（计算机软件与理论专业论文）船体型材下料图形系统的研究与实现.pdf

人迮理i ：人学硕十学位论文 摘要 船体下料是船体设计制造过程的最初环节，直接影响船体制造的钢材利用率，关系 着造船企业的经济效益。本文以某船厂的船体型材零件自动设计为实际应用背景，通过 型材下料图形系统的开发，实现了型材零件图形的信息化和自动化，提高了工作效率， 减少了原材料的消耗。 本文在总结图形系统发展现状和发展趋势的基础上，通过长期的实地调研，分析了 当前型材下料工作中存在的问题，提出了将g d i + 图形技术和计算机辅助设计技术相结 合的面向对象的构建方法，建立了型材下料图形系统的总体方案和功能模型，详细确定 了各功能模块的作用。同时对关键技术进行研究，提出了使用动态链接库( d l l ) 和动态 数组( a r r a y l i s t ) 相结合的方法解决型材零件参数l s t 文件的参数提取问题；利用序列化技 术实现用户信息的简单保密。 系统立足于船体下料的实际需求，重点对t r i b o n 参数提取和管理子系统、基于 g d i + 的型材下料交互图形子系统及d x f 文件接口子系统进行了需求分析、详细设计及 实现。系统以m i c r o s o f tv i s u a l s t u d i o2 0 0 5 为工作平台，采用c 撑为编程语言。论文在 t r i b o n 参数提取和管理子系统中，实现了参数提取的d l l ，解决了t r i b o n 系统数 据开放性不足的难题，实现了参数自动的合并统计和错误校验；在型材下料交互图形子 系统中，运用n e tf r a m e w o r k 中的g d i + 技术对图形进行绘制及优化处理，解决了图纸 中零部件图形与标注数据重叠的问题；在d x f 文件接口子系统中，设计了生成d x f 文 件的三层结构，并使用a u t o c a d2 0 0 2 和c a l l d x f a r x 插件对生成的d x f 文件进行验证。 此外，为了便于零件图形在网络中的传输，还对使用x m l 建模技术来实现图形信息的 统一描述做了初步探讨。 本论文探索了一种将面向对象的设计理念、g d i + 图形技术与计算机辅助设计技术 结合并成功运用于船体下料的方法。通过在企业的实际应用，系统满足设计要求，运行 效果良好。 关键词：面向对象；动态链接库；图形交换文件；增强型图形设备接口；型材下料表 大连理t 大学硕士学位论文 r e s e a r c ha n dr e a l i z a t i o no fh u l lp r o f i l e db a rm a c h i n i n gg r a p h i c ss y s t e m a b s t r a c t h u l lm a c h i n i n gi sap r i m a r yp a r to fs h i p b u i l d i n g ，w h i c hd i r e c t l ya f f e c t st h es t e e l u t i l i z a t i o nr a t i oo fh u l lm a n u f a c t u r e ，a n dh a sac l o s er e l a t i o nt ot h ee c o n o m i cb e n e f i to ft h e s h i p b u i l d i n ge n t e r p r i s e i nt h i sp a p e r , t a k i n gh u l lp r o f i l e db a ra u t o m a t e dd e s i g no fs o m e s h i p y a r da si t sa p p l i c a t i o nb a c k g r o u n d ，t h ep r o f i l e db a rg r a p h i c ss y s t e md e v e l o p e dt or e a l i z e i n f o r m a t i o n i z a t i o na n da u t o m a t i z a t i o ni nh u l lm a c h i n i n gw o r k i nt h em e a n t i m e ，t h ew o r k e f f i c i e n c yi si m p r o v e d ，a n dt h ec o n s u m p t i o no f t h er a wm a t e r i a l si sc u td o w na sw e l l o nt h eb a s i so ft h es u m m a r yo ft h ec u r r e n td e v e l o p m e n ts i t u a t i o na n dt h et r e n do f g r a p h i c ss y s t e m , a c c o r d i n gt ot h