机械设计与分析工程数据管理技术

摘要：本文经多年的实践工作，从建立了一个基于Web和面向对象数据库的机械CAD/CAE数据管理系统，供大家参考。
关键词：面向对象数据库 工程数据 对象模型 NET Oracle
1 工程数据库管理系统产生背景及其发展
CAD/CAE/CAM 集成就是为实现各CAD/CAE/CAM 系统之间完整的产品数据交换，达到信息共享的目的。为此应采用统一的标准来实现产品数据的定义，ISO制订了《SO10303一产品数据的表达与交换》，又称STEP标准。该标准根据集成要求、内容以及数据量，有如下四个层次的集成方式。
1.1 基于中性文件的集成方式 数据存放在有专门格式规定的STEP文件中，各应用系统之间数据交换经过前/后置处理程序处理为中性文件进行交换。这种方式实现简单，但存在数据冗余度大，数据独立性差、难于扩充的缺点。
1.2 基于工作格式的集成方式 工作格式是产品数据结构在内存中的表现形式，它利用内存数据管理系统使要处理的数据常驻内存，对它进行集中处理，产生STEP文件。其特点是处理数据的速度快，可以不必考虑数据的存储方式，实现简单。缺点是由于内存空间的限制，当处理大量的数据时要设置页交换文件，而且也存在着数据冗余，难于扩充的问题。
1.3 基于工程数据库的集成方式 应用系统通过工程数据库来统一管理和操纵数据，进行数据交换。这种方式简化了信息交换方式，适用于数据量大、数据管理规模大，可满足数据共享性、独立性、安全性和完整性要求。它不仅可描述数据本身，还可通过存取路径来描述数据之间的联系。通过工程数据库存取所需信息，达到数据共享和一致，减少了数据的冗余度，节约空间，缩短存取时间。这是实现系统集成的一种理想集成方式。
2 CAD/CAE工程数据特点及对数据库功能要求
2.1 CAD／CAE工程数据特点 在CAD/CAE集成过程中要利用和生成的大量的工程设计和分析数据。其中一部分是各种设计规范和标准以及产品的技术参数，这些数据是设计过程选用的静态数据。另一部分是设计过程中生成的数据，如产品的结构分析、性能分析、图形、尺寸公差、技术要求、材料热处理等数据，这些数据具有高度的动态性。与一般的商业数据相比，CAD/CAE工程数据有着与其显著不同的特点，具体如下：①数据结构复杂。机械产品设计中的数据不仅包括结构化数据，它还包括图形、长文本、表格、线图、视频等非结构化数据，而且在设计过程中数量不断增大，类型不断增多，且要不断修改和补充。②数据联系复杂。在数据元素之间存在复杂的联系，其中一对多、多对多的联系比较普遍。这种密切的联系，构成复杂的网状结构，从而使数据模型十分复杂。③数据的一致性。工程数据中存在着从产品的初始模型推导出的二次数据，一旦初始模型被修改，导出数据也就失效，需要重新计算，用新的数据取代失效的数据，以保持数据库中数据的一致性。④模式的动态修改。工程设计过程中工程设计人员建立的几何数学模型的结构会经常修改，要求工程数据库模式能支持这种动态修改，能进行动态数据的定义、删除和恢复等。
2.2　CAD/CAE工程数据处理对工程数据库的功能要求 由于上述CAD/CAE工程数据特点，对用于CAD/CAE工程领域的工程数据库提出如下要求：①能描述和处理复杂数据类型。由于工程数据结构复杂，语义关系丰富，因此EDBMS不仅要支持用户定义复杂的类型，而且还要支持多对多关系、递归关系等复杂数据结构的描述。②动态处理模式变化的能力。由于设计过程和工艺规划过程中产生的数据是不断变化的，要求EDBMS能支持动态描述数据的能力，使用户既能修改数据库中的值，又能修改数据结构的模式。③版本控制管理。设计是一个设计——分析——再设计的反复过程。设计者经常要对设计过程进行回溯，并重新进行新一轮的设计。版本管理应能记录设计过程中的历史数据，使设计回溯到一个合理的阶段，不致使整个设计推翻重新开始。同时设计对象的版本管理应能提供多个设计者并行更新同一设计对象的机制。④支持工程设计事务。工程设计事务是长达以小时、天或周计的长事务。长时间封锁某一设计对象，将严重影响设计的并行性。在EDBMS中必须解决工程长事务中对设计对象的封锁、恢复和共享问题。
3　采用基于Web的工程数据库管理系统的原因
3.1 Web技术与工程数据库管理技术的关系 工程数据管理系统(EDBMS)作为一种应用框架，其对开放性和扩展性的要求与web的开放系统结构相互补充。在web技术上构建EDBMS可充分享受到Web开放体系带来的优势，增强EDBMS异构环境下的应用。并且随着网络化虚拟设计模式的迅速发展，产品的设计过程在并行和协同中完成，对于异地的并行协同设计过程，己有的工程数据管理技术不能很好满足现在全球化产品开发战略发展的需要。因此，必须根据新的形式，通过web技术扩展其功能，使之适应网络化虚拟设计的产品数据和过程管理，使之能够支持异地和异构环境的设计与制造。
3.2 Web-basedEDBMS的优点 随着网络技术的发展，90年代中后期，出现了以Web技术为基础的新型系统平台B/Ｓ(Brow—ser/Server)模式，B/S模式把传统的c/s模式中的服务器部分分为数据库服务器和应用服务器，从而构成一个三层结构。本文的数据管理系统就是采用这种三层结构模式。WebbasedEDBMS的优点如下：①易于分散用户交流、同步。②　简化了系统的开发与维护。3)较强的跨平台性，用户界面统一、友好。
4 CAD/CAE数据管理系统与PDM的关系
产品数据管理(Product Data Management，PDM)，是以软件技术为基础，管理所有与产品相关信息(包括零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息等)和所有与产品相关过程(包括过程定义和管理)的技术。PDM技术是对工程数据管理、文档管理、产品信息管理、技术数据管理、技术信息管理、图像管理以及其它各种名目的管理技术的综合概括和扩展。PDM重要性不言而喻，从概念上看PDM技术可以管理与产品相关的工程数据，CAD/CAE数据管理系统可以看作是PDM系统的子集，但成功实施PDM却并非易事。实施现有PDM产品存在的问题。
5 结论
本文建立面向对象的工程数据模型，利用关系对象数据库存储管理工程设计数据和分析数据，通过网络实现数据信息共享与交换，并利用VRML技术实现三维模型的在线浏览。