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华北电力天学( 靶豪) 硕士毕韭论文 摘要 随着现代化电厂机组容量加大和自动携带程度静提高,融厂电缆的数量大幅度 增加,使得电缆敷设成为电厂建设中工作最大,工期长,投入技术人屈、施工人员 最多薛工作。零l 用计算辊藕秘电缆敷设设诗,蜀班撼设计人爨斌繁重瓣工作孛解脱 出来,提高工作效率,加快施工进度。 本文在v i s u a lc + + 6 。0 躲开发环境下,采用了o b j e c t h r x 瑟囱对象程序设计的 方法。借助a u t o c a d 软件强大的图形功能,建立了三维厂房、电缆桥架模型,并研 究了电缆敷设相芙优化算法,实现了设计结果的图形化输出,使电缆敷设计算机辅 助设计向着三维设计的方向迈出了竖实的一步。 关键逯:邀缆敷设,毫凌耩桨,o b j e e t a r x ,靛位算法,兰维设谤 a 器s t r a c t w 墩t h e a u g m e n to fp o w e rp l a n tu n i tc a p a c i t ya n dh i k ei na u t o m a t i cc o n t r o l 。t h e q u a n t i t yo ft h ec a b l ei n c r e a s e sq u i c k l y i tm a k e sc a b l e1 a y i n gb e c o m eo n eo ft h em o s t t i m e c o n s u m i n ga n dm a n p o w e r - c o n s u m i n gj o b sd u r i n gt h ec o n s t r u c t i o no f p o w e rp l a n t c a dc a b l el a y i n gc a nr a i s ew o r ke f f i c i e n c ya n dq u i c k e nc o n s t r u c t i o np r o g r e s s i nt h i sp a p e r , t h e3 dm o d e lo fp l a n tb u i l d i n ga n dc a b l eb r a c k e ta r ee s t a b l i s h e di n a n t o c a dp l a t f o r mb yo b j e c t a r x t h ew h o l ed e v e l o pp r o g r e s si su n d e rv i s u a lc + + d e v e l o pe n v i r o n m e n ta n do b j e c to r i e n t e dp r o g r a m m i n gm e t h o dw a se m p l o y e d t h e o p t i m i z a t i o na l g o r i t h mo fc a b l el a y i n gi sa l s os t u d i e d 撼t h i sp a p e ra n dt h ed e s i g nr e s u l t c a nb ed i s p l a y e di ng r a p h i c a lw a y t h ea b o v es t u d yl e a dt h ec a do fc a b l e l a y i n gm a k ea s t r i d et o w a r d st h e3 dd e s i g n z h a n gz h i g u a n g ( m e c h a n i c a ld e s i g na n dt h e o r y ) d i r e c t e db yp r o f r u ix i a o m i n g k e yw o r d s :c a b l e l a y i n g ,c a b l eb r a c k e t ,o b j e e t a r x ,o p t i m i z a t i o na l g o r i t h m ,3 d d e s i g n 华北电力天学( 托象) 硬士毕业论文 摘甏 随着现代纯电厂杌缀容量加大和自动控制程度的提高,电厂电缆的数量大幅度 增加,使得电缆敷设成为电厂建设中工作墩丈,工期长,投入技术人员、施工人员 簸多翡王律。零l 爝诗葬枫鞴韵电缆敷设设诗,可戳爨设计太爨获繁鬟抟工终啐l 耱脱 出来,提高工作效率,加快施工进度。 本文崔v i s u a lc + + 6 。0 麴开发坯境下,采用了o b j e c t h r x 嚣翔对象程弗设诗弱 方法,储助a u t o c a d 软件强大的隧形功能,建立了三维厂房、电缆桥架模型,并研 究了电缆敷设相哭优化算法,实现了设计结果的图烨化输出,使电缆敷设计辣机辅 萌设计向着三维设计的方向迈出了坚实的步。 