el o n g - t e r mi n v e s t i g a t i o na n dr e s e a r c h o nt h es p o ti n e n t e r p r i s e ，e x i s t e n tp r o b l e m si nc u r r e n th u l lm a c h i n i n ga r er e v e a l e da n da n a l y z e di nt h ep a p e r a no b j e c t o r i e n t e dd e s i g nm e t h o dw h i rc o m b i n i n gt h eg d i + t e c h n o l o g ya n dc a d t e c h n o l o g yi sc a r r i e do u tt om e e tt h er e q u i r e m e n to f t h eh u l lm a c h i n i n gr o b o t i c t h em a i np a r t d e s i g ns c h e m ea n dt h ef u n c t i o nm o d e lo ft h ep r o f i l e db a rg r a p h i c ss y s t e mi sc o n s t r u c t e d m e a n w h i l e ，t h ef u n c t i o no fe a c hm o d u l ei sd i s c u s s e di nd e t a i l a tt h es a m et i m e ，t h ek e y t e c h n o l o g yi sa l s or e s e a r c h e d a na p p r o a c hb a s e do nt h ec o m b i n a t i o no fd l la n da r r a y l i s t i sp r o p o s e dt oa c c o m p l i s ht h ep a r a m e t e re x t r a c t i o ni np r o f i l e db a rp a r a m e t e r1 s tf i l e a n dt h e s e c u r i t y o fu s e ri n f o r m a t i o nc a na l s ob e b a s i c a l l yg u a r a n t e e db yu s i n gs e r i a l i z a t i o n t e c h n o l o g y t h i ss y s t e mi se s t a b l i s h e di na c t u a ld e m a n do fh u l lm a c h i n i n g n o to n l yt h er e q u i r e m e n t a n a l y s i sb u ta l s ot h ee l a b o r a t ed e s i g n sa r ec a r r i e do u tt or e a l i z et h i ss y s t e mi n c l u d i n g t r i b o np a r a m e t e re x t r a c t i o na n dp a r a m e t e rm a n a g e m e n ts u b s y s t e m ，p r o f i l e db a rm a c h i n i n g i n t e r a c t i v eg r a p h i c ss u b s y s t e mb a s e do ng d i + ，a n dd x ff i l ei n t e r f a c es u b s y s t e m t h es y s t e m i sd e v e l o p e db yc 撑l a n g u a g eo nt h ep l a t f o r mo fm i c r o s o f tv i s u a l s t u d i o2 0 0 5 b y i m p l e m e n t i n gp a r a m e t e re x t r a c t i o nd l li nt r i b o np a r a m e t e re x t r a c t i o na n dp a r a m e t e r m a n a g e m e n ts u b s y s t e m ，t h es h o r t a g eo ft r i b o nd a t ao p e n n e s sp r o b l e mi ss o l v e d t h e p a r a m e t e rc o n s o l i d a t e d s t a t