工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫開發(fā)與設(shè)計(jì)

1、應(yīng)用工程數(shù)據(jù)庫開發(fā)CAD/CAE集成系統(tǒng)詳細(xì)介紹了工程數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)、體系結(jié)構(gòu)、工作原理及訪問實(shí)現(xiàn), 并給出了工程應(yīng)用實(shí)例。應(yīng)用工程數(shù)據(jù)庫原理在CAD 系統(tǒng)中創(chuàng)建的參數(shù)化實(shí)體模型, 可導(dǎo)入CAE系統(tǒng)中,從而實(shí)現(xiàn)CAD/ CAE系統(tǒng)的集成, 可極大提高CAE 的建模效率。應(yīng)用工程數(shù)據(jù)庫技術(shù)對提高CAD/ CAE 效率及并行工程有重大意義。引言 CAD 技術(shù)要緊用來加快設(shè)計(jì)速度, 縮短設(shè)計(jì)周期, 改進(jìn)產(chǎn)品的造型和工程繪圖質(zhì)量, 減輕設(shè)計(jì)人員負(fù)擔(dān), 為數(shù)字加工奠定基礎(chǔ)。CAE 要緊是指用計(jì)算機(jī)分析工程或產(chǎn)品性能與安全可靠性, 模擬其以后的工作狀態(tài)和運(yùn)行行為, 及早發(fā)覺設(shè)計(jì)缺陷, 對產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),

2、并證實(shí)以后工程、產(chǎn)品功能和性能的可用性與可靠性。其核心理論是基于現(xiàn)代計(jì)算力學(xué)的有限單元分析技術(shù)。 CAD 軟件在創(chuàng)建零部件實(shí)體模型方面具有強(qiáng)大的功能, 憑借CAD 軟件的開放性結(jié)構(gòu), 通過工程數(shù)據(jù)庫進(jìn)行參數(shù)化實(shí)體建模, 能夠方便快捷地創(chuàng)建系列化的模型, 用戶能夠通過修改幾何參數(shù)方便地修改實(shí)體模型。CAE軟件大都提供了建模功能,但其建模效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于CAD。在CAE 優(yōu)化設(shè)計(jì)中需要對分析模型不斷地進(jìn)行優(yōu)化、修改、分析、再優(yōu)化、修改, 及對系列化零部件的分析, 其建模工作量之大簡直不可想象。 因此, 實(shí)現(xiàn)CAD 軟件與CAE 軟件之間基于統(tǒng)一工程數(shù)據(jù)庫的幾何模型的共享, 使CAD 軟件取代CAE 軟

3、件的建模模塊, 是解決CAE 建模困難、提高分析效率的理想方法。因此研究開發(fā)基于統(tǒng)一工程數(shù)據(jù)庫的CAD/ CAE 集成系統(tǒng)具有重大意義。 工程數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì) 工程數(shù)據(jù)庫是用于存儲(chǔ)工程數(shù)據(jù)的倉庫, 利用工程數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng), 在程序中能方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換, 工程設(shè)計(jì)時(shí)能夠方便地治理和存取工程設(shè)計(jì)信息, 并對它們進(jìn)行有效的查詢、插入、刪除和更新。在CAD/ CAE 系統(tǒng)中使用數(shù)據(jù)庫來治理工程數(shù)據(jù), 便形成以工程數(shù)據(jù)庫為核心的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),它是通過所有應(yīng)用程序?qū)? 個(gè)公用的數(shù)據(jù)庫存取數(shù)據(jù)而得到的1 個(gè)集成系統(tǒng)。 使用數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)要緊有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn): 一是數(shù)據(jù)的組織、存儲(chǔ)和治理與應(yīng)用程序嚴(yán)格分開, 不受應(yīng)用

4、程序的阻礙; 二是便于擴(kuò)展現(xiàn)有的應(yīng)用系統(tǒng)和開發(fā)新的應(yīng)用系統(tǒng)。 幾何參數(shù)數(shù)據(jù)庫是零部件CAD 系統(tǒng)繪圖的基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)來源, 在進(jìn)行實(shí)體建模往常, 首先要?jiǎng)?chuàng)建和設(shè)置數(shù)據(jù)庫。 Access 是Microsoft 公司推出的功能強(qiáng)大的面向?qū)ο蟮闹悄荜P(guān)系型數(shù)據(jù)庫, 其操作界面友好, 數(shù)據(jù)處理和查詢速度快, 且具有access 數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)程序, 能通過ODBC API 為應(yīng)用程序服務(wù)。Access 數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)類型包括數(shù)值型、字符型、字符串型、日期型、圖表和圖形等不同類型的數(shù)據(jù), 能滿足零部件幾何參數(shù)庫中的數(shù)據(jù)類型要求。因此筆者采納Access 數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建了零部件數(shù)據(jù)源hedata.mdb , 內(nèi)容包括需進(jìn)

