SAP84的钢结构货架CAD-CAE集成系统的开发

ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ现代制造工程２００９年第ｌ期ＳＡＰ８４的钢结构货架ＣＡＤ／ＣＡＥ集成系统的开发吴小鹏，程国全（北京科技大学机械工程学院物流工程系，北京１０００８３）摘要：采用标准数据库与中性文件的相瓦转换技术、ＡＤ０（ＡｃｔｉｖｅＸＤａｔａ０ｂｊｅｃｔ）技术和ＡｃｔｉｖｅＸ自动化技术集成ＡｕｔｏＣＡＤ的绘图功能、ｓＡＰ８４强大的有限元分析功能和ｗｏｒｄ文字处理功能，对钢结构货架进行强度、刚度和稳定性分析，输出三维网格图、应力频谱图、位移图和ｗｏｒｄ分析报告。

关键词：钢结构货架；ｓＡＰ８４软件；集成ｃＡＤ／ＣＡＥ／ＦＥＡ中图分类号：仍９１．７文献标识码：Ａ文章编号：１６７ｌ—３１３３【２００９）０１删７—０４ＴｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｉｎｔｅｇｒａｔｅｄＣＡＤ／ＣＡＥｓｙｓｔｅｍｏｆｓｔｅｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｒａｃｋｓｂａｓｅｄｏｎＳＡＰ８４ＷＵＸｉａｏ—ｐｅｎｇ，ＣＨＥＮＧＧｕｏ—ｑｕ粕（Ｄｅｐｔ．ｏｆＬｏ画ｓｔｉｃｓＥｎ舀ｎｅｅｎｎｇ，ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，ＣＨＮ）Ａｂｓｔｎｃｔ：Ｗｉ山ＡＤＯ，Ａｃ“ｖｅＸ卸ｔ锄ｔｉｏｎ慨ｈｎｏｌｏ舒柚ｄｃ∞ｖｅ嵋ｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｓｔ锄ｄａｒｄｄａｔａｂａｓｅ锄ｄｎｅｕｔｒａＪｆｉＩｅｓ，ｔｈｅＣＡＤ／ＣＡＥｓｙＢｔｅｍｉｎｔｅｇｒａｔｅｓＡｕｔｏＣＡＤ，Ｍｉｃ联娅ＯｆｆｉｃｅＷｏｒｄａｎｄＳＡＰ８４．ｎｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｓｙｓｔｅｍｃ锄印Ｄｖｉｄｅｈｅｌｐ埘ｔｈｔｈｅｄｅｓｉ印卸ｄ柚ａｌｙｓｉ８０ｆｓｔｅｅｌ８咖ｃｔｕｒａｌｒ：ａｃｋｓ锄ｄ伽ｔｐｕｔ３Ｄｄｍ埘ｎ铲ｏｎｄｉｓｐｌ舵ｅｎ℃ｎｔ０ｆｎｏｄｅｓ柚ｄｓ嘛ｓａｎａｌｙ８ｉｓ０ｆｕｎｉｔｓ柚ｄＷｏ—ａｎａｌｙｓｉｓｒｅｐｏｎ￥．Ｋｅｙ帅ｒ凼：ｓｔｅｅｌｓｔｍｃｔｕ甩ｌｒａｃｋｓ；ＳＡＰ８４；ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＦＥＡ随着仓储物流的不断发展，越来越多的企业运用了钢结构立体货架，然而目前钢结构货架体系的分析方法主要还是采用人丁计算的方式，设计人员主要是依据设计规范对货架的关键组件进行计算分析，而不进行货架结构的整体分析。

这种设计方式计算精度难以保证，且人为影响因素过多，缺乏科学性，从而使得货架在设计、制造以及使用当中都存在着许多不确定性因素，最终造成了对货架结构的强度、刚度和稳定性分析的较大误差。

国内在计算机辅助货架设计和分析方面的研究还十分有限，主要是应用操作复杂的图形软件（如Ａｕ．ｔｏＣＡＤ和Ｐｍ／Ｅ）进行实体造型，然后将实体模型导人到有限元分析软件（如ＡＮＳＹＳ）分析，一般的货架设计人员根本不能快速地进行货架的设计和分析。

鉴于此，本文依据《钢货架结构设计规范ＣＥＣｓ２３：９０》等设计规范，在对货架模型进行分析和简化的基础上，用ＶｉｓｕａｌＢ捌ｃ６．０开发货架ｃＡＤ／ｃＡＥ系统即ＲＦＥＡ（Ｒ且ｃｋＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＡｎａｌｙｓｉｓ）系统，集成ＡｕｔｏＣＡＤ的绘图功能、结构分析通用软件ＳＡＰ８４强大的有限元分析功能和ｗｏｒｄ文字处理功能，为非货架设计专业人员进行货架有限元分析提供了极大的帮助。

１系统的集成框架介绍ＲＦＥＡ系统是一个集成系统，包括货架设计、货架有限元分析和报告输出三大功能模块，操作简单，使用者无需掌握大量复杂的专业软件，就可以轻松完成货架的设计，并进行有限元分析。