i s t i c sa n de r r o r - c h e c k i n gi sr e a l i z e da u t o m a t i c a l l y i np r o f i l e db a r m a c h i n i n gi n t e r a c t i v eg r a p h i c ss u b s y s t e m ，t h ea p p r o a c ho fa p p l y i n gg d i + u n d e r n e t f r a m e w o r kt or e a l i z eg r a p h i cp r o g r a m m i n ga n do p t i m a lp r o c e s s i n gi sr a i s e dt or e s o l v et h e o v e r l a pp r o b l e mo fc o m p o n e n td r a w i n ga n dl a b e li n f o t h ed x ff i l ei n t e r f a c es u b s y s t e m a d o p t sat h r e e - l a y e r e ds t r u c t u r et og e n e r a t et h ed x ff i l e ，a n dv a l i d a t et h ed x fb ym e a n so f a u t o c a d2 0 0 2e q u i p p c dw i t hc a l l d x f a r x p l u g - i n s b e s i d e s ，i no r d e r t of a c i l i t a t e t r a n s m i s s i o no fc o m p o n e n td r a w i n g si nn e t w o r k ，t h ea p p r o a c ho fa p p l y i n gx m lm o d e l i n g 船体型材下料图形系统的研究与实现 t e c h n o l o g yt oa c h i e v eu n i f o r md e s c r i p t i o no fg r a p h i ci n f o r m a t i o ni sb r i e f l yd i s c u s s e di n t h i s p 印e l t l l i sp a p e rp r e s e n t sam e t h o do fi n t e g r a t i n go o da n dg d h 。w i t hc a dt e c h n o l o g y w h i c hc a nb es u c c e s s f u l l yu s e di nh u l l m a c h i n i n g a sf a r 嬲t h ea p p l i c a t i o ni ns o m e s h i p b u i l d i n gi n d u s t r yi sc o n c e r n e d ，t h es y s t e mm e e t sd e s i g nr e q u i r e m e n t ，a n dr u n sw e l li n p r a c t i c e k e yw o r d s ：o b j e c t o r i e n t e d ：d y n a m i cl i n kl i b r a r y ；d r a w i n ge x c h a n g ef i l e ；g r a p h i c d e v i c ei n t e r f a c ee n h a n c e m e n t ；m a c h i n i n gl i s to fp r o f i l e db a r i v 大连理工大学学位论文独创性声明 作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究 工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外， 本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请 学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献 均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。 学位论文题目：墼签型挝王粒图星丕统的砑窒生塞趣 作者签名：! 