（机械设计及理论专业论文）铁塔放样及角钢优化下料软件设计.pdf

湖北工业大学硕士学位论文 摘要 在当前国内铁塔制造企业竞争日趋激烈的形式之下，企业与企业之间的竞争 从根本上说是企业技术实力的竞争、科技创新优势的竞争。放样工作是一项技术 含量很高的工种，对铁塔制造企业来说，一直都是一个技术难题，也是关系企业 生存能力的一个关键因素。 目前，在国内，乃至国际上，都很少有能够完全自动进行有效的能应用于实 际企业制造的下料系统，在作者所接触的铁塔制造行业，能进行完全高速自动化 的计算机下料的企业非常少，而现有的优化下料系统角钢利用率不高。同时，角 钢下料这一模块却又是整个企业主要的利润来源，如何有效地提高原材料的利用 率，降低原材料损耗，减少大量的人力操作，同时又能保证整个下料系统高速稳 定的运作，成为很多铁塔制造行业目前所急需解决的问题。 本文通过实际的应用研究，对铁塔放样作了探索和理论技术上的研究，并针 对目前机械制造行业缺乏一个完全独立自动的角钢下料软件的情况，提出一套完 整的角钢优化下料计算方案。运用整数线性规划理论设计一种满足实际操作的角 钢下料系统，它不仅能够提高原材料的利用率，而且能够保证其运算的速度。经 过大量的实际运作，有效地降低了原材料的损耗，提高材料利用率，节约原材料， 提高企业竞争力，从而使企业能够实现利润的增长。 角钢优化下料系统由d e p h i7 0 和s q ls e r v e 数据库开发，s q ls e r v e 数据库 存储相关数据信息，包括原材料信息、零件信息，切割刀具信息等。d e p h i 通过数 据库控制对象，如a d od a t a 控件、d a t a 控件等对数据库进行管理。 关键词：铁塔放样，角钢优化下料，线性规划，d e p h i7 0 ，s q ls e r v e 数据库 湖北工业大学硕士学位论文 a b s t r a c t i nt h ec u r r e n t ，t h ec o m p e t i t i o nb e t w e e nm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e so ft o w e ri n d o m e s t i cb e c o m ef i e r c e l y i ne s s e n c e ，t h ec o m p e t i t i o nb e t w e e ne n t e r p r i s e si st h e c o m p e t i t i o n o f t e c h n o l o g i c a ls t r e n g t h ，a n d i st h e c o m p e t i t i o n o f t e c h n o l o g j i c a l i n n o v a t i o n l o f t i n gi sat y p eo fw o r kc o n t a i n sh i g ht e c h n o l o g y , t o w e rl o f t i n gh a sb e e na t e c h n i c a lp r o b l e mf o rm a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e s a n da l s oi sak e yf a c t o ra b o u tt h e v i a b i l i t yo fe n t e r p r i s e s t h e r ei sal a c k o f c u t t i n gs t o c ks y s t e m t h a tc a nb ea p p l i e dt ot h ea c t u a l m a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e sa u t o m a t i c a l l ya n de f f e c t i v e l yi nd o m e s t i ca n de v e n i n t e r n a t i o n a la tp r e s e n t ，a n dt h e r ea r ef e we n t e r p r i s e st h a tc a nb ec o m p l e t e l ya u t o m a t