機(jī)械設(shè)計(jì)工程數(shù)據(jù)管理技術(shù)分析

吳木強(qiáng)

（廈門金龍聯(lián)合汽車工業(yè)有限公司，福建 廈門 361021）

隨著科技的不斷發(fā)展，在信息化的當(dāng)今時(shí)代，計(jì)算機(jī)已被廣泛用于諸多領(lǐng)域。由于以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)開發(fā)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件和計(jì)算機(jī)輔助工程分析軟件所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)格式各不相同，致使兩者無法進(jìn)行數(shù)據(jù)共享。而機(jī)械設(shè)計(jì)過程中CAD和CAE之間的數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性較大，如客車設(shè)計(jì)過程中就需充分結(jié)合利用CAD與CAE之間的數(shù)據(jù)共享與交換，為實(shí)現(xiàn)兩者之間的數(shù)據(jù)共享與交換，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織創(chuàng)建了產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。由于工程數(shù)據(jù)普遍種類繁多、組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、模型動(dòng)態(tài)修改頻率較高、聯(lián)系緊密以及數(shù)據(jù)量較大等特性，在一定程度上提高了對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫的要求。

1 機(jī)械工程數(shù)據(jù)的基本概念

機(jī)械工程設(shè)計(jì)的過程通常較為繁雜，一項(xiàng)機(jī)械工程設(shè)計(jì)需分多個(gè)階段設(shè)計(jì)完成，其中包含的工程數(shù)據(jù)種類較多、關(guān)系復(fù)雜且處理難度較大。機(jī)械工程數(shù)據(jù)即為產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造全程中包含的數(shù)據(jù)信息。機(jī)械制造的生命周期包括初始的市場(chǎng)調(diào)研，中期的設(shè)計(jì)、制造與使用，以及最終的報(bào)廢。在整個(gè)生命周期中與產(chǎn)品相關(guān)的數(shù)據(jù)有報(bào)表、材料類型、規(guī)格尺寸、標(biāo)準(zhǔn)零部件、各種參數(shù)以及使用說明等。與傳統(tǒng)的管理型數(shù)據(jù)相比，工程數(shù)據(jù)具備獨(dú)有的特性，因此需采用專門的管理方式。

2 機(jī)械工程數(shù)據(jù)的類型

由于機(jī)械工程數(shù)據(jù)存在種類繁雜、形態(tài)多樣以及處理難度較大等特性，需通過構(gòu)建工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)來便于對(duì)工程數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理。工程數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的構(gòu)建需充分結(jié)合工程數(shù)據(jù)以及透過工程數(shù)據(jù)的自然屬性，綜合分析工程數(shù)據(jù)的性質(zhì)。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)與分析工程數(shù)據(jù)的性質(zhì)可將其分為以下幾類。

2.1 設(shè)計(jì)分析性數(shù)據(jù)

該類數(shù)據(jù)是由工程設(shè)計(jì)人員利用CAD/CAE系統(tǒng)過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，主要有產(chǎn)品的幾何模型數(shù)據(jù)、分析模型數(shù)據(jù)和分析結(jié)果模型數(shù)據(jù)，且該類數(shù)據(jù)具備一定的特性：（1）動(dòng)態(tài)性。隨著設(shè)計(jì)的開展，其相應(yīng)的類型、數(shù)值和存儲(chǔ)方式都會(huì)發(fā)生變化。（2）修改頻繁性。由于設(shè)計(jì)成果的得出需要進(jìn)行反復(fù)的嘗試，在設(shè)計(jì)過程中一旦覺得設(shè)計(jì)結(jié)果不合適，則需即刻進(jìn)行修改。（3）語義不一致性。一項(xiàng)設(shè)計(jì)通常由多位設(shè)計(jì)人員共同設(shè)計(jì)完成，在設(shè)計(jì)過程中，各個(gè)設(shè)計(jì)人員所設(shè)計(jì)的目標(biāo)在語義上可有所不同，只要在最終能統(tǒng)一即可。

2.2 圖形數(shù)據(jù)

