機(jī)械設(shè)計(jì)與分析工程數(shù)據(jù)管理技術(shù)

李秋明

摘要：本文經(jīng)多年的實(shí)踐工作，從建立了一個(gè)基于Web和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)的機(jī)械CAD／CAE數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，供大家參考。

關(guān)鍵詞：面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)工程數(shù)據(jù)對(duì)象模型NET Oracle

1工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)產(chǎn)生背景及其發(fā)展

CAD/CAE／CAM集成就是為實(shí)現(xiàn)各CAD／CAE，cAM系統(tǒng)之間完整的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換，達(dá)到信息共享的目的。為此應(yīng)采用統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的定義，lSO制訂了《S010303一產(chǎn)品數(shù)據(jù)的表達(dá)與交換》，又稱(chēng)STEP標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)集成要求、內(nèi)容以及數(shù)據(jù)量，有如下四個(gè)層次的集成方式。

1.1基于中性文件的集成方式數(shù)據(jù)存放在有專(zhuān)門(mén)格式規(guī)定的STEP文件中，各應(yīng)用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換經(jīng)過(guò)前／后置處理程序處理為中性文件進(jìn)行交換。這種方式實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但存在數(shù)據(jù)冗余度大，數(shù)據(jù)獨(dú)立性差、難于擴(kuò)充的缺點(diǎn)。

1.2基于工作格式的集成方式工作格式是產(chǎn)品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在內(nèi)存中的表現(xiàn)形式，它利用內(nèi)存數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)使要處理的數(shù)據(jù)常駐內(nèi)存，對(duì)它進(jìn)行集中處理，產(chǎn)生STEP文件。其特點(diǎn)是處理數(shù)據(jù)的速度快，可以不必考慮數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)方式，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是由于內(nèi)存空間的限制，當(dāng)處理大量的數(shù)據(jù)時(shí)要設(shè)置頁(yè)交換文件，而且也存在著數(shù)據(jù)冗余，難于擴(kuò)充的問(wèn)題。

1.3基于工程數(shù)據(jù)庫(kù)的集成方式應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)工程數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)統(tǒng)一管理和操縱數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這種方式簡(jiǎn)化了信息交換方式，適用于數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)管理規(guī)模大，可滿(mǎn)足數(shù)據(jù)共享性、獨(dú)立性、安全性和完整性要求。它不僅可描述數(shù)據(jù)本身，還可通過(guò)存取路徑來(lái)描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。通過(guò)工程數(shù)據(jù)庫(kù)存取所需信息，達(dá)到數(shù)據(jù)共享和一致，減少了數(shù)據(jù)的冗余度，節(jié)約空間，縮短存取時(shí)間。這是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的一種理想集成方式。

2CAD／CAE工程數(shù)據(jù)特點(diǎn)及對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)功能要求

2.1 CAD／CAE工程數(shù)據(jù)特點(diǎn)在CAD，CAE集成過(guò)程中要利用和生成的大量的工程設(shè)計(jì)和分析數(shù)據(jù)。其中一部分是各種設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)以及產(chǎn)品的技術(shù)參數(shù)，這些數(shù)據(jù)是設(shè)計(jì)過(guò)程選用的靜態(tài)數(shù)據(jù)。另一部分是設(shè)計(jì)過(guò)程中生成的數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析、性能分析、圖形、尺寸公差、技術(shù)要求、材料熱處理等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有高度的動(dòng)態(tài)性。與一般的商業(yè)數(shù)據(jù)相比，CAD／CAE工程數(shù)據(jù)有著與其顯著不同的特點(diǎn)，具體如下：①數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜。機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)不僅包括結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，它還包括圖形、長(zhǎng)文本、表格、線(xiàn)圖、視頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，而且在設(shè)計(jì)過(guò)程中數(shù)量不斷增大，類(lèi)型不斷增多，且要不斷修改和補(bǔ)充。②數(shù)據(jù)聯(lián)系復(fù)雜。在數(shù)據(jù)元素之間存在復(fù)雜的聯(lián)系，其中一對(duì)多、多對(duì)多的聯(lián)系比較普遍。這種密切的聯(lián)系，構(gòu)成復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使數(shù)據(jù)模型十分復(fù)雜。③數(shù)據(jù)的一致性。工程數(shù)據(jù)中存在著從產(chǎn)品的初始模型推導(dǎo)出的二次數(shù)據(jù)，一旦初始模型被修改，導(dǎo)出數(shù)據(jù)也就失效，需要重新計(jì)算，用新的數(shù)據(jù)取代失效的數(shù)據(jù)，以保持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)中數(shù)據(jù)的一致性。④模式的動(dòng)態(tài)修改。工程設(shè)計(jì)過(guò)程中工程設(shè)計(jì)人員建立的幾何數(shù)學(xué)模型的結(jié)構(gòu)會(huì)經(jīng)常修改，要求工程數(shù)據(jù)庫(kù)模式能支持這種動(dòng)態(tài)修改，能進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的定義、刪除和恢復(fù)等。

