公司合作启动“南京城市智慧云交通诱导服务系统”项目建设，哈尔滨中国云谷，建设成为中国最大的云计算数据中心集聚地[]，天津建立国内最大的数字出版云计算中心。

在我国互联网公司、IT公司、电信运营商和软件公司等是主要的云计算服务提供商。

互联网公司，比如世纪互联、盛大、蓝汛、阿里巴巴、XX等；IT公司，例如曙光提供了云存储的云盘，华为面向全球公布公有云解决方案，联想则发布了家庭云中心，浪潮则是一个涵盖InfrastructureasaService（基础设施即服务，IaaS）、PlatformasaService（平台即服务，PaaS）和SoftwareasaService（软件即服务，SaaS）三个层面整体解决的提供商[]。

国内研究应用云计算的其它机构还包括移动、联通和电信等服务商。

移动是我国电信服务商中发展云计算的领头羊，2007年开始着手“大云（BigCloud）”计划，经过三年的筹备，2014年6月正式推出“移动云”产品。

基于云计算，中国移动研究部署了公司内部的私有云、服务于个人客户的彩云和面向政企和服务集团的公有云。

因为联通和电信其运营模式是固网的，所以两者在互联网数据中心（IDC）方面具有较大优势，中国电信[]当前提出了云主机、云过滤、对象存储、云备份及网站云产品和服务，中国联通推出企业云服务产品，主要包括云主机、云储存、专享云、云孵化、云集成5大服务方向[]。

软件公司属于第四类云提供商，例如金蝶公司的产品包括私有云平台和服务于小型客户的公有云平台，金山云公司就是为发展云计算而形成的，瑞星的云产品则主要是私有云。

在学术应用中，邓立，迟毅林等将云计算模型应用在机械设备远程故障诊断数据处理中[]；吴清烈等将云计算和大规模定制相结合[]；顾新建等研究并设计了模具行业需求驱动的云制造服务平台[]；程文等利用GoogleAppEngine研究并设计了个人知识管理云平台[]。

国内对云计算的研究和应用也是当前的研究热点，但是起步较国外晚，很多技术还未成熟，所以需要相关的企业、学者进行深入的研究。

分析云计算国内外研究现状发现，其主要研究应用分为两方面：

一是搭建平台和基础设施层面，使得最终具备云计算的主要特点，达到云计算的标准，属于IaaS和PaaS层；二是根据实际案例或需求构建系统云平台，属于SaaS层，例如Gmail、Facebook等，用户接入互联网通过客户端可以体验多样的服务。

因此本文拟基于GoogleAppEngine云平台，研究、设计一个网络环境下组合夹具构形服务系统，本课题也为其它基于已有云平台服务体系的研究设计提供思路。

1.3研究内容及目标

开发者可以通过引入云计算降低投资在基础设施和软件上的成本。

传统上，企业必须投入高昂的配置费用开发新系统，购置IT设备例如服务器、存储、租用带宽等，如果企业想要运行某个应用程序，需要购买计算机和软件，安装并运行。

还需要考虑运行的操作系统、维护计算机，如软件升级、系统安全及备份等。

应用云计算技术，便没必要再进行前述工作。

当用户做云计算软件开发时，只需从服务提供商处购买开发程序或执行任务所需的资源，如运行时间、带宽、磁盘存储空间、内存等。

云用户没有必要了解资源所在位置，仅需确定自身需求就可以在提供最优服务的供应商处购买。

在云计算应用中，所购买的应用就是服务，用户只需购买应用程序的访问权并为使用的资源付费。

当前制造业信息化的关键是资源共享，应用云计算进行资源服务的模式成为了一种发展走向。

在云平台下研究并设计的组合夹具资源服务系统采用分布式思想，来实现组合夹具资源的共享，以满足资源重用的目的，同时系统设有用户夹具设计需求发布和解决模块，促进用户间的协作。

