全自動液壓壓磚機CAD_CAE信息集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的研究與開發(fā)

1、文章編號:1000-2278(200402-0102-06全自動液壓壓磚機CAD CAE 信息集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的研究與開發(fā)肖任賢 吳南星 潘海鵬 楊 帆(景德鎮(zhèn)陶瓷學院機械電子工程學院,333001摘 要對全自動液壓壓磚機CAD CAE 信息集成系統(tǒng)中的工程數(shù)據(jù)庫的設計和實施進行了研究,分析了系統(tǒng)對數(shù)據(jù)信息的需求,提出了該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的E-R 數(shù)據(jù)模型以及表的定義和結構關系,實現(xiàn)了壓磚機CAD CAE 信息集成系統(tǒng)。關鍵詞:全自動液壓壓磚機,數(shù)據(jù)庫,信息需求,信息集成中圖法分類號:TQ174.6 文獻標識碼:ARESEARCH AND DEVELOPMENT ON THE DATABASE IN

2、THE CAD CAE INFORMATION INTEGRATED SYSTEM OF THEPORCELAIN AUTOMATIC HYDRAULIC PRESSXiao Renxian Wu Nanxing Pan Haipeng Yang Fan(Jingdezhen Cera mic Institute,333001AbstractThis paper studied the design of database in CAD C AE information integrated system of the porcelain automatic hydraulic press,a

3、nalyzed the damand for the data infor mation of the system,put forward the E-R data model and the definition of tables as well as their struc ture relations,and realized C AD CAE information integrated syste m of the porcelain automatic hydraulic press.Keywords automatic hydraulic press,database,dat

4、a demand,information inte grated1 前 言陶瓷全自動液壓壓磚機C AD CAE 信息集成技術的實施是提高壓磚機開發(fā)質量、效率和縮短設計周期的一項關鍵技術。國外一些先進的陶瓷壓磚機生產廠家已開始研究C AD CAE 數(shù)據(jù)信息集成系統(tǒng),并將其置于internet 上,實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享,從而大大提高了壓磚機的研發(fā)能力。國內壓磚機行業(yè)對C AD CAE 技術的研究始于上個世紀90年代中期,但多數(shù)停留在繪圖和簡單有限元靜力學分析上。針對目前我國的現(xiàn)狀,結合先進的計算機信息及網絡技術,對壓磚機CAD C AE 信息集成系統(tǒng)進行研究具有十分重要的理論和現(xiàn)實意義。而數(shù)據(jù)庫的設計是壓

5、磚機C AD CAE 信息集成系統(tǒng)的核心與關鍵,因為它既要解決由于CAD 子系統(tǒng)和CAE 子系統(tǒng)間耦合關系的不緊密而導致壓磚機設計過程中信息脫節(jié)、整體效率不高的問題,又要在技術上實收稿日期:2003-11-15基金項目:江西省工業(yè)重點科技計劃項目作者簡介:肖任賢,男,教授第25卷第2期2004年06月陶瓷學報JOURNAL OF CERAMICS現(xiàn)對異地合作設計的支持1。本文針對江西省工業(yè)重點科技計劃項目!全自動液壓壓磚機C AD CAE 信息集成系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫部分所要實現(xiàn)的功能,對該集成系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的設計與實施進行了研究,提出了該系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計的總體思路及具體的實施方案。2 壓磚機數(shù)據(jù)庫的設計

6、在CAD C AE 系統(tǒng)之間通過開發(fā)前處理器和后處理器架橋,僅解決了現(xiàn)有系統(tǒng)之間信息交換問題,而建立以工程數(shù)據(jù)庫為核心的C AD CAE 信息集成系統(tǒng)是先進制造的最終目標。用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)對整個企業(yè)的數(shù)據(jù)進行組織、存儲和管理,是實現(xiàn)集成信息管理系統(tǒng)的先決條件 2-3。2.1 數(shù)據(jù)信息的需求分析壓磚機C AD CAE 信息集成的內容主要包括:(1三維產品零部件模型與二維工程圖紙之間的信息集成;(2CAD 三維模型數(shù)據(jù)與下游的分析和加工模型之間的信息集成,在進行有限元分析時,可以直接利用CAD 生成的三維實體模型提取幾何、材料等信息;(3企業(yè)內部各種設計資料、設計計算結果等的查詢與統(tǒng)一管理。這些資

7、料大多以文檔的形式存儲在計算機網絡中,以供各種設計人員參考查詢 4。 對于在壓磚機設計時由CAD 系統(tǒng)生成的圖形文件,各C AD 子系統(tǒng)內部都有相應的數(shù)據(jù)管理功能,CAD C AE 信息集成系統(tǒng)無法也沒有必要對圖形中的每個元素分別進行管理,而只需將圖形文件的整體、零部件的基本屬性和特征等數(shù)據(jù)存放到數(shù)據(jù)庫中進行管理;VRML(Virtual Reality Modeling Language圖形既能夠將模型的三維信息傳遞給網上的用戶,又能防止工程數(shù)據(jù)的泄露。為了使設計人員在獲取C AD 模型數(shù)據(jù)前能對目標對象具有一個初步的認識和判斷,需要提供VRML 圖形文件;為了和其它使用不同CAD 軟件的人

