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(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到整機(jī)的工作性能和使用壽命。但是，葉輪水力設(shè)計(jì)需要大量復(fù)雜的計(jì)算、比較和反復(fù)修改，工作量大，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。因此，積極開發(fā)研究適合于消防泵的水力CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))系統(tǒng)不僅可以減少設(shè)計(jì)工作量，提高開發(fā)速度和質(zhì)量，而且對(duì)推動(dòng)消防泵葉輪的設(shè)計(jì)具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 　　2、開發(fā)工具選擇 　　目前，在CAD軟件市場(chǎng)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(chǎn)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件之一。它具有價(jià)格合理、使用方便、體系結(jié)構(gòu)開放、通用性好等優(yōu)點(diǎn)，深受廣大工程技術(shù)人員的歡迎，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。AutoCAD目前己由最初的版本達(dá)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(gè)需要解決的問(wèn)題。 　　由于科學(xué)技術(shù)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(lái)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(jiàn)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(tái)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(shí)，人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)更加方便和快捷，從而使開發(fā)出的軟件更加具有個(gè)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(kù)接口時(shí)，ARX、VB和VBA工具中都有專用的數(shù)據(jù)庫(kù)控件可直接選用，可以省去很多繁瑣的工作。 　　ARX盡管功能強(qiáng)大，運(yùn)行速度快，但是語(yǔ)言復(fù)雜，難于掌握。如果程序中未能正確處理Windows編程中的一個(gè)細(xì)節(jié)，則應(yīng)用程序、開發(fā)環(huán)境以及整個(gè) Windows都有可能癱瘓。而VB/ VBA盡管運(yùn)行速度相對(duì)較慢，但是其語(yǔ)法簡(jiǎn)單，開發(fā)圖形用戶界面的功能比較強(qiáng)大。很多圖形算法的效率很高，即使在像VB/VBA這樣速度相對(duì)較慢的語(yǔ)言中也能夠很好的運(yùn)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(yǔ)言結(jié)構(gòu)上講，VBA[2]是VB的一個(gè)子集，它們的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)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(zhì)上的區(qū)別在于VB是一個(gè)獨(dú)立的開發(fā)工具，它不需要依附于任何其他應(yīng)用程序，它有自己完全獨(dú)立的工作環(huán)境和編譯、連接系統(tǒng)。VBA則不然，它沒(méi)有自己獨(dú)立的工作環(huán)境，它必須依附于某一主應(yīng)用程序，比如Office、AutoCAD等，離開主應(yīng)用程序VBA將不復(fù)存在，這限制了其在開發(fā)中的應(yīng)用，也是筆者最終沒(méi)有選擇VBA的主要原因。因此，選擇Visual Basic 6.0來(lái)進(jìn)行消防泵水力CAD軟件的開發(fā)，充分利用VB本身功能，來(lái)完善AutoCAD除圖形處理以外相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)程序間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。 　　3、系統(tǒng)界面及運(yùn)行要求 　　3.1、系統(tǒng)運(yùn)行要求 要使本系統(tǒng)能夠在計(jì)算機(jī)上很好的運(yùn)行，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)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(nèi)存(推薦64MB以上); (3)顯示16位以上增強(qiáng)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(biāo)題欄、菜單欄、工具條、軟件運(yùn)行區(qū)和狀態(tài)欄組成。 　　4、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)技術(shù) 　　4.1、設(shè)計(jì)特點(diǎn) 　　(1)友好的用戶界面，操作方便。運(yùn)行方式采用人機(jī)對(duì)話方式，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中貫穿交互式設(shè)計(jì)思想，采用對(duì)話框和菜單來(lái)傳達(dá)和處理信息，使設(shè)計(jì)者能更好地把握設(shè)計(jì)過(guò)程。 (2)數(shù)據(jù)量大，關(guān)系復(fù)雜。