并行工程的研究熱潮已經(jīng)很久了，但對并行工程的核心——信息共享的方法的研究，一直沒有比較全面的總結(jié)。所謂信息共享，是對產(chǎn)品信息的共享。因此，研究信息共享要對產(chǎn)品模型及相應(yīng)的信息共享方法進(jìn)行研究。

    1　產(chǎn)品模型與數(shù)據(jù)交換

　　產(chǎn)品模型的發(fā)展，從傳統(tǒng)的面向幾何的產(chǎn)品模型發(fā)展到特征基模型，現(xiàn)在集成的產(chǎn)品模型STEP成為各國研究重點(diǎn)。產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換的方法，與產(chǎn)品模型是相適應(yīng)。各產(chǎn)品模型對應(yīng)的信息共享方法見表1。

表1　產(chǎn)品模型與信息共享

　　本文主要目標(biāo)是在目前的信息共享方式中，探討適合并行設(shè)計(jì)信息共享的方式。以上各方法，本文認(rèn)為可歸納為三種，直接交換、間接交換和公共數(shù)據(jù)庫方式。

    1.1　間接交換

　　定義1　間接交換　每個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)具有各自獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫/文件系統(tǒng)，應(yīng)用間的信息通過數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的交換方式稱為間接交換。

　　由于各CAD/CAM系統(tǒng)所配置的前、后處理器基本上都僅實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范(如IGES)的一個(gè)子集且是互不相同的子集，因此，通過數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)交換在交換過程中經(jīng)常會出現(xiàn)錯(cuò)誤或信息丟失的現(xiàn)象。

　　基于STEP的文件交換也屬于應(yīng)用數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)的間接交換。它與基于幾何的產(chǎn)品模型的間接交換的區(qū)別是：STEP中制定有應(yīng)用協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，STEP文件是集成產(chǎn)品模型按應(yīng)用協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行產(chǎn)品信息映射產(chǎn)生的，具有共同的表示方法，從而使不同應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用模型相統(tǒng)一，并具有相容性。雖然STEP文件不會引起類似于IGES數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的信息丟失等情況，但成熟的集成產(chǎn)品模型的公布與應(yīng)用，還需要相當(dāng)長的時(shí)間。

　　總體而言，間接交換的方式難以滿足并行設(shè)計(jì)對信息共享平滑、實(shí)時(shí)等的要求。

    1.2　公共數(shù)據(jù)庫方式

　　定義2　基于公共數(shù)據(jù)庫的信息共享　通過統(tǒng)一的產(chǎn)品模型和公共數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)信息共享的方式稱為基于公共數(shù)據(jù)庫的信息共享。

　　根據(jù)以上定義，基于公共數(shù)據(jù)庫的信息共享有兩類：一類是目前的基于幾何的產(chǎn)品模型的多功能集成系統(tǒng)，系統(tǒng)多功能模塊之間在公共數(shù)據(jù)庫支持下共享統(tǒng)一的產(chǎn)品模型。目前出現(xiàn)的多個(gè)機(jī)械計(jì)算機(jī)輔助工程(MCAE)系統(tǒng)如SDRC公司的I-DEAS、EDS公司的UGII等就是這樣一種多功能集成系統(tǒng)［5］。以基于統(tǒng)一的產(chǎn)品模型的數(shù)據(jù)庫為核心，系統(tǒng)將產(chǎn)品開發(fā)所需的設(shè)計(jì)、分析、測試和加工等集成于一體。信息在多功能模塊之間快速、雙向、連續(xù)流動，實(shí)現(xiàn)充分的信息共享以支持產(chǎn)品的并行設(shè)計(jì)［2］。另一類就是基于集成產(chǎn)品模型STEP的公共數(shù)據(jù)庫的信息共享。

　　基于統(tǒng)一產(chǎn)品模型的公共數(shù)據(jù)庫方式的優(yōu)點(diǎn)是信息在各功能之間可平滑、實(shí)時(shí)地信息共享。

    1.3　直接交換

　　定義3　直接交換　在交換的兩個(gè)系統(tǒng)間(或功能模塊間)通過確定相互間的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和建立一對一的信息轉(zhuǎn)換機(jī)制，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交換稱為直接交換。

　　通過專用接口的數(shù)據(jù)交換針對性強(qiáng)，接口易實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行效率高，但可擴(kuò)充性不夠。

　　采用直接交換方式的除了基于幾何的模型不同系統(tǒng)之間的專用接口外，本文認(rèn)為特征識別(特征轉(zhuǎn)換)也是直接交換。特征識別(轉(zhuǎn)換)技術(shù)直接將設(shè)計(jì)模型識別或轉(zhuǎn)換成應(yīng)用模型，因此歸為直接交換。鑒于特征技術(shù)在應(yīng)用中尚有許多難點(diǎn)，下文不作討論。下面僅對直接交換中對并行設(shè)計(jì)有意義部分展開討論。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　直接交換與間接交換的區(qū)別明顯，與公共數(shù)據(jù)庫方式的信息共享相比，共同點(diǎn)是公共數(shù)據(jù)庫方式各功能模塊之間的信息交換也是直接的，區(qū)別是直接交換針對的是不同的功能系統(tǒng)，各功能系統(tǒng)各有自身的產(chǎn)品模型和數(shù)據(jù)庫(數(shù)據(jù)組織方式)，兩系統(tǒng)自然沒有公共數(shù)據(jù)庫。