ＲＦＥＡ系统中涉及到大量数据，采用ＡＣＣＥＳＳ数据库和中性文件进行各模块问的数据交换，数据库主要有：材料库、方案库、节点单元库和结果库，中性文件有：ｓＡＰＤＡＴＡ、ｓＡＰ＿ＤＡＴＡ．ＫＯＭ和ＳＡＰＤＡＴＡ．Ｆ３０。

系统的集成构架如图ｌ所示。

货架设计模块是为了得到货架的结构、材料和加载参数，这些参数形成方案库，然后根据货架的结构参数进行节点单元的划分，形成节点单元库；货架有限元分析模块利用中性文件ｓＡＰＤＡＴＡ，集成ＳＡＰ８４，４７万方数据现代制造工程２００９年第１期ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ这墨剖Ｆ：＝二＝≥｜＜二＝＝瞳盛望重壅Ｊ雌．￡二＝一ＳＡＰＤＡＴＡｌＬ————．——一一．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．！．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．一货架有限元分析ＳＡＰＤＡＴＡ．ＫｏＭ｜｜ＳＡＰＤＡＴＡ．Ｆ３０结果库报告输出ｆ篓芒叫例Ｉ三丝里山Ｕ刿图ｌＲＦＥＡ系统的集成构架并进行有限元分析，得到节点的位移数据ＳＡＰＤＡ－’ｒＡ．ＫＯＭ和单元的应力数据ＳＡＰＤＡＴＡ．Ｆ３０；报告输出模块输出ＡｕｔｏＣＡＤ三维图形（网格图，位移图，应力频谱图）和Ｗｏｒｄ分析报告。

２钢结构货架ＣＡＤ／ＣＡＥ系统的集成技术２．１ＡＤＯ及ＡｃｔｉｖｅｘＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ技术ＲＦＥＡ系统中涉及到大量的数据，数据库主要有四个：材料库、方案库、节点单元库和结果库，使用ＡＤＯ技术对数据库进行查找、删除、插入和更新。

材料库记录所有可能用到的产品系列、规格和各种可用材料信息；方案库记录每个项目、方案的详细设计参数，包括结构、选材和加载信息；节点单元库记录节点单元的空间位置信息；结果库记录每个方案有限元分析的结果，包括所有节点的位移信息和所有单元的应力信息。

ＡＤＯ是一个用于存取数据源的ＣＯＭ（ＣｏｍｐｏｎｅｎｔＯｂｊｅｃｔＭｏｄｅｌ＋）组件。

它提供编程语言和统一数据访问方式ＯＬＥＤＢ的一个中间层，允许开发人员编写访问数据的代码时不用关心数据库是如何实现的，而仅关心到数据库的连接。

本系统访问数据库的时候，返回数据集使用Ｒｅｃｏｒｄｓｅｔ对象，执行特定的ＳＱＬ命令使用Ｃｏ加ｅｃｔｉｏｎ对象。

ＲＦＥＡ系统开发过程中，采用ＡｃｔｉｖｅＸ自动化技术来集成相关应用软件的功能（ＡｕｔｏＣＡＤ的绘图功能和ｗｏｒｄ文字处理功能），提高开发的效率和质量。

基于ＡｃｔｉｖｅｘＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ技术可以在自己的应用程序中控４８制另一程序，把另一程序当作对象来操纵。

具体的实现方法是在ＶＢ中引用ｗｏｒｄ对象库和ＡｕｔｏｃＡＤ类库，新建对象，使用对象的相关属性和方法对ｗｏｒｄ文档和ＡｕｔｏｃＡＤ文档进行操作。

２．２集成ＳＡＰ８４的技术ＳＡＰ８４是北京大学力学与工程科学系开发的结构分析通用程序。

ＲＦＥＡ系统集成ＳＡＰ８４以完成有限元分析功能。

由于ＳＡＰ８４不支持ＡｃｔｉｖｅＸ自动化服务功能（ＡｃｔｉｖｅＸＡｕｔｏｍａｔｉｏｎＳｅｎｒｅｒＣａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ），所以不能使用ＡｃｔｉｖｅｘＡｕｔｏ眦ｔｉｏｎ技术集成ＳＡＰ８４的有限元分析功能。

ＲＦＥＡ系统采用可视化开发工具ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ６．０进行开发，在ＶＢ中利用ＳｈｅＵ函数执行一个ＥＸＥ文件，Ｓｅｎｄｋｅｙｓ语句将一个或多个按键消息发送到活动窗口，ＡｐｐＡｃｔｉｖａｔｅ语句将焦点移动到命名的应用程序或窗口。

