本文探討了對(duì)數(shù)控車削仿真過程中的面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)研究相關(guān)內(nèi)容。

　　虛擬數(shù)控加工仿真系統(tǒng)的目的是建立一個(gè)仿真的平臺(tái)，并提供一個(gè)逼真的加工環(huán)境。在此平臺(tái)上，操作者或研究者可以通過交互式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)控加工過程的真實(shí)模擬。正因?yàn)槿绱耍到y(tǒng)應(yīng)該具有開放式、模塊化的特征，以利于根據(jù)不同的需要實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)床、加工環(huán)境的不同組合。

　　而傳統(tǒng)的軟件系統(tǒng)是面向過程的并且相應(yīng)的支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)是針對(duì)關(guān)系來建立，這就使其存在以下不足：

　　1)傳統(tǒng)的系統(tǒng)開發(fā)過程周期較長(zhǎng)。當(dāng)應(yīng)用要求發(fā)生變化時(shí)，開發(fā)過程的各個(gè)階段都要作相應(yīng)的修改，因而代價(jià)較大。這是因?yàn)闃?gòu)成系統(tǒng)的各個(gè)功能單元的程序都是依據(jù)結(jié)構(gòu)化程序思想設(shè)計(jì)而成的。雖然模塊化程度較高，但忽視了數(shù)據(jù)對(duì)程序產(chǎn)生的彬響。由于在結(jié)構(gòu)化語(yǔ)言中，幾乎重要的數(shù)據(jù)都被定義為全局?jǐn)?shù)據(jù)，而全局?jǐn)?shù)據(jù)可以被任何一個(gè)程序所訪問，所以當(dāng)全局?jǐn)?shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)或?qū)傩园l(fā)生變化時(shí)，相關(guān)聯(lián)的程序必將作相應(yīng)的修改。

　　2)有限的建模能力和計(jì)算能力。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)所支持的主要數(shù)據(jù)模型是層次、網(wǎng)狀和關(guān)系，并且關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)要求一個(gè)關(guān)系的所有屬性都必須是原子型，面對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)的抽象和建模，關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)只能建立所謂嵌套關(guān)系數(shù)據(jù)模型，這就使得關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)于客觀世界中的實(shí)體很難對(duì)應(yīng)，因而對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中復(fù)雜數(shù)據(jù)的抽象和表達(dá)能力只能是極其有限的。同時(shí)，由于數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的單一性，導(dǎo)致計(jì)算時(shí)需要不斷在客觀實(shí)體與單一數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

　　從上面的分析可以看出，不論足在系統(tǒng)級(jí)的開發(fā)上還是在數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)與管理上，傳統(tǒng)的系統(tǒng)開發(fā)及數(shù)據(jù)庫(kù)管理都存在著缺陷，而面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的開發(fā)可以解決這些傳統(tǒng)開發(fā)系統(tǒng)面臨的問題。

　　一、面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)原理與實(shí)現(xiàn)

　　面向?qū)ο蠹夹g(shù)是一種按照人們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界習(xí)慣的認(rèn)識(shí)論思維方式來研究和棋擬客觀世界的方法學(xué)，它將現(xiàn)實(shí)世界中的任何事物均視為“對(duì)象”，客觀世界看成是由許多不同種類的對(duì)象構(gòu)成。每個(gè)對(duì)象都有自己的內(nèi)部狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不同對(duì)象之間的相互聯(lián)系和相互作用就構(gòu)成了完整的客觀世界。它主要包括三方面內(nèi)容。即面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析與設(shè)計(jì)方法、面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言。在這其中，對(duì)象的構(gòu)造與分析是關(guān)鍵。

　　面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)要求相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)支持，而傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)方法具有一定的缺點(diǎn)，因此必須設(shè)計(jì)針對(duì)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(OODBMS)是一個(gè)既支持面向?qū)ο笙到y(tǒng)特性，又支持DBMS系統(tǒng)特點(diǎn)的系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)OODBMS中，一般有如下三種方案：

　　1)修改(擴(kuò)充)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)模型，使之與面向?qū)ο竽Ｐ拖嘁恢拢瑫r(shí)增加相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)特征。

　　2)獨(dú)立開發(fā)出全新的數(shù)據(jù)欖型，直接支持面向?qū)ο箫L(fēng)格。

　　3)在面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計(jì)語(yǔ)言中嵌入數(shù)據(jù)庫(kù)功能，形成OODBMS。

　　在本論文中采用第三種設(shè)計(jì)方法。根據(jù)上面的原理，在對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和構(gòu)造時(shí)，首先進(jìn)行對(duì)象分析。對(duì)象分析的目的是針對(duì)具體的問題，分析在系統(tǒng)中可能用到哪些對(duì)象，對(duì)象之間的繼承與上下級(jí)關(guān)系。然后是確定采用什么樣的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，最后是設(shè)計(jì)一個(gè)庫(kù)表，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。

　　二、數(shù)控車削仿真數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

　　1)數(shù)控車削仿真中的對(duì)象分析

　　如前所述，虛擬數(shù)控車削仿真的目的是以“用戶”為中心的，相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)也必須是以“用戶”為中心的，這就要求數(shù)據(jù)庫(kù)具有開放性。即針對(duì)用戶的要求，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容的重新定義，以完成相應(yīng)的功能。數(shù)控車削仿真數(shù)據(jù)庫(kù)的實(shí)現(xiàn)是以軟件中的對(duì)象分析為基礎(chǔ)的，因此在進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)之前。必須首先進(jìn)行系統(tǒng)的對(duì)象分析。