关毽词:邀缆敷设,毫缓耩絮,o b j e c t a r x ,捷让算法,兰维设诗 a b s t r a c t w i t hf l a ea u g m e n to f p o w e rp l a n tu n i tc a p a c i t ya n dh i k e 攮a u t o m a t i cc o n t r o l ,t h e q u a n t i t yo ft h ec a b l ei n c r e a s e sq u i c k l y i tm a k e sc a b l el a y i n gb e c o m eo n eo ft h em o s t t i m e c o n s u m i n ga n dm a n p o w e r - c o n s u m i n gj o b sd u r i n gt h ec o n s t r u c t i o no f p o w e rp l a n t c a dc a b l el a y i n gc a l lr a i s ew o r ke f f i c i e n c ya n dq u i c k e nc o n s t r u c t i o np r o g r e s s i nt h i sp a p e r , t h e3 dm o d e lo fp l a n tb u i l d i n ga n dc a b l eb r a c k e ta r ee s t a b l i s h e di n a n t o c a dp l a t f o r mb y0 毯e c t a r x + t h ew h o l ed e v e l o pp r o g r e s si su n d e rv i s u a lc + d e v e l o pe n v i r o n m e n ta n do b j e c to r i e n t e dp r o g r a m m i n gm e t h o dw a se m p l o y e d t h e o p t i m i z a t i o na l g o r i t h mo fc a b l el a y i n gi sa l s os t u d i e di nt h i sp a p e ra n dt h ed e s i g nr e s u l t c a nb ed i s p l a y e di ng r a p h i c a lw a y t h ea b o v es t u d yl e a dt h ec a do fc a b l el a y i n gm a k ea s t r i d et o w a r d st h e3 dd e s i g n z h a n gz h i g u a n g ( m e c h a n i c a ld e s i g na n dt h e o r y ) d i r e c t e db yp r o f r u ix i a o m i n g k e yw o r d s :c a b l el a y i n g ,c a b l eb r a c k e t ,o b j e e t a r x ,o p t i m i z a t i o na l g o r i t h m ,3 b d e s i g n 声明 y8 6 8 0 8 2 本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文,是本人在 牮蘧毫力大学攻读矮圭学绥蘩淘,鸯嚣努摇霉下遘嚣豹硪究工雩馨霸骏褥戆醣褰藏 果。据本人所知,除了文中特别加阱标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已 经发表或撰写过魏研究残暴,也不包禽为获褥婊i b 电力大学或其他教育帆梅鳆学 位或证书箍便用避韵材料。垮我一葡工作的同痞对奉研究所做的饺何贡献瓣已茬 论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者熬滔,目龇芝生! :璺 关于学位论文使用授权的说明 本人宠全了鹪华i e 电力大学香豢绦爨、使用学短论文的规寇,韶:学皎有 权傈管、并向有关都门送交举位论文的原件与挺印律;学校可以采用影印、缩 印或其它寝制手段复制并保存学位论文;学校可允许学位论文被查阅或借阅; 学校麓鞋学术交流为蠢的,复镑赠送帮交换攀经论文; 两意学棱可瑷羯不嚣 方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 渗攀黪学锺派文在蘸密詹囊寄薅蔑定) 华北电力大学硕士学位论文 1 选黻携骛鬟鞠意义 第一章缮论 现代大型电厂的设备多、技术笈杂,需要使用大量不同燮号、不阏规格 的电缆。在电厂建设施工过程中,电缆敷设因数量多,工作墩大、工期长且 牵涉砸广,一直都是投入技术人员、旅工人员最多的工作。因此,高效、经 济豹毫缆数设瓷诗就裁为电力工程建设努续离痊重程豹矮瑟。 迄今在火电厂的电缆敷设安装工程中,我国大多数电建公司盼电缆敷设 设计工作还采用传统的手二设计方我:黄先出现场技术人员震要根据电力设 计院提供的电缆桥架图纸及电缆清册逐根地查找、核对电缆,再经适辫考察 桥架布置情况和工程需要汇总后分批进行排放,同时还要将电缆记载到电缆 耩絮静各特征截瑟,工律十分繁杂,技术天受劳动强度也授夫,耗费时阋长 舅,错误率高,很难保证工糨的进度和质量。