面向对象工程模板数据模型的研究

根据冷冲模CAD系统的设计特点,将面向对象思想与模板的知识表达方式相融合,提出了面向对象工程模板,建立了设计与制造活动的有机联系,实现了几何信息与制造信息的集成和分离的对立统一,将复杂对象、层次结构及动态的数据结构用相对简单且组织严密的方式组织起来。

关键词:数据模型 面向对象工程模板 冷冲模

随着计算机辅助设计(CAD)的迅速发展,集成化CAD系统的研制与开发成为当今计算机集成制造系统(CIMS)环境下CAD的发展方向。产品的设计制造过程实质是对信息的采集、传递、加工和处理过程,其本质体现在以信息集成为特征的技术集成和人的集成两方面1。信息集成是指将CAD/CAM/CIMS工程设计中涉及的数据和信息(尤其是图形数据、结构化数据和非结构化非图形信息)集中起来管理。由于工程设计过程的特殊性,设计过程是一个不断反复、试探、选择、完善的过程,会面临大量需要组织的设计数据和试验数据;同时还会因为同一设计对象的多个版本而产生大量的重复数据,这些都给数据组织带来了很大的困难。因此如何及时、有效地组织和管理工程数据成为工程设计人员迫切需要解决的问题。

传统的数据模型工程设计中没有足够的能力表达工程数据的全部语义结构,表达工程数据的数据模型应当具有以下几个方面的特性:

·随着工程设计的逐步深入,设计人员能够定义新的数据类别,并对已有的数据类别进行改进和重新定义;

·可以允许定义静态和动态的数据种类,静态实体属于设计环境的一部分,可用它创建表示设计对象的动态实体;

·在提供基本数据结构的同时,可以建立设计中数据结构的抽象数据类型;

·提供描述复杂对象的数据描述标准框架,使得不同的设计者从不同的角度描述同一设计对象时,它们的视图是相关的;

·在数据模型里可以按照一定的格式描述任意一个产品设计信息及其语义信息,满足设计要求;

·满足设计和生产要求的一切产品都能为数据模型所描述。

1 面向对象与模板

模板的基本思想是从一组相似的事物中抽象出一种框架型的模式,任何一个类似的事物都可作为以模板为超类派生的实例。将模板概念引入到工程CAD领域,这与工程CAD领域的设计特色有密切的关系。工程设计是设计人员具有创造性的思维活动,其特点具体表现在创造性、变异性、模式重复性、绘图工作量大等方面。采用工程模板的设计思想使设计人员在设计的不同阶段都能按照自己的要求进行操作;而面向对象模型可以描述很复杂的事物,并能在统一概念化的基础上处理有关数据。因而把对面向对象模型的研究和对工程模板设计理论与方法学的研究结合起来设计面向对象工程模板,使产品数据信息模型可以从更本质的基础上建立起来。

模板的应用很广泛,如在程序设计语言中(如VC++)引入了面向对象类(函数)模板用于支持程序设计的参数化、多态性。模板函数可以使某个类型范围之内的各种类型的对象达到一些相同或相似的功能,但这种类型要求参数个数相同,因而函数模板适用于函数名相同、算法相同、参数个数相同,只是类型不同的问题。与面向对象类(函数)模板相比,面向对象工程模板有以下特点:

·描述数据的结构信息采用半结构化数据模式,不是对数据结构进行强制性的约束;

·可以利用工程模板的嵌套、层次结构描述具有复杂语义的数据类型;

·数据模式的自描述性;

·可以支持产品全生命周期的信息建模。