消防泵葉輪水力CAD系統(tǒng)的開發(fā)

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。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]，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zui成功和zui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，在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用。AutoCAD目前己由zui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(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)庫接口時(shí)，ARX、VB和VBA工具中都有的數(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(qiáng)大，運(yùn)行速度快，但是語言復(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，但是其語法簡單，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。

    從語言結(jié)構(gòu)上講，VBA[2]是VB的一個(gè)子集，它們的語法結(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*獨(dú)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(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zui終沒有選擇VBA的主要原因。因此，選擇Visual Basic 6．0來進(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)過程中貫穿交互式設(shè)計(jì)思想，采用對(duì)話框和菜單來傳達(dá)和處理信息，使設(shè)計(jì)者能更好地把握設(shè)計(jì)過程。
    （2）數(shù)據(jù)量大，關(guān)系復(fù)雜。在水力設(shè)計(jì)過程中，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)行過程中，有很多的圖形需要處理。既有中間位圖（．bmp）的保存，又有zui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*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)的長處，使兩者有機(jī)結(jié)合起來。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)，zui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客戶編程語言（如VB、Delphi等）來定制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，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等編程語言，可以實(shí)現(xiàn)Windows平臺(tái)上諸應(yīng)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(shù)
    數(shù)據(jù)庫[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。

圖3  水力設(shè)計(jì)流程圖

    6、結(jié)束語

    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)行流場分析和性能預(yù)測，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。