另外,由于拖工现场情况嶷杂, 现场技术入曼毒时妊须根攥褒场情凝变更设计,又会造成按拳人曼对竣计结 果重复再修改,黧加加重了现场拽术人员的工作强度和设计误差产生的隐 患。 从奄缆敷设的设计结果看来,硅i 于火电厂电缆的数量豹增加,也导致了 电缆敷设时电缆交叉情况趟来越严蘑,因为此种情况比较复杂,仅采用手工 设计摄本无法臻测秘簿决。蠢兹只蠢靠热大电缓辏絮戆茏余蹇阕来辐对蛙避 解决这个问题。但这不仅浪费了大蠼桥架,凰在某些情况下电厂厂房的设计 根本就不可能有排放冗余的桥架的空间。一星电缆的交叉严黧,势必造成无 法排放缀设计电缆,将导致电缆敷设的返工。此外,人工计算电缆长发及统 计电缆用爨容易产生误差,经常出现电缆长度不够或者电缆过长,需要重新 戮彳睾,造成露趣和瓷金主懿滚费。 随着计算机辅助设计披术的迅速发展,设计技术磁在经历一次质的飞跃。 计算机辅助设计技术是计箕极、网络通信、数据管理等信息按术和工业设计、 产品设计、生产过程设计等设计技术密切结含而产生的一门麓新技术,它突 出的优点是:计算方案可以通过计辣机进行优化或优选,有效地保证了设计 静可靠 叠和科学避,并可敬大大缩短设计躅期,节省a 力豹力;谴设锑1 标准 化、规范化。计算机辅助设计已成为工程设计人员的燕要工具,也为改革电 缆敷设设计方法提供了重要鲍途径。将计算壤耱助设诗技术黢薅亳缆敷设设 计工作中,具有以下几个方面的重嚣意义: 1 ) 应用计算机设计和管理数据,可兼顾多种因素,尤其对予大规模的电缆 华北电力大学硕士学位论文 敷竣设诗工佟,毙显著疆裹设诗豹可簿臻,使蠢线合理、渣壤,尽爨遥受 电缆之间的交叉和避免排放过程中由于设计不合理而造成的返工,提高施 工进度帮施工质量。 2 ) 可戬大大地加快设计避度,有效地缩缀电缆敷设施工时问,保证施工质 量,使电厂能尽早投入试运行。 3 ) 霹奁蘸工遘糕中褫其俸情况方便及辩蟪进行交燮瑷诗,丽入工设计刘因 为涉及的电缆太多而很难在短的时间内进行这种全面变更设计。 4 有效鲢减少手工奄线联必须垂对懿繁杂工作,晦低技术人员熬王豫强度。 使技术人员可以从大量重复的、机械式势动中解脱出来,进行电缆敷设的 总体设计和施工指导。 5 ) 节省材料,酶低费用。技来人员有可靛疆合理的规剜籁设诗电缆轿架, 以避免以前施正中仅凭经验设鬣桥架,造成的不必要的材料浪费。 6 ) 可默改变鞋棱蘸工中强及薤王缝寒磊豹大量按寒文档扮统诗整理,及时 建立究整的施工技术文件和竣工资料。 1 。2 国内”电缆敷设设计技术现状 发达国家对电缆敷设设计技术的研究起步较早,已形成了成熟的技术基 疆;校獭了解到懿壤援,霪努豹电缆敷设诗舞瓤辏赫设诗系统其备了较强艇 功能,能合理分配缆道,精确计算电缆长度,准确统计电缆用量,并且与预 算和招投标紧密缝会。例如,波士顿港口建设计划中鼹要敷设海底电缆,由 于工期紧张,所以利用计算视辅助设计系统进行电缆敷设设计,该系统很快 宪成了优化设计,并且绘制出设计图,很快估算出工程造价,实现招投标文 俘制作,满足了紧逵豹诗翻要求,近年跌藩终;l 避的夫鍪税缀,鼙努魄缆敷 设设计、供货以及工程的管理部分已采用计算机辅助方式。衡关电缆的设计 馕息多用电子文传笈往现场,随着工程的避爆,更多的信息搬电缆的敷设表、 端接表、电缆盘计划表,淹向分析报表等礴到达现场。由于瀚外公司管理模 戏与我国有别,工程设计鄹安装工程往往由同一家公司完成,因此从设计、 供货弱安装静全避程霹方便鹩实现绕一软僚平台的数据共享,如我国营 i 遂 的法国c e g e l e c 公司p e r i c l e s 电缆敷设管理系统等。 我国在此镊域的诗算撬辘功设计技术成耀与国磐胡托肖毒一定差距。为 了改革电力工程设计方法,尽快赶上世界先进水平,电力工业部在上个世纪 末开始要求其下_ 嚆薯各大设计院采用计算机辅助设计搜术,丢搏图板,实现电 力工程翥纸设计。这为电缆敷设设计酶改革提供了契机。但就目前的状况丽 宙,国内大多数设计单位局限于利用绘图软件a u t o c a d 绘制施工设计图纸。 华北电力大学硕士学位论文 彗土匪列镰电力弱燕恻,该弱下疆各摹位戆设计部门帮分连傻翅7 诗冀辍骧魏 设计技术,在进行电缆敷设设计时,首先由人工完成电缆敷设设计方案,再 通过a u t o c a d 绘剁电缆敷设布置图。 作为应用计算机辅助设计技术的一个方面,利用a u t o c a d 绘图做到了设 计图的标准化、规范化和无纸化。但是,计算机辅助设计技术的核心是实现 设诗静鑫动往、餐巍纯帮爨撬讫。颡藏,褥诗算橇辅霸设诗技术瘦弱予毫缆 敷设设计,应重点解决电缆敷设设计方法的计算机如何有效的参与设计的问 鼹。墨懿,国内少数单位对戴进行了一些研究,并开发出了摺应的软 孛。铡 如西北电力设计院曾研制电缆敷设计算机辅助设计的软件,但其功能仅属于 电缆数据管理范畴( 既对如有的数据进行管理、制淡等) ,觅设计功能;河 南第二火电建设公司研发的“电缆敷设模撅系统”,主要是以桥架数据为基 础对电缆进行模拟敷设并大致确定电缆路径,相当于对所有电缆进行初步排 痒,毽受子未解决设计秘娥数据豹获褥积特薤截嚣管理等闷蹶,还缀难在实 际安装过程中应用;广东水利电力勘查设计研究院开发的电缆敷设软件仅适 用予电缆数量相对较少的水电站,缀难在大型火电厂的电缆敷设设计巾褥以 虚焉。 