5、行有限元分析的各種標(biāo)準(zhǔn)零部件的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)。圖1 為筆者建立的hedata.mdb 數(shù)據(jù)庫中某部件的幾何結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。 Access 數(shù)據(jù)庫提供ODBC 數(shù)據(jù)互連接口, 在創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫hedata1mdb 后, 在操縱面板中設(shè)置數(shù)據(jù)源治理器, 使得Windows 操作系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)DBMS與Access 數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)程序相連接, 從而為實(shí)現(xiàn)三維造型系統(tǒng)通過ODBC 數(shù)據(jù)庫接口訪問數(shù)據(jù)庫hedata1mdb 作預(yù)備。 ODBC 數(shù)據(jù)庫訪問的實(shí)現(xiàn) 開放式數(shù)據(jù)庫互連ODBC (Open Database Connectivity) 是微軟公司提出的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用編程接口API , 對數(shù)據(jù)庫底層做了封裝,

6、 為客戶端應(yīng)用程序與服務(wù)器端各種數(shù)據(jù)庫的連接提供了雙向通用接口。應(yīng)用程序用SQL 數(shù)據(jù)庫查詢語言通過ODBC 及為ODBC所設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)程序, 將客戶端應(yīng)用程序發(fā)生的SQL 語句“翻譯”成各種數(shù)據(jù)庫自身的數(shù)據(jù)庫操作, 同樣各種數(shù)據(jù)庫也能夠沿原路將執(zhí)行結(jié)果返回給應(yīng)用程序, 從而完成對數(shù)據(jù)庫的任務(wù)請求。 1 ODBC 及其體系結(jié)構(gòu) ODBC 是關(guān)于開放數(shù)據(jù)庫互聯(lián)的標(biāo)準(zhǔn), 是一種能夠用于不同DBMS 中存取數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)接口。它要求各應(yīng)用程序通過標(biāo)準(zhǔn)的SQL 語言訪問數(shù)據(jù)庫。ODBC 要求SQL 應(yīng)用程序必須通過ODBC 驅(qū)動(dòng)治理器使用特定的ODBC 驅(qū)動(dòng)程序訪問相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。ODBC 驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)能夠

7、被應(yīng)用程序調(diào)用的動(dòng)態(tài)鏈接庫DLL (Dynamic Link Library) , 用戶應(yīng)用程序能夠存取具有ODBC 驅(qū)動(dòng)程序支持的任何數(shù)據(jù)源。 在VC + + 環(huán)境下, ODBC 使用動(dòng)態(tài)鏈接庫DLL 實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的互聯(lián)。ODBC 結(jié)構(gòu)是層次化的, 由應(yīng)用程序、驅(qū)動(dòng)程序治理器、數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)程序和數(shù)據(jù)源等部件組成。應(yīng)用程序通過ODBC API 與ODBC 驅(qū)動(dòng)程序治理器進(jìn)行交互。ODBC 驅(qū)動(dòng)程序治理器是一個(gè)共享的程序庫治理器,稱為ODBC32.DLL,它把應(yīng)用程序的調(diào)用分配給1個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)器。ODBC32.DLL 可裝載或卸載驅(qū)動(dòng)器、檢查狀態(tài)、治理多個(gè)應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)源之間的聯(lián)系,

8、 如圖2 所示。2 ODBC 的工作原理 ODBC 是基于DLL 方式的, ODBC32.DLL 統(tǒng)一治理所有的特定數(shù)據(jù)庫的驅(qū)動(dòng)器。ODBC 的實(shí)現(xiàn)采納動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)技術(shù),在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)被動(dòng)態(tài)裝入和連接。ODBC32.DLL通過ODBC32.INI文件中的數(shù)據(jù)源了解到對某個(gè)數(shù)據(jù)庫應(yīng)當(dāng)采納具體的驅(qū)動(dòng)程序。數(shù)據(jù)源是ODBC32.INI 文件內(nèi)差不多的信息單位, 每個(gè)數(shù)據(jù)源對應(yīng)一個(gè)數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)器。ODBC32.INI 文件中存放著各個(gè)數(shù)據(jù)源及信息。每個(gè)數(shù)據(jù)源包括數(shù)據(jù)源名稱、數(shù)據(jù)源描述、數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)的類型、數(shù)據(jù)庫文件存放的路徑、該數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)程序、數(shù)據(jù)庫文件的后綴模式。 ODBC 提供整套

