機械設計與分析工程數據管理技術論文

摘要：本文經多年的實踐工作，從建立了一個基於Web和麪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NETOracle

1工程數據庫管理系統產生背景及其發展

CAD/CAE/CAM集成就是爲實現各CAD/CAE/CAM系統之間完整的產品數據交換，達到資訊共享的目的。爲此應採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。

1.1基於中性檔案的集成方式數據存放在有專門格式規定的STEP檔案中，各應用系統之間數據交換經過前/後置處理程序處理爲中性檔案進行交換。這種方式實現簡單，但存在數據冗餘度大，數據獨立性差、難於擴充的缺點。

1.2基於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檔案。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。缺點是由於內存空間的限制，當處理大量的數據時要設定頁交換檔案，而且也存在着數據冗餘，難於擴充的問題。

1.3基於工程數據庫的集成方式應用系統透過工程數據庫來統一管理和操縱數據，進行數據交換。這種方式簡化了資訊交換方式，適用於數據量大、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，還可透過存取路徑來描述數據之間的聯繫。透過工程數據庫存取所需資訊，達到數據共享和一致，減少了數據的冗餘度，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。

2CAD/CAE工程數據特點及對數據庫功能要求

2.1CAD／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範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工程數據有着與其顯著不同的特點，具體如下：①數據結構複雜。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、長文字、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數據聯繫複雜。在數據元素之間存在複雜的聯繫，其中一對多、多對多的聯繫比較普遍。這種密切的聯繫，構成複雜的網狀結構，從而使數據模型十分複雜。③數據的一致性。工程數據中存在着從產品的初始模型推匯出的二次數據，一旦初始模型被修改，匯出數據也就失效，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援這種動態修改，能進行動態數據的定義、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於上述CAD/CAE工程數據特點，對用於CAD/CAE工程領域的工程數據庫提出如下要求：①能描述和處理複雜數據類型。由於工程數據結構複雜，語義關係豐富，因此EDBMS不僅要支援用戶定義複雜的類型，而且還要支援多對多關係、遞歸關係等複雜數據結構的描述。②動態處理模式變化的能力。由於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能支援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——再設計的反覆過程。設計者經常要對設計過程進行回溯，並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並行更新同一設計對象的機制。④支援工程設計事務。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，將嚴重影響設計的並行性。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 採用基於Web的工程數據庫管理系統的原因

3.1Web技術與工程數據庫管理技術的關係工程數據管理系統(EDBMS)作爲一種應用框架，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。並且隨着網絡化虛擬設計模式的迅速發展，產品的設計過程在並行和協同中完成，對於異地的並行協同設計過程，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，透過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，使之能夠支援異地和異構環境的設計與製造。

3.2Web-basedEDBMS的優點隨着網絡技術的發展，90年代中後期，出現了以Web技術爲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爲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採用這種三層結構模式。WebbasedEDBMS的優點如下：①易於分散用戶交流、同步。② 簡化了系統的開發與維護。3)較強的跨平臺性，用戶介面統一、友好。

4CAD/CAE數據管理系統與PDM的關係

產品數據管理(ProductDataManagement，PDM)，是以軟件技術爲基礎，管理所有與產品相關資訊(包括零件資訊、配置、文檔、CAD檔案、結構、權限資訊等)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、產品資訊管理、技術數據管理、技術資訊管理、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卻並非易事。實施現有PDM產品存在的問題。

5結論

本文建立面向對象的工程數據模型，利用關係對象數據庫存儲管理工程設計數據和分析數據，透過網絡實現數據資訊共享與交換，並利用VRML技術實現三維模型的在線瀏覽。