华北电力大学于1 9 9 4 年开始对电缆敷设计算机辅助设计问题的研究工 佟。对电缆与辑繁懿数学模型分据、数据缀梅、电缀走自、特征截嚣魏算法 等问题的有较好的研究基础。特别是近年与北京电力建设公司结合托电项目 合作开发的集电缆敷设计算机辅助设计粒安装王程信息管理予一体的 “c a d m c l ”系统,有效地倪进了电厂建设施工组织工作技术水平的进步和管 瓒水平的提高。假是由于开发平台所限,该系统也尚存在一然缺陷,例如实 舔孛静毫厂厂痨、电缆轿桨都是立体静,蔼“c a d i c l ”系统辩于电厂模鼙、 电缆桥架和电缆惫向表达等由于当时的条件所限,均采用了二维平面分层输 出的方法。该表达方法虽符合电缆施工人员的旌工习馕,可驭基本表达清楚 电缆的走向,但最当电缆桥架分层复杂时,还是会使施工技术人员查找电缆 桥架位置感到困难。此外,该系统也存在运行速度慢。人机交互界面不够友 好静缺陷。 综上所述,在电缆敷设计算机辅助设计方面还有根大的开发潜力。如何 测矮更为宠进约歼发工具朝强形功憨更鸯强太豹开发平台采秀发莰漶毒教 同时具有赢观的豳形显示功能的软件系统来辅助电缆敷设设计将是今后电 缆敷设设计技术研究的方向。 华北电力大学硕十学位论文 1 3 本文主要研究内容 本课题拟在华北电力大学在电缆敷设计算机辅助设计方面取得的研究成 果的基础上,重新规划和完善电缆敷设设计功能,采用先进的o b j e c t a r x 开 发工具,借助a u t o c a d 软件强大的图形功能,实现厂房与电缆桥架的三维建 模,并在此基础上,完成电缆敷设的计算机辅助设计工作。 根据电厂安装施工的要求以及电力安装公司对电缆敷设设计的有关技术 要求,确定本课题的主要研究工作如下: 1 ) 重新规划和完善电缆敷设设计功能,确定总体设计方案。 2 ) 分析厂房和电缆桥架的结构特征,建立标准的编码系统,确定相关特征 的地理信息与数据结构的表达方式和三维建模方法。 3 ) 确定电缆走向设计的优化算法与电缆敷设过程的合理排序方案。 4 ) 确定电缆走向的图形化显示方案以及桥架特征截面统计结果的表达方 式。 5 ) 研究与之相关的a u t o c a d 定制和开发技术,建立友好的人机交互界面。 4 华北电力大学硕士学位论文 第二耄计算掇辚熬耄缆敷设设计懿憋体技零方寨 2 葫缝规翊 本文研究的电缆敷设计算机辅助技术力求紧密结合有关技术攫范,充分 考虑施工单位不两层次用户的需求,设计过程快速方便,设计结果准确直观, 既能实现电缆走向和电缆桥架分配的优化设计,又能为电气专责技术人员提 袋强大静电缆施工组绞设计工其帮丰富豹锼米瓷辩。 通过对电缆敷设规程与火电厂电缆敷设过程的研究,确定电缆敷设计算 规辅助设计主要实现如下功能: 1 ) 电缆数据快速录入 电缆敷设设计的主要依据是电力设计院提供的电缆清册,但是电力设计 院提鼷豹电缆清糖对为文本格式或者电子版本静电缝清蓊,不能直接使用。 因此,需要采用快速导入的方法将电缆清册中的电缆数据信息转化为数据库 缤惠,然后弄进行统一修改、查溺统诗等工俸。对予投少量热时添翔瓣电缆 采用手工录入的方法。 母入设计院电缆瀵煅 输入:设计院电缆清新( 电子表格) 生成:电缆清册表( 数据库表) 手工录入 来源:电缆清册( 书谳) 生成;电缆清册表( 数据库表) 修改:电缆清册袭( 数据撵表) 删除:电缆清册袭( 数据艨表) 2 ) 数学建攘 为实现电缆敷设计算机辅助设计,必须首先了解厂房和电缆桥架的结构 特点,弗星对它们进霉亍合理静数学裘这。该辩分主簧实现以下功憩; 厂房模型的建立 厂房模型的修改与删除 设备的录入 设备的修改与删除 囊逶撬絮赦录入 感通桥架的修改与删除 特征桥架的录入 华北电力大学硕士学位论文 特征辑絮的骛改冬嬲狳 3 ) 电缆走向设计与电缆长度计算 火电厂电缆敷设设计的主要工卡# 蒇是根据电力设计院提供的设计强纸及 相关清珊,确定连接电厂各设备韵电缆走向及其在电缆架上排放的确切位 置,要求电缆长度最短,电缆在电缆桥架上排放合理,尽量少交叉甚至不交 叉。设计完藏之簸能够掇糖龟缆路径和轿黎信惠矗聪建显示宽缆走两。该部 分主要实现以下功能: 确定电缆最伍路轻 优化电缆排放顺序 蠢看电缆走向 计算电缆长度 电缆长废查询 4 ) 电缆搀廖 对电缆进行排序,实质上就是确定电缆在电缆桥架的特征截面内的位置。 该部分将完成电缆排序的计算,并舞查找交叉电缆猴备数据,主要实现以下 功能: 电缆总排序( 根据施工计划、进度等进行排序) 分懿耩穿( 壤据瑰场演凝箨准荟敷设瓣电续撵痔) 为施工单提供电缆敷设顺序 5 ) 乎誓短截嚣统计 统计特征截灏是电厂电缆施工过程中和施工完成后一埙重要的管理内 容。查蓍桥架截磷可以根据施工人员的需求对全部电缆或者融敷设电缆进行 截嚣统诗,就瑷磅辘胃潋统计遗该藏蟊内静电缆校数和截瑟的剩余客蘩。施 工人员可及时根据剩余容最及时调攘电缆路径避免电缆堆积和电缆桥架的 空置。提越了解蟒絮特征裁露内的惫缆媾援鞠电缆嚣量对薤互进度秘壤工痿 餐有重要意义。另外在施王完成艏可以通过此功能将桥架内的电缆导出到 e x c e l 表中,为截面图提供数据基础。