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锅炉CAD应用系统的开发与研究 |
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作者：史俊友 童水光 傅玉颖 |
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锅炉作为一个复杂的热工机械系统，其设计与一般机械产品的设计有所不同，主要体现在其设计生产均是针对具体用户进行的，并且其设计计算过程是一个反复迭代的过程。因此锅炉设计过程中的重复工作量是非常大的；另外在进行国际投标中，如何尽快拿出设计方案，是设计部门非常关心的一个问题。
“锅炉CAD应用系统”是国家科委“九五”期间的一个CAD应用示范项目。根据用户的需求，该系统应能对多种锅炉产品进行辅助设计。而采用传统的设计方法进行开发是不太现实的，主要表现在工作量非常大，且无法做到资源共享。在系统实现的过程中，我们将部件作为系统开发的核心，无论是计算、设计、绘图还是管理，都围绕着部件进行，即采用面向对象的设计方法。
1系统的功能实现
锅炉CAD应用系统的硬件平台为Pentinum微机，操作系统为Windows NT，系统开发软件为Microsoft Visual C++,CAD支撑软件为SDRC公司的I-DEAS Master Series 5.0。
控制系统是整个系统设计过程中的最高应用层(图1)。这一点可以从两个角度来考虑，第一从系统的组成来看，其它系统是控制系统的底层系统，它汇总了整台锅炉设计的所有信息，其它各系统都是为它服务的，它的运行构成了锅炉产品的应用框架；第二，控制系统是整个系统的唯一入口(除建库工作外)。一台锅炉产品设计的始终都是在控制系统的控制下完成的。按介质的流动路径，控制系统动态地控制锅炉的构造关系。不同的炉种，其介质所走过的路径有很大的区别，用动态链表能构造出任意布置方式的锅炉，大大增加了程序的通用性、可维护性和可扩充性。
图1控制系统功能组成
一般用户在使用本系统时，可用的功能要受到权限和设计进程的限制，一个设计小组的每个成员(包括总体设计人员)对其他人的数据只能调用和查询，不能作任何修改。不可调用的功能将定在非激活状态。在使用过程中，随着设计的不断深化，系统按逻辑激活各个菜单，但当修改逻辑上较前的设计内容时，系统将否定一些较后的结果。当管理人员进入该系统时，系统只激活“管理”功能和求助、退出等功能键，而管理功能就是“产品数据库管理系统”的功能，对其它用户，此功能键永远是休眠的。
2零部件类库的建立
锅炉产品由炉膛、受热面、燃烧装置、钢架、炉墙及辅助装置等部件构成。以受热面为例，受热面按传热方式分为：辐射受热面、半辐射受热面及对流受热面；按功能又可分为辐射过热器、半辐射过热器、对流过热器、辅助过热器、空气预热器及省煤器等，此外还有水冷壁及减温器等：各种不同的产品就会派生出大量的受热面结构形式，其余部件也是如此。由于各部件在结构上有时相差很大，因此必须对部件按照一定的层次进行定义。能充分描述部件特性的数据模式和必要的操作过程，并用面向对象的程序设计方法去描述一个部件，这样构成的信息集称为部件的类定义。
部件类库的建立是整个系统开发过程中最核心的部分，部件的类中覆盖了计算系统的功能，计算系统只是设计系统的底层。几乎所有的开发工作都是围绕着部件设计展开的。在锅炉的设计过程中，涉及到许多种类的部件，它们在锅炉中承担着不同的功能。设计人员在设计部件时，根据其功能和结构布置型式的不同而采用不同的设计和计算步骤，所以除了在数据库存放模式和数据库管理方法上采用统一的方法外，对部件变量及操作过程的描述，不同的部件之间存在明显的差别。鉴于此，作者提出了面向对象的锅炉部件类信息描述方法：按照一定的标准将部件归类划分，完成粗线条的轮廓性描述，得出部件的基类；以基类为基础刻划部件的细节信息，下一级继续细化。子类通过继承性来继承上一级的模型信息。在锅炉的类库中，把锅炉零部件划分为炉膛类、受热面类、水冷壁类、调温装置类、燃烧器类和钢架类等，而将部件定义为它们的超类。基类可派生出子类，各子类又可派生出子类。如受热面类可派生出过热器类、空气预热器类及省煤器类等，而过热器类又可派生出辐射过热器类、半辐射过热器类及对流过热器类。根据具体的锅炉布置形式，过热器类还可以继续派生出子类。图2为锅炉部件类层次模型描述。
图2锅炉部件类层次模型描述
3锅炉CAD应用系统开发的原则
锅炉CAD应用系统是集管理、计算、设计和绘图于一体的集成系统。即要适用于多种炉种、多级吨位和多种结构布置型式的锅炉设计，又能适应一些特定炉种、特定吨位的锅炉设计。在整个系统开发过程中遵循以下原则。
(1)目标化把每一部件定义成目标，采用面向对象的建模方法，充分利用继承性，提高代码重用率。使开发的软件便于调试、测试、维护和改进。
(2)参数化由于锅炉设计主要是变参设计，所以软件开发时必须采用参数化的方法，即锅炉产品的特性参数和结构尺寸必须是变量参数，这样锅炉的产品模型才能适应变参设计的要求，才具有真正的适用性。
(3)特征化在分析产品模型的基础上，将其分解成各个简单基本模型的组合，建立这些基本模型的参数化的特征模型类库，通过组合这些特征模型可迅速地建立锅炉产品模型。
(4)多功能化即能满足计算、设计和绘图，又能作方案设计和原材料统计。
(5)集成化本锅炉CAD应用系统是一个以工程数据库为中心的大型集成系统。必须在一个总的包装之下，即所有的功能模块必须有机地集成为一个整体，这不仅便于安装、调试，而且便于用户使用和掌握。
(6)规范化本应用系统的开发是一个庞大的系统工程，需要许多人员参与，每个人都有自己的思维方式、编程风格，为了便于大家协调一致地工作和软件的维护、测试以及模块的集成，使每一功能模块都有相同的使用风格，因而必须制定软件开发规范，遵守规范化的原则。
(7)交互式和自动化相结合交互式即系统运行时人和计算机对话，以控制程序运行；自动化即系统按照已定好的程序运行。对于设计中需要人进行决策和需要创造性思维时，都设计成交互式。交互式和程序式相结合使得系统运行时既灵活又简单。
(8)通用性和专用性相结合本应用系统既要适用多种吨位、多种结构布置形式的锅炉设计，又能对常用的炉种、特定的吨位和结构布置形式的锅炉快速设计。
锅炉CAD应用系统是属于一个特定行业的专业机械CAD系统，它和通用的机械CAD软件既有区别又有联系，必须根据实际情况选定一个合理的支撑平台和通用的机械CAD软件进行二次开发。既要了解应用软件开发的新思想和新技术，又要了解锅炉行业设计和生产的特殊情况，才能开发出一个适用的锅炉行业CAD应用系统。(end)
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(8/11/2006) |
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