旦塾煎 日期： 2q q 墨年j l 月2 0 人迮理i ：人学硕十研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间 论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有 权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将 本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位论文题目：墼体型塑王堑鱼移缝塑墨鱼墨塾 作者签名： 导师签名： 日期：垫q 呈年垦月三生日 日期：丝翌年三月上生日 人近理l ：人学硕十学位论文 1绪论 1 1课题背景 目前，世界造船产业正加速向中国转移，中国造船业的前景相当好。特别是国家“十 一五 规划纲要明确提出要壮大船舶工业实力，更为船舶工业发展带来了新的机遇。中 国现在正对造船工业进行大规模投资，计划到2 0 1 5 年造船总量占世界的3 5 ，跃升为 全球最大的造船国。 随着船舶工业朝着信息化、自动化和智能化的方向不断前进，我国大中型船厂现已 广泛应用t r i b o n 软件系统进行生产设计。t r i b o n 软件是由瑞典k c s 公司研发的一 款辅助船舶设计和建造的计算机软件集成系统，集伽q 删i s 于一体，并覆盖了船 体、管系、电缆、舱室、涂装等各个专业的船舶专业软件。它可用多种方法建立三维船 舶数字模型。其特点在于用计算机建立船舶的生产信息数据库，即在计算机里建立一个 实船模型【1 1 。由于我国船厂的实际特点和该软件数据库的封闭性，在使用t r i b o n 的过 程中，逐渐暴露出许多问题，影响了船厂的工作效率和产品生产质量。因此，结合船厂 的实际特点对t r i b o n 进行二次开发具有较大工程应用价值。 本课题是国内某大型船厂承担的“十一五 国防科技工业民用专项科研项目的一个 子专题“船体型材零件自动设计技术开发和研究。该船厂去年造船总量达2 0 0 多万载 重吨，成为在世界上具有较强竞争力的造船企业。目前，船厂在船体下料过程中，随着 订单的不断增多，生产周期不断缩短，零件信息和零件图纸管理上的问题逐渐突显，原 有的一些靠人工加经验的管理办法和模式已经跟不上如今大量、复杂的管理要求。而型 材下料又是船体设计制造过程的一个重要环节，是船体构件的最初阶段，直接影响船体 制造的钢材利用率，关系着造船企业的经济效益。由于船体零件数量巨大，在船体下料 过程中会存在大量的零件数据信息、零件图形信息和零件加工信息。本课题旨在开发全 新的船体型材下料图形系统，解决图形优化、数据接口等实际问题，以弥补t r i b o n 系 统在实际应用中的一些缺陷。 1 2 计算机图形系统 1 2 1 计算机图形系统的发展及趋势 计算机图形学这个术语是在1 9 6 3 年美国麻省理工学院林肯实验室的i v a n e s u t h e r l a n d 发表的一篇题为“s k e t c h p a d ：一个人一机通信的图形系统”的博士论文中首 次提出，并说明交互式图形学是一个可行的、有用的研究领域【2 1 。从6 0 年代初出现交互 船体型材t - * ：t 幽形系统的研究与实现 式图像显示设备和定义自由曲面的方法、7 0 年代出现了几何造型技术、8 0 年代出现图 形工作站到当今的图形网络技术，图形技术经历了从形成、发展、提高等几个阶段。今 天，图形技术已经深入到自然科学、工程、教育、商业、艺术、娱乐、广告等各个领域， 已成为计算机技术领域不可缺少的关键部分。就工程界来说，工程图是表达设计思想、 指导生产建设、技术交流的一种共同的“工程语言 。最初，人们使用简单的工具( 比 如直尺、三角板、圆规等) 用手工操作绘图。这样不仅速度慢、精度低、出错率高，而 且费用贵。人所特有的创造精神被消耗在这种繁琐的、简单的重复劳动中，得不到充分 发挥。电子计算机和自动绘图机的发明，使人们从手工绘图中解放出来1 3 j 。 图形系统可以从几个方面来描述发展，如图1 1 所示。 几何造型 图脯心数据库医囹一i 翌墨型兰兰嬖竺竺l 开发性 至 ( 三团1 _ j 【_ j 运行环境 二至至 - 三至亘三 _ ( 圊 图1 1 图形系统发展趋势 f i g 1 1g r a p h i cs y s t e md e v e l o p m e n tt r e n d 计算机图形系统是研究利用计算机生成、处理和显示图形的- - l - j 科学。计算机图形 系统的核心可以概况为把客观世界对象在计算机内表示为基础的两大方面【4 】：模型生成 ( 客观世界建模) 和图形显示( 输出效果处理) 。 图形系统的研究内容，如图1 2 所示。 图1 2图形系统的研究内容 f i g 1 2 r e s e a r c hc o n t e n to fg r a p h i cs y s t e m 大连理1 ：大学硕士学位论文 模型生成是获取、存储和管理客观世界物体的计算机模型。模型生成有两种方式： 一种是由图形系统提供模型构成的基本元素( 如：点、线、面、体等) ，而由用户按自己 的设想在图形系统所提供的环境中交互的构成所需要的模型，这种方式是目前计算机图 形系统模型生成的主流方法；另一种是借助于数字摄像机、数字照相机和扫描仪等采集 设备所获取的客观世界对象，通过图形的识别来构造客观世界的模型。