虛擬數控加工仿真系統的目的是建立一個仿真的平臺，并提供一個逼真的加工環境。在此平臺上，操作者或研究者可以通過交互式系統實現對于數控加工過程的真實模擬。正因為如此，系統應該具有開放式、模塊化的特征，以利于根據不同的需要實現數控系統、機床、加工環境的不同組合。而傳統的軟件系統是面向過程的并且相應的支持數據庫是針對關系來建立，這就使其存在以下不足：

1) 傳統的系統開發過程周期較長。當應用要求發生變化時，開發過程的各個階段都要作相應的修改，因而代價較大。這是因為構成系統的各個功能單元的程序都是依據結構化程序思想設計而成的。雖然模塊化程度較高，但忽視了數據對程序產生的彬響。由于在結構化語言中，幾乎重要的數據都被定義為全局數據，而全局數據可以被任何一個程序所訪問，所以當全局數據的結構或屬性發生變化時，相關聯的程序必將作相應的修改。

2) 有限的建模能力和計算能力。傳統數據庫系統所支持的主要數據模型是層次、網狀和關系，并且關系數據庫要求一個關系的所有屬性都必須是原子型，面對復雜數據的抽象和建模，關系數據庫只能建立所謂嵌套關系數據模型，這就使得關系數據庫對于客觀世界中的實體很難對應，因而對現實世界中復雜數據的抽象和表達能力只能是極其有限的。同時，由于數據結構的單一性，導致計算時需要不斷在客觀實體與單一數據結構之間進行轉換。

從上面的分析可以看出，不論足在系統級的開發上還是在數據庫的設計與管理上，傳統的系統開發及數據庫管理都存在著缺陷，而面向對象數據庫系統的開發可以解決這些傳統開發系統面臨的問題。

1 面向對象數據庫原理與實現

面向對象技術是一種按照人們對現實世界習慣的認識論思維方式來研究和棋擬客觀世界的方法學，它將現實世界中的任何事物均視為“對象”，客觀世界看成是由許多不同種類的對象構成。每個對象都有自己的內部狀態和運動規律，不同對象之間的相互聯系和相互作用就構成了完整的客觀世界。它主要包括三方面內容。即面向對象的系統分析與設計方法、面向對象的數據庫技術和面向對象的程序設計語言。在這其中，對象的構造與分析是關鍵。

面向對象的設計要求相應的數據庫支持，而傳統的數據庫設計方法具有一定的缺點，因此必須設計針對面向對象設計的數據庫系統來實現相應的功能。面向對象數據庫管理系統(OODBMS)是一個既支持面向對象系統特性，又支持DBMS系統特點的系統。在設計和實現OODBMS中，一般有如下三種方案：

1) 修改(擴充)現有的數據模型，使之與面向對象模型相一致，同時增加相應的數據庫特征。
2) 獨立開發出全新的數據欖型，直接支持面向對象風格。
3) 在面向對象程序設計語言中嵌入數據庫功能，形成OODBMS。

在本論文中采用第三種設計方法。根據上面的原理，在對數據庫進行設計和構造時，首先進行對象分析。對象分析的目的是針對具體的問題，分析在系統中可能用到哪些對象，對象之間的繼承與上下級關系。然后是確定采用什么樣的數據結構來實現，最后是設計一個庫表，實現數據的存儲。面向對象設計的數據庫設計的流程圖如圖1：

圖1 面向對象數據庫分析

2 數控車削仿真數據庫設計

1) 數控車削仿真中的對象分析

如前所述，虛擬數控車削仿真的目的是以“用戶”為中心的，相應的數據庫的設計也必須是以“用戶”為中心的，這就要求數據庫具有開放性。即針對用戶的要求，系統可以實現數據庫內容的重新定義，以完成相應的功能。數控車削仿真數據庫的實現是以軟件中的對象分析為基礎的，因此在進行數據庫設計之前。必須首先進行系統的對象分析。

數控車削仿真對象包括環境對象、光源、機床對象、刀具對象、工件對象、切屑對象、數控系統對象、刀架、溜板、工作臺等部件對象。不論是物理仿真還是幾何仿真都是針對的這些對象來反映他們的狀態與特征。在面向對象分析中，每個對象以類的抽象形式定義。

在數控車削仿真系統中，將各個對象的“共性”加以抽象，形成類。類的形成原則是所有類對象必需具有某種共性。類中分為虛類和實類。虛類通常為類對象中的最高的類，具有最通用的一些特性。但同時其參數也相對比較少，如果按照其構造對象，通常無法在視圖中加以顯示。因此常采用實類實現對象的構造，但虛類往往是實類的父類，一些參數而要從中定義。虛類和實類都可以有子類，不同的是，實類和其子類都可直接構造對象。父實類和了實類可以具有不同的下級類。類關系圖見圖2。

圖2 數控仿真類關系圖

2) 數據庫管理系統的實現

面向對象的數據庫管理系統是實現面向對象設計的關鍵。開放式的數據庫管理系統可以通過視圖由用戶實現記錄的增加、刪除、查詢和修改：同時在數控仿真的各個階段，數據庫系統作為仿真的基礎一直運行著。在數控車削智能仿真系統中，數據庫的視圖位于視圖類中，它是用戶與系統交互的窗口，消息通過視圖類傳遞到數據庫管理系統中。而數據庫管理系統位于系統的文檔類中，負責對數據也就是對象的管理。因此下面針對仿真進程中的各個階段，說明數據庫管理系統的實現。

(1) 仿真進程中

在仿真的進程中，尤其是在仿真初始化的時候，采用向下泊歷算法來實現。算法的描述如下：

a. 首先在文檔類中生成一個仿真對象，從面向對象數據庫中得到相應的信息包括環境對象、車床對急、車削系統對象。然后根據車床對象的數據庫中的信息可以得到相應的刀具、刀架、底座、導軌等部件的信息，從而形成一個完整的仿真對象，初始化完畢后，在視圖類中顯示。
b. 等待用戶響應，根據不同的操作形成不同的動態模型。

在仿真的某一時刻，只需遍歷數據庫中帶有當前紀錄標識的對象，就可以得到當前時刻的物理凡何仿真所甜要的數據。

(2) 仿真完畢后

在仿真完畢后，可能用戶根據仿真的結果需要對對象的屬性甚至是對象的類型進行修改，這就需要對數據庫中的內容進行更新，假定用戶在視圖中進行了對象更新，則數據庫更新的算法可以描述為：

a. 根據用戶要求確定所要更新的對象；
b. 判斷是整個對每需要更新(轉iii)，還是對象的屬性需要更新(轉vi)：
c. 如果整個對象需要更新，要得到對象的標識和ID；
d. 初始化得到對象的各項屬性，并根據向下遍歷的原則建立下級各節點的屬性：
e. 如果無其他對象需要更新，則End.否則(轉ii)：
f. 根據對象的ID更新對象屬性，并存儲到數據庫中，改變當前記錄標識：轉v。

3 結論

本文針對數控車削過程中數控仿真的需要，采用面向對象的數據庫技術建立了開放式的數控仿真數據庫，并對其中的數據庫的管理和仿真對象的分析進行了詳細的研究。實際應用結果表明，采用面向對象的數據庫技術可以極大的實現系統功能的擴展。從而使得系統的開放性和擴展性大大的提高。