前言：換熱設(shè)備是一種廣泛應(yīng)用子化工、石油、化肥、動力等工業(yè)領(lǐng)域的過程裝備機(jī)械，用來進(jìn)行加熱、冷卻或熱能回收利用等工藝過程。鄭州大學(xué)熱能工程中心所研制的新型縱流殼程換熱器，具有優(yōu)良的傳熱及防流體誘導(dǎo)振動性能，同時具有流體流動阻力小、抗結(jié)垢能力強(qiáng)、使用壽命長、節(jié)材等顯著優(yōu)點(diǎn)。多年來已在百余廠家應(yīng)用，產(chǎn)生了巨大的社會和經(jīng)濟(jì)效益。為適應(yīng)現(xiàn)代設(shè)計(jì)的要求進(jìn)一步推廣應(yīng)用，本中心開發(fā)出了按我國標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的新型縱流殼程換熱設(shè)備智能CAD系統(tǒng)軟件——熱力系統(tǒng)換熱設(shè)備CAD系統(tǒng)（簡稱HECAD系統(tǒng)）。
HECAD系統(tǒng)是基于AutoCAD的二次開發(fā)，旨在實(shí)現(xiàn)換熱設(shè)備工藝、機(jī)械、零部件的一體化和集成化設(shè)計(jì)的軟件系統(tǒng)。它主要分為工藝設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、機(jī)械設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、零部件設(shè)計(jì)子系統(tǒng)、整體繪制總裝圖子系統(tǒng)。HECAD系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)從工藝計(jì)算到繪制圖紙的整個過程中，數(shù)據(jù)庫技術(shù)直接影響著系統(tǒng)的性能與運(yùn)用水平。
一 HECAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)
HECAD系統(tǒng)是一個非常龐大的系統(tǒng)，它的數(shù)據(jù)類型也非常復(fù)雜，大致可分為幾何數(shù)據(jù)、工程材料數(shù)據(jù)、物性參數(shù)數(shù)據(jù)、圖形數(shù)據(jù)、計(jì)算程序所輸出的數(shù)據(jù)等。
幾何數(shù)據(jù)可分為標(biāo)準(zhǔn)幾何參數(shù)和非標(biāo)準(zhǔn)幾何參數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)幾何參數(shù)數(shù)據(jù)主要是指國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的法蘭、墊片、零部件等參數(shù)文件。非標(biāo)準(zhǔn)幾何參數(shù)是指在設(shè)計(jì)中根據(jù)實(shí)際需要所設(shè)計(jì)的、國家或行業(yè)沒有給出具體標(biāo)準(zhǔn)的零部件的參數(shù)。
工程材料數(shù)據(jù)包括常溫強(qiáng)度指標(biāo)、許用應(yīng)力等主要用于機(jī)械設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)。
物性參數(shù)包括一定溫度和壓力下的單組分及混合氣的密度、粘度、比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)，主要用于工藝計(jì)算。
圖形數(shù)據(jù)包括粗糙度、形位公差標(biāo)注等屬性圖塊。
計(jì)算程序所輸出的數(shù)據(jù)包括工藝設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)各模塊計(jì)算輸出的中間結(jié)果、zui終結(jié)果和計(jì)算說明書等。
二 HECAD系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的規(guī)劃與設(shè)計(jì)
換熱設(shè)備設(shè)計(jì)過程為：主要利用數(shù)據(jù)庫中的物性參數(shù)，得出工藝設(shè)計(jì)結(jié)果，并存放到設(shè)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)中；然后在工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，遵循有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并用幾何數(shù)據(jù)、工程材料數(shù)據(jù)等進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，并把設(shè)計(jì)結(jié)果也存放到設(shè)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)中。如果要進(jìn)行模塊拼裝集成的話，就可以根據(jù)從設(shè)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)中讀取的工藝設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)結(jié)果，正確地選擇所需要的零部件和公共模塊。
數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的任務(wù)就是搜集所有設(shè)計(jì)過程中的結(jié)果并在對其進(jìn)行加工處理后交給自動拼裝圖形集成部分，把儲存的設(shè)計(jì)結(jié)果直接用于圖形系統(tǒng)自動集成；同時還可以把數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)返回設(shè)計(jì)結(jié)果，使工藝設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果初始化，重新對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行計(jì)算或校核。外加一個圖形庫管理系統(tǒng)，對系統(tǒng)設(shè)計(jì)出來的圖形進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)對圖形的增加、刪除和查詢等功能。如果遇到相同或相似的工藝過程，可以直接調(diào)出圖形以提供參考。
