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支持產(chǎn)品設(shè)計的滑動軸承網(wǎng)絡(luò)計算程序的研究
摘要：分析了如何將原有大量由Fortran編寫的科學(xué)計算程序轉(zhuǎn)換為能夠在網(wǎng)絡(luò)上提供計算服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的問題。提出了將Fortran程序改編為動態(tài)鏈接庫，并進(jìn)一步包裝為標(biāo)準(zhǔn)的COM組件的方法，在網(wǎng)頁中調(diào)用組件進(jìn)行計算，從而能夠較好地實現(xiàn)在瀏覽ll/Jl~.務(wù)器結(jié)構(gòu)下通過計算程序資源的遠(yuǎn)程調(diào)用來支持產(chǎn)品的設(shè)計過程。
關(guān)鍵詞：產(chǎn)品設(shè)計;瀏覽服務(wù)器;動態(tài)鏈接庫;滑動軸承
l、引 言
產(chǎn)品設(shè)計是制造業(yè)的靈魂。雖然產(chǎn)品設(shè)計階段的投入只占產(chǎn)品總成本的約5%，而設(shè)計過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(全面滿足用戶要求)、成本(全成本)、交貨時間(含新產(chǎn)品開發(fā)時間)以及可制造性、可維修性(含產(chǎn)品升級)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)，解決層的問題，出現(xiàn)了所謂瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server)結(jié)構(gòu)。將計算程序資源發(fā)布在網(wǎng)絡(luò)上，使其他用戶在產(chǎn)品設(shè)計階段就可以通過網(wǎng)絡(luò)來使用計算程序，從而支持產(chǎn)品設(shè)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(gòu)的遠(yuǎn)程程序調(diào)用實踐中仍然有一些問題。某些原有的科學(xué)計算程序資源是由Fortran 語言編寫而成，無法直接從網(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)，花費大量精力用目前流行的編程語言重新編寫程序算法和內(nèi)核，這樣增加了原有科學(xué)計算程序向Web應(yīng)用轉(zhuǎn)化的復(fù)雜度，同時可能在重新編寫的過程中帶來新的問題。本文提出了如何應(yīng)用瀏覽器/服務(wù)器架構(gòu)來實現(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/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)記語言)的瀏覽器，同時可以使用一些客戶端控件或腳本技術(shù)來豐富用戶界面。它將用戶的輸入信息以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(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)顯示在Web瀏覽器上。
第2層為功能層，功能層接收來自網(wǎng)絡(luò)客戶的請求，根據(jù)請求中包含的用戶參數(shù)，執(zhí)行以組件形式存在的應(yīng)用邏輯(包括數(shù)據(jù)庫操作和遠(yuǎn)程程序調(diào)用等服務(wù))，與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通信，執(zhí)行數(shù)據(jù)庫訪問操作或執(zhí)行計算程序，并將處理結(jié)果傳送回客戶端。由于這些規(guī)則要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，會帶來安全性的問題，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(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)管理對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的操作，維護(hù)數(shù)據(jù)庫的各種約束條件，位于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端。該層接收wleb服務(wù)器對數(shù)據(jù)庫訪問的請求，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫查詢、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，一般來說功能層位于服務(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/服務(wù)器(c/s)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化而來的，也可以認(rèn)為B/S模式是傳統(tǒng)C/S模式的一個子集。
瀏覽器/服務(wù)器模式的優(yōu)點在于，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)都可以做到無縫連接，從而徹底解決了異構(gòu)系統(tǒng)間的連接問題;由于Web采用了”瘦客戶端“，使系統(tǒng)的開放性得到很大的改善，系統(tǒng)對將要訪問系統(tǒng)的用戶數(shù)的限制有所放松;系統(tǒng)的相對集中性使得系統(tǒng)的維護(hù)和擴(kuò)展變得更加容易。比如，數(shù)據(jù)庫存儲空間不夠，可再加一個數(shù)據(jù)庫服務(wù)器;系統(tǒng)要增加功能，可以新增一個應(yīng)用服務(wù)器來運行新功能;界面統(tǒng)一(全部為瀏覽器方式)，操作相對簡單;業(yè)務(wù)規(guī)則和數(shù)據(jù)捕獲的程序容易分發(fā)等。
