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支持產(chǎn)品設計的滑動(dòng)軸承網(wǎng)絡(luò )計算程序的研究
摘要：分析了如何將原有大量由Fortran編寫(xiě)的科學(xué)計算程序轉換為能夠在網(wǎng)絡(luò )上提供計算服務(wù)的網(wǎng)絡(luò )應用程序的問(wèn)題。提出了將Fortran程序改編為動(dòng)態(tài)鏈接庫，并進(jìn)一步包裝為標準的COM組件的方法，在網(wǎng)頁(yè)中調用組件進(jìn)行計算，從而能夠較好地實(shí)現在瀏覽ll/Jl~.務(wù)器結構下通過(guò)計算程序資源的遠程調用來(lái)支持產(chǎn)品的設計過(guò)程。
關(guān)鍵詞：產(chǎn)品設計;瀏覽服務(wù)器;動(dòng)態(tài)鏈接庫;滑動(dòng)軸承
l、引 言
產(chǎn)品設計是制造業(yè)的靈魂。雖然產(chǎn)品設計階段的投入只占產(chǎn)品總成本的約5%，而設計過(guò)程所做的決策幾乎決定了產(chǎn)品全部成本的約70%。產(chǎn)品的結構、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)以及人、機、環(huán)境關(guān)系等，原則上都是在產(chǎn)品的設計階段確定的“。 。
隨著(zhù)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)議為所有的應用提供了統一的基礎，解決層的問(wèn)題，出現了所謂瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server)結構。將計算程序資源發(fā)布在網(wǎng)絡(luò )上，使其他用戶(hù)在產(chǎn)品設計階段就可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò )來(lái)使用計算程序，從而支持產(chǎn)品設計，這已經(jīng)成為一種趨勢。
但是目前在基于網(wǎng)絡(luò )的瀏覽器/服務(wù)器架構的遠程程序調用實(shí)踐中仍然有一些問(wèn)題。某些原有的科學(xué)計算程序資源是由Fortran 語(yǔ)言編寫(xiě)而成，無(wú)法直接從網(wǎng)絡(luò )遠程調用使用，限制了其使用方式。目前很多單位為了能夠在網(wǎng)絡(luò )上提供遠程程序調用服務(wù)，花費大量精力用目前流行的編程語(yǔ)言重新編寫(xiě)程序算法和內核，這樣增加了原有科學(xué)計算程序向Web應用轉化的復雜度，同時(shí)可能在重新編寫(xiě)的過(guò)程中帶來(lái)新的問(wèn)題。本文提出了如何應用瀏覽器/服務(wù)器架構來(lái)實(shí)現將原有的Fortran程序改造為可以網(wǎng)絡(luò )遠程調用的WEB應用程序的一種新的方法。
2、瀏覽器/，服務(wù)器(Browser/Server)結構在基于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)器返回的數據，將數據顯示在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)的請求，根據請求中包含的用戶(hù)參數，執行以組件形式存在的應用邏輯(包括數據庫操作和遠程程序調用等服務(wù))，與數據庫服務(wù)器通信，執行數據庫訪(fǎng)問(wèn)操作或執行計算程序，并將處理結果傳送回客戶(hù)端。由于這些規則要通過(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。在某些情況下，為增加安全性或當瀏覽器不具有處理這些規則的能力，功能層則可以位于服務(wù)器端。
第3層為數據層，負責管理對數據庫數據的操作，維護數據庫的各種約束條件，位于數據庫服務(wù)器端。該層接收wleb服務(wù)器對數據庫訪(fǎng)問(wèn)的請求，實(shí)現對數據庫查詢(xún)、修改、更新等功能，把執行結果返回給Web服務(wù)器。
因此，在B/S結構下，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)結構是由客戶(hù)/服務(wù)器(c/s)結構轉化而來(lái)的，也可以認為B/S模式是傳統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系統間的連接問(wèn)題;由于Web采用了”瘦客戶(hù)端“，使系統的開(kāi)放性得到很大的改善，系統對將要訪(fǎng)問(wèn)系統的用戶(hù)數的限制有所放松;系統的相對集中性使得系統的維護和擴展變得更加容易。比如，數據庫存儲空間不夠，可再加一個(gè)數據庫服務(wù)器;系統要增加功能，可以新增一個(gè)應用服務(wù)器來(lái)運行新功能;界面統一(全部為瀏覽器方式)，操作相對簡(jiǎn)單;業(yè)務(wù)規則和數據捕獲的程序容易分發(fā)等。
3、具體實(shí)現
3.1 將Fortran計算程序編制為動(dòng)態(tài)鏈接庫從技術(shù)上講，動(dòng)態(tài)鏈接庫是一個(gè)可執行文件，就其功能而言，它可作為應用程序的庫，多個(gè)應用程序可訪(fǎng)問(wèn)內存中單個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫拷貝中的內容。使用動(dòng)態(tài)鏈接庫的好處在于可減少系統對內存的消耗;如使用共用動(dòng)態(tài)鏈接庫中的函數，應用程序的可執行文件將會(huì )很小;在不改變函數接口的情況下，可改變動(dòng)態(tài)鏈接庫中的函數而不必對應用程序重新進(jìn)行編譯和連接。這樣可很方便地對應用程序進(jìn)行升級;另外使用動(dòng)態(tài)鏈接庫可方便地進(jìn)行混合語(yǔ)言編程 。
