分布式材料试验系统的协同管理与样本分析系统设计与研究

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3.0 侯斌 2024-11-19 8 4 797.35KB 65 页 15积分

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摘要

现代材料试验技术在计算机技术和网络技术的促进下快速发展，正经历从小

型化向大型化、从集中式向分布式发展的过程，分布式材料试验系统已经是材料

试验系统的必然趋势。

分布式材料试验系统能够实现本地或异地不同部门的多个材料试验系统的试

验要求，对保证试验正确协调地进行、提高试验综合能力以及样本分析的准确性

和精确性等具有重要意义和作用，最重要的是使设备资源和数据资源共享更加的

透明方便，因此对异地、异构环境下的分布式试验技术开展研究具有重要的理论

意义和实用价值。

本论文首先分析了分布式试验系统的特点和要求，并在此基础上对系统进行

模型和组成的设计，而后研究分布式材料试验系统中的几个重点问题——分布式

材料试验系统任务调度、材料试验系统数据库分布式设计、材料试验数据仓库以

及以数据仓库为数据源进行样本分析。

在分布式材料试验系统多任务调度问题上，本论文在分析分布式试验任务特

点和研究分布式任务调度算法的基础上，提出对任务采取静态分配、动态调度相

结合的调度策略。

分布式试验系统具有分布采集数据以及数据安全快速存储的特点，另外系统

对实时性等性能也有一定的要求，本文引入分布式数据库技术对试验数据进行处

理，并结合分布式试验系统的特点应用了客户机/服务器的计算模式，这种应用大

大简化了试验数据的处理工作。

在对数据仓库技术的深入研究的基础上，设计并实现基于体系结构的分布式

材料试验数据的数据仓库系统和基于架构的数据分析系统，从而使系统能够很好

地支持对材料试验数据的专业化、个性化的分析处理，获得准确的、精确的样本

分析结果。

关键词：材料试验系统分布式数据库数据仓库样本分析

ABSTRACT

With the computer technology and network technology rapidly developing,

modern material testing technology is going through from the small size to large, from

centralized to distributed development process, distributed material testing systems are

material testing system has been an inevitable trend.

Distributed material testing system, local or be able to realize a number of

different departments in different places for Testing and Materials system test

requirements, to ensure proper co-ordination to carry out tests to improve the

comprehensive ability test as well as the accuracy of sample analysis and accuracy of

such great importance and role The most important thing is to enable devices to share

resources and data resources to facilitate a more transparent, so remote, heterogeneous

distributed environment test technique research has important theoretical significance

and practical value.

This paper first analyzes the characteristics of the distributed test systems and

requirements, and on this basis the system model and component design, and then

study the distributed material testing system in several key issues - Distributed material

testing system mission scheduling, material testing system of distributed database

design, material testing data warehouse and data warehouse for analysis of the data

source to the sample.

Material testing system in the distributed multi-task scheduling problem, this

paper analyzes the characteristics of the distributed test mission and research of

distributed task scheduling algorithm based on the proposed mission to take a static

allocation, dynamic scheduling of the scheduling strategy of combining.

Distributed test system with distributed data collection and data security features

of fast storage, another system, such as real-time performance has certain requirements,

this paper, we introduce distributed database technology to deal with test data,

combined with the characteristics of the distributed test system applied client / server

computing model, this application greatly simplifies the processing of test data.

Data Warehouse Technology in-depth study on the basis of design and

architecture based on distributed material test data and the data warehouse system

architecture based on the data analysis system, thereby allowing the system to be able

to well test data on the material support of the professional and analysis of

personalized treatment, access to accurate and precise results of the analysis sample.

Key words: Material testing system, Distributed Database, Data

Warehouse, Sample analysis.

