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波紋管式換熱器參數化繪圖的研究

點擊:1893 日期:[ 2014-04-26 22:43:02 ]
于 斐 【摘要】提出采用參數化繪圖方法實現計算機自動繪制波紋管式換熱器圖形,主要介紹參數化繪圖及波紋管式換熱器參數化繪圖軟件的開發。 敘詞:換熱器 參數化繪圖 生命期 模塊 一、前  言   在當前激烈的市場競爭中,產品的質量、成本和交貨期已成為影響企業競爭力的三個決定性因素。大量工業實踐表明,產品設計對產品質量、成本和交貨期有決定性的影響。應用CAD 技術可以縮短產品的設計周期,提高設計質量,降低成本,是提高產品競爭能力的一項關鍵技術。計算機繪圖是利用計算機進行輔助設計的一個重要手段,因此采用參數化繪圖方法來改變傳統的手工繪圖方式。它實現使用者一次輸入數據,計算機自動繪制波紋管式換熱器總裝圖或零件圖,它把設計人員從繁瑣的重復性繪圖工作中解放出來,大大減輕了設計人員的勞動強度,縮短了產品的設計周期,提高了設計質量。 二、參數化繪圖   交互式繪圖和參數化繪圖是實現計算機圖形輸入和繪制的兩種重要手段,其使用場合有所不同。前者是把大量的圖形信息輸入到計算機內,簡單地說,就是用鼠標器點取繪圖命令,在屏幕上一點一點地繪制出圖形,是一種低級的工作方式。它能十分方便地對現有圖形作局部修改,但用作圖形輸入,特別是對較復雜的圖形輸入則效率很低;后者是把圖形要素編制成程序輸入到計算機內,雖然編制程序的過程十分復雜,但使用起來特別方便。它適用于結構形式基本固定而結構尺寸參數變化的圖形輸入。   參數化繪圖方法的實質,就是將圖形信息記錄在程序中,它用一組變量記錄圖形的幾何參數(如點的坐標) ,用賦值語句記錄幾何參數與結構參數(如圖形的長、寬等) 之間的聯系,然后再用一系列調用語句來描述圖形的拓撲關系。為了實現參數化繪圖,需要建立一個計算機圖形軟件系統。應用這個系統可以簡化設計應用程序的編制,并能方便地應用計算機程序實現圖形的輸入和輸出。   建立一個圖形系統可以有三種方式: (1) 設計專用圖形語言; (2) 修改高級程序設計語言,使其具有圖形處理的功能; (3) 建立圖形設計程序包。   前兩種方式都需要用低級或高級語言重寫一個編譯器或修改主語言的編譯器。一般來說,修改或者重寫一個編譯器的工作量是很大的,而且圖形設計過程并非簡單數據處理過程,還包括許多文件結構和存儲結構的問題,從而使上述工作的復雜性大大增加。   因此,該項目采用第三種方式,即建立圖形設計程序包,其基本思想是選擇一種合適的高級程序設計語言作為主語言,在此語言中擴展一系列的過程調用,以實現圖形設計工作。在這種情況下,用戶編寫的圖形描述程序由兩部分組成:一是主語言語句,二是主語言中擴展了的過程調用語句。在擴充某種高級語言使其具有圖形處理功能時,最好能利用已有的較成熟的圖形軟件。圖1 表示以AutoCAD 圖形軟件作為圖形設計程序包的支撐軟件的原理圖。   該圖形設計程序包依照AutoCAD 繪圖命令格式,設計了一系列的繪圖子程序(如繪直線、繪剖面線、標注尺寸及公差、寫漢字等) 。運行繪圖程序,則生成一組可供AutoCAD 執行繪圖功能的命令集,在AutoCAD 的環境下執行該命令集,就能在屏幕上顯示圖形。由此可見,用參數化繪圖方法對系列產品的圖形進行繪制和管理是十分方便的。 三、波紋管式換熱器參數化繪圖軟件的開發   本項目采用Autolisp 語言編程,Lisp 語言是一種計算機表處理語言,是迄今為止人工智能學領域應用最為廣泛的一種程序設計語言,Autolisp 是一種嵌入AutoCAD 內部的一種編程語言,它可以調用各種AutoCAD 命令以生成圖形、調用圖庫、編輯修改。更重要的是它溝通了高級語言計算程序和AutoCAD 繪圖軟件間的相互聯系,使AutoCAD 真正具備了計算機輔助設計功能,所以說Autolisp 是對CAD 系統進行了二次開發的有力工具。   Autolisp 語言又稱為函數式語言,程序編寫在格式上有嚴格的要求,不能有一點的語法錯誤和邏輯錯誤。