基于CORBA的協同CAD系統研究

廖斌

摘 要：一個對于信息系統的重要的方法，是關注于基本特性，對執行約束和表現細節的抽象。這種方法提供了一個基于抽象層的處理問題的方法。本文從工程設計人員的角度和強調幾何總線作用實現目的方面考慮，提出了一個實用的基于CORBA的協同CAD系統。

關鍵詞：CORBA 幾何總線 CAD系統

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）08（b）-0011-02

當前，要實現一個功能完備的集成CAD系統，存在的主要問題是如何在不同的組件之間提供一個集成的功能強大的標準，如何在專業團隊的不同開發行為之間實現數據和對象共享。

集成CAD系統一般都采用了一些傳統的要素，比如，數據庫、工作流和實體造型系統等。但是，集成CAD的數據模型需要處理更為復雜的結構。這是因為：深入的分層結構，多種數據表示類型，不同數據表示方法的關聯，不同時間段數據的聯系。而且，設計過程的特性是相當獨特的，即重復性和探索性的設計行為以及需要活動的歷史數據。對工程設計中的復雜對象使用傳統的關系數據模型已經無法直接支持，因而應考慮使用對關系模型進行了擴展的面向對象的工程數據庫系統。目前，數據庫設計人員在考慮共享對象機制或異構系統的總體方面時，沒有考慮工程設計過程和處理復雜的工程數據所要求的功能特性；另一方面，CAD研究人員則注重于PDM系統和AI協同設計等方面。對集成三維CAD系統中的數據模型進行研究是極其必要。相比較以前的工作，本文從工程設計人員的角度和強調幾何總線作用實現目的方面考慮，提出了一個實用的關于協同CAD系統的分布式對象數據模型。

1 對象數據模型

在該模型中，對象和屬性相關，并且根據它們的特性進行分類。并且屬性和鏈接也是對象。在CAD系統中，聯系屬性到一個分層的樹的根的對象的一系列對象，被稱為設計實體。圖1闡述了一個設計實體，主要包括兩個屬性類：概念特性和空間特性。在這個模型中，概念特性可以是基本的或概念可選的，空間特性是拓撲的或空間可選的，并且所有這些特性都是幾何性的。在CAD系統中，從設計者直到顯示在屏幕上的三維部件的所有要素都是一個設計實體。例如，一個設計者被系統表示為具有基本特性而且沒有三維表示的實體。雖然這個模型可以創建很多對象，但它可以很容的追溯屬性和關系的發展，這是一個必要的條件實現追溯需求發展。這個數據模型充分考慮了功能和形式的問題。

在這個模型中，兩個對象之間的鏈接也是一個對象。為了在成對的對象之間建立聯系，他們之間的鏈接被定義為源或目標對象和在聯系中所使用的關系類型。而且，兩個對象的鏈接的行為在目標對象來表現，而無論來源目標的表現形式。這些機制保證了：（1）一個實體對象的特性對應于對不同零件的規范。（2）在鏈接中包括的對象，可以觀察各自的鄰居，而無需考慮它們在對象樹的位置。

每一個設計實體都有一個設計歷史，如下表示：

Historyi（t）=<{State}I，{Verion}I，Entityi>。

即，一個實體的設計歷史有一系列狀態和一系列版本。在每一瞬間，一個設計實體如一個唯一的版本和其生命周期中的一系列狀態相聯系。設計者可以回朔歷史，創建一個新的零件版本，相對應于他的權力。

2 分布式系統

從系統的角度來看，采用了分層機制，來處理細節功能。一個對于信息結構的重要的方法，是關注于基本特性，對執行約束和表現細節的抽象。這種方法提供了一個基于抽象層的處理問題的方法。在這里組件是一個自我管理和獨立的部分，嵌入到一個復雜的系統中。一個組件可以由一系列類組成，對于需求功能來進行組織信息和開發程序。

在分布式系統中，這個系統的架構采用了支持設計行為。與圖2所示。這個架構采用了客戶端/服務器模式，配合與CORBA總線（ORB）來支持分布式處理的機制。每個模塊都具有獨立操作層實現。消息機制提供資源實現各層的交互作用。和外部環境的通信，通過各層尋求與設計者的交互，完成提交給系統的請求和響應。在一種情況下，通信將被完成，系統要共享要與設計者之間共享內部事件。

