摘? 要: 根據(jù)冷沖模CAD系統(tǒng)的設(shè)計特點,將面向?qū)ο?/a>" title="面向?qū)ο?>面向?qū)ο?/a>思想與模板的知識表達(dá)方式相融合,提出了面向?qū)ο蠊こ棠０?建立了設(shè)計與制造活動的有機聯(lián)系,實現(xiàn)了幾何信息與制造信息的集成和分離的對立統(tǒng)一,將復(fù)雜對象、層次結(jié)構(gòu)及動態(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)用相對簡單且組織嚴(yán)密的方式組織起來。

　　關(guān)鍵詞: 數(shù)據(jù)模型? 面向?qū)ο蠊こ棠０? 冷沖模

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　　隨著計算機輔助設(shè)計(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)今計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)環(huán)境下CAD的發(fā)展方向。產(chǎn)品的設(shè)計制造過程實質(zhì)是對信息的采集、傳遞、加工和處理過程,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)集中起來管理。由于工程設(shè)計過程的特殊性,設(shè)計過程是一個不斷反復(fù)、試探、選擇、完善的過程,會面臨大量需要組織的設(shè)計數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù);同時還會因為同一設(shè)計對象的多個版本而產(chǎn)生大量的重復(fù)數(shù)據(jù),這些都給數(shù)據(jù)組織帶來了很大的困難。因此如何及時、有效地組織和管理工程數(shù)據(jù)成為工程設(shè)計人員" title="設(shè)計人員">設(shè)計人員迫切需要解決的問題。

　　傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型工程設(shè)計中沒有足夠的能力表達(dá)工程數(shù)據(jù)的全部語義結(jié)構(gòu),表達(dá)工程數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型應(yīng)當(dāng)具有以下幾個方面的特性:

　　·隨著工程設(shè)計的逐步深入,設(shè)計人員能夠定義新的數(shù)據(jù)類別,并對已有的數(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)和動態(tài)的數(shù)據(jù)種類,靜態(tài)實體屬于設(shè)計環(huán)境的一部分,可用它創(chuàng)建表示設(shè)計對象的動態(tài)實體;

　　·在提供基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的同時,可以建立設(shè)計中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的抽象數(shù)據(jù)類型;

　　·提供描述復(fù)雜對象的數(shù)據(jù)描述標(biāo)準(zhǔn)框架,使得不同的設(shè)計者從不同的角度描述同一設(shè)計對象時,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產(chǎn)品設(shè)計信息及其語義信息,滿足設(shè)計要求;

　　·滿足設(shè)計和生產(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,任何一個類似的事物都可作為以模板為超類派生的實例^[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)計特色有密切的關(guān)系。工程設(shè)計是設(shè)計人員具有創(chuàng)造性的思維活動,其特點具體表現(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)計思想使設(shè)計人員在設(shè)計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]。因而把對面向?qū)ο竽Ｐ偷难芯亢蛯こ棠０逶O(shè)計理論與方法學(xué)的研究結(jié)合起來設(shè)計面向?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。

　　模板的應(yīng)用很廣泛,如在程序設(shè)計語言中(如VC++)引入了面向?qū)ο箢?函數(shù))模板用于支持程序設(shè)計的參數(shù)化、多態(tài)性。模板函數(shù)可以使某個類型范圍之內(nèi)的各種類型的對象達(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)個數(shù)相同,只是類型不同的問題[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:

　　·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,不是對數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行強制性的約束;

　　·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::=，其中:ID是模板的唯一標(biāo)識,VERSION是工程設(shè)計的版本號,OBJECTSET是對設(shè)計中的對象類集的描述,RULESET是對象之間的約束信息的定義描述,ASSEMBLY是零件裝配信息的描述,ARRANGESET描述對象之間的上下、左右相互間的位置信息,STORAGE將對象類集中對象進(jìn)行存儲。

　　定義2:OBJECTSET::=[，，,,，，]，其中:NAME是對象類集中的對象類的名稱,VERSION是對象類的版本號,INHERITCLASSNAME是該對象類超類的名稱,COMPOSEDCLASSNAME是被聚合類的名稱,ATTRIBUTES是對象類的屬性描述,RULES是對象類內(nèi)部屬性之間的約束描述;METHODS是對象類的方法描述。

　　定義3:ATTRIBUTES::=[，，],其中:ATTRIBUTENAME是屬性名稱,ATTRIBUTETYPE是屬性類型,VALUEEXPRESS是屬性求值表達(dá)式。