e d c u t t i n gs t o c kh i g h s p e e d l y m e a n w h i l e ，t h em o d u l eo fa l l 【g l es t e e lc u t t i n gs t o c ki st h e m a i ns o u r c eo fp r o f i tf o rt h ew h o l ee n t e r p r i s e h o wt oe f f e c t i v e l yi m p r o v et h eu t i l i z a t i o n o fr a wm a t e r i a l se f f e c t i v e l y ，h o wt or e d u c et h el o s so fr a wm a t e r i a l s ，a n dh o wt or e d u c e t h ea m o u n to fm a n p o w e r - o p e r a t o r , a n de n s u r ec u t t i n gs t o c ks y s t e mt oo p e r a t eu n d e r h i g h s p e e ds t a b i l i t ya tt h es a m et i m e a l lt h e s eb e c o m ea l lu r g e n tp r o b l e mn e e dt os o l v e f o rm a n ym a n u f a c t u r i n ge n t e r p r i s e so ft o w e ra tp r e s e n t n ep a p e rm a d es t u d i e si nt h e o r ya n dt e c h n o l o g ya b o u tt o w e rl o f t i n gt h r o u g h p r a c t i c e f a c i n gt h ef a c t o ft h el a c ko fa l le f f i c i e n t l yc u t t i n gs t o c ks o f t w a r ei nt h e e n t e r p r i s e ab r a n d n e wm e t h o dw a sc a m ei n t ob e i n gt os o l v et h e0 n e d i m e n s i o n a l c u t t i n gs t o c kp r o b l e m t 1 l ea r t i c l eu s ei n t e g e rl i n e a rp r o g r a m m i n gt h e o r yt od e s i g na n a n g l es t e e lc u t t i n gs t o c ks y s t e mm e e tf o rp r a c t i c eo p e r a t o r i tc a nn o to n l yi m p r o v et h e u t i l i z a t i o nr a t i oo ft h er a wm a t e r i a l s b u ta l s oc a ng u a r a n t e et h es p e e do fi t sc a l c u l a t i o n a f t e ral o to fp r a c t i c e i tc a nr e d u c et h el o s so fr a wm a t e r i a l se f f e c t i v e l y s a v et h er a w m a t e r i a l s ，a n di m p r o v et h ec o m p e t i t i v e n e s so fe n t e r p r i s e s ，t h e r e b ye n a b l ee n t e r p r i s e st o a c h i e v eg r o w t ho fp r o f i t 伯ea n g l es t e e lo p t i m u mc u t t i n gs t o c ks y s t e mi sd e