应用工程数据库开发CADCAE集成系统方案

应用工程数据库开发CAD/CAE!成系统 详细介绍了工程数据库的设计、 体系结构、 工作原理及访问实现 , 并给出了工程 应用实例。应用工程数据库原理在 CAD系统中创建的参数化实体模型，可导入 CAE系统中,从而实现CAD/CAE系统的集成,可极大提高CAE的建模效率。应用 工程数据库技术对提高 CAD/ CAE 效率及并行工程有重大意义。引言CAD 技术主要用来加快设计速度 , 缩短设计周期 , 改进产品的造型和工 程绘图质量，减轻设计人员负担，为数字加工奠定基础。CAE主要是指用计算机 分析工程或产品性能与安全可靠性 , 模拟其未来的工作状态和运行行为 , 及早 发现设计缺陷 , 对产品进行优化设计 , 并证实未来工程、产品功能和性能的可用 性与可靠性。其核心理论是基于现代计算力学的有限单元分析技术。CAD软件在创建零部件实体模型方面具有强大的功能,凭借CAD软件 的开放性结构 , 通过工程数据库进行参数化实体建模 , 可以方便快捷地创建系 列化的模型，用户可以通过修改几何参数方便地修改实体模型。CAE软件大都提供了建模功能，但其建模效率远远低于CAD在CAE优化设计中需要对分析模型 不断地进行优化、修改、分析、再优化、修改 , 及对系列化零部件的分析 , 其建 模工作量之大简直不可想象。因此，实现CAD软件与CAE软件之间基于统一工程数据库的几何模型 的共享,使CAD软件取代CAE软件的建模模块,是解决CAE建模困难、提高分 析效率的理想方法。因此研究开发基于统一工程数据库的CAD/ CAE集成系统具有重大意义。工程数据库的设计工程数据库是用于存储工程数据的仓库 , 利用工程数据库管理系统 , 在 程序中能方便地进行数据交换 , 工程设计时可以方便地管理和存取工程设计信 息, 并对它们进行有效的查询、插入、删除和更新。在 CAD/ CAE 系统中使用数 据库来管理工程数据 , 便形成以工程数据库为核心的系统体系结构 , 它是通过所 有应用程序对 1 个公用的数据库存取数据而得到的 1 个集成系统。使用数据库管理系统主要有两个优点 : 一是数据的组织、存储和管理与 应用程序严格分开 , 不受应用程序的影响 ; 二是便于扩展现有的应用系统和开 发新的应用系统。几何参数数据库是零部件CAD系统绘图的基础和数据来源，在进行实 体建模以前，首先要创建和设置数据库。Access是Microsoft公司推出的功能强大的面向对象的智能关系型数 据库,其操作界面友好,数据处理和查询速度快,且具有access数据库驱动 程序,能通过ODBC API为应用程序服务。Access数据库的数据类型包括数值 型、字符型、字符串型、日期型、图表和图形等不同类型的数据，能满足零部件几何参数库中的数据类型要求。因此笔者采用Access数据库创建了零部件数据 源hedata.mdb ,容包括需进行有限元分析的各种标准零部件的几何结构参数。 图1为笔者建立的hedata.mdb数据库中某部件的几何结构数据。国1 hethia. mdb数惟阡中的几何结构数抵Access数据库提供ODBC数据互连接口 ,在创建数据库hedata1mdb后, 在控制面板中设置数据源管理器,使得Windows操作系统的数据库管理系统 DBMS! Access数据库驱动程序相连接,从而为实现三维造型系统通过ODBC数 据库接口访问数据库hedata1mdb作准备。ODBC数据库访问的实现开放式数据库互连 ODBC (Open Database Connectivity) 是微软公司提出的一个标准应用编程接口 API ,对数据库底层做了封装，为客户端应用程序 与服务器端各种数据库的连接提供了双向通用接口。应用程序用SQL数据库查询语言通过ODBC及为ODB所设计的驱动程序，将客户端应用程序发生的SQL 语句“翻译”成各种数据库自身的数据库操作，同样各种数据库也可以沿原路 将执行结果返回给应用程序，从而完成对数据库的任务请求。1 ODBC及其体系结构ODBC是关于开放数据库互联的标准，是一种可以用于不同DBMS中存 取数据的标准接口。它要求各应用程序通过标准的SQL语言访问数据库。ODBC要求SQL应用程序必须通过ODBC驱动管理器使用特定的ODBC驱动程序访问相 应的数据库。ODBC驱动程序是一个可以被应用程序调用的动态库DLL (Dy namicLink Library),用户应用程序可以存取具有ODBC驱动程序支持的任何数据源。