中文摘要

ABSTRACT

第一章绪论 .......................................................... 1

1.1 课题来源及本文研究的意义 ....................................... 1

1.2 分布式材料试验的应用研究现状 ................................... 2

1.3 本课题主要研究内容 ............................................. 3

1.4 本文组织结构 ................................................... 4

第二章分布式材料试验系统总体设计 .................................... 6

2.1 分布式试验系统 ................................................. 6

2.1.1 分布式系统的基本概念 ....................................... 6

2.1.2 分布式材料试验系统的特点 ................................... 6

2.2 分布式试验系统需求分析 ......................................... 7

2.2.1 试验准备阶段 ............................................... 8

2.2.2 分布式试验运行管理 ........................................ 11

2.2.3 分布式试验数据处理 ........................................ 11

2.3 分布式试验系统总体设计 ........................................ 12

2.3.1 系统模型设计 .............................................. 12

2.3.2 系统组成 .................................................. 14

2.4 本章小结 ...................................................... 15

第三章分布式材料试验系统任务调度 ................................... 16

3.1 分布式系统任务调度概述 ........................................ 16

3.2 分布式材料试验系统任务调度 .................................... 19

3.3 分布式试验系统任务调度算法研究 ................................ 20

3.3.1 多任务调度算法的选择原则 .................................. 20

3.3.2 任务的调度算法的种类 ...................................... 20

3.3.3 分布式试验系统调度算法的选择 .............................. 21

3.4 分布式试验系统的容错性 ........................................ 22

3.4.1 网络容错技术 .............................................. 22

3.4.2 任务容错技术 .............................................. 22

3.5 分布式试验系统中采用的调度策略 ................................ 23

3.6 本章小结 ...................................................... 24

第四章分布式材料试验系统数据库设计 ................................. 25

4.1 采用分布式数据库的必要性 ...................................... 25

4.2 分布式数据库系统概述 .......................................... 25

4.3 分布式试验系统数据库需求分析 .................................. 27

4.4 分布式数据库的实现技术研究 .................................... 28

4.4.1 基于客户机/服务器模式的分布式数据库 ....................... 28

4.4.2 异构数据源访问接口技术和方法 .............................. 29

4.4.3 分布式数据库的实现 ........................................ 30

4.5 分布式试验系统中的数据类型 .................................... 30

4.6 试验系统中分布式数据库的应用方案设计 .......................... 31

4.7 本章小结 ...................................................... 32

第五章材料试验数据仓库 ............................................. 33

5.1 数据仓库概述 .................................................. 33

5.2 材料试验数据特点 .............................................. 38

5.3 材料试验数据管理现状 .......................................... 39

5.4 材料试验对数据管理的要求 ...................................... 40

5.5 材料试验数据仓库设计 .......................................... 42

5.5.1 材料试验数据仓库系统的体系结构 ............................ 42

5.5.2 该体系结构的特点 .......................................... 46

5.6 本章小结 ...................................................... 46

第六章材料试验样本分析 ............................................. 47

6.1 框架 .......................................................... 47

6.2 材料试验数据分析框架 .......................................... 47

6.3 数据处理构件的实现 ............................................ 49

6.3.1 数据准备构件 .............................................. 49

6.3.2 分析执行构件 .............................................. 52