s i g n e dw i t hd e p h i7 0a n ds q l s e r v ed a t a b a s e t h ed a t ai n f o n n a t i o ns t o r e di ns q ls e r v e i i l c h i d et h ei n f o r m a t i o no fr a w m a t e r i a l s ，p a r t ，a n dc u t l e ri n f o r m a t i o n t h ed a t a b a s ei so p e r a t e db yt h ed a t a b a s ec o n t r o l o b j e c to fd e p h i7 0 ，f o re x a m p l ea d o d a t ac o n t r o la n dd a t ac o n t r 0 1 k e y w o r d s ：t o w e rl o f t i n g , o p t i m u nc u t t i n go fa n g l es t e e l ，l i n e a rp r o g r a m m i n g ，d e p h i 7 0 ，s o ls e r v ed a t a b a s e h 诹d 主工案火淫 学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取 得的研究成果。除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经 发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方 式标明。本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者鲐五。亥吼叩年多肌中日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权湖北工业大学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。 学位论文作者签名： 孑 嗍：岬 日 f p 旋 纬吖 ：r 石 獬户 师 移 教 导 期 指 日 湖北工业大学硕士学位论文 第1 章引言 1 1 铁塔放样研究现状及意义 通讯铁塔是信号传输过程中至关重要的设备，其制造质量的高低直接影响到 铁塔的使用性能和制造厂家的经济效益。传统的铁塔制造一般是先根据设计部分 提供的设计线图进行人工放样，再根据人工放样的结果进行制造和装配。在铁塔 的整个生产过程中其放样、取样、试组等工序是非常繁重的、单调的、重复性的 劳动，若由人工来完成，则其计算、校验、制图等都将耗费大量的人力和时间，效率 不高且可靠性难以检验，需要的周期长，同时又难免出现人为的计算误差及计算错 误。因此，采用人工放样制造出来的铁塔除了成本较高，生产周期较长外，还常 常因为计算误差或计算错误造成构件的尺寸偏差过大或尺寸错误，从而导致组装 困难甚至组装不上，不得不进行返工，使得其生产周期加长和生产成本进一步加 大，直接影响到铁塔的制造质量和制造成本【”。应用计算机进行辅助设计，是当前 铁塔设计的重要手段，但还没有功能非常完善的设计软件，把优化设计与放样很 好地结合在一起。 高压铁塔的制造和安装过程很复杂、繁重，一个铁塔由成百上千的桁架、板材 组成。为了保证现场安装的成功，必须保证每一根杆材，每一块板，甚至每一个 螺钉孔的结构、尺寸和位置的j 下确性，否则将会严重影响施工进度【2 1 。随着铁塔放 样理论的日趋成熟以及计算机技术的飞速发展，几个关键性的技术难题己经得到 解决：怎样才能使设计更简单、直观，使设计更加灵活? 怎样才能直观明了简单地 构造模型并自动分析杆件信息? 怎样处理多塔高、多接腿及高低腿的全方位自动组 合问题? 怎样才能使设计具有更多的人性化? 在其他研究单位的研究成果里面还没 有能明确地被表述出来，需要作进一步的深入研究。编制程序的目的在于减轻设 计者的劳动强度，降低程序对设计人员的要求，缩短设计的时日j ，简化设计的步骤， 提高工作效率，尽量做到专业化与智能化。 铁塔放样工作是一种集计算、统计和绘图等工作的很复杂的过程。采用计算 机放样系统后根据真观的图形，精确的统计数字和优化的程序，可以得到准确的、 湖北工业大学硕士学位论文 高质量的放样结果。