摘? 要: 根據(jù)冷沖模CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn),將面向?qū)ο?/a>" title="面向?qū)ο?>面向?qū)ο?/a>思想與模板的知識(shí)表達(dá)方式相融合,提出了面向?qū)ο蠊こ棠０?建立了設(shè)計(jì)與制造活動(dòng)的有機(jī)聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)了幾何信息與制造信息的集成和分離的對(duì)立統(tǒng)一,將復(fù)雜對(duì)象、層次結(jié)構(gòu)及動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)" title="數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)">數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用相對(duì)簡(jiǎn)單且組織嚴(yán)密的方式組織起來(lái)。
關(guān)鍵詞: 數(shù)據(jù)模型? 面向?qū)ο蠊こ棠０? 冷沖模
?
隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)的迅速發(fā)展,集成化CAD系統(tǒng)的研制與開發(fā)成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)環(huán)境下CAD的發(fā)展方向。產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造過(guò)程實(shí)質(zhì)是對(duì)信息的采集、傳遞、加工和處理過(guò)程,其本質(zhì)體現(xiàn)在以信息集成為特征的技術(shù)集成和人的集成兩方面[1]。信息集成是指將CAD/CAM/CIMS工程設(shè)計(jì)中涉及的數(shù)據(jù)和信息(尤其是圖形數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化" title="結(jié)構(gòu)化">結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和非結(jié)構(gòu)化非圖形信息)集中起來(lái)管理。由于工程設(shè)計(jì)過(guò)程的特殊性,設(shè)計(jì)過(guò)程是一個(gè)不斷反復(fù)、試探、選擇、完善的過(guò)程,會(huì)面臨大量需要組織的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和試驗(yàn)數(shù)據(jù);同時(shí)還會(huì)因?yàn)橥辉O(shè)計(jì)對(duì)象的多個(gè)版本而產(chǎn)生大量的重復(fù)數(shù)據(jù),這些都給數(shù)據(jù)組織帶來(lái)了很大的困難。因此如何及時(shí)、有效地組織和管理工程數(shù)據(jù)成為工程設(shè)計(jì)人員" title="設(shè)計(jì)人員">設(shè)計(jì)人員迫切需要解決的問(wèn)題。
傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型工程設(shè)計(jì)中沒(méi)有足夠的能力表達(dá)工程數(shù)據(jù)的全部語(yǔ)義結(jié)構(gòu),表達(dá)工程數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型應(yīng)當(dāng)具有以下幾個(gè)方面的特性:
·隨著工程設(shè)計(jì)的逐步深入,設(shè)計(jì)人員能夠定義新的數(shù)據(jù)類別,并對(duì)已有的數(shù)據(jù)類別進(jìn)行改進(jìn)和重新定義;
·可以允許定義靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)種類,靜態(tài)實(shí)體屬于設(shè)計(jì)環(huán)境的一部分,可用它創(chuàng)建表示設(shè)計(jì)對(duì)象的動(dòng)態(tài)實(shí)體;
·在提供基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的同時(shí),可以建立設(shè)計(jì)中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的抽象數(shù)據(jù)類型;
·提供描述復(fù)雜對(duì)象的數(shù)據(jù)描述標(biāo)準(zhǔn)框架,使得不同的設(shè)計(jì)者從不同的角度描述同一設(shè)計(jì)對(duì)象時(shí),它們的視圖是相關(guān)的;
·在數(shù)據(jù)模型里可以按照一定的格式描述任意一個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息及其語(yǔ)義信息,滿足設(shè)計(jì)要求;
·滿足設(shè)計(jì)和生產(chǎn)要求的一切產(chǎn)品都能為數(shù)據(jù)模型所描述。
1 面向?qū)ο笈c模板