9、應(yīng)用程序設(shè)計(jì)接口(API) ,包括1 個(gè)功能強(qiáng)大的函數(shù)調(diào)用庫, 1 組錯(cuò)誤代碼和在DBMS 上訪問數(shù)據(jù)庫的1 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)SQL 語法。通過對ODBC API 函數(shù)庫的調(diào)用, 用戶能夠設(shè)計(jì)應(yīng)用程序與數(shù)據(jù)庫的接口, 直接建立針對不同DBMS之間的連接, 由此, 能夠?qū)QL 語句傳遞到DBMS 中, 并返回最終結(jié)果集。 ODBC 通過一系列的句柄實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的治理和操縱。環(huán)境句柄為ODBC 應(yīng)用程序設(shè)置初始化環(huán)境, 連接句柄用來建立ODBC 驅(qū)動(dòng)器到數(shù)據(jù)源的組合關(guān)系, 語句句柄是ODBC API 的真正任務(wù)承擔(dān)者, 用來處理SQL 語句及目錄函數(shù)。ODBC應(yīng)用程序運(yùn)行的差不多步驟為: 分配ODBC 環(huán)

10、境;分配1 個(gè)連接句柄; 與1 個(gè)數(shù)據(jù)資源相連; 執(zhí)行SQL 語句; 取回查詢結(jié)果; 取消與數(shù)據(jù)資源的連接; 釋放ODBC 環(huán)境。具體流程如圖3所示。 3 三維造型應(yīng)用程序?qū)?shù)據(jù)庫訪問的實(shí)現(xiàn) 依照ODBC 工作原理和句柄的申請釋放過程,運(yùn)用VC + + 編程技術(shù)和ODBC API 開發(fā)了零部件實(shí)體造型系統(tǒng)對hedata1mdb 數(shù)據(jù)庫的訪問接口,為零部件實(shí)體造型系統(tǒng)參數(shù)化建模奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。 在ARX 環(huán)境下, 用戶調(diào)用數(shù)據(jù)庫接口訪問hedata.mdb , 實(shí)現(xiàn)三維實(shí)體造型: 讀取數(shù)據(jù)庫、顯示讀取數(shù)據(jù)庫和設(shè)置運(yùn)行數(shù)據(jù)。讀取數(shù)據(jù)庫即從數(shù)據(jù)庫hedata.mdb 中讀取數(shù)據(jù), 將數(shù)據(jù)存放緩沖區(qū)內(nèi);

11、 顯示讀取數(shù)據(jù)庫立即讀取的數(shù)據(jù)庫的幾何參數(shù)傳送至前臺(tái), 供用戶調(diào)用; 設(shè)置運(yùn)行數(shù)據(jù)立即用戶選擇的幾何數(shù)據(jù)傳送至后臺(tái), 參加實(shí)際建模過程。 當(dāng)用戶調(diào)用實(shí)體造型程序時(shí),ODBC數(shù)據(jù)庫訪問接口通過DBMS數(shù)據(jù)庫治理系統(tǒng)訪問hedata.mdb 數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù), 調(diào)用成功后, 在AutoCAD的提示框中將顯示“ODBC 初始化成功!”, 并將其數(shù)據(jù)顯示在下拉列表框中, 供用戶調(diào)用。 CAD/ CAE 數(shù)據(jù)傳輸接口技術(shù) CAD 模型數(shù)據(jù)傳入CAE 軟件的方式有兩種:一是通過專用數(shù)據(jù)接口傳遞, 在該方法中, CAE程序可與CAD 程序“交流”后生成與CAE 程序兼容的數(shù)據(jù)格式; 另一種是通過標(biāo)準(zhǔn)圖形格式傳遞,目前流行的圖形標(biāo)準(zhǔn)由IGES、SAT 和ParaSoild等。 筆者采納ANSYS 作為CAE 分析軟件, AutoCAD 作為CAD 軟件。兩軟件都有相同的SAT 格式數(shù)據(jù)傳輸接口, 利用AutoCAD 二次開發(fā)技術(shù)創(chuàng)建零部件實(shí)體模型, 通過SAT 文件接口, 該模型可被ANSYS 軟件所享用, 為AutoCAD 與ANSYS軟件的集成奠定基礎(chǔ), 如圖4 所示。 結(jié)束語 幾何參數(shù)以數(shù)據(jù)庫的形式存放, 具有較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性, 應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)間的依靠程度小,用戶在數(shù)據(jù)庫中修改參數(shù), 而不必修改應(yīng)用