工程CAD应用软件分析建模方法研究

第!"卷第!"期"###年!"月

计算机辅助设计与图形学学报

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工程>?@应用软件分析建模方法研究

鲍宏林

李钝

莫凡芒

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武汉大学机械工程系武汉

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摘

要

在分析工程设计特点的基础上:从软件工程角度:讨论了工程,)2软件系统分析建模的方法F

提出一种基于面向对象技术的对象设计过程框架模型F 描述了主要设计对象及其主要结构G 继承性和信息传递:并就对象之间的各种复杂关系进行了深入的探讨9这种方法的一个潜在优点是软件的可重用性G 可互换性9关键词

软件工程:设计过程:面向对象设计:产品建模:设计模型

中图法分类号

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原稿收到日期0!111_#2_#"F 修改稿收到日期0!111_!"_#C 9鲍宏林:男:!131年生:硕士研究生:工程师:主要研究方向为计算机辅助设计和图形学9李

钝:男:!1B "年生:教授:从事,)2技术G

软件工程学等的教学和研究94引

言

当今计算机软件和硬件的迅速发展:大型网络与多媒体技术的兴起:使,)2在计算机应用领域

的广度和深度上发生了极其深刻的变化:并朝着自动化A b a #7%b #‘7]E 方向发展9作为先进制造技术的一项主体关键技术55计算机辅助设计技术:在各个领域中应用得越来越广泛9,)2软件产品以三维设计为基础:应用人工智能和专家系统技术:并把所有的功能在单一的公共数据库下集成起来:大大提高了设计自动化的程度9绝大多数工程,)2应用软件是建立在支持二次开发的G 通用的商用,)2支撑系统之上的专用辅助设计系统9设计方法学的主要变化将是设计者在什么抽象级上进行设计:近

来的趋势是在系统设计中采用越来越高的抽象数据

类型层次的自动综合9在,)2各个设计阶段都有

相应设计工具支持:作为解决实现这些工具的方法的基本理论G

模型G 算法的研究是基础9工程,)2应用软件开发是把当前系统分解G 模型化:映射为计算机表示和处理的模型:最后形成能

完成一定任务的,)2系统9

关键是系统分析建模:其中对当前系统的分析是非常重要的9,)2系统模型的具体形式取决于建模目标:不同的要求与条件限制得到不同的结果9软件的质量在很大程度上由系统模型是否合理与恰当所决定:而软件的数据完整性G

连续性G 可维护性G 可修改性G 可重组复用G 效率等确实是,)2软件开发中的重要的:必须解决的问题9工程,)2系统开发遵从软件工程的一般原则:可采用软件工程的现行方法9但针对某一具体专

业设计的应用开发!它还有自身的规律和特殊性!认识这些规律和特殊性!可以使得分析建模的求解空间与现实世界中的问题空间在结构上相一致!而这正是软件开发所需要的"#$%本文利用现有&’(系统来分析二次开发应用软件的建模方法!结合面向对象技术!提出一种机制来实现支持产品生命周期的产品设计过程%

)设计过程

工程设计的任务是由社会需求而提出的!因此工程设计以满足需求为宗旨!它具有多目标*多约束的特点!是一个设计+评价+再设计反复迭代的过程%例如机械设计需解决的问题!首先必须根据需求进行定义!通过功能分解!求解问题!并以表示机器原理性方案的概念模型,机构简图-描述%有了用机构简图表示的机器的概念模型!才能建立机器总体的结构模型,装配草图-和组成机器各单元的结构模型,零件图*构件图-!从而进一步涉及零部件的具体结构参数*形状!零部件之间的相互关系*空间位置尺寸等%针对不同的设计要求与条件!设计可分为创建一个新设计模型和修改旧设计模型%

一般工程设计包括需求描述*功能分解*策略计划*详细的参数设计*综合*模拟*分析*优化!及设计文档编制%&’(系统不仅要承担数据处理*数值计算*文字处理的任务!还要涉及图形图像%&’(软件需要模拟设计过程!生成模型和图形%

.设计过程框架模型的原理

&’(软件系统模型建立的基本思路是对问题空间进行自然分割!以更接近于手工设计系统中人类思维的方式!建立问题域模型!映射为计算机能够表达的模式!从而对客观实体进行结构模拟!设计出能直接描述现实世界的*模块化的*可重用和维护性好的软件%因此!建模思想和方法应尽可能地接近工程设计的方法!使描述问题的问题空间与解决问题的方法空间在结构上尽可能一致%

系统分析建模方法概括来说有面向过程的方法和面向对象的方法%面向过程的方法!将问题域映射为数据流图或问题的数据结构!然后逐层分解成执行一定任务的功能模块!据此导出软件的程序结构图!以对数据的操作为中心构造系统*设计程序%以/过程0为中心设计软件!使得软件结构呈/刚性0!很难满足扩充和复用的要求"1$!其稳定性*可修改性都较差%面向对象分析和设计方法中的对象是客观世界对象的直接映射%采用面向对象方法进行分析*设计的系统!比采用面向过程的分析方法设计的系统更易理解!增强了系统的可维护性"2$%面向对象方法的继承性*多态性*封装性等特点使它适应了现代软件工程的需要!也使之非常适合于复杂机械产品系统分析与设计%

设计过程框架模型从需求描述,3456734849:-入手!需求与约束被描述为功能*行为*属性!在设计过程中被逐渐细化*修改*测试!直到能够形成产品为止%功能分解将设计要求进行逐层分解!直到得到基本功能单元!然后加入约束条件!输出符合设计要求的零部件%对象设计过程框架模型如图#所示%

设计模型

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评价需求描述

设计模型

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设计对象

设计算法

图#设计过程框架

递

传

息

消

继

承

引

用

对象是现实中具有相同属性*服从相同规则的一系列事物的抽象%对象的性质@,#-可标识!并有唯一的标识符%,1-有状态操作和改变对象状态的操作%,2-是一个具有结构和行为的单元%对象之间的关系则是对客观事物之间纷繁复杂关系的抽象!主要有@,#-实体的组成关系%实体的组成关系反映系统中的整体与部分之间的关系%一般地说!机器的组成结构是一种逻辑层次结构%,1-空间关系%它反映了设计对象各成分之间的相对位置%如确定某一部分在整机中的位置的装配尺寸!该部分置于整机中相对于空间坐标轴的旋转角等等%,2-分类关系,对象的归类与类层次结构-%系统都由原子对象和复合对象所构成%如启闭机有卷扬式*门式*液压式等等A齿轮可分为摆线齿轮*渐开线齿轮*圆弧齿轮% ,B-相互制约关系,相互作用结构-%工程设计系统中各成分之间存在着纵横交错的制约关系!使得系统相互作用结构异常复杂%

设计模型,;-%由产品所确定的对象组成%一类是组成系统的实体对象!产品如液压启闭机*减速器!及组成产品的部件*组件如液压缸*螺栓等都可作为实体对象A另一类是非实体对象!如减速器中的齿轮

传动等%;C"<

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#1期鲍宏林等@工程&’(应用软件分析建模方法研究