放样实现计算机化，提高了放样质量，缩短了铁塔的放样周 期，避免了放样工作上的返工，提高了企业的竞争能力，适应了当前市场的需求， 其意义重大。 1 2 1 1 维下瑚司甄蒯圾水平 制造过程中的优化下料问题是制造系统中资源优化利用问题之一。优化下料 涉及的问题很多，其中一维优化下料问题是制造过程中经常遇到的下料问题。钢 材、铝合型材等的切割中许多都是一维优化下料问题。一维优化下料问题作为一 个经典的切割数学问题，前人己经进行过非常多的研究并且已经得到了较为成熟 的数学建模方法和求解方法，随着研究的不断深入及各种新的优化方法的提出， 在这个领域中国内外从理论和实际应用都取得了非常大的突破【3 1 。 优化下料问题的研究，开始于2 0 世纪四五十年代，其奠基性工作当属6 i l m o r e 与g o m o r y 在6 0 年代的工作。优化下料技术的研究理论涉及到动态规划、线性规 划( l p ) 、人工智能( a i ) 以及启发式算法( s h p ) 等多种学术研究前沿理论，国内外 学者在优化下料问题上进行过不断的努力，寻求了各种方法。优化下料问题的研 究，从一维发展到二、三、四维( 引入时间维) ，建立特定问题的数学模型和寻求 有效的求解途径是研究的重点。 从计算复杂性理论上看，不存在多项式界算法。专家认为求解一个问题的解 法，仅当其复杂性随输入规模的增加而多项式增长时，算法才是实际有效的。因 此，通常只能用那种虽然不能保证是最优解但是接近最优解的近似算法来求解。 国内外关于这方面的研究十分活跃，并提出了不少近似算法，如h a r l d d y c k h o f f h l 5 1 提出的线性规划方法以及s a r k e rbr 【6 】提出的动态规划方法；g i l m o r e 与g o m o r y ! 。7 8 j 用线性规划建立的一刀切问题的数学模型等。 1 2 1 2 下料过程的建模方法研究现状及水平 复杂下料问题是多目标多约束的组合优化问题。下料问题知识模型的建立是 目前下料领域的一个弱点。下料问题属于一种广义优化问题，由于下料知识( 目标、 约束) 的多样性，这种组合优化问题无法用单一的数值优化模型来表达。下料问题 的模型主要包括数学模型、复合知识模型、人工神经网络模型、图论模型等。 1 数学模型 湖北工业大学硕士学位论文 现有的大部分f 料问题的模型一般都是将原问题进 j - 简化( 包括目标知识、几 何形体和约束) ，建立单纯的数学模型，然后用组合最优化中广泛应用的整数规划 法、线性规划法、分枝定界法或动态规划法等数学方法求解问题。 6 i l m o r e 与g o m o r y 用线性规划建立了一刀切问题的数学模型，把线性规划的 求解转化为一个背包子问题，然后构造求解背包问题的有效方法。该算法可用于 求解无约束无阶段限制的一二维切割问题，用的数学工具主要有动态规划、背包 函数与线性规划。 v a l e r i od ec a r v a l h o 等将下料问题抽象为约束优化问题，并用一衙化的线性 规划模型来表达该约束优化问题，最后用列生成技术对得到的线性规划模型进行 求解【9 1 。 h a r l dd y c k h o f ( 1 9 8 1 ) 提出了另一种线性规划的模型。他将该类问题分为两 类：式样导向法( p a t t e r n o r i e n t e d ) 和项目导向法ti t e m - o r i e n t e d ) 1 4 】。 b e a s l e 将下料问题抽象为整数规划模型。基本思路是某类型特定物体的可行 位置用一个二值变量表示，将可行位置左上角点的坐标分割成网格表示代表下料 容器的长方形。如果每个网格位黄仅被不多于一个的下料物体所占据，则得到的 一组下料物体的位置是可行的1 1 0 l 。 2 0 0 1 年，申志勇、聂义勇、文成秀、王宏、张福顺引进背包问题，应用典型 的杆材下料算法，提出一个考虑库存余料利用的杆材下料方案1 1 1 】。 2 图论模型 图论模型是指以图中的结点代表待下料物体，弧线代表下料物体之间的关联 关系，由此将下料问题转化为在一个己知的连接图中寻找最大权平面子图或最大 独立集问题，然后借助整数规划、分枝定界及动态规划等方法进行求解问题。 图论方法作为组合数学的重要组成部分虽然在许多领域有着广泛的应用并卓 有成效，但下料问题的图论方法却仍然不能充分表达布局知识及约束，只限于小 规模规则物体下料问题的求解。因此图论求解方法不适用于涉及不规则物体且规 模较大时的下料问题。 