该部分主要实现以下功能: 绕诗特征黻蟊内掰宥电缆 统计特征截面内已敷设电缆 绞诗特薤截瑟剩余容量 6 ) 交叉电缆统计查找 所谓电缆交叉是指电缆桥架内的电缆不是平行排列两是交错重藏在一 起这将导致电缆轿架空闽的浪费。由于施工情况复杂,随着电缆数擞的增 加,电缆交叉就越来越多,严重时电缆甚至涨出电缆桥架( 如果合理安排这 6 华北电力大学硕七学位论文 些电缆,电缆桥架的空间是足够的) 。施工时如果发生这种情况,就须被迫 增加辅助电缆桥架,因此严重影响施工进度。事先找到交叉的电缆,统计分 析交叉的位置和交叉严重情况,可为技术人员提供必要的数据,以便及时更 改设计。该部分主要实现以下功能: 查找交叉电缆 统计电缆交叉处特征截面的容量 交叉严重时报警,提示更改设计 2 2 开发工具的选择 前已叙及,如何利用更为先进的开发工具和图形功能更为强大的开发平 台来开发快速高效同时具有直观的图形显示功能的软件系统来辅助电缆敷 设设计是今后电缆敷设设计技术研究的方向。a u t o d e s k 公司研制开发的 a u t o c a d 是目前过内外使用最为广泛的微机c a d 应用与开发平台,具有丰富 的图形绘制和编辑功能,同时它还具有开放的体系结构,允许用户和开发者 采用高级编程语言对其进行扩充和修改,即二次开发,以最大限度地满足用 户的特殊要求。这为实现高效的电缆敷设计算机辅助设计技术成为了可能。 a u t o c a d 的程序开发是通过a u t o c a d 应用程序接口( a p i ) 来实现的。在 软件接口方面a u t o c a d 主要提供了四种软件开发环境:a u t o l i s p 、a d s 、v b a 和a r x 。分别介绍如下: 1 ) a u t o l i s p a u t o l i s p 语言是一种运行在a u t o c a d 环境下的l i s p 编程语言,或称其 为a u t o c a d 的一种嵌入式语言。它采用了与c o m m o n l i s p 详尽的语法及习惯 约定,并吸收了l i s p 语言的主要函数,同时增加了a u t o c a d 特点的许多功 能,如:可以把a u t o l i s p 和a u t o c a d 的绘图命令透明地结合起来,使设计 和绘图完全融为一体:利用a u t o l i s p 语言编程可实现对a u t o c a d 当前图形 数据库进行直接访问和修改等。 a u t o l i s p 的一个重要应用是实现参数化绘图设计程序。参数化绘图设计 就是根据这些可变参数编写出可生成相应图形的程序。利用参数化绘图方法 可以在较短的时间里快速高质量地完成多方案的对比设计,也可调用各种零 部件的图形库,给出一些必要的参数后绘出图形。 2 ) a d s a d s 的全名是a u t o c a dd e v e l o p m e n ts y s t e m ,它是a u t o c a d 的c 语言开 发环境,a d s 本质上是一组可以用c 语言编写a u t o c a d 应用程序的头文件和 目标库,它直接利用用户熟悉的各种流行的c 语言编译器,将应用程序编译 华北电力大学硕士学位论文 成可执行的文件在a u t o c a d 环境下运行。a d s 曾经是在h u t o l i s p 之后的一 种用户程序,在r 1 4 之前的a u t o l i s p 程序虽然是解释运行,仍比a d s 程 序快一些,因为实际上a d s 是用a u t o l i s p 与a u t o c a d 交互。自a u t o c a dr 1 4 已经不再支持和发展a d s 程序设计模式,同时却增加了v i s u a ll i s p ,以进 一步提高a u t o l i s p 的整体性能。 3 ) v b a v b a 是自r 1 4 开始嵌套在a u t o c a d 之中的程序设计方法,其优点是可以 很容易地使用w i n d o w s 系统资源,使h u t o c a d 能容易地与其他w i n d o w s 下 的应用软件交互。v b a 和a u t o c a d 中强大的a c t i v e x 自动化对象模型的结合, 代表了一种新型的定制a u t o c a d 的模式构架。通过v b a ,我们可以操作 a u t o c a d ,控制a c t i v e x 和其它一些应用程序,使之相互之间发生互易活动。 v b a 对话框设计能力比d c l 好得多,多文档环境下的应用程序也比v is u a l i s p 提供了更多的支持。由于它是使用a c t i v e x 与a u t o c a d 交互,程序设计 比较复杂。 4 ) o b j e c t a r x o b j e c t a r x 是种崭新的开发a u t o c a d 应用程序的工具,它提供了面向 对象的c + 十应用程序编程接口,使开发者能够更加深入的使用、用户化和扩 展a u t o c a d 。o b j e c t a r x 从本质上讲,是一种特定的c + + 编程环境,它包括一 组动态链接库( d l l ) ,这些库与a u t o c a d 在同一地址空间运行并能直接利用 a u t o c a d 核心数据结构和代码,库中包含一组通用工具,使得二次开发者可 以充分利用a u t o c a d 的开放体系结构,直接访问a u t o c a d 数据库结构、图形 系统以及c a d 几何造型核心,以便能在运行期间实时扩展a u t o c a d 的功能, 创建能全面享受a u t o c a d 固有命令的新命令。 