淺談機械設計與分析工程數據管理技術

杜俊飛

摘 要：機械設計與分析數據由于其具有數據類型多樣、數據結構復雜、數據模型動態修改、數據聯系密切和數據量大等特點，而目前商用的關系數據庫數據類型單一，難以完全滿足機械工程數據的管理需求，且現在的機械工程數據庫系統大多集中在設計數據和制造工藝數據的管理，對于分析仿真數據的管理還鮮有開展。本文提出采用具有層次特征的面向對象數據庫來管理機械設計與分析數據，構造了基于對象數據庫的機械工程數據模型，從而完成整個系統的開發基礎。

關鍵詞：面向對象數據庫；工程數據

目前各種計算機輔助設計軟件和計算機輔助工程分析軟件都各自有自己的數據格式，相互之間很難共享數據。為解決不同的CAD，CAE系統間的數據交換問題，國際標準化組織制訂了產品模型數據交換標準，作為數據交換和共享的國際標準。在STEP標準中提出了產品數據共享實現的四種方法，并認為其中基于數據庫和知識庫的數據集成方法是實現產品數據共享的理想方法。但是在CAD/CAE工程應用領域，由于工程設計的復雜性和工程數據所具有的獨特特點，使得傳統的數據庫技術在實際工程應用中常常是心有余而力不足。

一、工程數據庫管理系統產生的背景及其發展

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。

工程數據庫管理系統的研究和開發工作始于70年代末期。在發展的開始階段，一般仍采用傳統的數據模型，主要是以網狀和關系模型為主，同時在用戶界面和數據結構的擴充等方面具有一定的工程應用特點，這樣的系統如挪威工業中心研究所研制的TORNADO系統和德國PHLIPS研究實驗室PHDIAS系統采用的都是網狀模型，印度科學院自動化學院研制的ARDBID系統采用的是關系模型。另一方面是對傳統的數據模型進行改進和混合，使它適合工程應用環境，如美國波音公司在EMSI計劃中研制IPJP系統采用的是關系和網狀混合數據模型。雖然這些系統解決了一些工程數據處理中的問題，但隨著應用的進一步擴大，在使用過程中暴露出一些局限性。

二、機械設計與分析工程數據的相關基礎

1.機械工程數據的定義和分類。機械工程設計是一個非常復雜、艱辛的過程，要經過多個階段才能完成，涉及的工程數據類型多樣、關系復雜、處理困難。為了能有效地管理這些復雜的工程數據，必須對工程數據作深入細致的分析。

在機械行業中，工程數據指產品生命周期中所涉及到的與產品有關的所有數據，特別是機械產品的設計與制造過程中使用和產生的數據，產品生命周期指從產品的市場調研開始，產生設計任務書，經設計、制造到使用等多個階段，直到最后產品報廢為止的整個過程，在這過程中涉及到的與產品有關的數據包括各種報表.材料屬性、標準零部件及其參數、設計的零部件的幾何結構和性能參數、產品的使用說明等等，工程數據與傳統的管理型數據有明顯的區別，有其自身的特點，必須采用不同的方法進行管理。

機械工程數據不僅類型多樣、形態復雜，而且處理過程也很復雜，為了對它進行有效的管理.必須建立工程數據庫系統。為了建立工程數據庫系統，不僅要掌握工程數據的自然屬性，而且還要透過工程數據的自然屬性，抓住工程數據的本質特征進行全面的分析。

2.機械工程數據庫系統與商用數據庫系統的比較。由機械工程數據分析知道商用數據庫系統與機械工程數據庫系統具有一定的區別和聯系。為了建立適合機械CAD/CAE系統的工程數據庫系統，必須分析商用數據庫系統與機械工程數據庫系統的區別和聯系，以利于借鑒商用數據庫系統的成功經驗建立機械工程數據庫系統。

商用數據庫系統己經應用了幾十年，形成了一套完善的理論和開發方法，而機械工程數據庫系統的研究和開發還不成熟，因而要借助商用數據庫系統的一些成功而有效的方法。因此要從各個不同的角度比較商用數據庫系統與機械工程數據庫系統的區別。

三、面向對象數據庫技術研究

數據是描述現實世界中各種具體事物或抽象概念的可存儲并具有明確意義的代碼組合。數據處理是對數據施加各種有效操作以改變其狀態的行為。數據管理是通過對數據施加操作使數據保持有序或方便使用的狀態。從這些概念可看出數據是基礎，是數據處理和數據管理的對象，數據管理包含數據處理。

在很多應用領域，如計算機輔助設計和工程分析，多媒體存儲和文獻管理等，人們必須處理很多復雜類型數據和面對新的數據庫應用要求，如長事務的處理，圖像、視頻或大文本項等新數據類型的存儲，以及非標準的特殊應用操作。正如上一節所述因為傳統的數據模型具有的一定的局限性，往往不能滿足這些復雜數據應用的要求。面向對象程序設計方法和數據庫技術的結合，建立面向對象數據模型，不但能讓設計者定義復雜對象的結構，還能讓設計者定義作用于這些復雜對象的操作，從而能夠有效地支持新一代數據庫應用。

四、數據庫訪問技術研究

為了實現同一個應用軟件對不同的DBMS的異構訪問，出現了許多通用的APJ接口，目前在市面上最流行的兩種數據庫接口是ODBC和JDBC。但這些接口通常與相應的數據庫應用程序開發語言相關聯。如ODBC主要針對C和C十十語言開發，JDBC針對用戶JAVA語言的開發。經過對對常用WEB數據庫訪問技術進行分析比較，進一步對基于.NET架構的數據庫訪問技術做深入研究。ADO.NET是微軟新推出的基于.NET架構的數據訪問技術。它是全新的數據庫訪問技術，支持新的應用程序編程模型，具有斷開式數據結構，數據可來自于不同的數據源，與XML緊密結合等特點，特別適合松散地藕合的基于WEB應用程序，AD.ONET具有訪問速度快和良好的跨平臺性能，正將廣泛受到歡迎而成為當前主要的數據訪問技術。

五、結語

通過對機械設計與分析工程數據的深入分析，針對其數據類型多樣、數據結構復雜、數據模型動態修改、數據聯系密切和數據量大等特點，將機械工程數據分為三類：設計分析型數據，圖形數據和管理型數據，在此基礎上提出機械設計與分析工程數據的管理策略，即按工程項目組織數據，每個項目包括工程模型數據、工程分析數據和項目文檔數據三大類，各類數據信息通過網絡共享，用戶可下載相關源文件加以修改利用，有利于提高機械工程設計與分析的效率。

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