　　數(shù)控車削仿真對(duì)象包括環(huán)境對(duì)象、光源、機(jī)床對(duì)象、刀具對(duì)象、工件對(duì)象、切屑對(duì)象、數(shù)控系統(tǒng)對(duì)象、刀架、溜板、工作臺(tái)等部件對(duì)象。不論是物理仿真還是幾何仿真都是針對(duì)的這些對(duì)象來反映他們的狀態(tài)與特征。在面向?qū)ο蠓治鲋校總€(gè)對(duì)象以類的抽象形式定義。

　　在數(shù)控車削仿真系統(tǒng)中，將各個(gè)對(duì)象的“共性”加以抽象，形成類。類的形成原則是所有類對(duì)象必需具有某種共性。類中分為虛類和實(shí)類。虛類通常為類對(duì)象中的最高的類，具有最通用的一些特性。但同時(shí)其參數(shù)也相對(duì)比較少，如果按照其構(gòu)造對(duì)象，通常無(wú)法在視圖中加以顯示。因此常采用實(shí)類實(shí)現(xiàn)對(duì)象的構(gòu)造，但虛類往往是實(shí)類的父類，一些參數(shù)而要從中定義。虛類和實(shí)類都可以有子類，不同的是，實(shí)類和其子類都可直接構(gòu)造對(duì)象。父實(shí)類和了實(shí)類可以具有不同的下級(jí)類。類關(guān)系圖見圖2。

圖2數(shù)控仿真類關(guān)系圖

　　2)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

　　面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的關(guān)鍵。開放式的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)可以通過視圖由用戶實(shí)現(xiàn)記錄的增加、刪除、查詢和修改：同時(shí)在數(shù)控仿真的各個(gè)階段，數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)作為仿真的基礎(chǔ)一直運(yùn)行著。

　　在數(shù)控車削智能仿真系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)庫(kù)的視圖位于視圖類中，它是用戶與系統(tǒng)交互的窗口，消息通過視圖類傳遞到數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)中。而數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)位于系統(tǒng)的文檔類中，負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)也就是對(duì)象的管理。因此下面針對(duì)仿真進(jìn)程中的各個(gè)階段，說明數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

　　(1)仿真進(jìn)程中

　　在仿真的進(jìn)程中，尤其是在仿真初始化的時(shí)候，采用向下泊歷算法來實(shí)現(xiàn)。算法的描述如下：

　　a.首先在文檔類中生成一個(gè)仿真對(duì)象，從面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫(kù)中得到相應(yīng)的信息包括環(huán)境對(duì)象、車床對(duì)急、車削系統(tǒng)對(duì)象。然后根據(jù)車床對(duì)象的數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息可以得到相應(yīng)的刀具、刀架、底座、導(dǎo)軌等部件的信息，從而形成一個(gè)完整的仿真對(duì)象，初始化完畢后，在視圖類中顯示。

　　b.等待用戶響應(yīng)，根據(jù)不同的操作形成不同的動(dòng)態(tài)模型。

　　在仿真的某一時(shí)刻，只需遍歷數(shù)據(jù)庫(kù)中帶有當(dāng)前紀(jì)錄標(biāo)識(shí)的對(duì)象，就可以得到當(dāng)前時(shí)刻的物理凡何仿真所甜要的數(shù)據(jù)。

　　(2)仿真完畢后

　　在仿真完畢后，可能用戶根據(jù)仿真的結(jié)果需要對(duì)對(duì)象的屬性甚至是對(duì)象的類型進(jìn)行修改，這就需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的內(nèi)容進(jìn)行更新，假定用戶在視圖中進(jìn)行了對(duì)象更新，則數(shù)據(jù)庫(kù)更新的算法可以描述為：

　　a.根據(jù)用戶要求確定所要更新的對(duì)象;

　　b.判斷是整個(gè)對(duì)每需要更新(轉(zhuǎn)iii)，還是對(duì)象的屬性需要更新(轉(zhuǎn)vi)：

　　c.如果整個(gè)對(duì)象需要更新，要得到對(duì)象的標(biāo)識(shí)和ID;

　　d.初始化得到對(duì)象的各項(xiàng)屬性，并根據(jù)向下遍歷的原則建立下級(jí)各節(jié)點(diǎn)的屬性：

　　e.如果無(wú)其他對(duì)象需要更新，則End.否則(轉(zhuǎn)ii)：

　　f.根據(jù)對(duì)象的ID更新對(duì)象屬性，并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，改變當(dāng)前記錄標(biāo)識(shí)：轉(zhuǎn)v。

　　三、結(jié)論

　　本文針對(duì)數(shù)控車削過程中數(shù)控仿真的需要，采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)建立了開放式的數(shù)控仿真數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)其中的數(shù)據(jù)庫(kù)的管理和仿真對(duì)象的分析進(jìn)行了詳細(xì)的研究。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)可以極大的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的擴(kuò)展。從而使得系統(tǒng)的開放性和擴(kuò)展性大大的提高。