鍋爐CAD應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)

2013-06-03 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

針對傳統(tǒng)設(shè)計方法的弊端和鍋爐設(shè)計的特點,提出了面向?qū)ο蟮腻仩tCAD方法,并對系統(tǒng)的功能實現(xiàn)方法進(jìn)行了介紹。最后討論了鍋爐CAD應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的一般原則。
史俊友童水光傅玉穎來源:機械
關(guān)鍵字:鍋爐類定義面向?qū)ο?

鍋爐作為一個復(fù)雜的熱工機械系統(tǒng),其設(shè)計與一般機械產(chǎn)品的設(shè)計有所不同,主要體現(xiàn)在其設(shè)計生產(chǎn)均是針對具體用戶進(jìn)行的,并且其設(shè)計計算過程是一個反復(fù)迭代的過程。因此鍋爐設(shè)計過程中的重復(fù)工作量是非常大的;另外在進(jìn)行國際投標(biāo)中,如何盡快拿出設(shè)計方案,是設(shè)計部門非常關(guān)心的一個問題。

“鍋爐CAD應(yīng)用系統(tǒng)”是國家科委“九五”期間的一個CAD應(yīng)用示范項目。根據(jù)用戶的需求,該系統(tǒng)應(yīng)能對多種鍋爐產(chǎn)品進(jìn)行輔助設(shè)計。而采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法進(jìn)行開發(fā)是不太現(xiàn)實的,主要表現(xiàn)在工作量非常大,且無法做到資源共享。在系統(tǒng)實現(xiàn)的過程中,我們將部件作為系統(tǒng)開發(fā)的核心,無論是計算、設(shè)計、繪圖還是管理,都圍繞著部件進(jìn)行,即采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計方法。

1 系統(tǒng)的功能實現(xiàn)

鍋爐CAD應(yīng)用系統(tǒng)的硬件平臺為Pentinum微機,操作系統(tǒng)為Windows NT,系統(tǒng)開發(fā)軟件為Microsoft Visual C++,CAD支撐軟件為SDRC公司的I-DEAS Master Series 5.0。

控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)設(shè)計過程中的最高應(yīng)用層(圖1)。這一點可以從兩個角度來考慮,第一從系統(tǒng)的組成來看,其它系統(tǒng)是控制系統(tǒng)的底層系統(tǒng),它匯總了整臺鍋爐設(shè)計的所有信息,其它各系統(tǒng)都是為它服務(wù)的,它的運行構(gòu)成了鍋爐產(chǎn)品的應(yīng)用框架;第二,控制系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的唯一入口(除建庫工作外)。一臺鍋爐產(chǎn)品設(shè)計的始終都是在控制系統(tǒng)的控制下完成的。按介質(zhì)的流動路徑,控制系統(tǒng)動態(tài)地控制鍋爐的構(gòu)造關(guān)系。不同的爐種,其介質(zhì)所走過的路徑有很大的區(qū)別,用動態(tài)鏈表能構(gòu)造出任意布置方式的鍋爐,大大增加了程序的通用性、可維護(hù)性和可擴充性。

圖1 控制系統(tǒng)功能組成

一般用戶在使用本系統(tǒng)時,可用的功能要受到權(quán)限和設(shè)計進(jìn)程的限制,一個設(shè)計小組的每個成員(包括總體設(shè)計人員)對其他人的數(shù)據(jù)只能調(diào)用和查詢,不能作任何修改。不可調(diào)用的功能將定在非激活狀態(tài)。在使用過程中,隨著設(shè)計的不斷深化,系統(tǒng)按邏輯激活各個菜單,但當(dāng)修改邏輯上較前的設(shè)計內(nèi)容時,系統(tǒng)將否定一些較后的結(jié)果。當(dāng)管理人員進(jìn)入該系統(tǒng)時,系統(tǒng)只激活“管理”功能和求助、退出等功能鍵,而管理功能就是“產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)”的功能,對其它用戶,此功能鍵永遠(yuǎn)是休眠的。

