機械設計與分析工程數據管理技術(shù)論文
摘要：本文經(jīng)多年的實(shí)踐工作，從建立了一個(gè)基于Web和面向對象數據庫的機械CAD/CAE數據管理系統，供大家參考。
關(guān)鍵詞：面向對象數據庫工程數據對象模型NETOracle
1工程數據庫管理系統產(chǎn)生背景及其發(fā)展
CAD/CAE/CAM集成就是為實(shí)現各CAD/CAE/CAM系統之間完整的產(chǎn)品數據交換，達到信息共享的目的。為此應采用統一的標準來(lái)實(shí)現產(chǎn)品數據的定義，ISO制訂了《SO10303一產(chǎn)品數據的表達與交換》，又稱(chēng)STEP標準。該標準根據集成要求、內容以及數據量，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據存放在有專(zhuān)門(mén)格式規定的STEP文件中，各應用系統之間數據交換經(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)現簡(jiǎn)單，但存在數據冗余度大，數據獨立性差、難于擴充的缺點(diǎn)。
1.2基于工作格式的集成方式工作格式是產(chǎn)品數據結構在內存中的表現形式，它利用內存數據管理系統使要處理的數據常駐內存，對它進(jìn)行集中處理，產(chǎn)生STEP文件。其特點(diǎn)是處理數據的速度快，可以不必考慮數據的存儲方式，實(shí)現簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是由于內存空間的限制，當處理大量的數據時(shí)要設置頁(yè)交換文件，而且也存在著(zhù)數據冗余，難于擴充的`問(wèn)題。
1.3基于工程數據庫的集成方式應用系統通過(guò)工程數據庫來(lái)統一管理和操縱數據，進(jìn)行數據交換。這種方式簡(jiǎn)化了信息交換方式，適用于數據量大、數據管理規模大，可滿(mǎn)足數據共享性、獨立性、安全性和完整性要求。它不僅可描述數據本身，還可通過(guò)存取路徑來(lái)描述數據之間的聯(lián)系。通過(guò)工程數據庫存取所需信息，達到數據共享和一致，減少了數據的冗余度，節約空間，縮短存取時(shí)間。這是實(shí)現系統集成的一種理想集成方式。
2CAD/CAE工程數據特點(diǎn)及對數據庫功能要求
2.1CAD／CAE工程數據特點(diǎn)在CAD/CAE集成過(guò)程中要利用和生成的大量的工程設計和分析數據。其中一部分是各種設計規范和標準以及產(chǎn)品的技術(shù)參數，這些數據是設計過(guò)程選用的靜態(tài)數據。另一部分是設計過(guò)程中生成的數據，如產(chǎn)品的結構分析、性能分析、圖形、尺寸公差、技術(shù)要求、材料熱處理等數據，這些數據具有高度的動(dòng)態(tài)性。與一般的商業(yè)數據相比，CAD/CAE工程數據有著(zhù)與其顯著(zhù)不同的特點(diǎn)，具體如下：①數據結構復雜。機械產(chǎn)品設計中的數據不僅包括結構化數據，它還包括圖形、長(cháng)文本、表格、線(xiàn)圖、視頻等非結構化數據，而且在設計過(guò)程中數量不斷增大，類(lèi)型不斷增多，且要不斷修改和補充。②數據聯(lián)系復雜。在數據元素之間存在復雜的聯(lián)系，其中一對多、多對多的聯(lián)系比較普遍。這種密切的聯(lián)系，構成復雜的網(wǎng)狀結構，從而使數據模型十分復雜。③數據的一致性。工程數據中存在著(zhù)從產(chǎn)品的初始模型推導出的二次數據，一旦初始模型被修改，導出數據也就失效，需要重新計算，用新的數據取代失效的數據，以保持數據庫中數據的一致性。④模式的動(dòng)態(tài)修改。工程設計過(guò)程中工程設計人員建立的幾何數學(xué)模型的結構會(huì )經(jīng)常修改，要求工程數據庫模式能支持這種動(dòng)態(tài)修改，能進(jìn)行動(dòng)態(tài)數據的定義、刪除和恢復等。