3 复合知识模型 复杂下料问题不仅涉及如问题的几何、运动学、动力学约束和优化目标等可 用数学模型描述的知识，而且涉及如下料物体的材料性能以及装卸工艺等无法用 数学模型描述的知识，特别是人类专家的下料领域知识。因此，任何单一模式的 知识模型( 图论模型、数学模型等) 都不足以精确地表达复杂下料问题。智能工程 理论认为，这种复杂下料系统求解自动化应该建立复合知识模型一各种单一模型 的集成t ”l 。因此建立数学模型是应用最广泛也是较成熟的求解复杂下料问题的方 湖北工业大学硕士学住论文 法，这也是本文要采用的求解一一维优化下料问题的方法【1 3 。 一维优化下料问题一般描述为：在一定数量的给定长度的原材上，如何以最 少的原材根数切割出所需数量的各种长度的零件毛坯【1 4 l 。而现行的解决方法主要 为利用传统的人工经验方法来处理此类问题，一般的人工下料法是在给定的原材 上先切割出长度最大的零件，然后在剩下的零件中切割出可能的最长零件，依次 切割，直至最后无法切割出任何一种规格零件为止，剩下的边角余料就当废料处 理。这种人工下料方法除浪费十分惊人外，下料计算复杂，耗费工程技术人员的 大量精力，并且容易下料出错。也有一些应用行业采用计算机辅助下料，但是所 用的算法和人工下料法基本一样，原材料利用率并没有得到明显改善，仅仅是提 高了工作效率i j j 。 铁塔制造中的主要原材料是各种规格的角钢。目前在我国的铁塔制造行业中， 角钢的平均利用率为8 5 一9 0 。此利用率是指实际利用的原材料与原材料的总 消耗之间的比值。按此比例计算，一个年生产1 0 万吨以上的铁塔制造厂，每年当 作边角余料处理掉的角钢就有1 0 0 d 0 1 5 0 0 0 吨左右，按3 0 0 0 元每吨的市场价格 计算，企业每年将损失掉3 0 0 0 - - 4 5 0 0 万元原材料费。浪费不可避免，但如果采用 科学的理论方法对角钢下料方案进行优化，那么原材料的利用率每提高1 ，企业 就将直接获利3 0 0 万元。 工厂实际生产中的一项根本原则是最大限度地提高材料利用率，节约原材 料，这就对生产企业的原材料的合理利用提出更高的要求1 1 5 】。因此在现代企业生 产中运用计算机进行生产工艺中的优化下料、生产过程的材料消耗定额管理己成 为迫切需要。本文的选题以降低企业原材料成本，提高生产效率为主要研究内容。 利用科学的方式，通过对一维线性原材料切割下料问题的综合分析，建立理想的 下料计算模型，并选取合适的求解算法设计开发一维优化下料系统，使本下料软 件能够在生产制造企业中得到实际应用1 1 “。 毋庸置疑，实现铁塔制造企业下料模块的计算机化能给企业带来显著的效益 【。 第一、实现了下料模块的全自动化，使下料工人不再为复杂的计算头疼； 第二、实现了整个下料过程的高速化，提高了企业对市场的反应速度，继而 增强了企业的核心竞争力： 第三、提高了下料过程原材料的利用率，减少了下料过程中原材料的损耗， 进一步降低了整个生产过程的成本，增加企业利润。 4 湖北工业大学硕士学位论文 1 3 课题的研究步骤及内容安排 铁塔放样与角钢优化下料隶属于铁塔信息管理系统，铁塔信息管理系统使铁 塔制造各生产环节协调一致，该管理系统支持铁塔生产厂的管理人员制定月生产 计划，根据铁塔型材放样数据实现零件分组，并依据零件分组清单选择最佳下料 方案，同时可打印输出生产管理过程中需要的各种卡片、报表等资料，由放样获 得所需数据并根据获得的放样数据生成相应的零件加工配套表，优化下料部分则 根据配套表内容对零件进行初步分组，确定优化下料方案。 1 3 1 铁鞫铡辑膨掏侈涉骤 本文即是在充分利用计算机辅助设计的优点上，通过对大量相关书籍的阅读 与相关软件的研究借鉴，主要完成以下几个方面的工作： 1 使用a u t oa c t i v e x v b a 进行a u t o c a d 的二次开发，实现图形建模功能。 2 使用d e p h i 语言进行界面及数据处理，实现表格建模功能。 3 使用a u t o c a d 自带的编程语言v b a 编程实现构造单线图功能。 1 3 2 角钢冼化科糊形湖聚 1 确定角钢优化下料算法及模型。 2 确定零件分组方法，求出下料方式并用d e p h i 7 0 实现。 3 分析并确定计算流程图，用d e p h i 7 0 实现并用其进行界面及数据处理。 1 3 3 论文内容安排 全书共分四章，第一章对课题研究现状及意义，研究步骤等作了相关介绍。 