同其它编程环境相比,o b j e c t a r x 开发的应用程序有如下的优点: ( 1 ) a r x 由于是动态链接库类型,在运行期间实时扩展a u t o c a d ,共享 a u t o c a d 地址空间,性能无比强大,运行速度更快。 ( 2 ) 采用面向对象程序设计方法设计,a u t o c h d 公司提供了2 2 0 多个面 向对象的c + + 类,与操作系统环境紧密联合起来,可充分利用操作系统的各 种资源。 ( 3 ) 可创建用户自己的对象和实体,如同a u t o c a d 内部的对象和实体 样。a r x 应用程序以v i s u a lc + + 为基本开发语言,具有面向对象编程方式 的资料可封装性、可继承性及多态性等特点。用其开发的工程c a d 软件具 有模块性好、独立性强、连接简单、使用方便、内部功能高效实用以及代码 可重用性强等优点,并且支持g f c ,能简洁高效地实现许多复杂功能。 8 华北电力大学硕士学位论文 通过综合比较a u t o c a d 二次开发工具的特点我们发现o b j e c t a r x 的许多 新特性能实现许多原来开发环境难以实现的功能,o b j e c t a r x 是a u t o c a d 二 次开发的必然趋势,代表着a u t o c a d 的发展方向,将成为新一代应用软件开 发的首选工具。充分利用o b j e c t a r x 提供的类和函数深入到a u t o c a d 系统内 部,实现系统功能要求,可以大大提高开发效率。所以,本文采用了o b j e c t a r x 作为电缆敷设c a d 系统的开发工具。 2 3 研究中需要解决的技术关键 2 3 1 厂房、桥架的建模 对于火电厂这样一个复杂而庞大的系统工程而言,为实现电缆敷设计算 机辅助设计,必须首先了解和分析厂房、电缆桥架的结构特点,并对其进行 合理的数学表达。厂房是确定电缆桥架位置的参考体,因此建立合理的厂房 模型是桥架数学模型表达的基础。电缆桥架是电缆的载体,所有的电缆必须 通过电缆桥架而将起点设备和终点设备连接起来,所以桥架模型的建立是进 行电缆敷设设计的基础。可见,厂房与桥架模型的建立在电缆敷设计算机辅 助设计过程中占有非常重要的地位,如何便捷、直观地建立厂房和桥架模型, 是电缆敷设计算机辅助设计需要首先解决的关键技术。本文第三章将详细讨 论厂房、桥架的建模技术。 2 3 2 电缆敷设设计算法 电缆敷设设计实际上是一个对电缆走向以及桥架分配进行优化的问题。 因此,电缆敷设设计的相关算法研究是电缆敷设技术的核心。本文将在第四 章将详细讨论电缆敷设设计相关算法。 2 33 异构平台接口技术 本文研究的基于o b j e c t a r x 的电缆敷设计算机辅助设计系统是在v c + + 、 s q ls e r v e r 和a u t o c a d 三种平台上建立的,因而跨平台接口的实现是本文需 要解决的关键技术之一。本文将在第六章中详细讨论异构平台间的数据通信 与连接技术。 9 华北电力大学硕士学位论文 3 1 几何造型方法 第三章数学建模与数据结构 为实现电缆敷设计算机辅助设计,必须首先了解和分析厂房、电缆桥架 的结构特点,并对其进行合理的数学表达。本文采用的o b j e c t a r x 开发工具, 可以借助a u t o c a d 软件的图形功能,实现厂房与电缆桥架的三维建模。 h u t o c a d 系统提供的三维造型方法包括线框模型、表面模型和实体模型三种 形式。下面分别加以介绍。 3 1 1 线框造型 线框造型是c a d 中最早用来表示几何形体的模型,至今仍在广泛应用。 线框模型以空间顶点、棱线表示三维形体,结构简单,易于理解,但不能对 模型进行剖切,明暗处理,上色,物性分析和干涉检测等操作。 三维线框模型是从二维线框模型发展而来的。二维线框模型相当于一张 未标注尺寸、不带注释的图样,据此可以精确的测得坐标和实体的大小。二 维模型使用的绘图元素有:点、线、圆弧、椭圆和样条。通常用多面视图来 表示二维线框的零件。三维线框模型使用的元素都是二维线框元素的三维扩 展:三维点( x ,y ,z ) 、两点问的直线、平面上的圆弧和椭圆以及由一系列 点拟合而成的样条曲线。 3 12 曲面造型 在几何造型当中,更高一级的模型是曲面模型,它避免了许多线框模型 的二义性。它是在线框造型的基础上,增加了有关面边( 环边) 信息以及表面 特征、棱边的连接方向等内容,从而满足面面求交、线和面的消隐、上色等 应用问题的需要。曲面造型用有向棱边围成的部分来定义形体表面,由面的 集合来定义形体。由于曲面模型可以精确的定义零件的几何形状,也就是完 整地定义零件表面和边界,因而有助于自动生成数控加工指令。但在曲面模 型中,对形体究竟存在于表面的哪一侧,并没有给出明确的定义,因而对于 物性计算,工程分析等应用,曲面造型仍缺乏形体表示上的完整性。 3 1 3 实体造型 在几何造型中,最高级的模型是实体模型。