HECAD系統(tǒng)的工程數(shù)據(jù)庫的思路是：在遵循三級模式多層次工程數(shù)據(jù)庫理論和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)應(yīng)具備的功能基礎(chǔ)上，用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫方法設(shè)計(jì)程序計(jì)算結(jié)果和數(shù)據(jù)庫管理部分；用普通的關(guān)系數(shù)據(jù)庫軟件設(shè)計(jì)管理換熱設(shè)備zui終設(shè)計(jì)結(jié)果的數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)庫管理部分通過MS VC++的ODBC接口用SQI 語言對其進(jìn)行控制。其核心部分規(guī)劃如圖1所示。
2．1 計(jì)算數(shù)據(jù)部分的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)結(jié)果中的數(shù)據(jù)包括工藝設(shè)計(jì)、機(jī)械強(qiáng)度計(jì)算校核等設(shè)計(jì)文檔說明書，設(shè)計(jì)輸入的參數(shù)和設(shè)計(jì)計(jì)算的zui終結(jié)果及大量中間信息。
HECAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)高度的集成和方便用戶，從工藝設(shè)計(jì)子系統(tǒng)開始，在一個子系統(tǒng)中所有模塊需要的參數(shù)，都自動繼承上一模塊計(jì)算所得的參數(shù)。從工藝設(shè)計(jì)過程開始，系統(tǒng)會建立一個工程空間來存儲本次設(shè)計(jì)過程中的數(shù)據(jù)，利用數(shù)據(jù)庫管理部分動態(tài)地與設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，由此實(shí)現(xiàn)包括工藝設(shè)計(jì)在內(nèi)的所有模塊在打開時都會聯(lián)接相應(yīng)的工程空間，自動讀取所需參數(shù)和結(jié)果。
2．2 數(shù)據(jù)庫管理部分的設(shè)計(jì)
數(shù)據(jù)庫管理部分的功能為：與應(yīng)用程序結(jié)果部分的交互，從應(yīng)用程序結(jié)果部分獲取所有數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫中；與用戶界面部分的交互；與問題域的交互，保持問題域各部分?jǐn)?shù)據(jù)的一致性；與關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲部分的交互，使數(shù)據(jù)庫管理部分和與此的各部分?jǐn)?shù)據(jù)協(xié)調(diào)一致。
數(shù)據(jù)庫管理部分的設(shè)計(jì)主要采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和方法，它的具體設(shè)計(jì)建立在問題域所描寫類的基礎(chǔ)上。為了使數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)允許多個用戶、應(yīng)用并發(fā)地共享持久數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)使用并發(fā)控制、存儲管理和優(yōu)化策略。
2．3 系統(tǒng)關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲部分的設(shè)計(jì)
利用ODBC所支持的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，建立起換熱設(shè)備的關(guān)系數(shù)據(jù)庫，需要考慮的主要問題是處理對象模型面向?qū)ο箨P(guān)系數(shù)據(jù)庫模式的映射。對它的設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮其邏輯模式，通過ODBC接口，受系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理部分控制與操作。
HECAD系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)整體上采用面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)方法。關(guān)系型數(shù)據(jù)庫zui為常用，并且技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛，為大多數(shù)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫支持，因此，系統(tǒng)選用了關(guān)系數(shù)據(jù)庫作為整個數(shù)據(jù)庫的存儲基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)對應(yīng)于數(shù)據(jù)庫的邏輯模式設(shè)計(jì)，只是表示集合的邏輯定義。外部模式與邏輯模式之間的接
口是視圖、存儲過程或其他駐存服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫處理程序。設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是針對在抽象出的對象模型中出現(xiàn)的一個應(yīng)用是一個或多個超類對象的子對象，選擇適當(dāng)細(xì)分層次的對象模型將其映射到數(shù)據(jù)庫表中，形成關(guān)系表進(jìn)行存儲。外部模式與概念模式之間的接口越少、越簡單越好，這樣的程序設(shè)計(jì)簡單，數(shù)據(jù)庫和程序都易于維護(hù)。
在系統(tǒng)中，把關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲作為一個單獨(dú)的部分來設(shè)計(jì)，把數(shù)據(jù)庫管理部分看作是基于既存數(shù)據(jù)庫的后端處理，經(jīng)過面向?qū)ο蠊芾聿糠值膶ο蠼?，將對象模型合理地映射到關(guān)系數(shù)據(jù)庫邏輯模式。
三 HECAD系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫
HECAD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要分為工程材料數(shù)據(jù)庫、物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫、零部件幾何參數(shù)數(shù)據(jù)庫和圖形數(shù)據(jù)庫。HECAD系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)是如圖2所示的一種形式，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖中虛框內(nèi)部分所示。
3．1 物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫
在HECAD中，物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫建立以后的主要功能為：計(jì)算或查詢一定溫度和壓力下的氣體組分，高壓下多組分任意組合的混合氣的密度、粘度、比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)，提供程序計(jì)算中所需要的密度、粘度、比熱容和導(dǎo)熱系數(shù)。同時，又提供查詢界面，可以直接輸入流體的狀態(tài)參數(shù)，從而得出流體的物性參數(shù)，作為詞典使用。其人機(jī)交互查詢界面如圖3所示。
在換熱設(shè)備物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫的建立過程中，需要從相關(guān)的工程手冊或設(shè)計(jì)規(guī)范中查找各種數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)往往以線圖或數(shù)表的形式表現(xiàn)，要建立HECAD系統(tǒng)物性參數(shù)數(shù)據(jù)庫。首先必須實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)化，運(yùn)用數(shù)據(jù)處理技術(shù)將人工查找轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD進(jìn)程中的、快速處理。數(shù)據(jù)處理主要有對數(shù)據(jù)進(jìn)行程序化和數(shù)據(jù)庫存儲兩種方法
3．2 工程材料數(shù)據(jù)庫
系統(tǒng)要求工程材料數(shù)據(jù)庫的功能主要是用來查詢《鋼制壓力容器》中板材、管材、鍛件和螺柱等工程材料在常溫、非常溫及高溫下的材料性能參數(shù)。可以由程序直接調(diào)用后把結(jié)果返回程序，也可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立運(yùn)行起到字典作用。工程材料數(shù)據(jù)庫包含兩個人機(jī)交互界面：鋼材許用應(yīng)力及相關(guān)參數(shù)界面和鋼材高溫性能
及相關(guān)參數(shù)界面。界面與圖3相似。
3．3 零部件幾何參數(shù)數(shù)據(jù)庫
在機(jī)械設(shè)計(jì)和零部件設(shè)計(jì)中用到零部件的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)。為實(shí)現(xiàn)零部件設(shè)計(jì)，子系統(tǒng)提供工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)參數(shù)數(shù)據(jù)支持。并實(shí)現(xiàn)對機(jī)械、化工等工業(yè)領(lǐng)域中常用的零部件國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的查詢、修改等管理。內(nèi)容包括有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)準(zhǔn)幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)，如人孔、封頭、支座等等。這部分?jǐn)?shù)據(jù)是換熱設(shè)備零部件數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。換熱設(shè)備零部件大都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化。幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)相對固定，對這部分?jǐn)?shù)據(jù)采用了數(shù)據(jù)庫方式進(jìn)行處理。
3．4 圖形數(shù)據(jù)庫
HECAD系統(tǒng)中的圖形數(shù)據(jù)庫作為一個相對獨(dú)立的數(shù)據(jù)庫，主要用來實(shí)現(xiàn)對圖形的查詢、修改、刪除等操作。本次采用PowerBuilder開發(fā)AutoCAD圖形文件管理系統(tǒng)。使得在處理AutoCAD圖形文件的過程中更方便、直觀。該系統(tǒng)不但可以單獨(dú)使用，也可以作為子系統(tǒng)在CIMS系統(tǒng)中使用}同樣也可以連接在Auto—CAD二次開發(fā)系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化，加強(qiáng)管理功能，完成系統(tǒng)所需的圖形庫管理系統(tǒng)。
四 結(jié)束語
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展。計(jì)算機(jī)在制造業(yè)中的應(yīng)用已從單一的計(jì)算機(jī)繪圖發(fā)展到新產(chǎn)品全過程開發(fā)的集成，以信息流驅(qū)動產(chǎn)品生命周期的全過程，并逐步走向計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）。在這個過程中數(shù)據(jù)庫技術(shù)不僅直接影響著系統(tǒng)的運(yùn)用水平，還將影響今后的系統(tǒng)的擴(kuò)充與集成發(fā)揮。因此。在建立系統(tǒng)時。應(yīng)該認(rèn)真地對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行分析和規(guī)劃，建立一個不僅適合所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，而且數(shù)據(jù)庫要適合擴(kuò)展、面向未來。
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