第二章对铁塔放样软件设计进行了详细介绍，确定铁塔放样总体设计思路并对模 块化设计进行了详细介绍，对程序部分进行了相关描述并用d e p h i 软件实现。第 三章对角钢优化下料软件设计进行了详细介绍，介绍了角钢优化下料算法及模型 的确定，描述了零件分组方法并用d e p h i 语言编程求出下料方式。分析并确定计 算流程图，用d e p h i 语言实现并用d e p h i 语言进行界面及数据处理。第四章是对 本课题的总结与展望。 1 4 开发工具简介 1 a u t o c a da c t i v e x 对象技术简介 湖北工业大学硕士学位论文 a u t o c a d 是目前全球使用最广范的一种上程图形设计软件。它强大的生命力不 仅在于其完善的绘图功能，良好的用户界面，而且还在于它具有开放式的结构体 系和众多的系列化产品并为用户提供了多种二次丌发的工具和方法【“j 。 a c t i v e x 是微软近年推出的一个基于c o m ( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 的技术规 范。它是在o l e ( o b j e c tl i n k e da n de m b e d d e d ) 基础上发展起来的新技术，其宗 旨是在w i n d o w s 系统的统一管理下协调不同的应用程序，构成复合文档。a c t i v e x 部件是一段可重复使用的编程代码和数据，它由利用a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术创 建的一个或多个对象所组成。由于编写客户程序比将其做成服务程序要简单的多， 因此要利用已有的a e t i v e x 部件作为被调用的服务程序。a u t o d e s k 公司采纳了微 软的这一技术规范，最早在a u t o c a dr 1 4 0 版推出了基于a c t i v e xa u t o m a t i o n 技 术的开发方式。随后有a u t o c a dr 1 4 0 1 版，改版支持“前期绑定”，并且内嵌 a u t o c a dv b a 了a u t o c a dv b a 。至0a u t o c a d 2 0 0 0 2 0 0 2 和a u t o c a d 2 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 6 版，这种新型的开发方式得到了进一步的改进及完善。 a u t o c a da c t i v e x 使用户能够从a u t o c a d 的内部或外部以编程方式来操作 a u t o c a d 。它是通过将a u t o c a d 对象显示到“外部世界”来做到这一点的。一旦这 些对象被“暴露”，许多不同的编程语言或其它应用程序( 例如v b 、c + + 、e x c e lv b a 或w o r dv b a 等) 就可以访问它们。 在a u t o c a d 中使用a c t i v e x 接口主要具有如下两个优点： ( 1 ) 可以在多种编程环境中访问a u t o c a d 图形。在a c t i v e xa u t o m a t i o n 技术 出现之前，开发者只能用a u t o l i s p 或c + + 等访问a u t o c a d 图形。 ( 2 ) 更易于与其他w i n d o w s 应用程序( 例如m i c r o s o f tw o r d 和m i c r o s o f te x c e l 等) 共享数据。 2 a u t o c a dv b h 开发语言简介 v b ( v i s u a lb a s i c ) 功能强大、语法简单、应用广泛，是良好的外部编程环境， v b a ( v i s u a lb a s i cf o ra p p l i c a t i o n ) 与v b 一样也是一种面向对象的程序设计语 言，它继承了v b 语法简单、功能强大的特点。a u t o c a dv b a 内嵌在a u t o c a o 中， a u t o c a d 2 0 0 0 2 0 0 2v b a 相当于v b 5 ，而a u t o c a d 2 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 6v b a 相当于v b 6 ， v b 所支持的对象属性和方法，v b a 也支持。