淺談機械設計管理技術

摘要 經實踐工作，從建立了一個基于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。

關鍵詞 面向對象數據庫 工程數據 對象模型 NET Oracle

一、工程數據庫管理系統產生背景及其發展

CAD/CAE /CAM 集成就是為實現各CAD/CAE/CAM 系統之間完整的產品數據交換，達到信息共享的目的。為此應采用統一的標準來實現產品數據的定 義，ISO制訂了《SO10303一產品數據的表達與交換》，又稱STEP標準。該標準根據集成要求、內容以及數據量，有如下四個層次的集成方式。

1、基于中性文件的集成方式 數據存放在有專門格式規定的STEP文件中，各應用系統之間數據交換經過前/后置處理程序處理為中性文件進行交換。這種方式實現簡單，但存在數據冗余度大，數據獨立性差、難于擴充的缺點。

2、基 于工作格式的集成方式 工作格式是產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，對它進行集中處理，產生STEP文 件。其特點是處理數據的速度快，可以不必考慮數據的存儲方式，實現簡單。缺點是由于內存空間的限制，當處理大量的數據時要設置頁交換文件，而且也存在著數 據冗余，難于擴充的問題。

3、基于工程數據庫的集成方式 應用系統通過工程數據庫來統一管理和操縱數據，進行數據交換。這 種方式簡化了信息交換方式，適用于數據量大、數據管理規模大，可滿足數據共享性、獨立性、安全性和完整性要求。它不僅可描述數據本身，還可通過存取路徑來 描述數據之間的聯系。通過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，縮短存取時間。這是實現系統集成的一種理想集成方 式。

二、CAD/CAE工程數據特點及對數據庫功能要求

1、CAD/CAE工程數據特點 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據。其中一部分是各種設計規范和標準以及產品的技術參數，這些數據是設計過程選用的靜態數 據。另一部分是設計過程中生成的數據，如產品的結構分析、性能分析、圖形、尺寸公差、技術要求、材料熱處理等數據，這些數據具有高度的動態性。與一般的商 業數據相比，CAD/CAE工程數據有著與其顯著不同的特點，具體如下：（1）數據結構復雜。機械產品設計中的數據不僅包括結構化數據，它還包括圖形、長文 本、表格、線圖、視頻等非結構化數據，而且在設計過程中數量不斷增大，類型不斷增多，且要不斷修改和補充。（2）數據聯系復雜。在數據元素之間存在復雜的聯 系，其中一對多、多對多的聯系比較普遍。這種密切的聯系，構成復雜的網狀結構，從而使數據模型十分復雜。（3）數據的一致性。工程數據中存在著從產品的初始模 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）模式的動態修改。工程設計過程中工程設計人員建立的幾何數學模型的結構會經常修改，要求工程數據庫模式能支持這種動態修改，能進行動態數據的定義、刪除和恢復等。

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，對用于CAD/CAE工程領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型。由于工程數據結構復雜，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 數據結構的描述。（2）動態處理模式變化的能力。由于設計過程和工藝規劃過程中產生的數據是不斷變化的，要求EDBMS能支持動態描述數據的能力，使用戶既能 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。設計是一個設計--分析--再設計的反復過程。設計者經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據，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。

三、采用基于Web的工程數據庫管理系統的原因

1、Web技術與工程數據庫管理技術的關系 工程數據管理系統 （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 來的優勢，增強EDBMS異構環境下的應用。并且隨著網絡化虛擬設計模式的迅速發展， 產品的設計過程在并行和協同中完成，對于異地的并行協同設計過程，己有的工程數據管理技術不能很好滿足現在全球化產品開發戰略發展的需要。因此，必須根據 新的形式，通過web技術擴展其功能，使之適應網絡化虛擬設計的產品數據和過程管理，使之能夠支持異地和異構環境的設計與制造。

2、Web- basedEDBMS的優點 隨著網絡技術的發展，90年代中后期，出現了以Web技術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模式中的服務器部分分為數據庫服務器和應用服務器，從而構成一個三層結構。本文的數據管理系統就是采用這種三層結構模式。 WebbasedEDBMS的優點如下：（1）易于分散用戶交流、同步。（2）簡化了系統的開發與維護。3）較強的跨平臺性，用戶界面統一、友好。

四、CAD/CAE數據管理系統與PDM的關系

產 品數據管理（Product Data Management，PDM），是以軟件技術為基礎，管理所有與產品相關信息（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技術是對工程數據管理、文檔管理、產品信息管理、技術數據管 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技術可以管理與產品相關的工程數 據，CAD/CAE數據管理系統可以看作是PDM系統的子集，但成功實施PDM卻并非易事。實施現有PDM產品存在的問題。

五、結論

本文建立面向對象的工程數據模型，利用關系對象數據庫存儲管理工程設計數據和分析數據，通過網絡實現數據信息共享與交換，并利用VRML技術實現三維模型的在線瀏覽。

（作者單位：長江大學機械工程學院）