圖形數(shù)據(jù)是通過圖形的方式來顯示工程數(shù)據(jù)的，常見的有工程圖表、二維圖（如平面零件圖和平面裝配圖）和能直觀反映產(chǎn)品造型的三維圖。無論是哪類圖形數(shù)據(jù)都具備動(dòng)態(tài)性，設(shè)計(jì)人員能根據(jù)需求進(jìn)行合理的調(diào)整與修改。由于該類數(shù)據(jù)能體現(xiàn)出設(shè)計(jì)產(chǎn)品的幾何屬性和拓?fù)鋵傩裕瑘D形數(shù)據(jù)又可被分為兩類，分別為：（1）幾何數(shù)據(jù)：包括設(shè)計(jì)產(chǎn)品點(diǎn)、線和面的尺寸數(shù)據(jù)，如客車設(shè)計(jì)中各類軸承的直徑和長(zhǎng)度、齒輪的寬度等。（2）拓?fù)鋽?shù)據(jù)：分析產(chǎn)品設(shè)計(jì)中各個(gè)部件間相互關(guān)系的數(shù)據(jù)。此類數(shù)據(jù)能直觀的將產(chǎn)品的相互位置和裝配關(guān)系呈現(xiàn)出來。由于拓?fù)潢P(guān)系的存在，致使圖形數(shù)據(jù)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，導(dǎo)致其存儲(chǔ)難度較大。工程設(shè)計(jì)的中間結(jié)果和最終結(jié)果絕大部分都呈現(xiàn)為圖形，因此，工程數(shù)據(jù)庫中應(yīng)重視對(duì)圖形數(shù)據(jù)的管理。

2.3 管理型數(shù)據(jù)

該類數(shù)據(jù)為產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中涉及到的數(shù)據(jù)資料文件，主要有各類技術(shù)手冊(cè)資料、國家標(biāo)準(zhǔn)與設(shè)計(jì)規(guī)范文件、產(chǎn)品目錄和圖紙資料等。此類數(shù)據(jù)的目的在于管理和控制設(shè)計(jì)過程，管理各類設(shè)計(jì)資料，其特性為：（1）數(shù)據(jù)關(guān)系明確。數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性較高，一旦類型確定則通常不會(huì)發(fā)生變更，但其值可變動(dòng)。（2）語義一致性。由于該類數(shù)據(jù)的靜態(tài)特征，主要采用查詢或檢索的方式來獲取，極少部分值需要修改。

通過性質(zhì)分類的方式能直接體現(xiàn)出機(jī)械工程數(shù)據(jù)的本質(zhì)特點(diǎn)，便于理解機(jī)械工程數(shù)據(jù)，在需對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)所需的數(shù)據(jù)查詢提供了便利。通過深入分析設(shè)計(jì)性數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)，能在了解兩者特性的同時(shí)，將管理型數(shù)據(jù)區(qū)別開來，提高關(guān)系數(shù)據(jù)庫對(duì)管理型數(shù)據(jù)的管理效果，降低工程數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)難度。

3 機(jī)械工程數(shù)據(jù)的特性

3.1 數(shù)據(jù)類型多樣性

根據(jù)機(jī)械工程數(shù)據(jù)的性質(zhì)將其劃分為設(shè)計(jì)分析性數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)和管理型數(shù)據(jù)，充分體現(xiàn)了機(jī)械工程數(shù)據(jù)類型的多樣性，且由于該種特性，在一定程度上加大了機(jī)械工程數(shù)據(jù)的管理難度。

3.2 數(shù)據(jù)模型復(fù)雜性

機(jī)械工程數(shù)據(jù)的多樣性致使機(jī)械工程數(shù)據(jù)模型的描述較為復(fù)雜。為提高對(duì)機(jī)械工程數(shù)據(jù)的描述效果，需設(shè)計(jì)優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)模型，且與采用記錄方式表達(dá)數(shù)據(jù)和局限性較大的傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型相比，該種模型更為復(fù)雜。

3.3 動(dòng)態(tài)性

機(jī)械工程數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)性主要分為三類：（1）概念模式的動(dòng)態(tài)性。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過程中對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)和形狀進(jìn)行調(diào)整，致使設(shè)計(jì)產(chǎn)品的概念模式發(fā)生變化。（2）存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性。數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)隨著設(shè)計(jì)產(chǎn)品之間關(guān)系的改變而發(fā)生變化。（3）圖形數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)性。由于設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的改變，圖形數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生變化。