6.3.3 结果发布构件 .............................................. 53

6.3.4 数据处理构件的调度 ........................................ 54

6.4 数据处理构件的管理 ............................................ 54

6.4.1 数据处理构件的获取 ........................................ 54

6.4.2 构件库管理系统 ............................................ 54

6.4 本章小结 ...................................................... 55

第七章结束语 ....................................................... 56

7.1 总结 .......................................................... 56

7.2 进一步工作 .................................................... 57

参考文献 ............................................................ 58

在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ...................... 61

致谢 ............................................................... 62

第一章绪论

1.1 课题来源及本文研究的意义

材料的性能不同，应用的领域也不同，研究和开发材料的最终目的是改善和

提高其使用性能。而力学性能指标主要通过材料试验获得，材料试验可以确定材

料在各种受载条件下的行为，为工程设计提供依据；可以进行材质的比较与检验；

可以通过力学行为与金属内部状态研究的配合，掌握力学性质变化的基本原理和

各种因素影响的本质，为高性能合金的研制提供指导。通过材料试验，解决材料

力学理论与其他力学理论无法解决的一些工程难题，因此材料试验至今仍是研究

新材料的重要手段。

材料试验系统可以对各种金属材料及某些非金属材料在指定温度和压力或拉

力下进行拉伸、压缩、弯曲等强度试验。随着试验复杂程度的提高及涉及面的不

断扩大，单机试验已经不能够满足要求。因特网的广泛运用为试验技术的进一步

发展创造了有利条件，将试验扩展到局域网，广域网甚至因特网已成为越来越普

遍的需求，分布式试验的应用成了必然趋势[13]。

分布式试验是一种多部门协调配合的系统工程，比如，复杂的军工材料试验

或核电站材料的测量、输入、输出、结果分析往往分布在不同的地理位置，仅用

一台计算机并不能胜任试验任务，需要由分布在不同地理位置的若干计算机共同

完成整个试验任务。计算机网络技术，总线技术与数据库技术的发展，乃至因特

网的发展拓展了试验系统的应用范围，为试验系统的发展奠定了坚实的基础。利

用网络技术将分散在不同地理位置、不同功能的试验设备联系在一起，使昂贵的

硬件设备、软件在网络内得以共享，减少了设备重复投资；一台计算机采集的数

据可以立即传输到另一台处理分析机上进行处理分析，分析后的结果可被执行机

构、设计师查询使用，使数据采集、传输、处理分析成为一体，容易实现实时采

集、实时监测；重要的数据实行多机备份，提高了系统的可靠性。对于有些危险

的、环境恶劣的、不适合人员操作的数据采集工作可实行远程采集，将采集的数

据放在服务器中供用户使用。

应用的分布性对试验系统提出了许多新的要求，传统的试验方式已无法满足

分布式试验系统的要求。分布式试验越来越广泛的应用使得研究基于网络的异地

或不同部门的分布式试验技术就显得十分必要，而作为在分布式试验系统中起决

定作用的组成——系统协同管理技术则尤为重要[14]。试验管理在整个试验的运行

及数据的收集过程中进行全局的控制，并通过网络在各试验进程间进行通信，使

分布式材料试验系统的协同管理和样本分析系统设计与研究

得参与试验的各节点计算机互相协作，从而协调正确地执行试验。

分布式试验系统的应用已经日趋广泛，但还有待进一步的发展。尤其是它的

系统协调以及大量数据的分析处理、样本分析的准确性和精确性等，同其它领域

相比，还正处于摸索阶段，需要大量的研究和规范工作。

1.2 分布式材料试验的应用研究现状

近几年来，世界各大计算机公司都在致力于把网络系统移植成分布式系统的

工作，这也逐渐扩展到试验系统的应用中,取得了巨大成就。目前主要成就可以归

纳为两点：

第一，全部试验过程都可以做到自动测量与控制，材料试验机都连接有计算

机，由计算机来完成试验过程的数据采集、传输、反馈、分析、显示，并且直接

打印完整的试验报告，还可以将试验过程存储供日后分析等。

第二，实现试验室或者检测中心的网络化系统管理。计算机不仅能够单独完

全试验过程的自动测量与控制，而且可以通过联网的方式在一个范围内实时传输

试验结果[12]。

在国内，为了满足科研和生产的需要，从60年代起就开始研制生产各种类型

的材料试验系统及控制设备。80年代，我国的汽车工业发展迅猛，对材料试验提

出了更高的要求，国内的材料试验系统满足不了发动机生产发展的需要，为此各

大测试设备生产厂家都开始引进国外的先进技术。现已有许多材料试验系统研究

单位和试验设备专业生产厂家具备研制水平较高的自动试验系统的能力，其精度

和稳定性有了很大提高，功能不断增强。

但是，目前国内外对分布式试验管理技术的研究，大都只是局限于完成针对

特定的分布式试验系统中各试验节点的控制，可伸缩性差，没有真正体现出分布

式试验系统相对于以往集中试验系统的优点。在进行一次分布式试验时，理想的

情况是可以根据想要得到的特性和设置参数来组合一个综合的分布式试验系统。

近年来，分布式系统管理方面不断出现新的技术，这为分布式试验系统协同

综合管理技术的发展提供了良好的基础。1990年，VS.Sunderam提出了一个并行分

布式计算的框架PVM[1]，它提供了一个特殊的服务层和分布式控制，但缺乏事件收

集的能力。1992年，P.H.Worley提出了一种新的PICL的文件格式，PICL为分布式

软件提供了事件捕获的功能，但不能够提供试验控制。1991年，一种分布式系统

的设计和模拟方法MIDAS被提了出来，它能够提供试验控制但只能运行于模拟的

环境而不是一个真正的网络。在这些技术的基础上，加拿大Carleton大学的Alex

Hubbard等人开发了一个分布式试验控制和日志系统DECALS。这个系统可以提供

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摘要：

摘要现代材料试验技术在计算机技术和网络技术的促进下快速发展，正经历从小型化向大型化、从集中式向分布式发展的过程，分布式材料试验系统已经是材料试验系统的必然趋势。分布式材料试验系统能够实现本地或异地不同部门的多个材料试验系统的试验要求，对保证试验正确协调地进行、提高试验综合能力以及样本分析的准确性和精确性等具有重要意义和作用，最重要的是使设备资源和数据资源共享更加的透明方便，因此对异地、异构环境下的分布式试验技术开展研究具有重要的理论意义和实用价值。本论文首先分析了分布式试验系统的特点和要求，并在此基础上对系统进行模型和组成的设计，而后研究分布式材料试验系统中的几个重点问题——分布式材料试验系统...

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