機械設計與分析工程數(shù)據(jù)管理技術論文
摘要：本文經(jīng)多年的實踐工作，從建立了一個基于Web和面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫的機械CAD/CAE數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，供大家參考。
關鍵詞：面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫工程數(shù)據(jù)對象模型NETOracle
1工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)產(chǎn)生背景及其發(fā)展
CAD/CAE/CAM集成就是為實現(xiàn)各CAD/CAE/CAM系統(tǒng)之間完整的產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換，達到信息共享的目的。為此應采用統(tǒng)一的標準來實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的定義，ISO制訂了《SO10303一產(chǎn)品數(shù)據(jù)的表達與交換》，又稱STEP標準。該標準根據(jù)集成要求、內(nèi)容以及數(shù)據(jù)量，有如下四個層次的集成方式。
1.1基于中性文件的集成方式數(shù)據(jù)存放在有專門格式規(guī)定的STEP文件中，各應用系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換經(jīng)過前/后置處理程序處理為中性文件進行交換。這種方式實現(xiàn)簡單，但存在數(shù)據(jù)冗余度大，數(shù)據(jù)獨立性差、難于擴充的缺點。
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)結構在內(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，對它進行集中處理，產(chǎn)生STEP文件。其特點是處理數(shù)據(jù)的速度快，可以不必考慮數(shù)據(jù)的存儲方式，實現(xiàn)簡單。缺點是由于內(nèi)存空間的限制，當處理大量的數(shù)據(jù)時要設置頁交換文件，而且也存在著數(shù)據(jù)冗余，難于擴充的`問題。
1.3基于工程數(shù)據(jù)庫的集成方式應用系統(tǒng)通過工程數(shù)據(jù)庫來統(tǒng)一管理和操縱數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)交換。這種方式簡化了信息交換方式，適用于數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)管理規(guī)模大，可滿足數(shù)據(jù)共享性、獨立性、安全性和完整性要求。它不僅可描述數(shù)據(jù)本身，還可通過存取路徑來描述數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系。通過工程數(shù)據(jù)庫存取所需信息，達到數(shù)據(jù)共享和一致，減少了數(shù)據(jù)的冗余度，節(jié)約空間，縮短存取時間。這是實現(xiàn)系統(tǒng)集成的一種理想集成方式。
2CAD/CAE工程數(shù)據(jù)特點及對數(shù)據(jù)庫功能要求
2.1CAD／CAE工程數(shù)據(jù)特點在CAD/CAE集成過程中要利用和生成的大量的工程設計和分析數(shù)據(jù)。其中一部分是各種設計規(guī)范和標準以及產(chǎn)品的技術參數(shù)，這些數(shù)據(jù)是設計過程選用的靜態(tài)數(shù)據(jù)。另一部分是設計過程中生成的數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品的結構分析、性能分析、圖形、尺寸公差、技術要求、材料熱處理等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)具有高度的動態(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，具體如下：①數(shù)據(jù)結構復雜。機械產(chǎn)品設計中的數(shù)據(jù)不僅包括結構化數(shù)據(jù)，它還包括圖形、長文本、表格、線圖、視頻等非結構化數(shù)據(jù)，而且在設計過程中數(shù)量不斷增大，類型不斷增多，且要不斷修改和補充。②數(shù)據(jù)聯(lián)系復雜。在數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)模型十分復雜。③數(shù)據(jù)的一致性。工程數(shù)據(jù)中存在著從產(chǎn)品的初始模型推導出的二次數(shù)據(jù)，一旦初始模型被修改，導出數(shù)據(jù)也就失效，需要重新計算，用新的數(shù)據(jù)取代失效的數(shù)據(jù)，以保持數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的一致性。④模式的動態(tài)修改。工程設計過程中工程設計人員建立的幾何數(shù)學模型的結構會經(jīng)常修改，要求工程數(shù)據(jù)庫模式能支持這種動態(tài)修改，能進行動態(tài)數(shù)據(jù)的定義、刪除和恢復等。
