消防泵葉輪水力CAD系統(tǒng)的開發(fā).doc

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　　1、引言 　　消防泵的核心部件是葉輪，葉輪設計的好壞關系到整機的工作性能和使用壽命。但是，葉輪水力設計需要大量復雜的計算、比較和反復修改，工作量大，設計周期長。因此，積極開發(fā)研究適合于消防泵的水力CAD(計算機輔助設計)系統(tǒng)不僅可以減少設計工作量，提高開發(fā)速度和質量，而且對推動消防泵葉輪的設計具有重要的理論意義和實際應用價值。 　　2、開發(fā)工具選擇 　　目前，在CAD軟件市場中，可供作CAD系統(tǒng)支持環(huán)境、并提供開發(fā)環(huán)境與工具的CAD軟件產品很多[1]，高檔的有I—DEAS、Pro/E、UG等;中檔的有Solid Works、MDT等;低檔的有AutoCAD等。其中，Autodesk公司推出的AutoCAD可以稱得上是最成功和最有影響力的計算機輔助設計軟件之一。它具有價格合理、使用方便、體系結構開放、通用性好等優(yōu)點，深受廣大工程技術人員的歡迎，在國內外得到了廣泛的應用。AutoCAD目前己由最初的版本達到了AutoCAD 2004，其二次開發(fā)的工具也在不斷地更新和增多，給用戶更加自由的選擇，因此，如何選擇合適的開發(fā)工具就成了一個需要解決的問題。 　　由于科學技術的發(fā)展和軟件開發(fā)水平的提高，使用Auto LISP和ADS開發(fā)工具的用戶已越來越少，而目前使用比較多的是ARX、VB、VBA及Visual LISP四種開發(fā)工具(這四種開發(fā)工具的比較見表1)。 　　表1 四種開發(fā)工具的比較 　　在上述四種開發(fā)工具中，由于ARX是基于Visual C++平臺的，與VB、VBA一樣，它們都自帶大量的可視化的編程控件，這樣在軟件開發(fā)時，人機交互界面的設計更加方便和快捷，從而使開發(fā)出的軟件更加具有個性，而Visual LISP在這方面就顯得有所欠缺。尤其是在軟件開發(fā)中如果需要和數(shù)據(jù)庫接口時，ARX、VB和VBA工具中都有專用的數(shù)據(jù)庫控件可直接選用，可以省去很多繁瑣的工作。 　　ARX盡管功能強大，運行速度快，但是語言復雜，難于掌握。如果程序中未能正確處理Windows編程中的一個細節(jié)，則應用程序、開發(fā)環(huán)境以及整個 Windows都有可能癱瘓。而VB/ VBA盡管運行速度相對較慢，但是其語法簡單，開發(fā)圖形用戶界面的功能比較強大。很多圖形算法的效率很高，即使在像VB/VBA這樣速度相對較慢的語言中也能夠很好的運行。而且，在大多數(shù)情況下，VB/VBA的速度已經(jīng)足夠快了。 　　從語言結構上講，VBA[2]是VB的一個子集，它們的語法結構是一樣的，外觀的明顯區(qū)別是，VBA所有的功能盡管與VB一樣，但不如VB的多。它們真正的本質上的區(qū)別在于VB是一個獨立的開發(fā)工具，它不需要依附于任何其他應用程序，它有自己完全獨立的工作環(huán)境和編譯、連接系統(tǒng)。VBA則不然，它沒有自己獨立的工作環(huán)境，它必須依附于某一主應用程序，比如Office、AutoCAD等，離開主應用程序VBA將不復存在，這限制了其在開發(fā)中的應用，也是筆者最終沒有選擇VBA的主要原因。因此，選擇Visual Basic 6.0來進行消防泵水力CAD軟件的開發(fā)，充分利用VB本身功能，來完善AutoCAD除圖形處理以外相對薄弱的環(huán)節(jié)，以實現(xiàn)程序間的優(yōu)勢互補。 　　3、系統(tǒng)界面及運行要求 　　3.1、系統(tǒng)運行要求 要使本系統(tǒng)能夠在計算機上很好的運行，計算機系統(tǒng)應有如下的硬件和軟件配置： 　　3.1.1、硬件配置 　　(1)Pentium 133以上CPU; (2)32MB以上基本內存(推薦64MB以上); (3)顯示16位以上增強色; (4)300MB以上硬盤空間。 　　3.1.2、軟件配置 　　(1)Windows9X或WindowsNT4.0及以上操作系統(tǒng); (2)AutoCAD2000或以上版本; (3)Access97或以上版本。 　　3.2、系統(tǒng)界面 如圖1所示，系統(tǒng)界面由標題欄、菜單欄、工具條、軟件運行區(qū)和狀態(tài)欄組成。 　　4、系統(tǒng)的設計特點和設計技術 　　4.1、設計特點 　　(1)友好的用戶界面，操作方便。運行方式采用人機對話方式，在整個設計過程中貫穿交互式設計思想，采用對話框和菜單來傳達和處理信息，使設計者能更好地把握設計過程。 (2)數(shù)據(jù)量大，關系復雜。在水力設計過程中，涉及的參數(shù)較多，后續(xù)設計往往要用到前面的設計數(shù)據(jù)，如繪制軸面投影圖需用到前面確定的葉輪基本參數(shù)，繪軸面截線又需要用到軸面投影圖的具體數(shù)據(jù)等。 (3)大量的圖形信息處理。在實時運行過程中，有很多的圖形需要處理。既有中間位圖(.bmp)的保存，又有最終的向AutoCAD的圖形(.dwg)輸出。 (4)程序設計充分考慮了用戶的不同習慣，多處提供操作提示及向導：操作提示可以幫助使用者減少操作錯誤;操作向導讓使用者五師自通。幫助文件用戶可自行擴充，系統(tǒng)具有良好的可維護性。在考慮專業(yè)性的同時，盡量提高程序的通用性和實用性。 　　4.2、設計技術 　　4.2.1、交互技術 需要指出的是：CAD并不完全是設計自動化，CAD將人的主導性與創(chuàng)造性放在首要地位，同時充分發(fā)揮計算機的長處，使兩者有機結合起來。因而，為了給設計者提供設計經(jīng)驗的發(fā)揮空間，系統(tǒng)采用了一些人機交互的做法，以對話框和菜單的形式，建立人機信息交流的渠道。 　　1、引言 　　消防泵的核心部件是葉輪，葉輪設計的好壞關系到整機的工作性能和使用壽命。但是，葉輪水力設計需要大量復雜的計算、比較和反復修改，工作量大，設計周期長。因此，積極開發(fā)研究適合于消防泵的水力CAD(計算機輔助設計)系統(tǒng)不僅可以減少設計工作量，提高開發(fā)速度和質量，而且對推動消防泵葉輪的設計具有重要的理論意義和實際應用價值。 　　2、開發(fā)工具選擇 　　目前，在CAD軟件市場中，可供作CAD系統(tǒng)支持環(huán)境、并提供開發(fā)環(huán)境與工具的CAD軟件產品很多[1]，高檔的有I—DEAS、Pro/E、UG等;中檔的有Solid Works、MDT等;低檔的有AutoCAD等。其中，Autodesk公司推出的AutoCAD可以稱得上是最成功和最有影響力的計算機輔助設計軟件之一。它具有價格合理、使用方便、體系結構開放、通用性好等優(yōu)點，深受廣大工程技術人員的歡迎，在國內外得到了廣泛的應用。AutoCAD目前己由最初的版本達到了AutoCAD 2004，其二次開發(fā)的工具也在不斷地更新和增多，給用戶更加自由的選擇，因此，如何選擇合適的開發(fā)工具就成了一個需要解決的問題。 　　由于科學技術的發(fā)展和軟件開發(fā)水平的提高，使用Auto LISP和ADS開發(fā)工具的用戶已越來越少，而目前使用比較多的是ARX、VB、VBA及Visual LISP四種開發(fā)工具(這四種開發(fā)工具的比較見表1)。 　　表1 四種開發(fā)工具的比較 　　在上述四種開發(fā)工具中，由于ARX是基于Visual C++平臺的，與VB、VBA一樣，它們都自帶大量的可視化的編程控件，這樣在軟件開發(fā)時，人機交互界面的設計更加方便和快捷，從而使開發(fā)出的軟件更加具有個性，而Visual LISP在這方面就顯得有所欠缺。尤其是在軟件開發(fā)中如果需要和數(shù)據(jù)庫接口時，ARX、VB和VBA工具中都有專用的數(shù)據(jù)庫控件可直接選用，可以省去很多繁瑣的工作。 　　ARX盡管功能強大，運行速度快，但是語言復雜，難于掌握。如果程序中未能正確處理Windows編程中的一個細節(jié)，則應用程序、開發(fā)環(huán)境以及整個 Windows都有可能癱瘓。而VB/ VBA盡管運行速度相對較慢，但是其語法簡單，開發(fā)圖形用戶界面的功能比較強大。很多圖形算法的效率很高，即使在像VB/VBA這樣速度相對較慢的語言中也能夠很好的運行。而且，在大多數(shù)情況下，VB/VBA的速度已經(jīng)足夠快了。 　　從語言結構上講，VBA[2]是VB的一個子集，它們的語法結構是一樣的，外觀的明顯區(qū)別是，VBA所有的功能盡管與VB一樣，但不如VB的多。它們真正的本質上的區(qū)別在于VB是一個獨立的開發(fā)工具，它不需要依附于任何其他應用程序，它有自己完全獨立的工作環(huán)境和編譯、連接系統(tǒng)。VBA則不然，它沒有自己獨立的工作環(huán)境，它必須依附于某一主應用程序，比如Office、AutoCAD等，離開主應用程序VBA將不復存在，這限制了其在開發(fā)中的應用，也是筆者最終沒有選擇VBA的主要原因。因此，選擇Visual Basic 6.0來進行消防泵水力CAD軟件的開發(fā)，充分利用VB本身功能，來完善AutoCAD除圖形處理以外相對薄弱的環(huán)節(jié)，以實現(xiàn)程序間的優(yōu)勢互補。 　　