2.2 CAD/CAE工程數據處理對工程數據庫的功能要求由于上述CAD/CAE工程數據特點(diǎn)，對用于CAD/CAE工程領(lǐng)域的工程數據庫提出如下要求：①能描述和處理復雜數據類(lèi)型。由于工程數據結構復雜，語(yǔ)義關(guān)系豐富，因此EDBMS不僅要支持用戶(hù)定義復雜的類(lèi)型，而且還要支持多對多關(guān)系、遞歸關(guān)系等復雜數據結構的描述。②動(dòng)態(tài)處理模式變化的能力。由于設計過(guò)程和工藝規劃過(guò)程中產(chǎn)生的數據是不斷變化的，要求EDBMS能支持動(dòng)態(tài)描述數據的能力，使用戶(hù)既能修改數據庫中的值，又能修改數據結構的模式。③版本控制管理。設計是一個(gè)設計——分析——再設計的反復過(guò)程。設計者經(jīng)常要對設計過(guò)程進(jìn)行回溯，并重新進(jìn)行新一輪的設計。版本管理應能記錄設計過(guò)程中的歷史數據，使設計回溯到一個(gè)合理的階段，不致使整個(gè)設計推翻重新開(kāi)始。同時(shí)設計對象的版本管理應能提供多個(gè)設計者并行更新同一設計對象的機制。④支持工程設計事務(wù)。工程設計事務(wù)是長(cháng)達以小時(shí)、天或周計的長(cháng)事務(wù)。長(cháng)時(shí)間封鎖某一設計對象，將嚴重影響設計的并行性。在EDBMS中必須解決工程長(cháng)事務(wù)中對設計對象的封鎖、恢復和共享問(wèn)題。
3 采用基于Web的工程數據庫管理系統的原因
3.1Web技術(shù)與工程數據庫管理技術(shù)的關(guān)系工程數據管理系統(EDBMS)作為一種應用框架，其對開(kāi)放性和擴展性的要求與web的開(kāi)放系統結構相互補充。在web技術(shù)上構建EDBMS可充分享受到Web開(kāi)放體系帶來(lái)的優(yōu)勢，增強EDBMS異構環(huán)境下的應用。并且隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )化虛擬設計模式的迅速發(fā)展，產(chǎn)品的設計過(guò)程在并行和協(xié)同中完成，對于異地的并行協(xié)同設計過(guò)程，己有的工程數據管理技術(shù)不能很好滿(mǎn)足現在全球化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)戰略發(fā)展的需要。因此，必須根據新的形式，通過(guò)web技術(shù)擴展其功能，使之適應網(wǎng)絡(luò )化虛擬設計的產(chǎn)品數據和過(guò)程管理，使之能夠支持異地和異構環(huán)境的設計與制造。
3.2Web-basedEDBMS的優(yōu)點(diǎn)隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，90年代中后期，出現了以Web技術(shù)為基礎的新型系統平臺B/Ｓ(Brow—ser/Server)模式，B/S模式把傳統的c/s模式中的服務(wù)器部分分為數據庫服務(wù)器和應用服務(wù)器，從而構成一個(gè)三層結構。本文的數據管理系統就是采用這種三層結構模式。WebbasedEDBMS的優(yōu)點(diǎn)如下：①易于分散用戶(hù)交流、同步。② 簡(jiǎn)化了系統的開(kāi)發(fā)與維護。3)較強的跨平臺性，用戶(hù)界面統一、友好。
4CAD/CAE數據管理系統與PDM的關(guān)系
產(chǎn)品數據管理(ProductDataManagement，PDM)，是以軟件技術(shù)為基礎，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、結構、權限信息等)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)是對工程數據管理、文檔管理、產(chǎn)品信息管理、技術(shù)數據管理、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)的工程數據，CAD/CAE數據管理系統可以看作是PDM系統的子集，但成功實(shí)施PDM卻并非易事。實(shí)施現有PDM產(chǎn)品存在的問(wèn)題。
5結論
本文建立面向對象的工程數據模型，利用關(guān)系對象數據庫存儲管理工程設計數據和分析數據，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )實(shí)現數據信息共享與交換，并利用VRML技術(shù)實(shí)現三維模型的在線(xiàn)瀏覽。
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