3.4 數(shù)據(jù)量龐大

由于機(jī)械工程設(shè)計(jì)包含的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)量較大以及其產(chǎn)生的較多圖形數(shù)據(jù)量，致使工程數(shù)據(jù)量大幅度增加。機(jī)械設(shè)計(jì)與分析過程中所涉及的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范資料較多，并產(chǎn)生各個(gè)階段所需的圖形和數(shù)據(jù)。該類數(shù)據(jù)信息的管理對(duì)CAD/CAE系統(tǒng)的應(yīng)用水平有著直接的影響。現(xiàn)階段，如客車設(shè)計(jì)中的CAD/CAE系統(tǒng)，其信息管理模式已從早期的文件模式轉(zhuǎn)換為工程數(shù)據(jù)庫模式。

4 機(jī)械工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

機(jī)械工程數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括兩方面。

4.1 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)選用ASP.NET，結(jié)合ADONET數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，C#。開發(fā)語言，以及Oracle 10g對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫。通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)來提高數(shù)據(jù)使用的效率，為工程技術(shù)人員的數(shù)據(jù)管理與利用提供便利，在提高工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)效率的同時(shí)，將設(shè)計(jì)、分析和仿真數(shù)據(jù)的效益最大化。該機(jī)械CAD/CAE數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用對(duì)象關(guān)系數(shù)據(jù)庫Oracle 10g來存儲(chǔ)設(shè)計(jì)、分析和仿真數(shù)據(jù)，利用互聯(lián)網(wǎng)來有效管理設(shè)計(jì)文檔、工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和分析仿真數(shù)據(jù)的查閱和下載。網(wǎng)絡(luò)發(fā)布語言采用VRML系統(tǒng)，使其在沒有安裝CAD軟件的情況下，依舊可以查看產(chǎn)品零部件的三維虛擬模型，得到零部件的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)資源共享。該機(jī)械CAD/CAE數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)邏輯為常規(guī)的三層B/S數(shù)據(jù)庫應(yīng)用結(jié)構(gòu)，尤其適用于網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境下，無需安裝任何軟件，通過瀏覽器即可獲取數(shù)據(jù)。客戶通過HTTP向互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器發(fā)出請(qǐng)求后，互聯(lián)網(wǎng)會(huì)自動(dòng)對(duì)多個(gè)客戶端的請(qǐng)求進(jìn)行處理。中間服務(wù)器的作用為更新數(shù)據(jù)以及處理數(shù)據(jù)集的細(xì)節(jié)和數(shù)據(jù)庫的交互。其邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 機(jī)械CAD/CAE數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)

4.2 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

針對(duì)機(jī)械產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的樹狀層次結(jié)構(gòu)特性，利用對(duì)象模型將相關(guān)工程項(xiàng)目的信息關(guān)聯(lián)起來，構(gòu)成一個(gè)工程信息集成框架。要實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)Oracle 10g數(shù)據(jù)庫中的集成對(duì)象模型，則需于Oracle 10g中構(gòu)建與工程數(shù)據(jù)相關(guān)的對(duì)象模型。工程項(xiàng)目的數(shù)據(jù)模型均由Project類構(gòu)成，其利用特有的存儲(chǔ)方式來降低數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)的復(fù)雜度。Project類中的函數(shù)為getCADO和getCAEO，其中g(shù)etCADO返至工程項(xiàng)目中Part類存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)模型，getCAEO返至Analyse類存儲(chǔ)的分析數(shù)據(jù)。工程數(shù)據(jù)的添加為setProject O。工程數(shù)據(jù)的刪除為delProject。部件相關(guān)的子零件信息由Part類中的Spart類存儲(chǔ)。零部件的各項(xiàng)參數(shù)（如name、unit和value等）則由Parameters存儲(chǔ)。工程設(shè)計(jì)分析的結(jié)果（如report和video等）由Result存儲(chǔ)。

5 結(jié)語

對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)工程數(shù)據(jù)存在的數(shù)據(jù)類型多樣性、數(shù)據(jù)模型復(fù)雜性、動(dòng)態(tài)性以及數(shù)據(jù)量龐大的特性，傳統(tǒng)采用文件管理的模式早已無法滿足工程數(shù)據(jù)管理的需求，通過工程數(shù)據(jù)庫模式的利用，能有效緩解數(shù)據(jù)量龐大、類型多樣和結(jié)構(gòu)繁雜等問題，極大程度上的降低了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查閱的難度，推動(dòng)了機(jī)械設(shè)計(jì)工程標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化。