a u t o c a dv b a 允许其v i s u a lb a s i c 与 a u t o c a d 同时运行，并通过a c t i v e xa u t o m a t i o n 接口提供对a u t o c a d 的编程控制。 这样就把a u t o c a d 、a c t i v e xa u t o m a t i o n 和v b a 紧密结合在一起，提供一个非常 强大的接口。它不仅能控制a u t o c a d 对象，也能向其它应用程序发送数据或从中 提取数据。 将a u t o c a d 、a c t i v e xa u t o m a t i o n 和v b a v b 相结合编程有三个基本要素： 湖北工业大学硕士学位论文 ( 1 ) a u t o c a d 本身捌自，丰富的封装了的a u t o c a d 图元、数抛和命令的对象集， a u t o c a d 是一个具有多层接口的开放架构应用程序。 ( 2 ) a u t o c a da c t i v e xa u t o m a t i o n 接口建立与a u t o c a d 对象的消息传递( 通 信) 。 ( 3 ) v b a v b 集成编程环境( i d e ) 具有自己的对象组、关键词和常量等，能提 供程序流、控制、调试和执行等功能。 3 d e p h i 7 0 简介 d e p h i 是著名的可视化软件开发工具。“真正的程序员用c ，聪明的程序员用 d e p h i ”，这句话是对d e p h i 最经典、最实在的描述。o e p h i 被称为第四代编程语言， 具有简单、高效功能强大的特点。d e p h i 7 0 是b o r l a n d 公司推出的d e p h i 编程软 件的新且成熟的一个版本，它采用面向对象的程序设计、组件化的编程方式、快速 p a s c a l 编译器、o l e 自动化、a c t i v e x 编程、数据库以及i n t e r n e t 编程支持，从 而使得d e p h i 7 0 开发功能更加强大，更加易于学习和使用。它具备了作为最优秀 的编程开发软件的切条件：它与m i c r o s o f t 公司的v c c + + 相比，其优势是具有 简单易用的i d e 开发环境；与v b 相比，它的代码更加规范，增强了程序的可移植 性，并且开发效率更高【1 9 l 。 4 数据库技术简介 在利用可视化开发工具做数据库应用开发时，通常应用程序不能和数据源直接 联系，而要通过数据库驱动器。一般而言，对应于一种数据库往往有多种数据库驱 动器，管理这些数据库驱动器的为数据库引擎，程序员在编程时不必调用具体的 数据库驱动器，只需按照统一的方式和数据库引擎联系，而让数据库引擎去操作 具体的数据库驱动器即可i 驯。 b o r l a n d 推出了一个数据库引擎( b o r l a n dd a t a b a s ee n g i n e ，b d e ) ，它能连接 到其它类型的数据库。d e p h i 数据库应用程序是通过b d e 来完成对数据库的访问 的，b d e 是d e p h i 数据库开发环境的核心，它主要的功能是将数据库应用程序和物 理的数据库分隔开来，在数据库引擎中通过数据库别名( d a t a b a s ea 1 i a s e s ) 来 标识、访问本地或远程的数据库。它能访问的数据可分为两种，一种是本地数据， 另一种是客户机一服务器体系的异地数据。 d e p h i 的数据库体系大概如图1 i 所示。整个数据库应用程序开发环境由数据 库引擎( b d e ) 、数据库引擎管理程序( b d ea d m i n i s t r a t o r ) 、数据库桌面( d a t a b a s e d e s k t o p ) 、s o l 浏览器( s o le x p l o r e r ) 、s o l 驱动器( s o ll i n k s ) 和o d b c 驱动程序 组成。 用户可通过3 种方式访问b d e ： 湖北工业大学硕士学位论文 ( 1 ) 在一般应用程序中访问； ( 2 ) 在数据库应用程序中访问； ( 3 ) 通过b d e 管理配置程序访问。 用户只需要操做b d e ，而b d e 可以通过各种可能的方式访问具体的数据源，甚 至通过网络访问远程数据源。b d e 管理配置程序( b d ea d m i n i s t r a t o r ) 主要用于 对数据库引擎进行配置和管理。