2.2 CAD/CAE工程數(shù)據(jù)處理對工程數(shù)據(jù)庫的功能要求由于上述CAD/CAE工程數(shù)據(jù)特點，對用于CAD/CAE工程領域的工程數(shù)據(jù)庫提出如下要求：①能描述和處理復雜數(shù)據(jù)類型。由于工程數(shù)據(jù)結構復雜，語義關系豐富，因此EDBMS不僅要支持用戶定義復雜的類型，而且還要支持多對多關系、遞歸關系等復雜數(shù)據(jù)結構的描述。②動態(tài)處理模式變化的能力。由于設計過程和工藝規(guī)劃過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)是不斷變化的，要求EDBMS能支持動態(tài)描述數(shù)據(jù)的能力，使用戶既能修改數(shù)據(jù)庫中的值，又能修改數(shù)據(jù)結構的模式。③版本控制管理。設計是一個設計——分析——再設計的反復過程。設計者經(jīng)常要對設計過程進行回溯，并重新進行新一輪的設計。版本管理應能記錄設計過程中的歷史數(shù)據(jù)，使設計回溯到一個合理的階段，不致使整個設計推翻重新開始。同時設計對象的版本管理應能提供多個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。工程設計事務是長達以小時、天或周計的長事務。長時間封鎖某一設計對象，將嚴重影響設計的并行性。在EDBMS中必須解決工程長事務中對設計對象的封鎖、恢復和共享問題。
3 采用基于Web的工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的原因
3.1Web技術與工程數(shù)據(jù)庫管理技術的關系工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(EDBMS)作為一種應用框架，其對開放性和擴展性的要求與web的開放系統(tǒng)結構相互補充。在web技術上構建EDBMS可充分享受到Web開放體系帶來的優(yōu)勢，增強EDBMS異構環(huán)境下的應用。并且隨著網(wǎng)絡化虛擬設計模式的迅速發(fā)展，產(chǎn)品的設計過程在并行和協(xié)同中完成，對于異地的并行協(xié)同設計過程，己有的工程數(shù)據(jù)管理技術不能很好滿足現(xiàn)在全球化產(chǎn)品開發(fā)戰(zhàn)略發(fā)展的需要。因此，必須根據(jù)新的形式，通過web技術擴展其功能，使之適應網(wǎng)絡化虛擬設計的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和過程管理，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)點隨著網(wǎng)絡技術的發(fā)展，90年代中后期，出現(xiàn)了以Web技術為基礎的新型系統(tǒng)平臺B/Ｓ(Brow—ser/Server)模式，B/S模式把傳統(tǒng)的c/s模式中的服務器部分分為數(shù)據(jù)庫服務器和應用服務器，從而構成一個三層結構。本文的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)就是采用這種三層結構模式。WebbasedEDBMS的優(yōu)點如下：①易于分散用戶交流、同步。② 簡化了系統(tǒng)的開發(fā)與維護。3)較強的跨平臺性，用戶界面統(tǒng)一、友好。
4CAD/CAE數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)與PDM的關系
產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(ProductDataManagement，PDM)，是以軟件技術為基礎，管理所有與產(chǎn)品相關信息(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)品相關過程(包括過程定義和管理)的技術。PDM技術是對工程數(shù)據(jù)管理、文檔管理、產(chǎn)品信息管理、技術數(shù)據(jù)管理、技術信息管理、圖像管理以及其它各種名目的管理技術的綜合概括和擴展。PDM重要性不言而喻，從概念上看PDM技術可以管理與產(chǎn)品相關的工程數(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，但成功實施PDM卻并非易事。實施現(xiàn)有PDM產(chǎn)品存在的問題。
5結論
本文建立面向?qū)ο蟮墓こ虜?shù)據(jù)模型，利用關系對象數(shù)據(jù)庫存儲管理工程設計數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享與交換，并利用VRML技術實現(xiàn)三維模型的在線瀏覽。
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