　　兩獨(dú)立系統(tǒng)間直接交換需開發(fā)雙向接口。每一方向的直接交換又可有兩種實(shí)現(xiàn)形式。下面討論從CAD到CAE方向的兩種形式，它們對并行設(shè)計(jì)信息共享效果不一樣。以基于UG和MOLDFLOW的注塑模并行設(shè)計(jì)為例，UG系統(tǒng)內(nèi)有與MOLDFLOW的專用接口，假設(shè)MOLDFLOW也具有直接接受UG實(shí)體模型的專用接口。兩種形式如圖1。

圖1　兩種形式的直接交換

　　形式①中，UG的三維模型通過UG內(nèi)的專用模塊將實(shí)體模型轉(zhuǎn)為面模型、劃發(fā)網(wǎng)格并存成MOLDFLOW的模型文件，直接讀入MOLDFLOW用于分析。

　　形式②中，由MOLDFLOW的專用接口直接讀入U(xiǎn)G的三維模型，通過MOLDFLOW內(nèi)部模塊將三維模型轉(zhuǎn)成二維分析模型，用于分析。

　　兩種形式都是直接交換。因此都有信息傳輸平滑的優(yōu)點(diǎn)(假設(shè)過程設(shè)計(jì)功能都很佳)。主要區(qū)別是，形式①中分析模型直接從設(shè)計(jì)模型通過幾何推理(中面生成)產(chǎn)生，分析模型與設(shè)計(jì)模型具有相關(guān)性，即設(shè)計(jì)的改變會引起分析模型的改變。而形式②中，設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)入MOLDFLOW之后，設(shè)計(jì)模型與分析模型分別屬于不同的獨(dú)立系統(tǒng)，設(shè)計(jì)模型的改變不會自動引起分析模型改變，即設(shè)計(jì)模型與分析模型不具有相關(guān)性。相關(guān)性是兩種形式的主要區(qū)別，而這種區(qū)別的一個(gè)標(biāo)志是分析模型與設(shè)計(jì)模型在同一個(gè)數(shù)據(jù)庫中，或者說分析模型和設(shè)計(jì)模型具有公共數(shù)據(jù)庫。

    2　并行設(shè)計(jì)與相關(guān)性

　　并行設(shè)計(jì)是產(chǎn)品及相關(guān)過程的設(shè)計(jì)。產(chǎn)品開發(fā)的并行設(shè)計(jì)過程中，各應(yīng)用觀點(diǎn)(過程觀點(diǎn))針對統(tǒng)一的設(shè)計(jì)模型進(jìn)行過程設(shè)計(jì)，同時(shí)也是對設(shè)計(jì)的驗(yàn)證和評價(jià)。設(shè)計(jì)模型和過程模型保持相關(guān)性是必要的。如果通過分析，某過程觀點(diǎn)認(rèn)為設(shè)計(jì)不合理，那么它先提交更改意見和更改依據(jù)(分析結(jié)果)，該意見經(jīng)產(chǎn)品開發(fā)組一致認(rèn)同后，才對設(shè)計(jì)進(jìn)行更改，隨之各過程模型也跟著改變。因此從設(shè)計(jì)模型到分析模型的相關(guān)性保證產(chǎn)品開發(fā)組成員共同工作在最新版本上；過程模型的更改是通過設(shè)計(jì)模型的改變而改變的。

　　而設(shè)計(jì)模型改變的先決條件(開發(fā)組所有成員的一致同意)使分析模型到設(shè)計(jì)相關(guān)性可有可無。實(shí)際上，分析模型無權(quán)擅自改變分析模型，因?yàn)榉治瞿Ｐ腿羯米愿淖儯治瞿Ｐ偷皆O(shè)計(jì)模型的相關(guān)性會引起設(shè)計(jì)模型的改變，但是設(shè)計(jì)模型沒有所有開發(fā)成員的一致意見是不能進(jìn)行改變的。因此從分析模型到設(shè)計(jì)模型的相關(guān)性在并行設(shè)計(jì)中實(shí)際是不起作用的，或者說，即使有該方向的相關(guān)性也不能發(fā)揮作用。

　　因此，從并行設(shè)計(jì)對信息共享的要求而言，建立設(shè)計(jì)模型到分析模型的相關(guān)性是重要的。上述直接交換形式①由于方便建立設(shè)計(jì)模型到分析模型的相關(guān)性而優(yōu)于形式②。正如上文所述，這種區(qū)別的一個(gè)標(biāo)志是分析模型和設(shè)計(jì)模型具有公共數(shù)據(jù)庫。