图形识别非常困 难，这种方式有很多优势，目前还不成熟，是图形系统未来的发展趋势。 图形显示是生成、处理和操纵客观世界物体模型的可视化效果，以在输出设备上呈 现客观世界物体的图像。这里包括两大方面：一是图形显示设备本身的能力和性能，即 图形硬件；二是图形表示、生成、处理和操纵等，这是计算机图形的软件部分，也是图 形系统的重点研究内容。 按照在绘图过程中能否进行人工干预，图形系统可以分为被动式图形系统和交互式 图形系统。 被动式图形系统是指在绘图过程中，人无法进行干预的绘图系统。如果要对图形进 行增加、删除、修改、缩放等操作，必须修改图形的输入信息( 例如绘图的源程序) ，重 新生成图形。这样不仅效率低，而且很难在工程中实际推广。 交互式图形系统又称为会话式图形系统。这种图形系统的一个主要特点是可以实现 人一机通讯。设计人员可通过显示屏幕观察设计的结果和图形，同时可通过图形输入装 置( 例如鼠标器) 、配合软件( 一般为菜单方式) ，对图形进行增加、删除、修改、缩放等 操作。这就把计算机的高速运算速度、大容量的存储、人的观察与思考有机地结合起来 了，因而被广泛应用于c a d c a m 系统中。 交互过程的模型，如图1 3 所示。 图1 3 交且过样模艰 f i g 1 3 i n t e r a c t i o nm o d e l 操 作 员 船体型材卜- 料图形系统的研究与实现 交互式图形系统的交互功能目前主要通过“所见即所得的二维图形操纵界面来实 现的。其发展趋势是实现多通道交互，使人的自然语言、手的动作、姿势等多种表达模 态与之交互。 1 2 2 计算机图形系统在船舶业的应用及发展现状 随着计算机图形技术的不断发展，一些工业发达国家开始把图形系统应用于工业生 产。船舶业是最早使用计算机图形系统的工业领域之一。由于图形系统在船舶业的应用， 使装配设计、焊接计划、绘图、物料、信息管理等一体化，实现了造船业的工厂自动化。 计算机辅助设计c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) ：是计算机图形最活跃的应用领域之 一，它将人的创造力和计算机的高速运算能力、巨大存储能力和逻辑判断能力结合，包 括概念设计、计算机辅助绘图、优化设计等。世界上较为著名的机械删删c a e 公司主要有以下几个：美国的i b m ，c o m p u t e rv i s i o n ，h e w l e t t p a c k a r d ，e d s u i n g r a p h i c s ， i n t e r g r a p h ，s d r c ，a u t o d e s k 等公司。8 0 年代后期国际上流行的c a d 软件主要以d e a s ， u gi i ，e u c l i d - - i s ，p r o e n g i n e e r 和c a d d s5 为主，运行的硬件以工作站为主，近年来， 由于微机性能有了很大提高，如p r o e n g i n e e r ，卜d b 蝎，c a d d s5 等软件装向w i n d o w s 操作系统拉j 。 在船舶设计制造领域，美国c o m p u t e rv i s i o n 公司推出的c a d d s5 功能比较齐全， 占用相当的市场份额。c a d d s5 可以生成用户自定义的二维工程图，进行图纸审核及 草图设计。c a d d s5 为建立的零件和部件提供了一套丰富的参数化2 d 3 d 精确线框建 模工具，以及尺寸定义和制图功能。 t r i b o n 系统是世界上著名的计算机辅助设计与制造软件，由瑞典k c s 公司推出。 t r i b o n 系统是为适合船舶制造和海洋工程特定专业需要而开发的一种设计和信息系 统，是基于w i n d o w sn t 操作系统开发的，完全与m i c r o s o f t 产品兼容的三维实体造型 系统。t r i b o n 系统应用程序涵盖了从初步设计到产品制造全部过程中的所有方面，并 包括了船舶建造装配成形阶段和物料管理的高级特性。t r i b o n 系统的核心是t r i b o n 产品信息模型数据库i 刚。 t r i b o n 系统应用在设计、生产、装配等各个阶段。t r i b o n 的应用程序如下。 初步设计( i n i t i a ld e s i g n ) ：初步进行船体几何建模和船体性能计算。 基本设计( b a s i cd e s i g n ) ：船体结构和主要设备项目的初步设计，用以发展船舶建造 策略。 船体( h u l l ) ：主船体结构的设计和零件制造信息。 舾装( o u t f i t t i n g ) ：管系、通风、电气和船上其他钢结构件和设备机座的设计和零件 大连理t 大学硕十学位论文 制造信息。 设备( e q u i p m e n t ) ：定义一个项目中的所有设备分项。 绘图( d r a f t i n g ) ：根据t r i b o n 产品信息模型绘制造船图纸的完整二维和三维图形。 物料( m a t e r i a l s ) ：处理从采购到发票清算的所有物料管理方面的问题。 