　　定義4:METHODS::=[，，，],其中:METHODNAME是方法名,METHODATTRIBUTE是方法參數(shù)列表,LIBNAME是方法所屬動態(tài)鏈接庫名稱,METHODIMPLEMENDS是方法內(nèi)部實現(xiàn)接口定義。

　　定義5:RULES::=[，，],其中:KEYWORD為系統(tǒng)定義的關(guān)鍵字,ATTRIBUTE為對象屬性名,EXPRESSION為屬性求值表達(dá)式。

　　定義6:ASSEMBLY::=[，，，],其中:KEYWORD為系統(tǒng)定義的關(guān)鍵字,OBJECT1、OBJECT2是對象類的名稱,EXPRESSION是對象間裝配信息表達(dá)式。

　　定義7:ARRANGESET::=[，，,]，其中:WAY是位置排列信息,XPOINT是距離中心點" title="中心點">中心點的X坐標(biāo),YPOINT是距離中心點的Y坐標(biāo),ZPOINT是距離中心點的Z坐標(biāo)。?????????

　　定義8:STORAGE::=[，，]，其中:CLASSTBLNAME是類表名,CLASSFLDNAMES是表中的各類對象的名稱,VERSION是版本信息。

　　面向?qū)ο蠊こ棠０逋ㄟ^一組定義表示一個復(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)機制和把有關(guān)對象歸并在一起的聚集(Aggregation)機制。

　　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,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隆母拍畛橄箝_始、逐步細(xì)化的方法。每個對象可以按照概括(G-關(guān)聯(lián))關(guān)系展開,深入分析,建立下層對象之間的聯(lián)系。

由于工程設(shè)計的特殊性,在工程設(shè)計過程中,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,同時還應(yīng)當(dāng)從面向?qū)ο蟮乃枷肟紤]一個零件對象應(yīng)有的一些方法。例如對于鏈接件對象,它應(yīng)當(dāng)有可以將另幾個對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,提供給外界一個接口。對于一個類,將它的所有實現(xiàn)方法放在一個DLL中,形成一個方法庫,把該類的方法庫與每一個方法的源代碼均當(dāng)作非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)交給工程數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)進(jìn)行存儲。

3 面向?qū)ο蠊こ棠０鍛?yīng)用

　　以冷沖模CAD設(shè)計為例,用面向?qū)ο竽０褰M織模具設(shè)計中的各種工程設(shè)計信息,設(shè)計信息的面向?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,既可以在一類對象的共性上對其進(jìn)行分析和處理,也可以對其中的某個具體對象的個性進(jìn)行分析和處理。從數(shù)據(jù)模式中可以看出,從設(shè)計活動一開始,面向?qū)ο竽０寰徒⒘嗽O(shè)計和制造活動的有機聯(lián)系,實現(xiàn)了幾何信息與制造信息的集成和分離的對立統(tǒng)一。

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?

　　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言(TDL)進(jìn)行工程設(shè)計,一方面有效地組織工程設(shè)計中的各種數(shù)據(jù),另一方面能夠很好地模擬工程中的復(fù)雜對象,能表示其層次結(jié)構(gòu),支持動態(tài)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),在設(shè)計對象這一較高層次上進(jìn)行管理。由于考慮了產(chǎn)品的設(shè)計工藝、制造工藝以及約束條件等信息,將設(shè)計中的各種信息、數(shù)據(jù)集成在面向?qū)ο蠊こ棠０逯?從而使得設(shè)計人員在進(jìn)行初期的功能設(shè)計和裝配設(shè)計時就能保證產(chǎn)品設(shè)計的可行性及合理性,并及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的各種問題;在設(shè)計結(jié)束階段形成了以模板的版本號為根目錄的整個產(chǎn)品的工程數(shù)據(jù),在試驗中取得了良好的應(yīng)用效果。

　　下面給出一個模板整體框架,主要以注釋方式給出模板含義的解釋。

　　// 對象列表;

　? 　　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

　　本文通過面向?qū)ο蠊こ棠０褰?shù)據(jù)模型可以使設(shè)計人員節(jié)省大量的時間、減少工作量、統(tǒng)一設(shè)計風(fēng)格、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化、確保效果與效率;同時建立了設(shè)計和制造過程中產(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)庫處理的工程數(shù)據(jù)。設(shè)計人員可以通過面向?qū)ο蠊こ虜?shù)據(jù)庫系統(tǒng)對工程數(shù)據(jù)進(jìn)行及時、有效的管理。

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參考文獻(xiàn)

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