圖3闡述了本文提供分布式對象圖，整個對象樹是一個虛擬結構對應著分布在網絡上的數據庫表的聯合體。當一個客戶端請求這個樹的子集，鏈接和對象列表存儲在主內存中。在這種情況下，在主內存中，樹的每個節點對應特殊的傳統數據庫表的唯一的列。在分布式系統中，設計人員將鼠標指向3D虛擬部件，可以被另外設計組的成員所修改，求特殊屬性的值。在這種情況下，客戶端能尋找一個服務器能從它的數據系統中重新得到它的值。另一個例子，當設計人員執行對屬于另一個設計組的一個部件進行一個特殊幾何操作。在這種情況下，如果一個事務策略被允許，客戶端將從遠程服務器獲得幾何模式，并在本地執行。

分布式系統的一個重要的特點是與分布式對象中間件保持高度層次獨立性。由于這個原因，該系統只使用基本的CORBA架構，允許通信層很容易被替換CORBA，例如COM。因此，CORBA的命名機制將不能被使用。在這個系統中，對于服務器和客戶端（SOrb和COrb）的IDL接口都有它們同樣的聲明模式，即：

SOrb接口

{string ReceiverMsg（in string comstring）}

COrb接口

{string ReceiverMsg（in string comstring）}

接下來的代碼在標準CORBA文件中被闡述如何指向對象SOrb（位于服務器端），是從客戶端獲得。

CORBA_Object_var obj=orb->string_to_object（Sorb_IOR）

Sorb_var sorb=Sorb：：_narrow（obj）endprint

Sorb_IOR響應服務器端IOR的問題。IOR被保存成一個文件，是一個對所有對象的參考。

3 集成CAD系統模型

一個設計系統是一個軟件集成，用來創建或合成設計，分析它的準確性，存儲管理，數據組織，就好像流過程管理。從組織功能方面來看，關系到設計團隊的開發，可以被認為在協作規則上工作，關系到幾個學科。在這種情況下，設計中的組織任務被劃分成兩個部分：（1）原始產品工作，將有價值的元素直接加入產品規范。（2）協調工作，有利于產品的生產。

這個集成模型主要考慮到以下幾點：（1）專業人員的組織，根據它們的能力和職責，在一個分層結構中。（2）開發行為，按照行為之間的依賴規則進行。（3）對象樹由完成的工作所生成，被描述成產品規范。圖4闡述了一個集成CAD系統模型。當一個規范有幾何和拓撲屬性，通過3D實體造型，一個實體就可視化。

4 虛擬原型

從設計者的角度出發，三維集成CAD系統面臨的核心問題是操縱所謂虛擬原型的能力。虛擬原型的目標是為分布式協同環境提供討論設計和制造問題的環境。在多個產品開發組協同設計環境中，分布在不同地點、不同部門的專業人員圍繞逼真的虛擬原型，從不同角度、不同需求出發，對虛擬原型進行測試、仿真和評價，并改進和完善.他們也可通過虛擬原型達到相互交流和共享信息的目的.這就可以確保在產品設計開發的早期消除設計隱患，提高產品設計質量，縮短產品開發時間。虛擬原型的對象有以下幾個屬性類，比如幾何值，設計意圖，制造規范，成本數據，零件數量和參考文檔。而且，這些對象在工作流管理、組織工程、需求回溯的上下文中被定義。

虛擬原型分布于不同的網絡，不同的平臺，操作系統，設計團隊和非CAD用戶。設計過程需要在幾個團隊之間協同工作。在設計過程完成后，產品草圖被認同后，這些部件被存儲到一個中央數據庫，并被保存為Product Structure文件和STEP文件。很顯然，Product Structure是3D造型和2D圖形的指針的集合。在整個設計過程中，通過Web瀏覽器，數據在不同的數據庫系統和網絡之上被操作。在實時分布式工程數據系統中，分布式CAD對象數據模型允許團隊通過獲取和改變信息進行協同工作，目前的工作采用ACIS，作為幾何總線，雖然其他的核心也可以被使用。一個幾何總線有下面三條組成：標準的面向對象的幾何數據庫；采用組件結構；采用標準的幾何數據格式。除了ACIS幾何總線，COD的初始版本是用C++實現為Windows平臺。通過Lua語言解釋代碼，采用SOL Server作為數據庫。為了在集中模型中，管理好組織對象，如下的成分要提供給系統：（1）組織結構。（2）與產品相關活動的描述。（3）系統功能的描述。在圖5中，當客戶模式開始活動，首先觸發參與者登陸和認證，然后其相應的權利和對應的活動可以開始。權力定義信息，以便沖突可以被管理，在協同工作產生的沖突。

5 結論

協同CAD系統要實現高效率的設計過程要采用動態分布式對象。本文提出了一個分布式動態數據模型，與設計概念相聯系來解決問題和設計歷史。分布式對象的動態方面，通過一個機制來實現，而不是依靠CORBAs DII來實現。而且，本文提出了一個解決問題的方法在異構網絡實現數據分布。

參考文獻

[1] 尹衛星，胡青泥，齊曉松，等.改進CAD模型數據質量的研究[J].機械工程師，2006（2）.