快速编程( v i t e s s s e ) ：让用户能根据自己的特定知识和船厂的规范，进行自动化设计 工作。 我国的船舶行业应用的辅助设计制造软件，多数是引进西方发达国家研制的、已经 十分成熟的船舶c a d 系统，这些软件为我国船舶设计制造做出了很大贡献。计算机图 形系统在国内的发展相对落后，国内经过十几年的努力，图形系统也逐渐商品化。如清 华大学的高华、华中理工大学的c a d 、中科院的p i c a d 等。国内研发的船舶计算机辅 助制造系统是哈尔滨工程大学的s h i p 2 0 0 0 。 目前，图形系统在船舶业的发展大都是面向零件的设计，其今后的发展方向是面向 产品。面向产品的设计是一项重大进步，主要表现在屏幕刷新、子装配体的隐蔽和再现、 二维绘图投影和有限元求解等。 1 3 课题研究意义 1 3 1理论意义 船体的制造过程大概可以分成船体设计( 包括船体内部平面板架结构、外板型材生 成和曲面板架的生成，装配焊接工艺设计等) 、船体套料、船体零件加工、装配和焊接 等几个重要步骤。型材下料是船舶建造的重要工序之一，它上承船体设计部门，下接零 件制造车间，同时还肩负着合理地选用板材，提高材料利用率，降低产品的制造成本的 重要职责。从狭义上讲，它的实质是如何解决不规则零件二维布局优化问题，零件参数 自动校验问题。从广义上讲，型材下料是融汇了设计、工艺制造、数据管理、统计汇总 和优化分析于一体的复杂的集成制造过程f 7 j 。 研究船体型材下料图形系统的目的在于从广义上解决船体下料问题，它能够提供从 船体设计到零件加工的图纸，提供数据支持、数据流程控制、数据管理等全方位的技术 服务功能。通过型材下料图形系统解决方案，可以使复杂的下料工作变得简单轻松、提 高船体型材下料的总体效率。 1 3 2 应用价值 本文以船厂的型材下料工作为实际背景，主要负责解决当前在型材下料过程中的图 形优化和数据接口问题。项目要求通过船体型材下料图形系统的开发应用，能够实现零 船体型材下料i ! l 形系统的研究与实现 件图形的自动化和下料生产过程的综合化，提高工作效率，合理利用原材料，降低生产 成本。 项目的研究实施紧密结合我国大型船舶企业的实际情况，在实践中研究图形系统的 工作原理、零件模型及实施策略，确立了同时从数据管理和图形优化两个方面为下料和 零件加工提供高效实用的技术解决方案，这是实现优化下料、提高材料利用率的有效途 径。课题研究工作对于探索符合我国国情的船舶企业信息化建设具有普遍意义和应用价 值。 1 4 论文的主要研究内容 论文在深入调研，总结分析国内外船体型材零件自动设计技术的基础上，针对船体 型材下料的实际现状和亟待解决的问题，主要在以下几方面进行深入研究。 ( 1 ) 调查研究国内外船舶图形系统的系统构架及工作原理，结合船体型材下料的实 际需求，设计船体型材下料图形系统的总体结构，及t r i b o n 参数提取和管理、基于 g d i + 的型材下料交互图形绘制及图形d x f 文件接口三个子系统的详细构成。 ( 2 ) 研究型材零件l s t 参数文件和p a r t l i s t 标准文件的结构，根据零件参数的特点， 应用面向对象的思想建立零件模型。 ( 3 ) 研究t r i b o n 系统数据提取和管理的设计方法，给出设计方案，实现t r i b o n 系统参数的自动提取，自动完成零件参数的合并统计及与p a r t l i s t 标准文件的错误校验。 ( 4 ) 设计并实现基于g d i + 的型材下料交互图形子系统，该子系统实现f b 、h p l 、 t 等型材零件的绘制，坡口、开孔、切口等零部件与型材零件的装配，零件图形与尺寸 标注的组合，提供平面出图、曲面出图两种出图方式。此外，提供图形系统的交互接口， 实现用户信息填写、图形设置及坡口扩展功能。 ( 5 ) 为满足套料人员的使用需求，提出d x f 文件自动生成的方案和具体测试步骤， 使用a u t o c a d2 0 0 2 结合c a l l d x f a r x 插件对图形系统生成的各类d x f 文件进行测试。 火连理+ i ：人学硕十学位论文 2 型材下料图形系统的总体方案 本章通过分析型材下料工作的现状，针对当前船体下料工作中存在的问题和不足， 提出了具体的解决方案。从总体上对系统进行了功能模型的划分。 2 1下料工作现状分析 2 1 1 下料工作概述 下料是船舶设计制造过程中的最初环节，船体零部件通常是从一定规格的原材料上 ( 主要包括板材和型材) 用切割机等设备切割下来，再经过压弯、滚装等整形工艺，最后 经过焊接，装配得到的。下料就是将零件从原材料上分离下来的工序，根据设计与加工 工艺的要求，将原材料切割成特定形状和尺寸的工作。下料直接影响船舶的制造成本， 对生产周期也有很大影响。 。 船厂的船体型材下料图形系统开发，是为了满足平面设计、曲面设计以及套料设计 三类人员的使用。根据不同部门对图形的不同需求，要求系统功能完善。总体来说，型 材零件有如下几种类型。 ( 1 ) 平铁( 代码：1 0 ；符号：f b ) 。 ( 2 ) 球扁钢，角钢( 代码：2 0 ；符号：h p l ) 。 ( 3 ) t 型材( 代码：3 0 ；符号：。 “ 针对以上不同的型材类型，不同工作人员对图形系统的功能需求如表2 1 所述。 表2 1 工作人员需求表 t a b 2 1 r e q u i r e m e n tt a b l ef o rw o r k i n gs t a f f 2 1 2 现状分析 通过双方的共同探讨和调查研究，目i 订的型材下料工作j 在以下方面存在不足，需要 改进提高。 ( 1 ) t r i b o n 系统缺乏自动校验机制。t r i b o n 自动生成的l s t 参数文件中所包含的 船体型材- 卜料图形系统的研究与实现 图形信息，需要人工与p a r t l i s t 标准文件中的信息进行校验，不仅工作效率低，而且校验 结果的正确性也没有保障。 ( 2 ) t r i b o n 系统的数据开放性不足。对图形数据信息，存储在t r i b o n 系统的 d r a w i n g 数据库( p p i d b ) 中，必须将其转化为a u t o c a d 可以接受的d x f 文件才可 以获取；对标准部件数据信息，存储在t r i b o n 系统的g c d b 部件库，只能用数据提 取子语言m a c r o 获取。这些数据获取方式限制太多甚至有些数据提取不到，给二次开发 和信息共享带来了一定的困难1 8 j 。 ( 3 ) t r i b o n 的数据库系统自成一套。t r i b o n 系统与现有的一些应用很广的数据 库系统，例如o r a c l e 、i n f o r m i x 、s q ls e r v e r 等没有任何接口，不利于今后的 应用开发。 ( 4 ) t r i b o n 生成的零件图纸存在信息重叠或零部件丢失。如果某类零件存在多孔、 多条逆直线或者复杂标注时，图纸并没有进行优化处理。许多标注信息与端头信息或坡 口信息重叠在一起，给车间下料工作人员带来很多困扰。甚至一些零部件图形需要手工 绘制，不利于零部件的统一管理。 ( 5 ) t r i b o n 图形系统可扩展性差。如果需要设计新类型的零件，可能要用到新类 型的坡口，目前的t r i b o n 系统是无法实现的。 ( 6 ) t r i b o n 系统庞大，运行速度慢，工作效率低，交互性差。用户无法根据实际 需求，设置零件图纸的出图情况。 因此，为了更好的利用t r i b o n 系统，有效解决图形优化、数据接口、自动校验及 交互性设置等难题，提高型材下料的总体效率，降低产品成本，开发船体型材下料图形 系统是非常重要的。 2 2 总体功能模型及各功能介绍 根据对零件图形系统的需求分析，确立了船体型材下料图形系统的总体功能模型， 主要包含t r i b o n 参数提取和管理子系统、基于g d i + 的型材下料交互图形子系统和图 形d x f 文件接口子系统。t r i b o n 参数提取和管理子系统是船体型材下料图形系统的 基础，负责零件参数的解析提取和参数管理。如果零件参数没有通过校验，则提供详细 的错误报告，只有当零件参数通过错误校验，下层图形绘制子系统才能被激活。基于 g d i + 的型材下料交互图形子系统是船体型材下料图形系统的核心，满足平面设计人员 和f l t t i f i 设计人员的使用需求，负责以平面出图方式和曲面出图方式绘制零件图纸。其中 包括端头、坡口、) f ：孔、切口、逆直线等零部件的设计及绘制，标注类型的设计及绘制， 图形附j j i l 功能的设汁及实现，以及图形系统交互功能的设计及实现。通过本子系统，用 人连理jl ：人学硕十学位论文 户可以得到龙门下料图册和型材下料图册。 图形系统为专业制图软件提供的一个接口， t 型材的面板和腹板生成d x f 文件。 图形d x f 文件接口子系统是船体型材下料 满足套料设计人员的使用需求，负责为f b 、 综上，船体型材下料图形系统的总体功能模型，如图2 1 所示。 图2 1 船体型材卜料图形系统的总体功能模型 f i g 2 1 g e n e r a lf u n c t i o nm o d e lo fh u l lp r o f i l e db a rm a c h i n i n gg r a p h i cs y s t e m 2 。2 1t r ib o n 参数提取和管理子系统 t r i b o n 参数提取和管理子系统是型材下料图形系统的基础，负责提供和管理所有 的零件参数。该模块的实现的子功能如下。 ( 1 ) 参数文件导入。将t r i b o n 生成的l s t 文件选取提供给系统，作为零部件模型 的数据源。将p a r t l i s t 标准文件选取提供给系统，作为参数校验的依据。 ( 2 ) 零件存储模型的建立。针对l s t 文件分析的结果，建立相应的数据结构来存储零 件信息，即建立零部件信息存储类。 ( 3 ) 零件信息提取。读取选择的参数文件，分析关键字，捉耳义棚应参数存储到零部 船体型材下料图形系统的研究与实现 件动态数组中，供后续数据管理使用。 ( 4 ) 数据管理。