將Fortran計算程序編制為動(dòng)態(tài)鏈接庫的過(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“(Dynamic.1ink Library)。
(2)分析原有滑動(dòng)軸承的Fortran計算程序，這些程序包括圓瓦、橢圓瓦、錯位瓦、多油葉和可傾瓦徑向滑動(dòng)軸承計算程序，以及面推力瓦、可傾瓦推力滑動(dòng)軸承計算程序。分析這些計算程序的輸入/輸出參數，由此確定動(dòng)態(tài)鏈接庫導出函數的輸入/輸出參數。原計算程序的輸入參數將作為導出函數的輸入參數，原計算程序的輸出參數將全部放在數組中輸出。
(3)使用微軟擴展屬性DLLEXPORT定義動(dòng)態(tài)鏈接庫與外部程序的接口。動(dòng)態(tài)鏈接庫中可以有多個(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)鏈接庫外輸出供其它應用程序訪(fǎng)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)生高效的可執行代碼。舉例如下：
如果需要導出函數名為PBMCAL的函數，則必須在函數頭中使用!ms$attributes dllexport：：PBMCAL，申明該函數為導出函數。
由于Fortran PowerStation中編譯而得的DLL不是標準的COM組件，不能直接從網(wǎng)絡(luò )調用，所以作者提出用VB的ActiveX DLL工程將該DLL的功能包含，輸入/輸出參數與其一致，所得的標準COM組件可以用于網(wǎng)絡(luò )調用。
3.2 利用Visual Basic將DLL封裝成標準的COM組件ActiveX控件是實(shí)現VB面向對象特性最有利的工具。
ActiveX控件不同于其它對象�？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，然后在工程中調用Power Fortran編制的DLL文件，以徑向圓瓦滑動(dòng)軸承為例，調用格式如下：
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為潤滑油的動(dòng)力粘度，omeg為轉速，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)(順轉向為正)，aett2為平均溫度，OResult是數組格式，其將所有的計算結果置于數組中而導出。
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，所傳遞的都是參數的地址，如果在子過(guò)程中對參數進(jìn)行了修改，這一修改將帶回到調用過(guò)程。而在傳值方式下，所傳遞的是參數的當前值，子過(guò)程對于參數的修改不會(huì )對調用過(guò)程的參數值產(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文件是標準的COM組件，可以用于Web網(wǎng)頁(yè)的調用。
3.3 采用ASP程序在Web網(wǎng)頁(yè)調用ActiveX控件ASP除了可以調用內嵌的ActiveX控件外，還可以調用由用戶(hù)編寫(xiě)的標準的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A(yíng)SP程序中主要調用部分如下：Set objCalc=Server.Createobject(‘'prjFor.clsFor'’)‘創(chuàng )建圓瓦徑向滑動(dòng)軸承性能計算組件對象實(shí)例objCalc.snglnput=Array(eta，omeg，radiu，boverd，weight,psai，kind.，d 1)，xtt(1)，.psaiw2，index2，aett2，OResult(1))’給輸入參數數組賦值objCalc.PbmCacl‘調用計算程序接口函數進(jìn)行計算該ASP程序調用界面如圖2所示。計算完畢，輸出參數可以從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、系統運行模型采用UML(UnifiedModeling Language,統一建模語(yǔ)言)對滑動(dòng)軸承網(wǎng)絡(luò )計算程序的運行過(guò)程進(jìn)行建模。
計算滑動(dòng)軸承靜動(dòng)參數是計算程序的主要任務(wù)，在系統運行模型中加入數據庫服務(wù)的支持，主要目的是保存每組輸入參數所對應的滑動(dòng)軸承靜動(dòng)特性，這樣在有同樣的輸入參數輸入時(shí)，在功能層可做出判斷，數據庫中已有相應的靜動(dòng)特性參數，則直接從數據庫中讀取返回給用戶(hù)，這樣既節約了服務(wù)器的計算資源，也提高了對用戶(hù)請求的響應速度。
5、結束語(yǔ)
這種將原有的Fortran程序改造為可以網(wǎng)絡(luò )遠程調用的Web應用程序的新方法克服了作者所在研究所原有科學(xué)計算程序資源不能在網(wǎng)上運行的缺點(diǎn)，將原來(lái)只能在單機上運行的程序，改造成為可以用來(lái)在Web上提供服務(wù)的標準COM組件，利用ASP程序調用標準的COM組件。這樣簡(jiǎn)化了原有科學(xué)計算程序向Web應用轉化的復雜度，只要對源程序稍加改造，添加接口服務(wù)程序，對原有科學(xué)計算程序核心代碼的修改很少，可以充分保持原有科學(xué)計算程序的正確性和健壯性，避免了重新編碼可能帶來(lái)的新的錯誤，提高了工作效率。
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