机械设计工程数据管理技术分析

2018-08-09吴木强

中国设备工程 2018年14期

吴木强

（厦门金龙联合汽车工业有限公司，福建厦门 361021）

随着科技的不断发展，在信息化的当今时代，计算机已被广泛用于诸多领域。由于以计算机为基础开发的计算机辅助设计软件和计算机辅助工程分析软件所对应的数据格式各不相同，致使两者无法进行数据共享。而机械设计过程中CAD和CAE之间的数据的关联性较大，如客车设计过程中就需充分结合利用CAD与CAE之间的数据共享与交换，为实现两者之间的数据共享与交换，国际标准化组织创建了产品模型数据交换标准。由于工程数据普遍种类繁多、组成结构复杂、模型动态修改频率较高、联系紧密以及数据量较大等特性，在一定程度上提高了对现有数据库的要求。

1 机械工程数据的基本概念

机械工程设计的过程通常较为繁杂，一项机械工程设计需分多个阶段设计完成，其中包含的工程数据种类较多、关系复杂且处理难度较大。机械工程数据即为产品设计与制造全程中包含的数据信息。机械制造的生命周期包括初始的市场调研，中期的设计、制造与使用，以及最终的报废。在整个生命周期中与产品相关的数据有报表、材料类型、规格尺寸、标准零部件、各种参数以及使用说明等。与传统的管理型数据相比，工程数据具备独有的特性，因此需采用专门的管理方式。

2 机械工程数据的类型

由于机械工程数据存在种类繁杂、形态多样以及处理难度较大等特性，需通过构建工程数据库系统来便于对工程数据的存储和管理。工程数据库系统的构建需充分结合工程数据以及透过工程数据的自然属性，综合分析工程数据的性质。根据机械设计与分析工程数据的性质可将其分为以下几类。

2.1 设计分析性数据

该类数据是由工程设计人员利用CAD/CAE系统过程中产生的数据，主要有产品的几何模型数据、分析模型数据和分析结果模型数据，且该类数据具备一定的特性：（1）动态性。随着设计的开展，其相应的类型、数值和存储方式都会发生变化。（2）修改频繁性。由于设计成果的得出需要进行反复的尝试，在设计过程中一旦觉得设计结果不合适，则需即刻进行修改。（3）语义不一致性。一项设计通常由多位设计人员共同设计完成，在设计过程中，各个设计人员所设计的目标在语义上可有所不同，只要在最终能统一即可。

2.2 图形数据

图形数据是通过图形的方式来显示工程数据的，常见的有工程图表、二维图（如平面零件图和平面装配图）和能直观反映产品造型的三维图。无论是哪类图形数据都具备动态性，设计人员能根据需求进行合理的调整与修改。由于该类数据能体现出设计产品的几何属性和拓扑属性，图形数据又可被分为两类，分别为：（1）几何数据：包括设计产品点、线和面的尺寸数据，如客车设计中各类轴承的直径和长度、齿轮的宽度等。（2）拓扑数据：分析产品设计中各个部件间相互关系的数据。此类数据能直观的将产品的相互位置和装配关系呈现出来。由于拓扑关系的存在，致使图形数据的网状结构较为复杂，导致其存储难度较大。工程设计的中间结果和最终结果绝大部分都呈现为图形，因此，工程数据库中应重视对图形数据的管理。

2.3 管理型数据

该类数据为产品设计过程中涉及到的数据资料文件，主要有各类技术手册资料、国家标准与设计规范文件、产品目录和图纸资料等。此类数据的目的在于管理和控制设计过程，管理各类设计资料，其特性为：（1）数据关系明确。数据的稳定性较高，一旦类型确定则通常不会发生变更，但其值可变动。（2）语义一致性。由于该类数据的静态特征，主要采用查询或检索的方式来获取，极少部分值需要修改。

通过性质分类的方式能直接体现出机械工程数据的本质特点，便于理解机械工程数据，在需对设计产品进行调节时所需的数据查询提供了便利。通过深入分析设计性数据和图形数据，能在了解两者特性的同时，将管理型数据区别开来，提高关系数据库对管理型数据的管理效果，降低工程数据库的设计难度。

3 机械工程数据的特性

3.1 数据类型多样性

根据机械工程数据的性质将其划分为设计分析性数据、图形数据和管理型数据，充分体现了机械工程数据类型的多样性，且由于该种特性，在一定程度上加大了机械工程数据的管理难度。

3.2 数据模型复杂性

机械工程数据的多样性致使机械工程数据模型的描述较为复杂。为提高对机械工程数据的描述效果，需设计优质的数据模型，且与采用记录方式表达数据和局限性较大的传统的数据模型相比，该种模型更为复杂。

3.3 动态性

机械工程数据的动态性主要分为三类：（1）概念模式的动态性。设计人员在设计过程中对设计产品的整体结构和形状进行调整，致使设计产品的概念模式发生变化。（2）存储结构的动态性。数据的存储结构随着设计产品之间关系的改变而发生变化。（3）图形数据的动态性。由于设计产品结构的改变，图形数据会产生变化。

3.4 数据量庞大

由于机械工程设计包含的标准数据量较大以及其产生的较多图形数据量，致使工程数据量大幅度增加。机械设计与分析过程中所涉及的标准规范资料较多，并产生各个阶段所需的图形和数据。该类数据信息的管理对CAD/CAE系统的应用水平有着直接的影响。现阶段，如客车设计中的CAD/CAE系统，其信息管理模式已从早期的文件模式转换为工程数据库模式。

4 机械工程数据管理系统的设计

机械工程数据管理系统的设计主要包括两方面。

4.1 数据管理系统设计

数据管理系统选用ASP.NET，结合ADONET数据库访问技术，C#。开发语言，以及Oracle 10g对象关系数据库。通过数据管理系统的设计来提高数据使用的效率，为工程技术人员的数据管理与利用提供便利，在提高工程技术人员设计效率的同时，将设计、分析和仿真数据的效益最大化。该机械CAD/CAE数据管理系统设计采用对象关系数据库Oracle 10g来存储设计、分析和仿真数据，利用互联网来有效管理设计文档、工程设计数据和分析仿真数据的查阅和下载。网络发布语言采用VRML系统，使其在没有安装CAD软件的情况下，依旧可以查看产品零部件的三维虚拟模型，得到零部件的相关数据，实现以互联网为基础的设计资源共享。该机械CAD/CAE数据管理系统逻辑为常规的三层B/S数据库应用结构，尤其适用于网络，在网络应用环境下，无需安装任何软件，通过浏览器即可获取数据。客户通过HTTP向互联网服务器发出请求后，互联网会自动对多个客户端的请求进行处理。中间服务器的作用为更新数据以及处理数据集的细节和数据库的交互。其逻辑结构如图1所示。

图1 机械CAD/CAE数据管理系统逻辑结构

4.2 系统的数据库设计

针对机械产品结构的树状层次结构特性，利用对象模型将相关工程项目的信息关联起来，构成一个工程信息集成框架。要实现存储Oracle 10g数据库中的集成对象模型，则需于Oracle 10g中构建与工程数据相关的对象模型。工程项目的数据模型均由Project类构成，其利用特有的存储方式来降低数据的存储的复杂度。Project类中的函数为getCADO和getCAEO，其中getCADO返至工程项目中Part类存储的数据模型，getCAEO返至Analyse类存储的分析数据。工程数据的添加为setProject O。工程数据的删除为delProject。部件相关的子零件信息由Part类中的Spart类存储。零部件的各项参数（如name、unit和value等）则由Parameters存储。工程设计分析的结果（如report和video等）由Result存储。