浅谈机械设计与分析工程数据管理技术

杜俊飞

摘 要：机械设计与分析数据由于其具有数据类型多样、数据结构复杂、数据模型动态修改、数据联系密切和数据量大等特点，而目前商用的关系数据库数据类型单一，难以完全满足机械工程数据的管理需求，且现在的机械工程数据库系统大多集中在设计数据和制造工艺数据的管理，对于分析仿真数据的管理还鲜有开展。本文提出采用具有层次特征的面向对象数据库来管理机械设计与分析数据，构造了基于对象数据库的机械工程数据模型，从而完成整个系统的开发基础。

关键词：面向对象数据库；工程数据

目前各种计算机辅助设计软件和计算机辅助工程分析软件都各自有自己的数据格式，相互之间很难共享数据。为解决不同的CAD，CAE系统间的数据交换问题，国际标准化组织制订了产品模型数据交换标准，作为数据交换和共享的国际标准。在STEP标准中提出了产品数据共享实现的四种方法，并认为其中基于数据库和知识库的数据集成方法是实现产品数据共享的理想方法。但是在CAD/CAE工程应用领域，由于工程设计的复杂性和工程数据所具有的独特特点，使得传统的数据库技术在实际工程应用中常常是心有余而力不足。

一、工程数据库管理系统产生的背景及其发展

在CAD/CAE集成过程中要利用和生成的大量的工程设计和分析数据。其中一部分是各种设计规范和标准以及产品的技术参数，这些数据是设计过程选用的静态数据。另一部分是设计过程中生成的数据，如产品的结构分析、性能分析、图形、尺寸公差、技术要求、材料热处理等数据，这些数据具有高度的动态性。与一般的商业数据相比，CAD/CAE工程数据有着与其显著不同的特点。

工程数据库管理系统的研究和开发工作始于70年代末期。在发展的开始阶段，一般仍采用传统的数据模型，主要是以网状和关系模型为主，同时在用户界面和数据结构的扩充等方面具有一定的工程应用特点，这样的系统如挪威工业中心研究所研制的TORNADO系统和德国PHLIPS研究实验室PHDIAS系统采用的都是网状模型，印度科学院自动化学院研制的ARDBID系统采用的是关系模型。另一方面是对传统的数据模型进行改进和混合，使它适合工程应用环境，如美国波音公司在EMSI计划中研制IPJP系统采用的是关系和网状混合数据模型。虽然这些系统解决了一些工程数据处理中的问题，但随着应用的进一步扩大，在使用过程中暴露出一些局限性。

二、机械设计与分析工程数据的相关基础

1.机械工程数据的定义和分类。机械工程设计是一个非常复杂、艰辛的过程，要经过多个阶段才能完成，涉及的工程數据类型多样、关系复杂、处理困难。为了能有效地管理这些复杂的工程数据，必须对工程数据作深入细致的分析。

在机械行业中，工程数据指产品生命周期中所涉及到的与产品有关的所有数据，特别是机械产品的设计与制造过程中使用和产生的数据，产品生命周期指从产品的市场调研开始，产生设计任务书，经设计、制造到使用等多个阶段，直到最后产品报废为止的整个过程，在这过程中涉及到的与产品有关的数据包括各种报表.材料属性、标准零部件及其参数、设计的零部件的几何结构和性能参数、产品的使用说明等等，工程数据与传统的管理型数据有明显的区别，有其自身的特点，必须采用不同的方法进行管理。

机械工程数据不仅类型多样、形态复杂，而且处理过程也很复杂，为了对它进行有效的管理.必须建立工程数据库系统。为了建立工程数据库系统，不仅要掌握工程数据的自然属性，而且还要透过工程数据的自然属性，抓住工程数据的本质特征进行全面的分析。

2.机械工程数据库系统与商用数据库系统的比较。由机械工程数据分析知道商用数据库系统与机械工程数据库系统具有一定的区别和联系。为了建立适合机械CAD/CAE系统的工程数据库系统，必须分析商用数据库系统与机械工程数据库系统的区别和联系，以利于借鉴商用数据库系统的成功经验建立机械工程数据库系统。

商用数据库系统己经应用了几十年，形成了一套完善的理论和开发方法，而机械工程数据库系统的研究和开发还不成熟，因而要借助商用数据库系统的一些成功而有效的方法。因此要从各个不同的角度比较商用数据库系统与机械工程数据库系统的区别。

三、面向对象数据库技术研究

数据是描述现实世界中各种具体事物或抽象概念的可存储并具有明确意义的代码组合。数据处理是对数据施加各种有效操作以改变其状态的行为。数据管理是通过对数据施加操作使数据保持有序或方便使用的状态。从这些概念可看出数据是基础，是数据处理和数据管理的对象，数据管理包含数据处理。

在很多应用领域，如计算机辅助设计和工程分析，多媒体存储和文献管理等，人们必须处理很多复杂类型数据和面对新的数据库应用要求，如长事务的处理，图像、视频或大文本项等新数据类型的存储，以及非标准的特殊应用操作。正如上一节所述因为传统的数据模型具有的一定的局限性，往往不能满足这些复杂数据应用的要求。面向对象程序设计方法和数据库技术的结合，建立面向对象数据模型，不但能让设计者定义复杂对象的结构，还能让设计者定义作用于这些复杂对象的操作，从而能够有效地支持新一代数据库应用。

四、数据库访问技术研究

为了实现同一个应用软件对不同的DBMS的异构访问，出现了许多通用的APJ接口，目前在市面上最流行的两种数据库接口是ODBC和JDBC。但这些接口通常与相应的数据库应用程序开发语言相关联。如ODBC主要针对C和C十十语言开发，JDBC针对用户JAVA语言的开发。经过对对常用WEB数据库访问技术进行分析比较，进一步对基于.NET架构的数据库访问技术做深入研究。ADO.NET是微软新推出的基于.NET架构的数据访问技术。它是全新的数据库访问技术，支持新的应用程序编程模型，具有断开式数据结构，数据可来自于不同的数据源，与XML紧密结合等特点，特别适合松散地藕合的基于WEB应用程序，AD.ONET具有访问速度快和良好的跨平台性能，正将广泛受到欢迎而成为当前主要的数据访问技术。

五、结语

通过对机械设计与分析工程数据的深入分析，针对其数据类型多样、数据结构复杂、数据模型动态修改、数据联系密切和数据量大等特点，将机械工程数据分为三类：设计分析型数据，图形数据和管理型数据，在此基础上提出机械设计与分析工程数据的管理策略，即按工程项目组织数据，每个项目包括工程模型数据、工程分析数据和项目文档数据三大类，各类数据信息通过网络共享，用户可下载相关源文件加以修改利用，有利于提高机械工程设计与分析的效率。

参考文献：

[1] 祁国宇，顾新建，谭建荣等.大批量定制技术及其应用.机械工业出版社，2003.5.

[2] 王守国.基于WEB的产品数据管理系统的设计与建模.南京理工大学硕士学位论文，2005.6.

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