模板的基本思想是從一組相似的事物中抽象出一種框架型的模式,任何一個(gè)類似的事物都可作為以模板為超類派生的實(shí)例[2]。將模板概念引入到工程CAD領(lǐng)域,這與工程CAD領(lǐng)域的設(shè)計(jì)特色有密切的關(guān)系。工程設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)人員具有創(chuàng)造性的思維活動(dòng),其特點(diǎn)具體表現(xiàn)在創(chuàng)造性、變異性、模式重復(fù)性、繪圖工作量大[3]等方面。采用工程模板的設(shè)計(jì)思想使設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的不同階段都能按照自己的要求進(jìn)行操作;而面向?qū)ο竽Ｐ涂梢悦枋龊軓?fù)雜的事物,并能在統(tǒng)一概念化的基礎(chǔ)上處理有關(guān)數(shù)據(jù)[4]。因而把對(duì)面向?qū)ο竽Ｐ偷难芯亢蛯?duì)工程模板設(shè)計(jì)理論與方法學(xué)的研究結(jié)合起來(lái)設(shè)計(jì)面向?qū)ο蠊こ棠０?使產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息模型可以從更本質(zhì)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)。
模板的應(yīng)用很廣泛,如在程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言中(如VC++)引入了面向?qū)ο箢?函數(shù))模板用于支持程序設(shè)計(jì)的參數(shù)化、多態(tài)性。模板函數(shù)可以使某個(gè)類型范圍之內(nèi)的各種類型的對(duì)象達(dá)到一些相同或相似的功能,但這種類型要求參數(shù)個(gè)數(shù)相同,因而函數(shù)模板適用于函數(shù)名相同、算法相同、參數(shù)個(gè)數(shù)相同,只是類型不同的問(wèn)題[5]。與面向?qū)ο箢?函數(shù))模板相比,面向?qū)ο蠊こ棠０逵幸韵绿攸c(diǎn):
·描述數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)信息采用半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)模式,不是對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)制性的約束;
·可以利用工程模板的嵌套、層次結(jié)構(gòu)描述具有復(fù)雜語(yǔ)義的數(shù)據(jù)類型;
·數(shù)據(jù)模式的自描述性;
·可以支持產(chǎn)品全生命周期的信息建模。
2 面向?qū)ο蠊こ棠０宥x
?????? 定義1:TEMPLATE::=
定義2:OBJECTSET::=[
定義3:ATTRIBUTES::=[
定義4:METHODS::=[
定義5:RULES::=[
定義6:ASSEMBLY::=[
定義7:ARRANGESET::=[
定義8:STORAGE::=[
面向?qū)ο蠊こ棠０逋ㄟ^(guò)一組定義表示一個(gè)復(fù)雜的數(shù)據(jù)類型,它描述的是一種抽象數(shù)據(jù)類型。應(yīng)用抽象數(shù)據(jù)的概念可以從概念的高度,把握事務(wù)之間內(nèi)在的、實(shí)質(zhì)性聯(lián)系。面向?qū)ο蠓椒ㄟM(jìn)一步發(fā)展了抽象數(shù)據(jù)概念,引入了能把有關(guān)事物進(jìn)行分類、組織成層次的概括(Generalization)機(jī)制和把有關(guān)對(duì)象歸并在一起的聚集(Aggregation)機(jī)制。
面向?qū)ο蠊こ棠０迥Ｐ途哂谐浞值娜嵝院涂蓴U(kuò)充性。在建模時(shí),利用類的封裝性、繼承性和多態(tài)性[6],采用面向?qū)ο蟮淖陨隙?、從概念抽象開始、逐步細(xì)化的方法。每個(gè)對(duì)象可以按照概括(G-關(guān)聯(lián))關(guān)系展開,深入分析,建立下層對(duì)象之間的聯(lián)系。
由于工程設(shè)計(jì)的特殊性,在工程設(shè)計(jì)過(guò)程中,不僅要考慮產(chǎn)品的幾何信息和制造信息,如零部件屬性、零部件之間的各種裝配位置關(guān)系、約束條件等,同時(shí)還應(yīng)當(dāng)從面向?qū)ο蟮乃枷肟紤]一個(gè)零件對(duì)象應(yīng)有的一些方法。例如對(duì)于鏈接件對(duì)象,它應(yīng)當(dāng)有可以將另幾個(gè)對(duì)象鏈接在一起的方法。這些方法都應(yīng)當(dāng)封裝在零件內(nèi)部,提供給外界一個(gè)接口。對(duì)于一個(gè)類,將它的所有實(shí)現(xiàn)方法放在一個(gè)DLL中,形成一個(gè)方法庫(kù),把該類的方法庫(kù)與每一個(gè)方法的源代碼均當(dāng)作非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)交給工程數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)進(jìn)行存儲(chǔ)。
3 面向?qū)ο蠊こ棠０鍛?yīng)用
以冷沖模CAD設(shè)計(jì)為例,用面向?qū)ο竽０褰M織模具設(shè)計(jì)中的各種工程設(shè)計(jì)信息,設(shè)計(jì)信息的面向?qū)ο蠊こ棠０鍞?shù)據(jù)模型如圖1所示。冷沖模是由模架、沖頭、鏈接件、凹模、墊板等元件組成。在面向?qū)ο蠊こ棠０迥Ｐ椭?不僅表示元件特征信息,而且描述了元件的位置分布關(guān)系、連接關(guān)系、操作關(guān)系等語(yǔ)義信息,明確地表示了元件之間的關(guān)聯(lián)信息。其中G-關(guān)聯(lián)(Generalization)用IS-A表示,A-關(guān)聯(lián)(Aggregation)用A表示。圖1中顯示的是零件聚集關(guān)系的展開,既可以在一類對(duì)象的共性上對(duì)其進(jìn)行分析和處理,也可以對(duì)其中的某個(gè)具體對(duì)象的個(gè)性進(jìn)行分析和處理。從數(shù)據(jù)模式中可以看出,從設(shè)計(jì)活動(dòng)一開始,面向?qū)ο竽０寰徒⒘嗽O(shè)計(jì)和制造活動(dòng)的有機(jī)聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)了幾何信息與制造信息的集成和分離的對(duì)立統(tǒng)一。
?