2.2 CAD／CAE工程數(shù)據(jù)處理對(duì)工程數(shù)據(jù)庫(kù)的功能要求由于上述CAD／CAE工程數(shù)據(jù)特點(diǎn)，對(duì)用于CAD／CAE工程領(lǐng)域的工程數(shù)據(jù)庫(kù)提出如下要求：①能描述和處理復(fù)雜數(shù)據(jù)類(lèi)型。由于工程數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，語(yǔ)義關(guān)系豐富，因此EDBMS不僅要支持用戶(hù)定義復(fù)雜的類(lèi)型，而且還要支持多對(duì)多關(guān)系、遞歸關(guān)系等復(fù)雜數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的描述。②動(dòng)態(tài)處理模式變化的能力。由于設(shè)計(jì)過(guò)程和工藝規(guī)劃過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是不斷變化的，要求EDBMS能支持動(dòng)態(tài)描述數(shù)據(jù)的能力，使用戶(hù)既能修改數(shù)據(jù)庫(kù)中的值，又能修改數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的模式。③版本控制管理。設(shè)計(jì)是一個(gè)設(shè)計(jì)一分析——再設(shè)計(jì)的反復(fù)過(guò)程。設(shè)計(jì)者經(jīng)常要對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行回溯，并重新進(jìn)行新一輪的設(shè)計(jì)。版本管理應(yīng)能記錄設(shè)計(jì)過(guò)程中的歷史數(shù)據(jù)，使設(shè)計(jì)回溯到一個(gè)合理的階段，不致使整個(gè)設(shè)計(jì)推翻重新開(kāi)始。同時(shí)設(shè)計(jì)對(duì)象的版本管理應(yīng)能提供多個(gè)設(shè)計(jì)者并行更新同一設(shè)計(jì)對(duì)象的機(jī)制。④支持工程設(shè)計(jì)事務(wù)。工程設(shè)計(jì)事務(wù)是長(zhǎng)達(dá)以小時(shí)、天或周計(jì)的長(zhǎng)事務(wù)。長(zhǎng)時(shí)間封鎖某一設(shè)計(jì)對(duì)象，將嚴(yán)重影響設(shè)計(jì)的并行性。在EDBMS中必須解決工程長(zhǎng)事務(wù)中對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的封鎖、恢復(fù)和共享問(wèn)題。

3采用基于Web的工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的原因

3.1 Web技術(shù)與工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)的關(guān)系工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(EDBMS)作為一種應(yīng)用框架，其對(duì)開(kāi)放性和擴(kuò)展性的要求與web的開(kāi)放系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相互補(bǔ)充。在web技術(shù)上構(gòu)建EDBMS可充分享受到Web開(kāi)放體系帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)EDBMS異構(gòu)環(huán)境下的應(yīng)用。并且隨著網(wǎng)絡(luò)化虛擬設(shè)計(jì)模式的迅速發(fā)展，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過(guò)程在并行和協(xié)同中完成，對(duì)于異地的并行協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程，已有的工程數(shù)據(jù)管理技術(shù)不能很好滿(mǎn)足現(xiàn)在全球化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略發(fā)展的需要。因此，必須根據(jù)新的形式，通過(guò)web技術(shù)擴(kuò)展其功能，使之適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化虛擬設(shè)計(jì)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和過(guò)程管理，使之能夠支持異地和異構(gòu)環(huán)境的設(shè)計(jì)與制造。

3.2 web-basedEDBMS的優(yōu)點(diǎn)隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，90年代中后期，出現(xiàn)了以Web技術(shù)為基礎(chǔ)的新型系統(tǒng)平臺(tái)B，S(Brow--set／Server)模式，B/s模式把傳統(tǒng)的c／s模式中的服務(wù)器部分分為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和應(yīng)用服務(wù)器，從而構(gòu)成一個(gè)三層結(jié)構(gòu)。本文的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)就是采用這種三層結(jié)構(gòu)模式。WebbasedEDBMS的優(yōu)點(diǎn)如下：①易于分散用戶(hù)交流、同步。②簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與維護(hù)。3)較強(qiáng)的跨平臺(tái)性，用戶(hù)界面統(tǒng)一、友好。

4CAD／CAE數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與PDM的關(guān)系

產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(Product Data Management，PDM)，是以軟件技術(shù)為基礎(chǔ)，管理所有與產(chǎn)品相關(guān)信息(包括零件信息、配置、文檔、CAD文件、結(jié)構(gòu)、權(quán)限信息等)和所有與產(chǎn)品相關(guān)過(guò)程(包括過(guò)程定義和管理)的技術(shù)。PDM技術(shù)是對(duì)工程數(shù)據(jù)管理、文檔管理、產(chǎn)品信息管理、技術(shù)數(shù)據(jù)管理、技術(shù)信息管理、圖像管理以及其它各種名目的管理技術(shù)的綜合概括和擴(kuò)展。PDM重要性不言而喻，從概念上看PDM技術(shù)可以管理與產(chǎn)品相關(guān)的工程數(shù)據(jù)，CAD，CAE數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)可以看作是PDM系統(tǒng)的子集，但成功實(shí)施PDM卻并非易事。實(shí)施現(xiàn)有PDM產(chǎn)品存在的問(wèn)題。

5結(jié)論

本文建立面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)模型，利用關(guān)系對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)管理工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享與交換，并利用VRML技術(shù)實(shí)現(xiàn)三維模型的在線(xiàn)瀏覽。