实体造型用全封闭的三维实 体表示,具有完整性、无两义性的特点。它不仅定义了立体的表面,而且还 定义了立体的内部形状,使立体的实体物质特性得到正确的描述。由于实体 1 0 华北电力大学硕士学位论文 造型对物体进行了完整酌定义,鼠瑟壤久弱酌设诗鼷念簌“二维构鹫、二维 设计”转换到“三维构型、三维设计”,从根本上更新了设计方法。 实体造型将设计人员翔王程技术人员带进了真实的三维空闯,程设计的 全过程中,能随时观察到设计对象的全貌。实体造掰方法遥可以使设计人员 对产品谶行色彩设计、材质纹理处理、设鼗多个透视观察点和多个光源,产 生带疆影鞠爱射静燕寿商鹱真实感豹效栗豳和彩色巍照模型;蠢魏,实体造 型己成为产品造型设计的核心技术。 3 。2 厂庚结构分糖与建攘 厂房是确定电缆桥架位置的参考体,因此建立合理的厂房模型是桥架数 学模墅表这静基桶。逶常电厂厂房多按区域翊分戢港是摄蠡桥架静集中程瘫 划分,如集控室、汽机房、锅炉房等。电厂厂房的设计模型习惯上是由一系 列的接和列缝成,如图3 - 1 瓢示。 0 4 0 3 娌 o l 柱 ,。 _ , 8 i8 2 艉 。5e 6 。t 图3 - l 厂房局部简堕 设计院提供的桥架设计图只是给出了备节点相对于厂房菜柱( 列) 的相 对位置,鹾没有给出与电缝楱架密韬耀关驰各节点锭置匏坐标。为了能够清 楚地表达厂房的能置结构,同时又可以精确地定位桥架和透明地查看桥架信 息,厂房建模采用线框造懋。建立厂房模型的步骤如下: 在确定厂痔模型翦首先应诗算凄厂赛豹整俸范围并统计出要蒙入匏层 数、列数和柱数等信息,然后按照如下步骤建立厂房模型: 1 ) 确定厂房名称蠲基点坐标。 2 ) 通过基点坐标和厂房的长宽高计算出其窀各顶点嫩标。 3 ) 通过熬点坐标、层标商朝柱列参数计算出各柱列端点坐栋。 华北屯力大学硕士学位论文 4 ) 通过创建直线函数连接相应顶点和端点。 下面给出在a u t o c a d 图形数据库中创建直线对象的函数: a c d b o b j e c t l dc r e a t l i n e ( a c g e p o i n t 3 ds t a r t p t ,a c o e p o i n t 3 de n d p t ) a c d b l i n e + p l i n e 2 n e wa c d b l i n e ( s t a r t p t ,e n d p t ) ; a c d b b l o c k t a b l e + p b l o c k t a b l e ; a c d b h o s t a p p l i c a t i o n s e r v i c e s0 - w o r k i n g d a t a b a s e ( ) 一 g e t s y m b o l t a b l e ( p b l o c k t a b l e ,a c d b :k f o r r e a d ) ; a c d b b l o c k t a b l e r e c o r d + p b l o c k t a b l e r e c o r d ; p b l o c k t a b l e 一 g e t a t ( a c d b m o d e l _ s p a c e ,p b l o c k t a b l e r e c o r d , a e d b :k f o r w r i t e ) ; p b l o c k t a b l e - c l o s e ( ) ; a c d b o b j e c t l dl i n e l d ; p b l o c k t a b l e r e c o r d a p p e n d a c d b e n t i t y ( 1 i n e l d ,p l i n e ) ; p b l o c k t a b l e r e c o r d - c l o s e ( ) ; p l i n e - c l o s e ( ) ; r e t u r nl i n e i d ; ) 3 3 电缆桥架结构分析与建模 3 3 1 电缆桥架结构分析 电缆桥架是电缆的载体,所有的电缆必须通过电缆桥架将起点设备和终 点设备连接起来。根据其外型,电厂采用的电缆桥架分为梯级式、托盘式、 槽式和组合式四种类型。每一种电缆桥架都是由若干桥架部件组成的,对于 每一种桥架部件而言,宽度和高度为其主要尺寸参数,它决定着桥架的电缆 容量。 在实际工程中,电缆桥架的零部件很多,我们只需对对电缆敷设设计过 程有直接影响的主要部件进行建模。电缆桥架主要由水平直通桥架、水平弯 通桥架、水平三通桥架、水平四通桥架、垂直上弯通桥架、垂直下弯通桥架 和竖井桥架等部件组成。我们将除水平直通桥架和竖井桥架外存在拐弯的桥 架部件称为特征桥架,它们是确定电缆路径的主要部件。 1 2 华北电力大学硕士学位论文 盏蘧褥絮 术平弯通舞架 誊乎三逯蓊絷, 承平四避矮絮 囊直下弯遇舔絮 垂直上弯逼援絮一 渣雷涸 强3 2 托盘式电缆挢檠主舞郭锌 3 ,3 。2o b j e o t a r x 中蚱实体造型枧制 通过综合比较各种类型桥架的结构特点,本文桥架建模拟采用窑体造 型。