3、系統(tǒng)界面及運行要求 　　3.1、系統(tǒng)運行要求 要使本系統(tǒng)能夠在計算機上很好的運行，計算機系統(tǒng)應有如下的硬件和軟件配置： 　　3.1.1、硬件配置 　　(1)Pentium 133以上CPU; (2)32MB以上基本內存(推薦64MB以上); (3)顯示16位以上增強色; (4)300MB以上硬盤空間。 　　3.1.2、軟件配置 　　(1)Windows9X或WindowsNT4.0及以上操作系統(tǒng); (2)AutoCAD2000或以上版本; (3)Access97或以上版本。 　　3.2、系統(tǒng)界面 如圖1所示，系統(tǒng)界面由標題欄、菜單欄、工具條、軟件運行區(qū)和狀態(tài)欄組成。 　　圖1 系統(tǒng)界面 　　4、系統(tǒng)的設計特點和設計技術 　　4.1、設計特點 　　(1)友好的用戶界面，操作方便。運行方式采用人機對話方式，在整個設計過程中貫穿交互式設計思想，采用對話框和菜單來傳達和處理信息，使設計者能更好地把握設計過程。 (2)數(shù)據(jù)量大，關系復雜。在水力設計過程中，涉及的參數(shù)較多，后續(xù)設計往往要用到前面的設計數(shù)據(jù)，如繪制軸面投影圖需用到前面確定的葉輪基本參數(shù)，繪軸面截線又需要用到軸面投影圖的具體數(shù)據(jù)等。自平衡多級泵http://www.zipingheng.com (3)大量的圖形信息處理。在實時運行過程中，有很多的圖形需要處理。既有中間位圖(.bmp)的保存，又有最終的向AutoCAD的圖形(.dwg)輸出。 (4)程序設計充分考慮了用戶的不同習慣，多處提供操作提示及向導：操作提示可以幫助使用者減少操作錯誤;操作向導讓使用者五師自通。幫助文件用戶可自行擴充，系統(tǒng)具有良好的可維護性。在考慮專業(yè)性的同時，盡量提高程序的通用性和實用性。 　　4.2、設計技術 　　4.2.1、交互技術 需要指出的是：CAD并不完全是設計自動化，CAD將人的主導性與創(chuàng)造性放在首要地位，同時充分發(fā)揮計算機的長處，使兩者有機結合起來。因而，為了給設計者提供設計經(jīng)驗的發(fā)揮空間，系統(tǒng)采用了一些人機交互的做法，以對話框和菜單的形式，建立人機信息交流的渠道。 　　4.2.2、模塊化技術 模塊化技術是設計CAD系統(tǒng)較普遍采用的方法。將系統(tǒng)劃分成各個功能模塊，然后分模塊進行設計，最后再合成一個系統(tǒng)，既有利于系統(tǒng)的開發(fā)、調試和維護，也有利于系統(tǒng)的更新。 　　4.2.3、ActiveX Automation接口技術 ActiveX Automation所提供的編程接口，使用戶很容易地使用各種ActiveX客戶編程語言(如VB、Delphi等)來定制AutoCAD。它可用于在 Windows環(huán)境下的應用程序操作AutoCAD中的對象，如在AntoCAD中建立視圖，指定和提取擴展數(shù)據(jù)，向外設輸出圖形，為AutoCAD增加專業(yè)對象等。采用VB、Delphi等編程語言，可以實現(xiàn)Windows平臺上諸應用程序的無縫連接，從而可以將所有程序都集成在統(tǒng)一的操作環(huán)境中。 　　4.2.4、數(shù)據(jù)庫技術 數(shù)據(jù)庫[3]中主要存放設計計算、繪圖及各類標準數(shù)據(jù)。建立這樣一個數(shù)據(jù)庫的目的就是為了減少甚至消除在計算機輔助設計中仍需人工查閱設計資料的現(xiàn)象;同時，將設計中的中間數(shù)據(jù)存人數(shù)據(jù)庫中，減少數(shù)據(jù)輸出、輸入的次數(shù)。 　　5、功能模塊劃分及流程圖 　　5.1、水力設計模塊的功能模塊劃分 消防泵CAD系統(tǒng)的水力設計模塊由四部分子模塊組成： 　　(1)基本參數(shù)確定模塊：包括泵的基本參數(shù)確定和葉輪的基本參數(shù)確定; (2)軸面流道設計模塊; (3)葉型繪制模塊; (4)木模圖繪制模塊。 　　各模塊之間的關系如圖2所示。 　　圖2 水力設計的功能模塊 　　5.2、水力設計流程圖 　　葉輪的水力設計流程圖如圖3所示。 　　6、結束語 　　消防泵水力CAD系統(tǒng)的開發(fā)具有很大的現(xiàn)實意義，實現(xiàn)了計算與繪圖準確、設計周期短、簡單直觀的效果，達到了預期的目的。利用成熟的CFD軟件進行流場分析和性能預測，在此基礎上進一步對水力設計方法進行完善和修正，這也是今后的研究重點和方向之一。