8、員進行模型數(shù)據(jù)交流,還應該提供為不同C AD 軟件都能識別的中性文件(如STEP 文件和DXF 文件等;數(shù)據(jù)庫內還必須保存壓磚機零部件的件名、件號、版本號等信息,以便能夠快速地檢索到相應的數(shù)據(jù)。針對壓磚機的具體C AD 數(shù)據(jù)信息,歸納其需求清單有:件號、件號、父件號、版本號、CAD 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)、在對壓磚機進行有限元分析時,C AE 應用程序所產生的數(shù)據(jù)文件往往數(shù)據(jù)量都比較大,而且只有在該數(shù)據(jù)文件的生成環(huán)境下才會獲得清晰的結果,因此,對這樣的數(shù)據(jù)文件作為一個整體來進行管理比較方便。CAE 分析人員對一個新的CAD 模型進行分析時,需要在數(shù)據(jù)庫里查找到該部件及在參照機型上典型載荷,而且在對新的模型進

9、行了分析計算后,還需要調出參照機型中對應模型的分析結果來進行比較判斷。最后,為了使設計者在早期對所設計的構件的動態(tài)特征有所把握,C AD 工作人員應能從數(shù)據(jù)庫獲取C AE 人員對參考壓機構件及設計模型的動態(tài)分析信息,因此,數(shù)據(jù)庫中應存有C AE 分析結果說明文件。在壓磚機制造企業(yè)內部,不同部門的管理人員的信息需求雖然有所差異,但部分信息的需求是相似的。比如,管理人員想知道某部件是由哪些人設計的,在什么時間設計的,以及這些人員的相關信息等。管理人員需求說明清單如下:件名、件號、設計時間、設計人工號、設計人姓名、設計人所屬部門、設計人職務、電話號碼、E-mail 地址等。2.2 數(shù)據(jù)庫結構設計產品

10、拓樸結構是由產品的零部件按照裝配關系組成的樹形結構。由于裝配關系是產品零部件間最基本的關系,在拓樸關系上類似于父子關系,因此,可將組成同一產品零部件的圖紙及相關的技術資料按裝配關系組織起來,形成產品圖紙及技術資料結構樹,該結構樹可通過數(shù)據(jù)庫來表達 5。針對壓磚機這一特定產品,其E-R 數(shù)據(jù)模型關系如圖1所示。由圖可知,這圖1 壓磚機一般E-R 關系圖Fi g.1 The general E-R relation diagram of hydraulic press圖2 壓磚機主機樹狀E-R圖Fig.2 The dendriform E-R diagram of the mainframe of

11、 the hydraulic press圖3 數(shù)據(jù)庫表結構的關系Fi g.3 The structure and relation of the database table是一種復雜的網狀關系,這種原始網狀結構無法在關系數(shù)據(jù)庫中表達實現(xiàn),所以在用關系型數(shù)據(jù)庫表示之前,還需要將其轉變?yōu)闃錉铌P系。以壓磚機的主機結構為例,可按其裝配層次表達成如圖2所示的樹狀E -R模型。關系型數(shù)據(jù)庫不是按層次來存儲數(shù)據(jù)的,數(shù)據(jù)間的層次關系要用紀錄間的關系來實現(xiàn)。在得到樹狀E -R模型后,還需通過數(shù)據(jù)庫表記錄之間的關系來定義約束。因此在壓磚機數(shù)據(jù)庫中將具體的表屬性及其關系定義如圖3所示。(1C AD信息表存放零部件

12、的相關信息,包括層次信息、版本信息和一些模型的地址信息。其中件號和父件號共同構成了零部件之間的層次關系,數(shù)量指該件裝配在父件上的數(shù)量。機型、件號、父件號和版本號共同構成了該表的主鍵,而CAE模型號、設計人和設計組組號為外鍵,分別指向CAE信息表、人力資源表和設計組表。(2C AE信息表存放相關件或相關總成的有限元模型、DB文件地址和分析結果等信息,包括對該件的靜態(tài)和模態(tài)分析信息,其中C AE模型號為該表的主鍵。(3設計組表、人力資源表和人員分配表存放工作組及其成員的信息,以便能隨時組建新的設計組或添加新的工作人員。(4機型表存放了現(xiàn)有機型的描述性信息,并為設 計開發(fā)新機型保留了空間。2.3 數(shù)