综合运用这三个语句就可以完成对ＳＡＰ８４的集成，具体实现方法如下。

Ｐｒｉｖ砒ｅＳｕｂＳＡＰ－Ｃａｌｃｕ（）‘ＳＡＰ８４初始化文件的准备ＳＡＰＩＩｌｉ‘模块变量ＭｙＡＰｐＩＤ表示ＳＡＰ８４主程序的任务ＩＤ‘模块变量ＳＪ”一ＰａｔＩｌ表示ｓＡＰ８４主程序的路径ＭｙＡｐｐＩＤ＝Ｓｈｅｕ（Ｓ耻Ｉ．ＰＢｔｈ，１）‘激活Ｔｉ啦ｒ２Ｔｉｍｅｌ２．Ｉｎｔｅ眦ｌ＝３００ｌｏＥｎｄｓｌｌｂ蹦ｖａｔｅＳＩｌｂＴｉⅢｅｒ２Ｊｉｍｅｒ（）‘设置ｓＡＰ８４关闭时间Ｔｉｍｅｒ３．Ｉｎｔｅｎｒａｌ＝ｌⅨ）ｏ・Ｃ【』Ｉｇ（ＳＡＰＣａｌ—Ｔｉｍｅ）Ｔｉｍｅｒ２．ＩＩＩｔｅｎ赳＝０‘激活Ｓ艄主程序窗口ＡｐｐＡｅｔｉｖａｔｅＭｙＡｐｐＩＤ‘向Ｓ仙８４主程序传输计算命令ＳｅｆｌｄＫｅｐ”’“，ＴｈｅＥｎｄＳｕｂＰｒｉｖａｔｅＳＩＩｂＴｉ咖ｒ３．，ｎ眦ｒ（）‘激活ＳＡＰ８４主程序窗口ＡｐｐＡｃｄｖａｔｅＭｙＡｐｐＩＤ‘关闭ＳＡＰ８４主程序ｓｅｎｄＫｅｙ８“％｛Ｆ４ｌ”，１．ⅢｅＥｎｄＳｕｂ２．３中性文件和标准数据库的转换技术ＲＦＥＡ系统货架设计模块得到的是货架的模型参数，包括结构、材质和加载模型的参数，这些参数都存储在标准的ＡＣＣＥＳＳ数据库中。

货架的结构模型参数转换为节点单元信息数据，该数据也存储在标准的圜架计贷设万方数据ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ现代制造工程２００９年第１期ＡＣＣＥｓＳ数据库中。

ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ６．Ｏ使用ＡＤＯ技术读取数据库中的模型参数数据，按照特定转换算法将货架的结构模型参数转化为节点单元数据，并存储在节点单元库，算法如下。

１）针对不同构件定义单元片段，该单元片段是整个货架单元中连接在一起的部分单元，通过平移单元片段可以遍历货架中所有的同类型单元构件。

２）分析单元片段中节点间Ｘ、ｙ、Ｚ坐标的关系，根据定位起始节点，确定其他节点和定位起始节点间的坐标变换公式。

３）定义节点生成顺序规则，生成单元片段中所有节点的Ｘ、ｙ、Ｚ坐标。

４）定义单元生成顺序规则，分析单元片段中单元起始节点编号和终止节点编号间的关系，确定转换公式，生成片段中所有单元的信息。

５）定义单元片段在货架网格中的坐标平移规则，确定单元片段间的坐标变换公式。

６）单元片段遍历货架网格中的所有同类型的单元，每平移一次重复步骤１）一步骤４）。

７）排除重复的节点，对所有节点和单元进行重新编号。

用Ｏｐｅｎ语句打开中性文件进行Ｌ／Ｏ操作，按照格式生成ＳＡＰ８４需要导入的中性数据文件ＳＡＰＤＡＴＡ。

ｓＡＰ８４分析完毕后，输出关于节点位移信息的中性文件ＳＡＰＤＡＴＡ．ＫＯＭ和关于单元应力信息的中性文件ｓＡＰＤＡＴＡ．Ｆ３０，使用Ｏｐｅｎ语句打开中性文件并进行Ｌ／Ｏ操作，按照特定解析算法提取数据，算法如下。

（１）将中性文件分成１一ｎ个文本块。

（２）定位到文本块１，通过语义分析定位数据片段。

（３）根据数据片段的组织结构，读取第一行到字符串，分离字符串到二维数据表的同一行不同列。

（４）重复步骤（３），直到数据片段的所有行都被分离。

（５）重复步骤（２）一步骤（４），处理余下的文本块２～ｎｏ最后把数据存储到标准的ＡＣＣＥＳＳ数据库的结果库中。

３钢结构货架ＣＡＤ／ＣＡＥ系统的实现３．１货架设计货架设计模块即前处理，包括结构选型、材料选型、加载信息、生成数据文件和生成三维网格图五个部分。

本模块的操作是收集货架结构、受力和材料方面的数据，这样系统才能进行后续处理，否则系统会出现错误。

这里，以驶入式货架为例说明如下。

３．１．１结构造型１）总体尺寸设计（层、列、排、长、宽、高等）。

２）立柱框架设计（结构、形状、尺寸等）。

３）加强区设计（背部拉杆、水平拉杆、顶部拉杆等）。

３．１．２材料选型１）立柱选型。

货架企业的立柱一般受到喷涂线和厂房高度的限制，最长为１０ｍ左右，而实际中货架高度可能超过最高生产能力，需要通过立柱连接件连接。