并行设计信息共享的方法研究

　　并行工程的研究热潮已经很久了，但对并行工程的核心——信息共享的方法的研究，一直没有比较全面的总结。所谓信息共享，是对产品信息的共享。因此，研究信息共享要对产品模型及相应的信息共享方法进行研究。

    1　产品模型与数据交换

　　产品模型的发展，从传统的面向几何的产品模型发展到特征基模型，现在集成的产品模型STEP成为各国研究重点。产品数据交换的方法，与产品模型是相适应。各产品模型对应的信息共享方法见表1。

表1　产品模型与信息共享

　　本文主要目标是在目前的信息共享方式中，探讨适合并行设计信息共享的方式。以上各方法，本文认为可归纳为三种，直接交换、间接交换和公共数据库方式。

    1.1　间接交换

　　定义1　间接交换　每个应用系统具有各自独立的数据库/文件系统，应用间的信息通过数据标准的交换方式称为间接交换。

　　由于各CAD/CAM系统所配置的前、后处理器基本上都仅实现数据标准规范(如IGES)的一个子集且是互不相同的子集，因此，通过数据标准的数据交换在交换过程中经常会出现错误或信息丢失的现象。

　　基于STEP的文件交换也属于应用数据交换标准的间接交换。它与基于几何的产品模型的间接交换的区别是：STEP中制定有应用协议标准，STEP文件是集成产品模型按应用协议标准进行产品信息映射产生的，具有共同的表示方法，从而使不同应用领域内的应用模型相统一，并具有相容性。虽然STEP文件不会引起类似于IGES数据转换的信息丢失等情况，但成熟的集成产品模型的公布与应用，还需要相当长的时间。

　　总体而言，间接交换的方式难以满足并行设计对信息共享平滑、实时等的要求。

    1.2　公共数据库方式

　　定义2　基于公共数据库的信息共享　通过统一的产品模型和公共数据库实现信息共享的方式称为基于公共数据库的信息共享。

　　根据以上定义，基于公共数据库的信息共享有两类：一类是目前的基于几何的产品模型的多功能集成系统，系统多功能模块之间在公共数据库支持下共享统一的产品模型。目前出现的多个机械计算机辅助工程(MCAE)系统如SDRC公司的I-DEAS、EDS公司的UGII等就是这样一种多功能集成系统［5］。以基于统一的产品模型的数据库为核心，系统将产品开发所需的设计、分析、测试和加工等集成于一体。信息在多功能模块之间快速、双向、连续流动，实现充分的信息共享以支持产品的并行设计［2］。另一类就是基于集成产品模型STEP的公共数据库的信息共享。

　　基于统一产品模型的公共数据库方式的优点是信息在各功能之间可平滑、实时地信息共享。

    1.3　直接交换

　　定义3　直接交换　在交换的两个系统间(或功能模块间)通过确定相互间的数据结构和建立一对一的信息转换机制，直接进行数据交换称为直接交换。

　　通过专用接口的数据交换针对性强，接口易实现，运行效率高，但可扩充性不够。

　　采用直接交换方式的除了基于几何的模型不同系统之间的专用接口外，本文认为特征识别(特征转换)也是直接交换。特征识别(转换)技术直接将设计模型识别或转换成应用模型，因此归为直接交换。鉴于特征技术在应用中尚有许多难点，下文不作讨论。下面仅对直接交换中对并行设计有意义部分展开讨论。#p#分页标题#e#

　　直接交换与间接交换的区别明显，与公共数据库方式的信息共享相比，共同点是公共数据库方式各功能模块之间的信息交换也是直接的，区别是直接交换针对的是不同的功能系统，各功能系统各有自身的产品模型和数据库(数据组织方式)，两系统自然没有公共数据库。

　　两独立系统间直接交换需开发双向接口。每一方向的直接交换又可有两种实现形式。下面讨论从CAD到CAE方向的两种形式，它们对并行设计信息共享效果不一样。以基于UG和MOLDFLOW的注塑模并行设计为例，UG系统内有与MOLDFLOW的专用接口，假设MOLDFLOW也具有直接接受UG实体模型的专用接口。两种形式如图1。

图1　两种形式的直接交换

　　形式①中，UG的三维模型通过UG内的专用模块将实体模型转为面模型、划发网格并存成MOLDFLOW的模型文件，直接读入MOLDFLOW用于分析。

　　形式②中，由MOLDFLOW的专用接口直接读入UG的三维模型，通过MOLDFLOW内部模块将三维模型转成二维分析模型，用于分析。

　　两种形式都是直接交换。因此都有信息传输平滑的优点(假设过程设计功能都很佳)。主要区别是，形式①中分析模型直接从设计模型通过几何推理(中面生成)产生，分析模型与设计模型具有相关性，即设计的改变会引起分析模型的改变。而形式②中，设计模型转入MOLDFLOW之后，设计模型与分析模型分别属于不同的独立系统，设计模型的改变不会自动引起分析模型改变，即设计模型与分析模型不具有相关性。相关性是两种形式的主要区别，而这种区别的一个标志是分析模型与设计模型在同一个数据库中，或者说分析模型和设计模型具有公共数据库。