如果缺少或增加一個括號、空格,那么整個程序都無法運行。在這種情況下,就必須退出繪圖屏幕狀態,執行AutoCAD外部的實用程序,進入文本編輯狀態修改程序。在大多數情況下,Autolisp 所提供的出錯信息并不告訴在哪一個語句出現問題,查找錯誤和排除錯誤非常困難。所以,一個Autolisp 程序需要反復調試幾次甚至幾十次才能運行成功。因此,對于波紋管式換熱器這樣復雜的圖形需要分成若干個子程序,以便于修改。   軟件是抽象的、邏輯性的產品,它的一個特點是邏輯性很復雜。在機械工程中,一臺機器的生命期(即從開始研制機器到機器廢棄不再使用為止) 要經過分析、設計、制造、測試、運行、維護等幾個階段。同樣,波紋管式換熱器參數化繪圖軟件系統的開發也可以分為以下五個階段:分析、設計、編程、測試、運行。前面四個階段又總稱為“開發期,最后一個階段稱為“運行期”。下面簡述開發期各階段的工作 。 1 分析階段 在設計程序之前,首先需要確定波紋管式換熱器參數化繪圖軟件將達到的目標,即使用者一次輸入數據,計算機自動繪制出波紋管式換熱器的總裝圖或零件圖。所以分析階段的基本任務是理解使用者的要求。 2 設計階段   設計階段在分析階段的基礎上建立波紋管式換熱器參數化繪圖軟件系統的結構,這包括數據結構和模塊結構。設計階段又分為總體設計、詳細設計兩步。   總體設計是決定系統的模塊結構。這一步主要考慮以下問題: ①如何將系統劃分成一個個模塊; ②模塊間傳遞什么數據; ③模塊間的調用關系如何。 3 編程階段   編程階段的任務是為每個模塊編寫程序,也就是說將設計階段的想法,轉換成用某種程序語言寫的源程序。   波紋管式換熱器需要編寫以下程序: ①建立標準數據庫; ②將波紋管式換熱器編寫成若干個子程序,有的子程序需要調用一個或兩個數據庫,有的還要調用另一個子程序的數據,即子程序的嵌套。由于每個子程序之間是相互獨立的,為此還要編寫主程序,通過一系列賦值語句、循環語句、條件分支語句來調用所有已調試成功的子程序,從而將所有子程序聯接起來; ③建立數據文件,每個數據后面都用中文加以注釋,使用者可以在原有數據的基礎上進行修改,并最大限度減少使用者輸入數據的數量; ④由于數據文件是以. TXT 為后綴的文本文件,它是獨立存在的,因此需要編寫數據文件與子程序的接口程序; ⑤建立立式、臥式波紋管式換熱器的局部放大圖和焊接節點圖圖庫。   其中焊接節點圖圖庫包括A、B 類焊縫節點、徑向和非徑向接管焊縫節點、帶補強的徑向接管焊縫節點等。將這些圖庫作成以. dwg 為后綴的圖形文件,這樣可以將調用主程序所繪制的總裝圖或零件圖作成塊,插入到以. dwg 為后綴的圖形文件中,從而完成了全部設計。 4 測試階段   在程序編完之后,評定一下它的運行情況,是必要的測試階段。搞計算機的人一般都知道,有些毛病在這時還很難找到,通常是最困難又費時的一步。測試階段的工作量約占25 % ,但通過這樣的測試能極大地提高軟件的質量,讓使用者滿意。 四、結束語   圍繞方式、臥式波紋管式換熱器,開發了參數化繪圖軟件,實踐證明: (1) 技術先進,該軟件突出體現參數化、變量化的設計思想,應用幾何圖學理論和尺寸鏈原理,實現徹底的尺寸驅動; (2) 實用性強,該軟件是針對波紋管式換熱器而開發的,而且已用于產品設計中,這本身就體現了實用性; (3) 標準化程度高,在軟件中放入了化工設備專業最新GB、JB、HGJ 等標準,分別給各子程序調用; (4) 該軟件采用開放式結構,易于擴充,可根據設計者的特殊需要,很方便地進行修改,具有良好的適用性; (5) 軟件采用程控方式,用戶一次輸入數據,程序可自動繪制出總裝圖或零件圖,無須使用者中間輸入數據和中間干預; (6) 用計算機進行繪圖取代了手工工作,原來需要兩天完成的繪圖任務,現在只需2~3h便可完成,大大減輕設計人員的勞動強度,縮短設計周期,減少出錯,提高出圖質量。    
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