机械设计工程数据管理技术的研究与应用

摘要：文章在分析机械工程数据的定义与分类的基础上，重点对于机械工程数据管理系统的设计进行探讨，这对进一步深化机械设计工程标准具有一定帮助。

关键词：机械设计 工程数据 管理技术 研究 应用

中图分类号：F407.4 文献标识码：A 文章编号：

1 引言

机械工程数据涉及的工程数据类型多样、关系复杂、处理困难，是一个非常复杂、艰辛的过程，要经过多个阶段才能完成。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。

2在机械行业中，工程数据是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。产品生命周期是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。在这个过程中，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。由于工程数据类型多样、关系复杂，很难一下全部分清它们的特性，结合本文针对的机械CAD/CAE 领域，在后续的叙述中如无特别申明，这里的机械工程数据仅特指产品设计与分析过程中的工程数据。

2.1机械工程数据的分类

机械工程数据的分类机械工程数据不仅类型多样、形态复杂，而且处理过程也十分复杂，为了对它进行有效的存储和管理，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进行全面的分析。按照机械设计与分析工程数据的本质特征进行如下分类：

（1）设计分析型数据

设计分析型数据包括产品的几何模型数据、分析模型数据和分析结果数据，是在CAD/CAE系统中由工程设计人员的设计处理得到的产品数据，它们具有如下特点：动态性，部分数据随着设计过程的进行，它的类型和数值都会不断的改变，同时它的存取方式也可能会改变；修改频繁性，由于设计是一个反复试探的过程，随着设计的进行，如果设计者对先前设计的结果不满意，就应作出修改；语义可不一致性，设计过程是多个设计者协同工作的过程，在设计完成之前，允许各个设计者设计的对象在语义上可以不一致，但设计完成后必须一致起来。

（2）图形数据

图形数据是指以图形形式表现出来的工程图表、二维图、三维图。其中二维图是指平面零件图以及平面装配图。三维图一般是指造型系统为了直观的表示产品而产生的三维造型图。所有的图形数据都具有动态性，设计者可以根据各方面的需要进行修改。图形数据具有两个方面的属性：一方面要反映设计对象的几何属性，另一方面要反映设计对象的拓扑属性。因此，图形数据还可以进一步分为几何数据和拓扑数据。几何数据是指定义设计对象的点、线、面、体几何尺寸的数据。如传动轴的长度和轴径、齿轮的宽度等；拓扑数据是指描述几何实体间相互关系的数据。这里的几何实体是指构成设计对象的基本单元。这部分数据能够反映实体间的相互位置及其装配关系。图形数据由复杂的拓扑关系形成的网状结构，存储处理非常困难。工程设计的中间结果和最终结果很大一部分是以图形的形式表现出来，因此，对这部分数据的管理是工程数据库的一个主要内容，同时也是一个有待解决的技术难点。

（3）管理型数据

管理型数据主要是指产品设计过程中所用到的数据资料文档，它包括各种技术手册资料、国家标准与设计规范、产品目录文档以及图纸资料文档等。这部分数据一般是指对设计过程进行管理和控制，对各种设计资料进行管理的数据，它的特点是：数据关系分明；数据相当稳定，它的类型一般不会改变，而值可以改变；语义一致性，这部分数据具有静态特性，对它的操作主要是查询和检索，只有很少一部分值需要修改。这种分类法反映了机械工程数据的本质特征，有利于对机械工程数据的认识，便于设计合适的物理数据结构对机械工程数据进行有效的存储和检索，有利于机械工程数据库系统的物理设计。分析设计型数据、图形数据进一步明确它们各自的具体特征，并将管理型数据与其他数据相区别，可以有效地利用关系数据库管理管理型数据，简化工程数据库的设计，为工程数据库管理系统的建立提供了一种方法，为解决机械工程数据管理这个难题提供了基础。

2.2 机械工程数据的总体特征通过对机械工程数据类型的分析，可以得到工程数据具有如下基本特征：

（1）数据类型多样性。按照机械工程数据的本质特性区分为设计分析型数据、图形数据和管理型数据。正是由于机械工程数据类型的多样性，使机械工程数据的管理非常困难。

（2）具有动态性。机械工程数据具有动态性，主要表现在三个方面：概念模式的动态性———随着设计的进行，设计者可能改变设计对象的整体结构以及形状，从而导致设计对象概念模式的改变；存储结构的动态性———由于设计对象之间关系的改变，按照设计的物理存储方式相应地改变它们的存储结构；图形数据的动态性———图形数据随产品结构的改变而改变，并且具有多个版本。

（3）数据量大。机械工程设计涉及到的各种标准数据量本身就非常庞大，更不用说由此产生的图形数据了，它使工程数据的数量猛增。在机械的设计与分析过程中，都要查阅各种标准、规范等相关资料，并产生各个阶段的结果数据信息，包括图形和数据。这些数据信息如何进行管理，直接影响着 CAD/CAE系统的应用水平。随着计算机技术的发展，CAD/CAE系统中的信息管理从文件模式发展为数据库模式，直至目前流行的工程数据库模式。

3 机械工程数据管理系统的设计应用

3.1 数据管理系统设计应用

产品开发设计、分析和仿真工作均产生大量的数据，管理好这些数据是保证产品开发成功和提高工作效率的关键。由于每一项工作都产生海量的数据，且其中许多数据又有着自身的特性，大量的数据基本上都是以各类电子文档的方式进行保存、整理、交流和传播，这种“文件化”的管理方式存在着严重的缺点。若能将有关工程数据以数据库记录的方式进行保存和利用，工程技术人员就能更方便、更有效和更安全地管理和使用这些数据，不但极大地提高了工程技术人员的工作效率，而且还最大限度地揭示了设计、分析和仿真数据的价值。该机械 CAD/CAE 数据管理系统以对象关系数据库 Oracle 的新版本 Oracle 10g 存储机械工程设计、分析和仿真数据，通过 Web 方式，对项目文档、工程设计数据、分析仿真数据实现查询、浏览、下载等安全、有效的管理。

3.2 系统的数据库设计应用

机械产品的结构，采用对象模型把关于工程项目的所有信息组织起来，具有明显的树状层次结构特点，形成工程信息集成框架。为了在 Oracle 10g数据库中存储工程的集成对象模型，需要在 Oracle中构造关于工程数据的对象类型，构造的类图中，Project 类构成了整个工程项目的数据模型，具有自己的方法（即Project 类中的存储过程和函数），用于简化对数据的操作：getCAD（）和 getCAE（）是函数，分别返回工程项目中 Part 类存储的数据模型和Analyse 类存储的分析数据。SetProjec（t）和 delPro－jec（t）用于添加和删除工程数据。Spart 类是 Part 类的子类，存储部件所包含子零件的信息。Parameters是由Parameter类构成的嵌套表，用于存储零部件各类特征参数，包括特征参数的名称name、单位unit和值value。Result类用于存储工程分析的结果，包括分析报告Report、结果Video等。存储过程是客户———服务器企业数据库系统的一个关键组件，它在性能和开发方面有很多的益处。

结语

通过详细分析机械CAD/CAE 过程中工程数据的分类及其特性，并在机械工程数据类型分析的基础上给出了机械工程数据的总体特征以及与商用数据的区别，对于进一步深化机械设计工程标准具有一定的意义。

【参考文献】

[1] 崔东亮，冯国奇，王成恩.面向可变流程设计的复杂产品工程数据管理方法[J].计算机集成制造系统，2009，15（10）.

[2] 庞亮亮，吴立言，何亚银.对象关系数据库及其在机械 CAD/CAE数据管理中的应用[J].制造业自动化，2006，28（3）.