在水力設(shè)計(jì)過(guò)程中，涉及的參數(shù)較多，后續(xù)設(shè)計(jì)往往要用到前面的設(shè)計(jì)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(shí)時(shí)運(yùn)行過(guò)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(shè)計(jì)充分考慮了用戶的不同習(xí)慣，多處提供操作提示及向?qū)В翰僮魈崾究梢詭椭褂谜邷p少操作錯(cuò)誤;操作向?qū)ё屖褂谜呶鍘熥酝ā椭募脩艨勺孕袛U(kuò)充，系統(tǒng)具有良好的可維護(hù)性。在考慮專業(yè)性的同時(shí)，盡量提高程序的通用性和實(shí)用性。 　　4.2、設(shè)計(jì)技術(shù) 　　4.2.1、交互技術(shù) 需要指出的是：CAD并不完全是設(shè)計(jì)自動(dòng)化，CAD將人的主導(dǎo)性與創(chuàng)造性放在首要地位，同時(shí)充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的長(zhǎng)處，使兩者有機(jī)結(jié)合起來(lái)。因而，為了給設(shè)計(jì)者提供設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的發(fā)揮空間，系統(tǒng)采用了一些人機(jī)交互的做法，以對(duì)話框和菜單的形式，建立人機(jī)信息交流的渠道。 　　1、引言 　　消防泵的核心部件是葉輪，葉輪設(shè)計(jì)的好壞關(guān)系到整機(jī)的工作性能和使用壽命。但是，葉輪水力設(shè)計(jì)需要大量復(fù)雜的計(jì)算、比較和反復(fù)修改，工作量大，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)。因此，積極開發(fā)研究適合于消防泵的水力CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))系統(tǒng)不僅可以減少設(shè)計(jì)工作量，提高開發(fā)速度和質(zhì)量，而且對(duì)推動(dòng)消防泵葉輪的設(shè)計(jì)具有重要的理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 　　2、開發(fā)工具選擇 　　目前，在CAD軟件市場(chǎng)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(chǎn)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件之一。它具有價(jià)格合理、使用方便、體系結(jié)構(gòu)開放、通用性好等優(yōu)點(diǎn)，深受廣大工程技術(shù)人員的歡迎，在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。AutoCAD目前己由最初的版本達(dá)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(gè)需要解決的問(wèn)題。 　　由于科學(xué)技術(shù)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(lái)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(jiàn)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(tái)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(shí)，人機(jī)交互界面的設(shè)計(jì)更加方便和快捷，從而使開發(fā)出的軟件更加具有個(gè)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(kù)接口時(shí)，ARX、VB和VBA工具中都有專用的數(shù)據(jù)庫(kù)控件可直接選用，可以省去很多繁瑣的工作。 　　ARX盡管功能強(qiáng)大，運(yùn)行速度快，但是語(yǔ)言復(fù)雜，難于掌握。如果程序中未能正確處理Windows編程中的一個(gè)細(xì)節(jié)，則應(yīng)用程序、開發(fā)環(huán)境以及整個(gè) Windows都有可能癱瘓。而VB/ VBA盡管運(yùn)行速度相對(duì)較慢，但是其語(yǔ)法簡(jiǎn)單，開發(fā)圖形用戶界面的功能比較強(qiáng)大。很多圖形算法的效率很高，即使在像VB/VBA這樣速度相對(duì)較慢的語(yǔ)言中也能夠很好的運(yùn)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(yǔ)言結(jié)構(gòu)上講，VBA[2]是VB的一個(gè)子集，它們的語(yǔ)法結(jié)構(gòu)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(zhì)上的區(qū)別在于VB是一個(gè)獨(dú)立的開發(fā)工具，它不需要依附于任何其他應(yīng)用程序，它有自己完全獨(dú)立的工作環(huán)境和編譯、連接系統(tǒng)。VBA則不然，它沒(méi)有自己獨(dú)立的工作環(huán)境，它必須依附于某一主應(yīng)用程序，比如Office、AutoCAD等，離開主應(yīng)用程序VBA將不復(fù)存在，這限制了其在開發(fā)中的應(yīng)用，也是筆者最終沒(méi)有選擇VBA的主要原因。因此，選擇Visual Basic 6.0來(lái)進(jìn)行消防泵水力CAD軟件的開發(fā)，充分利用VB本身功能，來(lái)完善AutoCAD除圖形處理以外相對(duì)薄弱的環(huán)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)程序間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。 　　