波纹管式换热器参数化绘图的研究

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-01 原文发表时间:2007-07-02 人气:1

于　斐
【摘要】提出采用参数化绘图方法实现计算机自动绘制波纹管式换热器图形,主要介绍参数化绘图及波纹管式换热器参数化绘图软件的开发。
叙词:换热器　参数化绘图　生命期　模块
一、前　　言
　　在当前激烈的市场竞争中,产品的质量、成本和交货期已成为影响企业竞争力的三个决定性因素。大量工业实践表明,产品设计对产品质量、成本和交货期有决定性的影响。应用CAD 技术可以缩短产品的设计周期,提高设计质量,降低成本,是提高产品竞争能力的一项关键技术。计算机绘图是利用计算机进行辅助设计的一个重要手段,因此采用参数化绘图方法来改变传统的手工绘图方式。它实现使用者一次输入数据,计算机自动绘制波纹管式换热器总装图或零件图,它把设计人员从繁琐的重复性绘图工作中解放出来,大大减轻了设计人员的劳动强度,缩短了产品的设计周期,提高了设计质量。
二、参数化绘图
　　交互式绘图和参数化绘图是实现计算机图形输入和绘制的两种重要手段,其使用场合有所不同。前者是把大量的图形信息输入到计算机内,简单地说,就是用鼠标器点取绘图命令,在屏幕上一点一点地绘制出图形,是一种低级的工作方式。它能十分方便地对现有图形作局部修改,但用作图形输入,特别是对较复杂的图形输入则效率很低;后者是把图形要素编制成程序输入到计算机内,虽然编制程序的过程十分复杂,但使用起来特别方便。它适用于结构形式基本固定而结构尺寸参数变化的图形输入。
　　参数化绘图方法的实质,就是将图形信息记录在程序中,它用一组变量记录图形的几何参数(如点的坐标) ,用赋值语句记录几何参数与结构参数(如图形的长、宽等) 之间的联系,然后再用一系列调用语句来描述图形的拓扑关系。为了实现参数化绘图,需要建立一个计算机图形软件系统。应用这个系统可以简化设计应用程序的编制,并能方便地应用计算机程序实现图形的输入和输出。
　　建立一个图形系统可以有三种方式:
(1) 设计专用图形语言;
(2) 修改高级程序设计语言,使其具有图形处理的功能;
(3) 建立图形设计程序包。
　　前两种方式都需要用低级或高级语言重写一个编译器或修改主语言的编译器。一般来说,修改或者重写一个编译器的工作量是很大的,而且图形设计过程并非简单数据处理过程,还包括许多文件结构和存储结构的问题,从而使上述工作的复杂性大大增加。
　　因此,该项目采用第三种方式,即建立图形设计程序包,其基本思想是选择一种合适的高级程序设计语言作为主语言,在此语言中扩展一系列的过程调用,以实现图形设计工作。在这种情况下,用户编写的图形描述程序由两部分组成:一是主语言语句,二是主语言中扩展了的过程调用语句。在扩充某种高级语言使其具有图形处理功能时,最好能利用已有的较成熟的图形软件。图1 表示以AutoCAD 图形软件作为图形设计程序包的支撑软件的原理图。
　　该图形设计程序包依照AutoCAD 绘图命令格式,设计了一系列的绘图子程序(如绘直线、绘剖面线、标注尺寸及公差、写汉字等) 。运行绘图程序,则生成一组可供AutoCAD 执行绘图功能的命令集,在AutoCAD 的环境下执行该命令集,就能在屏幕上显示图形。由此可见,用参数化绘图方法对系列产品的图形进行绘制和管理是十分方便的。