    2　并行设计与相关性

　　并行设计是产品及相关过程的设计。产品开发的并行设计过程中，各应用观点(过程观点)针对统一的设计模型进行过程设计，同时也是对设计的验证和评价。设计模型和过程模型保持相关性是必要的。如果通过分析，某过程观点认为设计不合理，那么它先提交更改意见和更改依据(分析结果)，该意见经产品开发组一致认同后，才对设计进行更改，随之各过程模型也跟着改变。因此从设计模型到分析模型的相关性保证产品开发组成员共同工作在最新版本上；过程模型的更改是通过设计模型的改变而改变的。

　　而设计模型改变的先决条件(开发组所有成员的一致同意)使分析模型到设计相关性可有可无。实际上，分析模型无权擅自改变分析模型，因为分析模型若擅自改变，分析模型到设计模型的相关性会引起设计模型的改变，但是设计模型没有所有开发成员的一致意见是不能进行改变的。因此从分析模型到设计模型的相关性在并行设计中实际是不起作用的，或者说，即使有该方向的相关性也不能发挥作用。

　　因此，从并行设计对信息共享的要求而言，建立设计模型到分析模型的相关性是重要的。上述直接交换形式①由于方便建立设计模型到分析模型的相关性而优于形式②。正如上文所述，这种区别的一个标志是分析模型和设计模型具有公共数据库。

    3　并行设计信息共享的策略

　　当前，并行设计的研究一般都需要在“孤岛”式CAX系统基础上实现信息实时共享。而各系统都有自己的文件/数据库系统，各自所包含的产品信息、数据组织方式都是不同的，这种现状决定了无法采用公共数据库方式，而间接交换无法满足并行设计的要求，要满足并行设计信息共享有困难。本文研究的目标就是在这种现状下，寻求比较好的能满足并行设计要求的信息共享方式。对当前信息共享方式和对直接交换的两种形式的分析，本文认为，适合当前“孤岛”式CAX系统间实现信息共享的比较好的方式，是在直接交换的基础上，结合统一产品模型的公共数据库的信息共享的策略，尽量使设计模型和过程模型处于同一个数据库的方式。#p#分页标题#e#

　　并行设计是围绕着设计进行相关过程的设计，而且CAD系统是目前应用较成熟、产品数据存储最多的地方，因此将CAD系统的数据库作为类似于公共数据库的地方，应用观点的模型(过程模型)在数据库的支持下由设计模型映射(几何推理)产生。应用观点模型所需的信息，并不能完全地从这些映射中得到，这是由目前基于几何信息的CAD系统所限制的。根据各应用观点的需要，对CAD系统进行开发，进行一些表达产品应用信息的扩充，或采取其它可行的方法补足不全的信息。本文将此称为“准公共数据库方式”。

　　定义4　准公共数据库方式　对基于多个“孤岛”式独立系统实施并行设计，准公共数据库方式的信息共享就是将CAD系统的数据库作为类似于公共数据库的地方，过程模型在数据库的支持下由设计模型映射(几何推理)产生。

　　“准公共数据库”的“公共”在CAD系统数据库是产生各应用模型的公共地方；“准”是针对在“孤岛”式独立系统的并行设计中，不存在公共数据库而言的；还体现在现有基于几何CAD系统的信息不全性上，还不能完全满足生成应用模型所需。通过这种集成方式，从设计模型通过几何推理产生过程模型，同时建立该方向的相关性。相关性的建立使并行设计各过程模型都针对统一的开发对象，共同工作在最新版本上，并行设计信息共享更实时。

　　注塑模基于模拟的并行设计要实现CAD信息与CAE共享。准公共数据方式的信息共享策略在这里的体现是：以UG作为CAD与CAE集成的准公共数据库；CAE的分析模型在UG中通过几何推理得到；分析模型需要而UG所不具备的信息采用其它方式解决；分析模型通过UG的专用接口生成MOLDFLOW的文件直接转入MOLDFLOW进行分析。该方法中CAE模型与CAD模型保持一致性(相关性)，信息传递平滑，效率高。

    4　结论

　　本文把信息共享方式归纳为直接交换、间接交换和公共数据库。分析了各方式信息共享的特点，最后提出了适合当前孤岛式自动化系统间并行设计的较好的信息共享——“准公共数据库方式”。这种方式既有利于利用已有资源，保持CAX系统应用延续性，也便于运用最新研究成果，向以STEP为特征的公共数据库方向的信息共享发展。