在VC+ +环境下，ODBC使用动态库DLL实现应用程序与数据库的互联。 ODBC结构是层次化的,由应用程序、驱动程序管理器、数据库驱动程序和数据 源等部件组成。应用程序通过ODBCAPI与ODBC驱动程序管理器进行交互。ODBC 驱动程序管理器是一个共享的程序库管理器,称为ODBC32.DLL它把应用程序的 调用分配给1个或多个数据库驱动器。ODBC32.DLL可装载或卸载驱动器、检查 状态、管理多个应用程序和数据源之间的联系，如图2所示。图2 ODBC的程序结构2 ODBC的工作原理ODBC是基于DLL方式的,ODBC32.DLL统一管理所有的特定数据库的驱 动器。ODBC的实现采用动态库(DLL)技术，在系统运行时被动态装入和连接。 ODBC32.DL通过ODBC32.INI文件中的数据源了解到对某个数据库应当采用具体 的驱动程序。数据源是ODBC32.INI文件基本的信息单位，每个数据源对应一个 数据库驱动器。ODBC32.INI文件中存放着各个数据源及信息。每个数据源包括 数据源名称、数据源描述、数据库管理系统的类型、数据库文件存放的路径、该 数据库管理系统的驱动程序、数据库文件的后缀模式。ODBC提供整套应用程序设计接口 （API）,包括1个功能强大的函数调用 库,1组错误代码和在DBMS访问数据库的1个标准SQL语法。通过对ODBC API函数库的调用，用户可以设计应用程序与数据库的接口 ，直接建立针对不 同DBM之间的连接,由此,可以将SQL语句传递到DBMS中,并返回最终结果 集。ODBC通过一系列的句柄实现对数据库的管理和控制。环境句柄为ODBC应用程序设置初始化环境，连接句柄用来建立ODBC驱动器到数据源的组合关 系,语句句柄是ODBC API的真正任务承担者,用来处理SQL语句及目录函数。 ODBC应用程序运行的基本步骤为：分配ODBC环境;分配1个连接句柄； 与1个数据资源相连；执行SQL语句；取回查询结果；取消与数据资源 的连接；释放ODBC环境。具体流程如图3所示。3 ODBC 6的帀诘与释程3 三维造型应用程序对数据库访问的实现根据ODBC工作原理和句柄的申请释放过程,运用VC + +编程技术和 ODBCXPI开发了零部件实体造型系统对 hedatalmdb数据库的访问接口 ,为零部 件实体造型系统参数化建模奠定数据基础。在ARX环境下,用户调用数据库接口访问hedata.mdb ,实现三维实体 造型：读取数据库、显示读取数据库和设置运行数据。读取数据库即从数据库 hedata.mdb中读取数据，将数据存放缓冲区；显示读取数据库即将读取的数据 库的几何参数传送至前台，供用户调用；设置运行数据即将用户选择的几何数 据传送至后台，参加实际建模过程。当用户调用实体造型程序时，ODBC数据库访问接口通过DBM数据库管理 系统访问hedata.mdb数据库中的数据，调用成功后，在AutoCAD的提示框中将 显示“ODBC初始化成功！” ,并将其数据显示在下拉列表框中，供用户调用。CAD/ CAE数据传输接口技术CAD模型数据传入CAE软件的方式有两种：一是通过专用数据接口传递 在该方法中,CAE程序可与CAD程序“交流”后生成与CAE程序兼容的数据格 式；另一种是通过标准图形格式传递,目前流行的图形标准由IGES SAT和 ParaSoild 等。笔者采用ANSYS乍为CAE分析软件,AutoCAD作为CAD软件。两软件 都有相同的SAT格式数据传输接口 ,利用AutoCAD二次开发技术创建零部件实 体模型,通过SAT文件接口，该模型可被ANSYS软件所享用，为AutoCAD与 ANSY歎件的集成奠定基础,如图4所示。-1(:旺fl图4客部件C AD系统与直软件之间的檢型传输结束语几何参数以数据库的形式存放，具有较高的数据独立性，应用程序和数 据结构间的依赖程度小，用户在数据库中修改参数，而不必修改应用程序，三维 造型应用程序通过数据库访问接口实现了对数据库的通信。在三维造型系统中运 用ODBC数据库访问技术，实现了三维造型系统对零部件的系列化几何参数的 提取，为零部件的系列化三维造型奠定了数据基础。 通过CAD与CAE系统的数据 传输接口技术,在CAD创建的系列化实体模型可方便地导入 CAE软件中,方便 地实现了 CAD/ CAE 的集成, 大大提高了 CAE 的效率。