用户联入互联网进入客户端并获取权限，就可以对云资源池中的数据资源进行相关操作。

将组合夹具系统部署到GAE平台中，开发者不需要了解夹具资源具体如何存取，都交给GAE平台来完成。

本文基于云计算思想和GWT技术提出了基于GoogleAppEngine云平台部署的夹具构形资源服务系统，简单研究和设计了组合夹具云服务平台。

本文所需工作：

1.掌握云计算概念、特征和架构，基于现有知名企业云平台的特点和功能，结合课题情况，选择课题部署平台；

2.掌握基于GWT的GAE/J的编程方法，进行云平台的开发；

3.利用PRO-E软件并参考组合夹具二维图纸，构建夹具资源。

利用JDO，将系统数据持久化；

4.对系统进行目标分析、功能划分和核心流程设计，以所设计的服务体系架构为基础，利用GWT技术，对系统界面和功能进行编辑；

5.系统的实现。

通过GWT技术，在GAE/J环境下开发应用程序，并部署到所选平台。

本平台以Java为开发语言，整合GWT技术在GAE/J环境下开发课题程序。

由于GAE支持Java编程时间不久，有关GWT和GAE/J综合开发方面的资料还不完善，因此在GAE/J环境下利用GWT技术完成开发是技术难点。

1.4论文的组织结构

本论文通过学习和分析关键的云计算技术，研究和设计了基于云计算的组合夹具构形资源服务系统。

论文的组织结构如下：

1.绪论。

本章说明了研究组合夹具云平台的背景及意义，云计算国内外研究现状，论文研究内容、目标和组织结构。

2.云计算相关理论。

本章主要介绍了云计算的定义、特点，现有云平台体系，阐述了课题所选平台的原因。

3.基于云计算的组合夹具构形服务系统的设计。

本章先介绍了项目相关技术，其中包括GoogleAppEngine平台搭建原理、GoogleAppEngine开发API和GoogleWebToolkit技术；随后对课题系统进行目标分析和模块设计，最终确定了在GAE/J环境下实现系统功能的过程中相关问题的解决方案。

4.组合夹具资源库的实现。

本章主要介绍了利用PRO-E软件构建组合夹具三维模型时的关键问题并实现了数据的持久化。

5.基于云计算的组合夹具构形服务平台的实现。

对实现平台的具体操作以及部分功能进行详细阐述。

6.结论与展望

第二章组合夹具云平台的架构

2.1云计算相关理论

云计算的概念通常认为以2006年Google首席执行官在搜索引擎大会（SES）提出该说法为起点，近几年云计算受到国内外高度关注。

在以后几年，云计算与物联网、大数据相结合将是发展的潮流方向。

2.1.1云计算定义

简单来说，可以将世界的互联网称为云。

关于云计算的出现，没有一个统一的描述作为它的概念，以下是云计算的一些官方定义：

美国国家标准与技术研究院（NIST）：

云计算是一种模型，它能够实现随时随地，便捷地，按需的通过网络从可配置计算资源共享池中获取所需资源（例如网络、服务器、存储、应用及服务），资源可以快速供应并释放，使管理资源的工作量和与服务提供商的交互减小到最低限度[]；

维基百科：

云计算是一种基于互联网的计算方式，通过这种方式，共享的软硬件资源和信息可以按需求提供给计算机和其他设备。

整个运行方式很像电网，用户不再需要了解“云”中基础设施的细节，不必具有相应的专业知识，也无需直接进行控制[]；

Gartner咨询公司：

云计算是一种计算方式，这种计算方式是使用网络，使IT资源具有可扩展性和弹性能力，并且这些资源可以作为服务的形式提供给外部用户使用[]；

Google公司：

应用云计算时数据存储和应用服务存储位于云端，计算能力也向云端迁移，这样浏览器就相当于操作系统，也就是说只需要一个浏览器就可以获取云端服务，满足应用需求[25]。

上述概念从不同角度对云计算进行了描述，简单来说，云计算是新一代IT模式，由于云计算的集群庞大、虚拟化及高扩展性的特点，使用者免去了安装与维护等繁琐操作，只需连网，便可以十分便捷的访问云产品。

同时用户通过按需付费方式来获取云计算供应商提供的资源，或基于已有云来构建所需要的应用。

云计算是一种全新的计算模式，它通过将计算任务分配于大规模计算机资源上，使用户可以按需获得网络、服务器、存储、应用[6]。

2.1.2