在a u t o l i s p 程a d s 开发强域审,实体造型实簿土是遭进调震a u t o c a o 系统本身的命令来实现的。但在a r x 应用程序中,并不是直接使用a u t o c a d 系统本身提供的帮关实体造型和编辑命令,丽是通过直接生成数据库对象及 调用a c o b 3 d s o l i d 类豹残员蕊蠡来进行实体造型。一觳来说,a r x 应用程序 中的实体造型技术可以概括为以下三种: 1 ) 生成基本三维实髂 基本三维实体是指长方体( b o x ) 、平截头体( f r u s t u m ) 、球体( s p h e r e ) 、 圊环体( t o u r s ) 、楔体( w e d g e ) 等。生成基本三维实体鸵一般步骤为: ( 1 ) 调用h c l ) b 3 d s o l i d 类的构造函数创建一个容器对象,如:a c d b 3 d s o l i d * p 3 d o b j = l l e wa e d b 3 d s o l i d :这行代码表示调用a c d b 3 d s o l i d 类的缺省成员 函数翻建对象,菸中p 3 d o b j 表示指囱辑懿建熬窖器瓣象摇锌。掏造蕊数磊 型为:h c d b 3 d s o l i d ( ) 。 ( 2 ) 调嗣a c d b 3 d s c l i d 类的成员隧数到建基本的三维实体对象。其一般 形式为:p 3 d o b j 一 创建基本三维实体对象成员函数。 ( 3 ) 将a c d b 3 d s o l i d 类对象写入当前图形数据库的块表记录中。 2 ) 蓉予二黎瑟象生戒三罐窭簿 除了前面介绍的基本三维实体外,还可以在= 维对象的基础上挤出 ( e x t r u d e ) 或旋转( r e v o l r e ) 鳇方法生成三维实体。 ( 1 ) 所谓的挤出是指猩圆( a c d b c i r c t e ) 、椭圆( a e d b e l l i p s e ) 、封闭二维多 线段( a c d b p o l y l i n e ) 等二缎对象的熬础上,按挤出高度或指定路径生成新的三 华北电力大学硕士学位论文 缨实僖。这秘方法跑较曩滔,霹班满足一些麓擎豹实髂造型静要求。凌a r x 应用程序中利用挤出技术生成新的三维实体是通过调用a c d b 3 d s o l i d 豢的成 爨殛数来蜜现的。毒下列鼹种形式: 按绘定的商攘挤出 v i r t u a la e a d :e r r o r s t a t u s e x t r u d e ( c o n s ta e d b r e g i o n + p r e g i o n , e o n s th e i g h t , c o n s tt a p e r ) 函数参数r e g i o n 表示指向厦域对象的指针,h e i g h t 为挤出高度:t a p e r 为挤出锥强单位为弧度 。 按制定路径挤出 v i r t u a la c a d :e r r o r s t a t u se x t r u d e a l o n g p a t h ( ( :o n s ta e d b r e g i o n + p r e g i o n ,c o n s t + 翻穗) 函数参数r e g i o n 表示指向面域对象的指针,p a t h 袭示挤出路径,必须是 a c d b l i n e 、a c d b a r e 、a c d b c i r c l e 、a c d b e l l i p s e 、a e d b s p l i n e 、a c d b 2 d p o l y l i n e 或非样条拟合的a c d b 3 d p o l y l i n e 对象。 ( 2 ) 所谓旋转怒在圆( a c d b c i r c l e ) 、椭圆( a c d b e l l i p s e ) 、封闭二维多线段 f a c d b p o l u l i n e ) 等= 维对象瀚基础上,按指定的轴旋转,从而生成新的曼维实 体。函数原型为: v i r t u a la c a d :e r r o r s t a t u sr e v o l v e ( c o a s ta e d b r e g i o n1 p r e g i o n ,c o n s t a c g e p o i m 3 d , 繇a x i s p o i n t ,e o n s ta c g e v e e t o r 3 d & a x i s d i r , d o u b l e a n g l e o 报e v o l u t i o n ) 函数参数r e g i o n 表示攒向面域对象的指针,a x i s p o i n t 为旋转轴上的一 点;a x i s d i r 为旋转轴的方向矢爨;a n g l o o f r e v o l u t i o n 为旋转角度( 单 莅为弧度) 。 3 ) 通过实体间的布尔运算生成复杂三维实体 前嚣介绍蛇魏葶孛方法只悲生成一些铰篾攀的三缝实体,黠予复杂鳇造型 必须通过简单的三维实体间的布尔运算
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