2 零部件類庫的建立

鍋爐產(chǎn)品由爐膛、受熱面、燃燒裝置、鋼架、爐墻及輔助裝置等部件構(gòu)成。以受熱面為例,受熱面按傳熱方式分為:輻射受熱面、半輻射受熱面及對流受熱面;按功能又可分為輻射過熱器、半輻射過熱器、對流過熱器、輔助過熱器、空氣預(yù)熱器及省煤器等,此外還有水冷壁及減溫器等:各種不同的產(chǎn)品就會派生出大量的受熱面結(jié)構(gòu)形式,其余部件也是如此。由于各部件在結(jié)構(gòu)上有時相差很大,因此必須對部件按照一定的層次進(jìn)行定義。能充分描述部件特性的數(shù)據(jù)模式和必要的操作過程,并用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法去描述一個部件,這樣構(gòu)成的信息集稱為部件的類定義。
部件類庫的建立是整個系統(tǒng)開發(fā)過程中最核心的部分,部件的類中覆蓋了計算系統(tǒng)的功能,計算系統(tǒng)只是設(shè)計系統(tǒng)的底層。幾乎所有的開發(fā)工作都是圍繞著部件設(shè)計展開的。在鍋爐的設(shè)計過程中,涉及到許多種類的部件,它們在鍋爐中承擔(dān)著不同的功能。設(shè)計人員在設(shè)計部件時,根據(jù)其功能和結(jié)構(gòu)布置型式的不同而采用不同的設(shè)計和計算步驟,所以除了在數(shù)據(jù)庫存放模式和數(shù)據(jù)庫管理方法上采用統(tǒng)一的方法外,對部件變量及操作過程的描述,不同的部件之間存在明顯的差別。鑒于此,作者提出了面向?qū)ο蟮腻仩t部件類信息描述方法:按照一定的標(biāo)準(zhǔn)將部件歸類劃分,完成粗線條的輪廓性描述,得出部件的基類;以基類為基礎(chǔ)刻劃部件的細(xì)節(jié)信息,下一級繼續(xù)細(xì)化。子類通過繼承性來繼承上一級的模型信息。在鍋爐的類庫中,把鍋爐零部件劃分為爐膛類、受熱面類、水冷壁類、調(diào)溫裝置類、燃燒器類和鋼架類等,而將部件定義為它們的超類。基類可派生出子類,各子類又可派生出子類。如受熱面類可派生出過熱器類、空氣預(yù)熱器類及省煤器類等,而過熱器類又可派生出輻射過熱器類、半輻射過熱器類及對流過熱器類。根據(jù)具體的鍋爐布置形式,過熱器類還可以繼續(xù)派生出子類。圖2為鍋爐部件類層次模型描述。

圖2 鍋爐部件類層次模型描述

3 鍋爐CAD應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的原則

鍋爐CAD應(yīng)用系統(tǒng)是集管理、計算、設(shè)計和繪圖于一體的集成系統(tǒng)。即要適用于多種爐種、多級噸位和多種結(jié)構(gòu)布置型式的鍋爐設(shè)計,又能適應(yīng)一些特定爐種、特定噸位的鍋爐設(shè)計。在整個系統(tǒng)開發(fā)過程中遵循以下原則。

(1)目標(biāo)化把每一部件定義成目標(biāo),采用面向?qū)ο蟮慕７椒?充分利用繼承性,提高代碼重用率。使開發(fā)的軟件便于調(diào)試、測試、維護(hù)和改進(jìn)。

(2)參數(shù)化由于鍋爐設(shè)計主要是變參設(shè)計,所以軟件開發(fā)時必須采用參數(shù)化的方法,即鍋爐產(chǎn)品的特性參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸必須是變量參數(shù),這樣鍋爐的產(chǎn)品模型才能適應(yīng)變參設(shè)計的要求,才具有真正的適用性。

(3)特征化在分析產(chǎn)品模型的基礎(chǔ)上,將其分解成各個簡單基本模型的組合,建立這些基本模型的參數(shù)化的特征模型類庫,通過組合這些特征模型可迅速地建立鍋爐產(chǎn)品模型。

(4)多功能化即能滿足計算、設(shè)計和繪圖,又能作方案設(shè)計和原材料統(tǒng)計。

(5)集成化本鍋爐CAD應(yīng)用系統(tǒng)是一個以工程數(shù)據(jù)庫為中心的大型集成系統(tǒng)。必須在一個總的包裝之下,即所有的功能模塊必須有機地集成為一個整體,這不僅便于安裝、調(diào)試,而且便于用戶使用和掌握。
(6)規(guī)范化本應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)是一個龐大的系統(tǒng)工程,需要許多人員參與,每個人都有自己的思維方式、編程風(fēng)格,為了便于大家協(xié)調(diào)一致地工作和軟件的維護(hù)、測試以及模塊的集成,使每一功能模塊都有相同的使用風(fēng)格,因而必須制定軟件開發(fā)規(guī)范,遵守規(guī)范化的原則。

(7)交互式和自動化相結(jié)合交互式即系統(tǒng)運行時人和計算機對話,以控制程序運行;自動化即系統(tǒng)按照已定好的程序運行。對于設(shè)計中需要人進(jìn)行決策和需要創(chuàng)造性思維時,都設(shè)計成交互式。交互式和程序式相結(jié)合使得系統(tǒng)運行時既靈活又簡單。

(8)通用性和專用性相結(jié)合本應(yīng)用系統(tǒng)既要適用多種噸位、多種結(jié)構(gòu)布置形式的鍋爐設(shè)計,又能對常用的爐種、特定的噸位和結(jié)構(gòu)布置形式的鍋爐快速設(shè)計。

鍋爐CAD應(yīng)用系統(tǒng)是屬于一個特定行業(yè)的專業(yè)機械CAD系統(tǒng),它和通用的機械CAD軟件既有區(qū)別又有聯(lián)系,必須根據(jù)實際情況選定一個合理的支撐平臺和通用的機械CAD軟件進(jìn)行二次開發(fā)。既要了解應(yīng)用軟件開發(fā)的新思想和新技術(shù),又要了解鍋爐行業(yè)設(shè)計和生產(chǎn)的特殊情況,才能開發(fā)出一個適用的鍋爐行業(yè)CAD應(yīng)用系統(tǒng)。

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