3、系統(tǒng)界面及運(yùn)行要求 　　3.1、系統(tǒng)運(yùn)行要求 要使本系統(tǒng)能夠在計(jì)算機(jī)上很好的運(yùn)行，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)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(nèi)存(推薦64MB以上); (3)顯示16位以上增強(qiáng)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(biāo)題欄、菜單欄、工具條、軟件運(yùn)行區(qū)和狀態(tài)欄組成。 　　圖1 系統(tǒng)界面 　　4、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)和設(shè)計(jì)技術(shù) 　　4.1、設(shè)計(jì)特點(diǎn) 　　(1)友好的用戶界面，操作方便。運(yùn)行方式采用人機(jī)對(duì)話方式，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中貫穿交互式設(shè)計(jì)思想，采用對(duì)話框和菜單來(lái)傳達(dá)和處理信息，使設(shè)計(jì)者能更好地把握設(shè)計(jì)過(guò)程。 (2)數(shù)據(jù)量大，關(guān)系復(fù)雜。在水力設(shè)計(jì)過(guò)程中，涉及的參數(shù)較多，后續(xù)設(shè)計(jì)往往要用到前面的設(shè)計(jì)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(jí)泵http://www.zipingheng.com (3)大量的圖形信息處理。在實(shí)時(shí)運(yùn)行過(guò)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(shè)計(jì)充分考慮了用戶的不同習(xí)慣，多處提供操作提示及向?qū)В翰僮魈崾究梢詭椭褂谜邷p少操作錯(cuò)誤;操作向?qū)ё屖褂谜呶鍘熥酝ā椭募脩艨勺孕袛U(kuò)充，系統(tǒng)具有良好的可維護(hù)性。在考慮專業(yè)性的同時(shí)，盡量提高程序的通用性和實(shí)用性。 　　4.2、設(shè)計(jì)技術(shù) 　　4.2.1、交互技術(shù) 需要指出的是：CAD并不完全是設(shè)計(jì)自動(dòng)化，CAD將人的主導(dǎo)性與創(chuàng)造性放在首要地位，同時(shí)充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的長(zhǎng)處，使兩者有機(jī)結(jié)合起來(lái)。因而，為了給設(shè)計(jì)者提供設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的發(fā)揮空間，系統(tǒng)采用了一些人機(jī)交互的做法，以對(duì)話框和菜單的形式，建立人機(jī)信息交流的渠道。 　　4.2.2、模塊化技術(shù) 模塊化技術(shù)是設(shè)計(jì)CAD系統(tǒng)較普遍采用的方法。將系統(tǒng)劃分成各個(gè)功能模塊，然后分模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后再合成一個(gè)系統(tǒng)，既有利于系統(tǒng)的開發(fā)、調(diào)試和維護(hù)，也有利于系統(tǒng)的更新。 　　4.2.3、ActiveX Automation接口技術(shù) 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(yǔ)言(如VB、Delphi等)來(lái)定制AutoCAD。它可用于在 Windows環(huán)境下的應(yīng)用程序操作AutoCAD中的對(duì)象，如在AntoCAD中建立視圖，指定和提取擴(kuò)展數(shù)據(jù)，向外設(shè)輸出圖形，為AutoCAD增加專業(yè)對(duì)象等。采用VB、Delphi等編程語(yǔ)言，可以實(shí)現(xiàn)Windows平臺(tái)上諸應(yīng)用程序的無(wú)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(kù)技術(shù) 數(shù)據(jù)庫(kù)[3]中主要存放設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖及各類標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)。建立這樣一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的目的就是為了減少甚至消除在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中仍需人工查閱設(shè)計(jì)資料的現(xiàn)象;同時(shí)，將設(shè)計(jì)中的中間數(shù)據(jù)存人數(shù)據(jù)庫(kù)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(shè)計(jì)模塊的功能模塊劃分 消防泵CAD系統(tǒng)的水力設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)模塊; (3)葉型繪制模塊; (4)木模圖繪制模塊。 　　各模塊之間的關(guān)系如圖2所示。 　　圖2 水力設(shè)計(jì)的功能模塊 　　5.2、水力設(shè)計(jì)流程圖 　　葉輪的水力設(shè)計(jì)流程圖如圖3所示。 　　6、結(jié)束語(yǔ) 　　消防泵水力CAD系統(tǒng)的開發(fā)具有很大的現(xiàn)實(shí)意義，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算與繪圖準(zhǔn)確、設(shè)計(jì)周期短、簡(jiǎn)單直觀的效果，達(dá)到了預(yù)期的目的。利用成熟的CFD軟件進(jìn)行流場(chǎng)分析和性能預(yù)測(cè)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步對(duì)水力設(shè)計(jì)方法進(jìn)行完善和修正，這也是今后的研究重點(diǎn)和方向之一。