[2] 孫玉林，孔憲庶，韓雪，等.基于ISO13584標準的管螺紋三維實體模型的實現[J].機械工程師，2007（12）.

[3] 牟小云.面向工程應用的逆向工程建模技術研究[J].新技術新工藝，2008（8）.

[4] 馮興邦.配管CAD模型數據庫結構分析[J].工程設計CAD與智能建筑，1999（10）.

[5] 袁滿，于海洋.基于ArcGIS Mobile的油田移動GIS系統架構與實現[J].科學技術與工程，2011（20）.endprint

Sorb_IOR響應服務器端IOR的問題。IOR被保存成一個文件，是一個對所有對象的參考。

3 集成CAD系統模型

一個設計系統是一個軟件集成，用來創建或合成設計，分析它的準確性，存儲管理，數據組織，就好像流過程管理。從組織功能方面來看，關系到設計團隊的開發，可以被認為在協作規則上工作，關系到幾個學科。在這種情況下，設計中的組織任務被劃分成兩個部分：（1）原始產品工作，將有價值的元素直接加入產品規范。（2）協調工作，有利于產品的生產。

這個集成模型主要考慮到以下幾點：（1）專業人員的組織，根據它們的能力和職責，在一個分層結構中。（2）開發行為，按照行為之間的依賴規則進行。（3）對象樹由完成的工作所生成，被描述成產品規范。圖4闡述了一個集成CAD系統模型。當一個規范有幾何和拓撲屬性，通過3D實體造型，一個實體就可視化。

4 虛擬原型

從設計者的角度出發，三維集成CAD系統面臨的核心問題是操縱所謂虛擬原型的能力。虛擬原型的目標是為分布式協同環境提供討論設計和制造問題的環境。在多個產品開發組協同設計環境中，分布在不同地點、不同部門的專業人員圍繞逼真的虛擬原型，從不同角度、不同需求出發，對虛擬原型進行測試、仿真和評價，并改進和完善.他們也可通過虛擬原型達到相互交流和共享信息的目的.這就可以確保在產品設計開發的早期消除設計隱患，提高產品設計質量，縮短產品開發時間。虛擬原型的對象有以下幾個屬性類，比如幾何值，設計意圖，制造規范，成本數據，零件數量和參考文檔。而且，這些對象在工作流管理、組織工程、需求回溯的上下文中被定義。

虛擬原型分布于不同的網絡，不同的平臺，操作系統，設計團隊和非CAD用戶。設計過程需要在幾個團隊之間協同工作。在設計過程完成后，產品草圖被認同后，這些部件被存儲到一個中央數據庫，并被保存為Product Structure文件和STEP文件。很顯然，Product Structure是3D造型和2D圖形的指針的集合。在整個設計過程中，通過Web瀏覽器，數據在不同的數據庫系統和網絡之上被操作。在實時分布式工程數據系統中，分布式CAD對象數據模型允許團隊通過獲取和改變信息進行協同工作，目前的工作采用ACIS，作為幾何總線，雖然其他的核心也可以被使用。一個幾何總線有下面三條組成：標準的面向對象的幾何數據庫；采用組件結構；采用標準的幾何數據格式。除了ACIS幾何總線，COD的初始版本是用C++實現為Windows平臺。通過Lua語言解釋代碼，采用SOL Server作為數據庫。為了在集中模型中，管理好組織對象，如下的成分要提供給系統：（1）組織結構。（2）與產品相關活動的描述。（3）系統功能的描述。在圖5中，當客戶模式開始活動，首先觸發參與者登陸和認證，然后其相應的權利和對應的活動可以開始。權力定義信息，以便沖突可以被管理，在協同工作產生的沖突。

5 結論

協同CAD系統要實現高效率的設計過程要采用動態分布式對象。本文提出了一個分布式動態數據模型，與設計概念相聯系來解決問題和設計歷史。分布式對象的動態方面，通過一個機制來實現，而不是依靠CORBAs DII來實現。而且，本文提出了一個解決問題的方法在異構網絡實現數據分布。

參考文獻

[1] 尹衛星，胡青泥，齊曉松，等.改進CAD模型數據質量的研究[J].機械工程師，2006（2）.