包含多关键字排序、合并统计、t 型材拆分处理、错误校验、错误 报告以及多种条件的查询。 2 2 2 基于g di + 的型材下料零件交互图形子系统 基于g d i + 的型材下料零件交互图形子系统是本图形系统的核心，负责各类型材零 件图形的绘制，优化各个零部件及各类标注的布局，提供图形系统的附加功能和交互设 置接口。该模块的实现的子功能如下。 ( 1 ) 各类型材零件的绘制。主要包括f b 、h p 、l 、t 型材的零件图绘制。 ( 2 ) 各个零部件的绘制。主要包括端头、坡1 ：3 、开孔、切1 ：3 及逆直线等零部件。这 些零部件有的装配到零件体上，有的以详图标注的形式给出。 ( 3 ) 标注的设计及实现。针对图形中涉及的各类标注信息，设计标注类来描述长度、 角度、弧度等几何尺寸，也为型材设计了几种通用的零件特殊标注，例如零件整体示意 图、坡口标志及曲标志等。 ( 4 ) 图形布局优化。设计了平面出图方式和曲面出图方式两种，对各个图形细节进 行优化处理，确保无图块重叠或者参数叠压现象。 ( 5 ) 图形附加功能。主要包括：图形的打印设置、打印预览及打印；页码定位及上 下翻页；图形缩放。 ( 6 ) 图形交互功能。主要包括：增加新坡口，定制图形的用户信息以及图形的相关 设置。 2 2 3 图形d x f 文件接口子系统 图形d x f 文件接口子系统是为了给a u t o c a d 等专用制图软件提供接口，提高本 图形系统的扩展性。该模块的实现的子功能如下。 ( 1 ) d x f 生成界面。用户可以选择生成的d x f 文件的存储路径，设置d x f 文件的 起始编号，并以进度条的方式显示给用户d x f 文件生成进度。 ( 2 ) d x f 文件自动生成。设计了三层a p i 结构，来实现d x f 文件的自动生成。 ( 3 ) 对生成d x f 文件的测试。使用a u t o c a d2 0 0 2 对普通零件图形进行测试。使 用a u t o c a d2 0 0 2 和c a u d x f a r x 插件结合的方式测试含形图元的d x f 文件。 2 3 开发平台工具及语言 图形系统的丌发采用m i c r o s o f tv i s u a l2 0 0 5 倩a 称v s ) 集成丌发环境。v s 是微软公司 ：品的一款大犁应用软件，是一套完整的丌发工具集。它主要用于生成n e t w e b 应用 人连理j i ：入学硕+ 学位论文 程序、桌面应用程序和移动应用程序。在v s2 0 0 5 中提供了大量的实用工具以提高工作 效率。这些工具包括自动编译、项目创建向导、创建部署工程等等。 在v s 的开发语言中，c 帮语言是基于n e t 框架进行软件开发的核心语言。雠是由 c c + + 演变而来，相比之下，它更加简单、现代、完全面向对象和类型安全【9 1 。c 聋减少 了c + + 的一些功能，更易于使用，不再有宏、模板和多重继承。为使编程更方便的新功 能是严格的类型安全、版本控制、垃圾回收( g a r b a g ec o l l e 等1 1 0 l 。 ( 1 ) 简单 在c 精言中，由于装箱( b o x i n g ) 和拆箱( u n b o x i n g ) 的机制，使用者可以不必记住基 于不同处理器架构的隐含类型以及各种整型的变化范围。c 撑使用的是统一的类型系统， 它抛弃了c + + 多变的类型系统。 ( 2 ) 现代 c 群的现代性主要是由n e t 框架体现出来的。新一代w i n d o w s 服务( n e x tg e n e r a t i o n w i n d o w ss e r v i c e s ) 提供了垃圾回收站，负责c 撑程序中的内存管理。简化革新了c + + 中 的类、名称空间、方法重载和异常处理等领域。 ( 3 ) 面向对象 c 撑全面支持封装、继承和多态性，所有的东西都被封装在类中，包括实例成员或静 态成员。类中的方法默认非虚拟的，不能被派生类重写。钟支持p r i v a t e 、p r o t e c t e d 、p u b l i c 、 i n t e r n a l 四种存取权限。c 撑中只允许有一个基类，从而避免了类型定义的混乱。如果需 要多重继承，可以使用接口技术。c 劳没有全局函数，没有全局变量也没有全局常量。 ( 4 ) 类型安全 c 拱实施严格的类型安全，以保护自己及垃圾回收站。不能使用没有初始化的变量， 对于对象的成员变量，编译器负责清零，局部变量由用户负责清零；饼取消了不安全的 类型转换；c 舭乜包含了边界检查功能；算术运算溢出结果数据类型的范围时，引发异常； 被传递的引用参数是类型安全的。 船体型材下料图形系统的研究与实现 3t rib o n 参数提取和管理子系统 本章详细介绍了t r i b o n 参数提取和管理子系统的设计和实现，通过对t r i b o n 的l s t 文件分析，建立零部件模型。采用类和a r r a y l i s t 动态数组相结合的方式存储零件 参数。通过把c 撑d a t a s e t 控件的数据源设置为a r r a y l i s t ，实现信息显示，支持数据管理。 t r