基于UG的刮板輸送機CAE分析評價系統設計

張 曄，王學文，丁 華，楊兆建

ZHANG Ye, WANG Xue-wen, DING Hua, YANG Zhao-jian

（太原理工大學 煤礦綜采裝備及智能化山西省重點實驗室，太原 030024）

0 引言

隨著我國機械制造業發展，CAE分析技術已深入工程設計領域，貫穿于產品設計和研發的整個過程[1]，面對極大豐富的CAE數據信息，高效的知識管理與共享至關重要[2]。采用CAD軟件集成數據庫技術對大量復雜數據進行有效管理已成為亟待解決的問題。目前，CAE技術應用日趨廣泛，但要求企業設計人員，掌握有限元軟件完成CAE分析，尚存在一定難度[3,4]?？紤]降低設計人員使用有限元軟件難度，簡化對計算結果的整理和分析過程，開發一個輔助設計人員有效利用CAE分析數據的系統尤為重要。

本文將以UG/NX 7.5為平臺，將NX/Open API與MFC聯合，建立交互界面和*.dll可執行程序，通過SQL Server數據庫管理技術，設計一個與專業知識庫相結合、實用性強的CAE系統。系統將簡化用戶有限元分析操作過程，并可對刮板輸送機CAE分析信息進行管理，降低刮板輸送機知識資源獲取成本，為刮板輸送機智能化設計和提高設計效率提供服務。

1 系統總體設計

從用戶需求出發，CAE分析評價系統主要包括零部件CAE分析前、后處理數據的有效管理和后處理結果的查閱評價。根據以上需求，系統設計采用C/S結構框架[5]，由客戶層和數據層兩部分組成，如圖1所示?？蛻魧又饕o助設計人員完成對CAE信息的讀取、查詢、添加，以獲得所需的設計知識和經驗。數據層主要將刮板輸送機各零部件知識信息通過系統界面存儲到知識數據庫中，方便數據維護。

圖1 系統設計流程

2 數據庫設計

系統以CAE分析類型建庫，庫內包含3個數據子庫（結構靜力學分析數據庫、瞬態動力學分析庫和模態分析數據庫）,各子數據庫以“一級部件名”建表，均由4個數據表組成（機頭/機尾部、機身部、推移裝置、附屬裝置）如圖2（a）所示，每個表中包含的信息有：零件名、單元類型、材料類型等，如圖2（b）所示。以刮板輸送機結構靜力學分析數據庫（庫名GBJ-statics）為例，如表1所示，設定“圖紙代號”為主鍵。

圖2 數據庫結構

表1 結構靜力學分析數據庫數據結構

3 系統平臺的建立

3.1 交互式界面設計

系統界面設計主要運用MFC創建應用程序框架，主控平臺界面包括查詢評價系統入口和數據庫擴展系統入口。進入系統后，可根據需求選擇分析類型（結構靜力學分析、瞬態動力學分析、模態分析）。查詢評價界面由參數輸入區、參數顯示區、圖片顯示區、文字注釋區和分析評價區五個部分組成。數據擴展界面由參數輸入區、圖片顯示區和文字注釋區三個部分組成。

本系統查詢方法包括：精確查詢、模糊查詢和復合式查詢。在精確查詢中，用戶可以選擇一級部件名并輸入圖紙代號；復合式查詢時，用戶可以通過選擇一級部件名、二級部件名、零件名、材料類型中對所查找數據進行多條件限定。刮板輸送機CAE分析關鍵零部件信息如圖3所示。

圖3 刮板輸送機CAE分析關鍵零部件

3.2 關鍵開發技術

1）ADO數據接口技術

由于ADO中的對象是以接口指針形式提供[8]，為便于使用，在CAE工程中添加名為ADOConn的C++類，將ADO對象封裝到數據庫操作類中，實現后臺數據庫訪問。具體步驟為：

(1)ADOConn.h中使用預編譯指令#import引入ADO庫定義文件；

(2)添加指向Connection對象的指針，在ADOConn.cpp 中初始化COM 庫，調用CreatInstance()創建連接對象的實例，調用Open()函數實現與數據源連接；

(3)利用建立好的連接，創建記錄集對象m_pRecordse獲取結果記錄集；

(4)使用完畢后關閉連接釋放對象。

2）注冊動態鏈接庫技術

系統以動態鏈接庫內部UF形式創建編譯，通過添加新文件ug.h和ug.cpp，建立API編程框架。工程主文件ug.cpp，用于放置User Exit函數代碼。選擇UG入口函數ufusr()，在UG/OPEN回調函數中使用MFC類[9]，實現UG調用動態鏈接庫訪問程序。UF程序入口User Exit關鍵代碼如下：

3）圖片數據讀取技術

本文將圖片數據以二進制數據流形式存儲，代替傳統存儲路徑的方式，避免數據分開存儲。在圖片查閱中，以標簽控件為載體，可同時顯示數張圖片。具體讀取過程為：為圖片添加變量m_hBitmap，通過調用AfxGetApp()函數得到工程對象指針，查詢數據時，將數據庫中二進制數據流轉換成位圖，再調用OnPaint()函數完成圖片繪制顯示。

4 實例分析

以圓環鏈和啞鈴銷為例，介紹刮板輸送機CAE分析評價系統的操作過程。首先啟動UG，進入“刮板輸送機數字化設計系統”→“CAE分析子系統”，如圖4所示。

圖4 刮板輸送機CAE分析評價系統主界面

4.1 查詢評價功能

通過右側標簽控件選擇結構靜力學分析，進入系統查詢評價界面，如圖5所示。

第一步：選擇一級部件名【機身部】，二級部件名【刮板鏈】，單擊【查詢】按鈕。參數顯示區顯示零部件CAD信息（零件圖紙代號、所屬部件名和零件名等）和CAE分析前處理信息（零件材料、單元類型和受力情況等）。

第二步：右鍵點擊“GB/T12718-91型圓環鏈”，選中【打開圖片】，在圖片顯示區得到圓環鏈CAE分析后處理數據。

第三步：切換單選按鈕，查詢圖片下方對應的文字信息，使設計人員更直觀的讀懂CAE后處理圖片數據，輔助其進行零部件結構設計。

第四步：輸入最大應力值，選擇材料類型及安全系數，單擊【評價】按鈕，完成材料強度分析，并給出解決方案。

圖5 刮板輸送機CAE查詢評價系統

4.2 數據庫擴展功能

選擇無預應力模態學分析類型，如圖6所示。輸入啞鈴銷零件信息，選擇標簽控件插入對應CAE后處理圖片和文字注釋，單擊【保存】按鈕，等待系統提示“數據保存成功！”。

圖6 刮板輸送機CAE數據添加系統

5 結論

以刮板輸送機CAE分析數據為基礎，運用面向對象的可視化程序設計技術實現了規范統一且具有普遍應用價值的刮板輸送機設計CAE知識管理系統，為用戶提供了基于可視化技術的數據查詢、存儲和設計方案評價等服務。該系統具有可移植性，為其他機械產品的CAE分析評價系統平臺開發提供了技術參考。

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[6]項隆,孫文磊,何連英,等.標準注塑模架快速建模知識管理系統的開發[J].制造業自動化,2013,35(1)：81-84.

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