三、波纹管式换热器参数化绘图软件的开发
　　本项目采用Autolisp 语言编程,Lisp 语言是一种计算机表处理语言,是迄今为止人工智能学领域应用最为广泛的一种程序设计语言,Autolisp 是一种嵌入AutoCAD 内部的一种编程语言,它可以调用各种AutoCAD 命令以生成图形、调用图库、编辑修改。更重要的是它沟通了高级语言计算程序和AutoCAD 绘图软件间的相互联系,使AutoCAD 真正具备了计算机辅助设计功能,所以说Autolisp 是对CAD 系统进行了二次开发的有力工具。
　　Autolisp 语言又称为函数式语言,程序编写在格式上有严格的要求,不能有一点的语法错误和逻辑错误。如果缺少或增加一个括号、空格,那么整个程序都无法运行。在这种情况下,就必须退出绘图屏幕状态,执行AutoCAD外部的实用程序,进入文本编辑状态修改程序。在大多数情况下,Autolisp 所提供的出错信息并不告诉在哪一个语句出现问题,查找错误和排除错误非常困难。所以,一个Autolisp 程序需要反复调试几次甚至几十次才能运行成功。因此,对于波纹管式换热器这样复杂的图形需要分成若干个子程序,以便于修改。
　　软件是抽象的、逻辑性的产品,它的一个特点是逻辑性很复杂。在机械工程中,一台机器的生命期(即从开始研制机器到机器废弃不再使用为止) 要经过分析、设计、制造、测试、运行、维护等几个阶段。同样,波纹管式换热器参数化绘图软件系统的开发也可以分为以下五个阶段:分析、设计、编程、测试、运行。前面四个阶段又总称为“开发期,最后一个阶段称为“运行期”。下面简述开发期各阶段的工作(见下表) 。

1 分析阶段
在设计程序之前,首先需要确定波纹管式换热器参数化绘图软件将达到的目标,即使用者一次输入数据,计算机自动绘制出波纹管式换热器的总装图或零件图。所以分析阶段的基本任务是理解使用者的要求。
2 设计阶段
　　设计阶段在分析阶段的基础上建立波纹管式换热器参数化绘图软件系统的结构,这包括数据结构和模块结构。设计阶段又分为总体设计、详细设计两步。
　　总体设计是决定系统的模块结构。这一步主要考虑以下问题:
①如何将系统划分成一个个模块;
②模块间传递什么数据;
③模块间的调用关系如何。
3 编程阶段
　　编程阶段的任务是为每个模块编写程序,也就是说将设计阶段的想法,转换成用某种程序语言写的源程序。
　　波纹管式换热器需要编写以下程序:
①建立标准数据库;
②将波纹管式换热器编写成若干个子程序,有的子程序需要调用一个或两个数据库,有的还要调用另一个子程序的数据,即子程序的嵌套。由于每个子程序之间是相互独立的,为此还要编写主程序,通过一系列赋值语句、循环语句、条件分支语句来调用所有已调试成功的子程序,从而将所有子程序联接起来;
③建立数据文件,每个数据后面都用中文加以注释,使用者可以在原有数据的基础上进行修改,并最大限度减少使用者输入数据的数量;
④由于数据文件是以. TXT 为后缀的文本文件,它是独立存在的,因此需要编写数据文件与子程序的接口程序;
⑤建立立式、卧式波纹管式换热器的局部放大图和焊接节点图图库。
　　其中焊接节点图图库包括A、B 类焊缝节点、径向和非径向接管焊缝节点、带补强的径向接管焊缝节点等。将这些图库作成以. dwg 为后缀的图形文件,这样可以将调用主程序所绘制的总装图或零件图作成块,插入到以. dwg 为后缀的图形文件中,从而完成了全部设计。
4 测试阶段
　　在程序编完之后,评定一下它的运行情况,是必要的测试阶段。搞计算机的人一般都知道,有些毛病在这时还很难找到,通常是最困难又费时的一步。测试阶段的工作量约占25 % ,但通过这样的测试能极大地提高软件的质量,让使用者满意。
四、结束语
　　围绕方式、卧式波纹管式换热器,开发了参数化绘图软件,实践证明:
(1) 技术先进,该软件突出体现参数化、变量化的设计思想,应用几何图学理论和尺寸链原理,实现彻底的尺寸驱动;
(2) 实用性强,该软件是针对波纹管式换热器而开发的,而且已用于产品设计中,这本身就体现了实用性;
(3) 标准化程度高,在软件中放入了化工设备专业最新GB、JB、HGJ 等标准,分别给各子程序调用;
(4) 该软件采用开放式结构,易于扩充,可根据设计者的特殊需要,很方便地进行修改,具有良好的适用性;
(5) 软件采用程控方式,用户一次输入数据,程序可自动绘制出总装图或零件图,无须使用者中间输入数据和中间干预;
(6) 用计算机进行绘图取代了手工工作,原来需要两天完成的绘图任务,现在只需2～3h便可完成,大大减轻设计人员的劳动强度,缩短设计周期,减少出错,提高出图质量。

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