?
面向?qū)ο蠊こ棠０鍞?shù)據(jù)模型采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)定義模板的組織結(jié)構(gòu),利用定義的模板描述語(yǔ)言(TDL)進(jìn)行工程設(shè)計(jì),一方面有效地組織工程設(shè)計(jì)中的各種數(shù)據(jù),另一方面能夠很好地模擬工程中的復(fù)雜對(duì)象,能表示其層次結(jié)構(gòu),支持動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),在設(shè)計(jì)對(duì)象這一較高層次上進(jìn)行管理。由于考慮了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)工藝、制造工藝以及約束條件等信息,將設(shè)計(jì)中的各種信息、數(shù)據(jù)集成在面向?qū)ο蠊こ棠０逯?從而使得設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行初期的功能設(shè)計(jì)和裝配設(shè)計(jì)時(shí)就能保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可行性及合理性,并及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的各種問(wèn)題;在設(shè)計(jì)結(jié)束階段形成了以模板的版本號(hào)為根目錄的整個(gè)產(chǎn)品的工程數(shù)據(jù),在試驗(yàn)中取得了良好的應(yīng)用效果。
下面給出一個(gè)模板整體框架,主要以注釋方式給出模板含義的解釋。
// 對(duì)象列表;
? begin of object:
?????? ? inherit:
????????????? basebox:shangdianban，gudinban，
????????????? aomo:aomo，
????????????? chongtou:chongtou，
???????????????????? ……
????????????? part:
???????? upmojia:shangmojia，daozhu，??????????? //上模座由上模架和導(dǎo)柱組成
???????????????????? ……
???????? end of object
?????// 對(duì)象屬性集合段;
??? begin of attribute:
??????? default mobin.d 50?? ?? //模柄直徑的默認(rèn)值為50
?????? ? table luodin3.d mobin d3? d=mobin.d
????????????????????????????????????????? ? //螺釘3的d為模柄中的d3字段,條件為模柄d
???????? ……
end of attribute
??? // 位置約束段;
?? begin of positon
???? luodin1 1， 95,45?? //以第一種方式排列距中心點(diǎn)x 坐標(biāo)95,y坐標(biāo)45
???? daohuald1 3， 30，0? //以第三種方式排列距中心點(diǎn)x 坐標(biāo)30,y坐標(biāo)0
????????????????????????????????????????????????
???????……
???????end of position
// 裝配約束段;
?????? begin of assemble
? ?? ? luodin:luodin1 (shangmojia，shangdianban，gudinban)
????????????????????????????????????????? //表示螺釘1連接上模座、上墊板和固定板
?????????? ……
?????? ? end of assemble
????????????? ……
//產(chǎn)品設(shè)計(jì)描述、版本等信息描述段;
????? begin of describe
???????? name:luoliaomo
????????????? version:1.1.1
????????????? designer:wangjun
????????????? designdate:2002-05-25
???????? ……
end of describe
本文通過(guò)面向?qū)ο蠊こ棠０褰?shù)據(jù)模型可以使設(shè)計(jì)人員節(jié)省大量的時(shí)間、減少工作量、統(tǒng)一設(shè)計(jì)風(fēng)格、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、確保效果與效率;同時(shí)建立了設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中產(chǎn)品數(shù)據(jù)的統(tǒng)一模型,并在此基礎(chǔ)上建立面向?qū)ο蠊こ虜?shù)據(jù)庫(kù)處理的工程數(shù)據(jù)。設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)面向?qū)ο蠊こ虜?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)對(duì)工程數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)、有效的管理。
?
參考文獻(xiàn)
1 宛延凱. 工程數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)[M]. 北京:清華大學(xué)出版社，2000
2 劉曉平，韓江洪.工程CAD中的模板運(yùn)算與性質(zhì)研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)， 2000；12(6): 592～594
3 劉曉平，田景成，黃永紅.基于模板的工程CAD設(shè)計(jì)方法學(xué)研究. [J]計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào),1999;(7):296～297
4 Alfons Kempe， Guido Moerkotte. Object-oriented database?management.Beijing:Tsinghua University Press，1998:423～440
5 Klahold P， Schlageter G， Wilkes W[C]. A general model?for version management in database proceedings of the?ACM SIGMOD Conference on Management of Data. Washington DC: Association for Computing Machinery，1998:319～327
6 嚴(yán)蔚敏，吳偉民. 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,1992