13、據(jù)庫安全設計數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的安全性就是指未經授權的用戶不能登錄該系統(tǒng),不能使用相應的數(shù)據(jù),不能執(zhí)行相應的操作。為了保障系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的安全,對數(shù)據(jù)庫預設了三種角色。(1Admin 具有最高權限,可以完成數(shù)據(jù)庫管理員的所有任務,并可修改系統(tǒng)數(shù)據(jù)結構和應用程序。(2user 可登入數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)的插入、修改、刪除等工作,但不能改動數(shù)據(jù)庫的結構,不能重新編譯應用程度,除非獲得授權。(3Guest 可對數(shù)據(jù)庫相關信息進行瀏覽,但除非通過應用程序,否則不能登入數(shù)據(jù)庫。另外在數(shù)據(jù)庫應用程序方面,還設置了#瀏覽和#下載兩種權限。擁有瀏覽權限的用戶可通過Web 界面看到數(shù)據(jù)庫內的可見信息;擁有下載權限的用戶可以通過

14、Web 下載相關件的Step 文件、有限元分析結果文件等。3 壓磚機數(shù)據(jù)庫的實施3.1 壓磚機C AD CAE 信息集成系統(tǒng)總體方案在我國目前的現(xiàn)實情況下,把壓磚機制造企業(yè)內部各部門中的異構CAD 和C AE 系統(tǒng)進行集成,并通過異地合作設計研發(fā)方式把壓磚機制造企業(yè)與大專院校、科研院所聯(lián)合起來進行新型壓磚機的開發(fā)設計,將對我國壓磚機設計水平的提高起到重大作用。因此,在開發(fā)設計壓磚機C AD CAE 信息集成系統(tǒng)時,采用以PD M 為核心的基于并行工程的集成方式,利用目前十分先進的WEB 技術,我們開發(fā)出了基于WEB 的壓磚機CAD C AE 信息集成系統(tǒng)的體系,體系結構如圖4所示。 圖4 全自

15、動液壓壓磚機C AD CAE 信息集成系統(tǒng)總體方案Fig.4 The overall scheme of the CAD CAE information integration system of the au tomatic hydraulic press在此壓磚機信息集成系統(tǒng)中采用了大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)Oracle9i 作為后臺數(shù)據(jù)庫,前臺以JAVA 為工具開發(fā)Web 用戶界面,前后臺通過JDBC(Java Database Connect進行連接,使得用戶可以方便的通過Internet Intranet 進行多種功能的查詢。3.2 數(shù)據(jù)庫在結構化查詢模塊中的實施結構化查詢模塊給用戶提供了簡

16、潔方便的樹形結構的查詢方式。樹形結構層次的安排按照#總成%部件%零件的方式逐級展開。用戶用鼠標點擊樹形菜單可以展開或收縮總成,單擊要查詢的總成或零件就可以得到該件的各類信息,如圖5所示。當用戶點擊左邊樹形菜單中的某一零部件后,客戶端通過JDB C 向數(shù)據(jù)庫發(fā)出對該件的查詢請求,數(shù)據(jù)庫服務器接收到這個請求后,首先驗證該用戶是否具有對該件的查詢權限,如果確定該用戶具有相應的權限就會在數(shù)據(jù)庫表紀錄中找到與該件相關的C AD 圖5 結構化查詢界面Fig.5 The structural i nquiry interfaceCAE 信息,然后再通過JDB C 把這些信息傳遞到客戶的瀏覽器端。用戶根據(jù)需要

17、點擊右邊界面上的菜單就可以顯示或下載VRML 圖、二維工程圖、有限元模型、分析文檔等相應的信息。3.3 數(shù)據(jù)庫在可視化查詢模塊中的實施可視化查詢模塊主要由兩部分組成:圖形顯示與查詢模塊和數(shù)據(jù)庫查詢與數(shù)據(jù)顯示模塊。前者的主要功能是顯示壓磚機總成和部件的分解圖,并且當用戶在圖形上選擇零部件進行查詢時發(fā)送消息給數(shù)據(jù)庫查詢與顯示模塊。后者的主要功能是根據(jù)用戶的需要對數(shù)據(jù)庫進行查詢并將查詢結果顯示到頁面上。圖6為KD4800主機的可見化查詢模塊界面。在此模塊中,根據(jù)壓磚機的裝配關系來定義和組織最初的圖形和數(shù)據(jù),它首先收集與壓磚機裝配關系表示有關的圖形,同時定義與這幅圖相關的屬性,如定義上下層關系,該層可

18、查詢的信息等。然后將這些屬性連同圖形文件一起記錄下來形成圖形的記錄文件,以供查詢定義時所用。當用戶點擊左邊分解圖中的某一零部件時,就向數(shù)據(jù)庫端發(fā)出了對該件的查詢請求,數(shù)據(jù)庫端在驗證 圖6 可視化查詢界面Fig.6 The visual inquiry interface!陶瓷學報 2003 年第 2 期 107 圖 7 機架查詢界面 Fig . 7 The inquiry interface of the frame 了用戶身份后, 首先從圖形記錄文件中了解該圖形所 對應的屬性, 然后根據(jù)屬性從數(shù)據(jù)庫中找到相應的數(shù) 據(jù), 再通過 JDBC 將這些數(shù)據(jù)信息傳回到用戶端, 同時 在用戶瀏覽器顯示出下一級的可視化查詢界面。圖 7 為點擊主機機架后出現(xiàn)的 界面。通過這 樣的逐級查 詢, 用戶同樣可以得到壓磚機