    3　并行設(shè)計(jì)信息共享的策略

　　當(dāng)前，并行設(shè)計(jì)的研究一般都需要在“孤島”式CAX系統(tǒng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息實(shí)時(shí)共享。而各系統(tǒng)都有自己的文件/數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，各自所包含的產(chǎn)品信息、數(shù)據(jù)組織方式都是不同的，這種現(xiàn)狀決定了無法采用公共數(shù)據(jù)庫方式，而間接交換無法滿足并行設(shè)計(jì)的要求，要滿足并行設(shè)計(jì)信息共享有困難。本文研究的目標(biāo)就是在這種現(xiàn)狀下，尋求比較好的能滿足并行設(shè)計(jì)要求的信息共享方式。對當(dāng)前信息共享方式和對直接交換的兩種形式的分析，本文認(rèn)為，適合當(dāng)前“孤島”式CAX系統(tǒng)間實(shí)現(xiàn)信息共享的比較好的方式，是在直接交換的基礎(chǔ)上，結(jié)合統(tǒng)一產(chǎn)品模型的公共數(shù)據(jù)庫的信息共享的策略，盡量使設(shè)計(jì)模型和過程模型處于同一個(gè)數(shù)據(jù)庫的方式。#p#分頁標(biāo)題#e#

　　并行設(shè)計(jì)是圍繞著設(shè)計(jì)進(jìn)行相關(guān)過程的設(shè)計(jì)，而且CAD系統(tǒng)是目前應(yīng)用較成熟、產(chǎn)品數(shù)據(jù)存儲最多的地方，因此將CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫作為類似于公共數(shù)據(jù)庫的地方，應(yīng)用觀點(diǎn)的模型(過程模型)在數(shù)據(jù)庫的支持下由設(shè)計(jì)模型映射(幾何推理)產(chǎn)生。應(yīng)用觀點(diǎn)模型所需的信息，并不能完全地從這些映射中得到，這是由目前基于幾何信息的CAD系統(tǒng)所限制的。根據(jù)各應(yīng)用觀點(diǎn)的需要，對CAD系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)，進(jìn)行一些表達(dá)產(chǎn)品應(yīng)用信息的擴(kuò)充，或采取其它可行的方法補(bǔ)足不全的信息。本文將此稱為“準(zhǔn)公共數(shù)據(jù)庫方式”。

　　定義4　準(zhǔn)公共數(shù)據(jù)庫方式　對基于多個(gè)“孤島”式獨(dú)立系統(tǒng)實(shí)施并行設(shè)計(jì)，準(zhǔn)公共數(shù)據(jù)庫方式的信息共享就是將CAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫作為類似于公共數(shù)據(jù)庫的地方，過程模型在數(shù)據(jù)庫的支持下由設(shè)計(jì)模型映射(幾何推理)產(chǎn)生。

　　“準(zhǔn)公共數(shù)據(jù)庫”的“公共”在CAD系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是產(chǎn)生各應(yīng)用模型的公共地方；“準(zhǔn)”是針對在“孤島”式獨(dú)立系統(tǒng)的并行設(shè)計(jì)中，不存在公共數(shù)據(jù)庫而言的；還體現(xiàn)在現(xiàn)有基于幾何CAD系統(tǒng)的信息不全性上，還不能完全滿足生成應(yīng)用模型所需。通過這種集成方式，從設(shè)計(jì)模型通過幾何推理產(chǎn)生過程模型，同時(shí)建立該方向的相關(guān)性。相關(guān)性的建立使并行設(shè)計(jì)各過程模型都針對統(tǒng)一的開發(fā)對象，共同工作在最新版本上，并行設(shè)計(jì)信息共享更實(shí)時(shí)。

　　注塑模基于模擬的并行設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)CAD信息與CAE共享。準(zhǔn)公共數(shù)據(jù)方式的信息共享策略在這里的體現(xiàn)是：以UG作為CAD與CAE集成的準(zhǔn)公共數(shù)據(jù)庫；CAE的分析模型在UG中通過幾何推理得到；分析模型需要而UG所不具備的信息采用其它方式解決；分析模型通過UG的專用接口生成MOLDFLOW的文件直接轉(zhuǎn)入MOLDFLOW進(jìn)行分析。該方法中CAE模型與CAD模型保持一致性(相關(guān)性)，信息傳遞平滑，效率高。

    4　結(jié)論

　　本文把信息共享方式歸納為直接交換、間接交換和公共數(shù)據(jù)庫。分析了各方式信息共享的特點(diǎn)，最后提出了適合當(dāng)前孤島式自動化系統(tǒng)間并行設(shè)計(jì)的較好的信息共享——“準(zhǔn)公共數(shù)據(jù)庫方式”。這種方式既有利于利用已有資源，保持CAX系統(tǒng)應(yīng)用延續(xù)性，也便于運(yùn)用最新研究成果，向以STEP為特征的公共數(shù)據(jù)庫方向的信息共享發(fā)展。