[2] 孫玉林，孔憲庶，韓雪，等.基于ISO13584標準的管螺紋三維實體模型的實現[J].機械工程師，2007（12）.

[3] 牟小云.面向工程應用的逆向工程建模技術研究[J].新技術新工藝，2008（8）.

[4] 馮興邦.配管CAD模型數據庫結構分析[J].工程設計CAD與智能建筑，1999（10）.

[5] 袁滿，于海洋.基于ArcGIS Mobile的油田移動GIS系統架構與實現[J].科學技術與工程，2011（20）.endprint

Sorb_IOR響應服務器端IOR的問題。IOR被保存成一個文件，是一個對所有對象的參考。

3 集成CAD系統模型

一個設計系統是一個軟件集成，用來創建或合成設計，分析它的準確性，存儲管理，數據組織，就好像流過程管理。從組織功能方面來看，關系到設計團隊的開發，可以被認為在協作規則上工作，關系到幾個學科。在這種情況下，設計中的組織任務被劃分成兩個部分：（1）原始產品工作，將有價值的元素直接加入產品規范。（2）協調工作，有利于產品的生產。

這個集成模型主要考慮到以下幾點：（1）專業人員的組織，根據它們的能力和職責，在一個分層結構中。（2）開發行為，按照行為之間的依賴規則進行。（3）對象樹由完成的工作所生成，被描述成產品規范。圖4闡述了一個集成CAD系統模型。當一個規范有幾何和拓撲屬性，通過3D實體造型，一個實體就可視化。

4 虛擬原型

從設計者的角度出發，三維集成CAD系統面臨的核心問題是操縱所謂虛擬原型的能力。虛擬原型的目標是為分布式協同環境提供討論設計和制造問題的環境。在多個產品開發組協同設計環境中，分布在不同地點、不同部門的專業人員圍繞逼真的虛擬原型，從不同角度、不同需求出發，對虛擬原型進行測試、仿真和評價，并改進和完善.他們也可通過虛擬原型達到相互交流和共享信息的目的.這就可以確保在產品設計開發的早期消除設計隱患，提高產品設計質量，縮短產品開發時間。虛擬原型的對象有以下幾個屬性類，比如幾何值，設計意圖，制造規范，成本數據，零件數量和參考文檔。而且，這些對象在工作流管理、組織工程、需求回溯的上下文中被定義。

虛擬原型分布于不同的網絡，不同的平臺，操作系統，設計團隊和非CAD用戶。設計過程需要在幾個團隊之間協同工作。在設計過程完成后，產品草圖被認同后，這些部件被存儲到一個中央數據庫，并被保存為Product Structure文件和STEP文件。很顯然，Product Structure是3D造型和2D圖形的指針的集合。在整個設計過程中，通過Web瀏覽器，數據在不同的數據庫系統和網絡之上被操作。在實時分布式工程數據系統中，分布式CAD對象數據模型允許團隊通過獲取和改變信息進行協同工作，目前的工作采用ACIS，作為幾何總線，雖然其他的核心也可以被使用。一個幾何總線有下面三條組成：標準的面向對象的幾何數據庫；采用組件結構；采用標準的幾何數據格式。除了ACIS幾何總線，COD的初始版本是用C++實現為Windows平臺。通過Lua語言解釋代碼，采用SOL Server作為數據庫。為了在集中模型中，管理好組織對象，如下的成分要提供給系統：（1）組織結構。（2）與產品相關活動的描述。（3）系統功能的描述。在圖5中，當客戶模式開始活動，首先觸發參與者登陸和認證，然后其相應的權利和對應的活動可以開始。權力定義信息，以便沖突可以被管理，在協同工作產生的沖突。

5 結論

協同CAD系統要實現高效率的設計過程要采用動態分布式對象。本文提出了一個分布式動態數據模型，與設計概念相聯系來解決問題和設計歷史。分布式對象的動態方面，通過一個機制來實現，而不是依靠CORBAs DII來實現。而且，本文提出了一個解決問題的方法在異構網絡實現數據分布。

參考文獻

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[5] 袁滿，于海洋.基于ArcGIS Mobile的油田移動GIS系統架構與實現[J].科學技術與工程，2011（20）.endprint