3、具體實現(xiàn)
3.1 將Fortran計算程序編制為動態(tài)鏈接庫從技術(shù)上講，動態(tài)鏈接庫是一個可執(zhí)行文件，就其功能而言，它可作為應(yīng)用程序的庫，多個應(yīng)用程序可訪問內(nèi)存中單個動態(tài)鏈接庫拷貝中的內(nèi)容。使用動態(tài)鏈接庫的好處在于可減少系統(tǒng)對內(nèi)存的消耗;如使用共用動態(tài)鏈接庫中的函數(shù)，應(yīng)用程序的可執(zhí)行文件將會很小;在不改變函數(shù)接口的情況下，可改變動態(tài)鏈接庫中的函數(shù)而不必對應(yīng)用程序重新進(jìn)行編譯和連接。這樣可很方便地對應(yīng)用程序進(jìn)行升級;另外使用動態(tài)鏈接庫可方便地進(jìn)行混合語言編程 。
將Fortran計算程序編制為動態(tài)鏈接庫的過程為如下：
(1)在Fortran PowerStation中新建工程，工程類型為”Windows動態(tài)鏈接庫“(Dynamic.1ink Library)。
(2)分析原有滑動軸承的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軸承計算程序，以及面推力瓦、可傾瓦推力滑動軸承計算程序。分析這些計算程序的輸入/輸出參數(shù)，由此確定動態(tài)鏈接庫導(dǎo)出函數(shù)的輸入/輸出參數(shù)。原計算程序的輸入?yún)?shù)將作為導(dǎo)出函數(shù)的輸入?yún)?shù)，原計算程序的輸出參數(shù)將全部放在數(shù)組中輸出。
(3)使用微軟擴(kuò)展屬性DLLEXPORT定義動態(tài)鏈接庫與外部程序的接口。動態(tài)鏈接庫中可以有多個子程序和變量，但只有具有DLLEXPORT屬性的子程序和變量可以向動態(tài)鏈接庫外輸出供其它應(yīng)用程序訪問。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控件不同于其它對象�？丶粌H僅是代碼，它還具有類似窗體的可視部分，但是又與窗體不同，它不能脫離容器而單獨存在” 。另外，控件同時被開發(fā)者和最終用戶使用，盡管意義不同。
在VB開發(fā)環(huán)境中建立新工程，其類型為ActiveX DLL工程類型，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為潤滑油的動力粘度，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為軸承類型，psaiw2為載荷與鉛垂線的夾角。(度)(順轉(zhuǎn)向為正)，aett2為平均溫度，OResult是數(shù)組格式，其將所有的計算結(jié)果置于數(shù)組中而導(dǎo)出。
在混合語言編程中需要注意的一個主要問題是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，如果在子過程中對參數(shù)進(jìn)行了修改，這一修改將帶回到調(diào)用過程。而在傳值方式下，所傳遞的是參數(shù)的當(dāng)前值，子過程對于參數(shù)的修改不會對調(diào)用過程的參數(shù)值產(chǎn)生影響。在VB中，用Declare聲明外部過程，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)頁的調(diào)用。
3.3 采用ASP程序在Web網(wǎng)頁調(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)用由用戶編寫的標(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)建圓瓦徑向滑動軸承性能計算組件對象實例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)用計算程序接口函數(shù)進(jìn)行計算該ASP程序調(diào)用界面如圖2所示。計算完畢，輸出參數(shù)可以從0 Calc.Oresult得到，顯示在Web網(wǎng)頁上，供用戶進(jìn)一步處理。
4、系統(tǒng)運行模型采用UML(UnifiedModeling Language,統(tǒng)一建模語言)對滑動軸承網(wǎng)絡(luò)計算程序的運行過程進(jìn)行建模。
計算滑動軸承靜動參數(shù)是計算程序的主要任務(wù)，在系統(tǒng)運行模型中加入數(shù)據(jù)庫服務(wù)的支持，主要目的是保存每組輸入?yún)?shù)所對應(yīng)的滑動軸承靜動特性，這樣在有同樣的輸入?yún)?shù)輸入時，在功能層可做出判斷，數(shù)據(jù)庫中已有相應(yīng)的靜動特性參數(shù)，則直接從數(shù)據(jù)庫中讀取返回給用戶，這樣既節(jié)約了服務(wù)器的計算資源，也提高了對用戶請求的響應(yīng)速度。
5、結(jié)束語
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)計算程序資源不能在網(wǎng)上運行的缺點，將原來只能在單機(jī)上運行的程序，改造成為可以用來在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。這樣簡化了原有科學(xué)計算程序向Web應(yīng)用轉(zhuǎn)化的復(fù)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的新的錯誤，提高了工作效率。
參考文獻(xiàn)：
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