通过b d e ，应用程序可以利用s q ll i n k s 、o d b c 来访问数据库。s q l 驱动程序是i n p r i s e 公司在d e p h i 客户n 务器版本中提供的 远程数据库访问驱动程序；o d b c 是微软公司在w i n d o w s9 5 9 8 n t 操作系统提供的 数据库访问驱动程序。远程数据库可以是o r a c a l ，s y b a s e ，m ss q l s e r v e r ，i n f o r m i x ，d b 2 ，i n t e r b a s e 等数据库。a s c i i 是基于文本的数据库，其实就 是一个文本文件，是最简单的数据库。 图l1d e p h i 数据库应用程序开发环境 湖北工业大学硕士学位论文 第2 章铁塔放样软件设计 在生产实践中，铁塔一般采用标准化塔型，但对于特殊工况下使用的铁塔需 另行设计。当前铁塔设计的重要手段是应用计算机进行辅助设计，但还没有功能 非常完善的设计软件，把优化设计与放样很好地结合在一起。本文设计的放样软 件将优化设计与放样结合在一起。 2 1 1 系统功能 本铁塔放样信息处理系统具备以下几项主要功能： 1 检验单线图的基本尺寸。 便于用户审核各段的配合尺寸，掌握放样进程，检验图纸中单线图的尺寸是 否有计算错误，如果有，则指出错误供用户修改。 2 杆件实体图的生成，便于用户审核杆件之间是否有干涉，结构是否合理， 并可直观地观察输入是否有错误。 3 不同视图间结构尺寸可自动转换，可自动进行横斜材负数的核算。 4 自动生成绘制加工图的数据文件。 5 自动生成铁塔总线图 在设计绘制铁塔总线图时，先输入铁塔底部高度、底脚处跨距及塔腿部分各 段的线图桁架结构类型，然后根据线图桁架结构类型调用相应的子模块进行塔腿 部分各段线图桁架结构尺寸设计及绘制，并输出与塔身部分相连接处的跨距。塔 腿部分设计完后，进行人一机对话，输入塔身部分各段的线图类型，调用相应的 程序子模块进行塔身各段的桁架结构尺寸设计和图形绘制，依次设计并绘制出头 部各段的桁架结构尺寸及线型图。在各部分的结构尺寸设计计算完成之后，就可 运用图形叠加原理形成一个完整的铁塔总线卧1 1 。 6 本着“先下后上”的原则依据单线图及放样的目的，对铁塔进行放样，计 算机放样有很强的交互性，所有添加，编辑等修改工作可在同一环境下完成，由 于放样不同于设计，在实际操作中可提供用户更灵活的使用方式，可不遵守“先 下后上”原则。 7 自动生成数据库所需的二次数据文件。由上述的数据，系统可以自动绘制 相关零件的加图，它们包括包钢加工卡、主材加工卡、横斜材加工卡、特殊件 9 湖北工业大学硕士学位论文 加上图、联接板加j = 图。 8 对放样完毕后的铁塔进行干涉校验，指出错误并对之进行修正，直接实现 放样零件的虚拟装配，以核查零件的空间干协情况。 采用该软件不仅可以提高放样的精度和准确性，大大缩短铁塔的放样周期， 还可以降低制造成本，节省许多的人力、物力，获得良好的经济效益。 2 1 2 设计思路的确定 2 1 2 1 铁塔杆件的数学定义 单线图是用样杆的准线构造出的铁塔框架图，杆件的定义是在单线图设计完 成后进行的，节点则是在杆件定义完成后进行的。杆件定义包括：材料定义，杆件 编号，确定节点孔位，确定安装属性，输入安装螺栓规格等【2 “。铁塔由很多作为杆 件的角钢构成，先必须定义这些杆件【2 2 1 。 1 坐标系 三维直角坐标系x ，y 轴必须平行地面，z 轴垂直地面，利用铁塔结构的对称性， 将坐标原点选在塔头顶面中心处，采用如图2 1 右手坐标系，注意z 轴同重力方 向一致，并且要同塔体的中心轴线重合，位于铁塔的最高点，因为以后要将铁塔 的对称性运用于数据中。 图2 1 坐标系 2 结构面 铁塔放样主要在各个面上进行，铁塔空间结构虽很复杂但总可以被分解为若 干个平面的组合l 矧。以塔身为例，它的每一段都可以视为一个四楼台结构，由6 个空间平面组成，如图2 2 所示。铁塔结构拆分的原则是取出每个平面的位向正 视图。 0 湖北工业大学硕士学位论文 43 6 图2 2 塔身结构面 图2 3 塔身平面图 5 图2 4 塔身平面图 分别进行信息输入。如图2 2 中的l 一2 3 4 平面2 3 5 6 平面分别转 化为图2 3 和图2 4 所示平面。这样就完成了空间结构向简单平面结构的转换。 铁塔各杆件所存的面称为结构面，若有变坡，则需另外构造一个结构面。通 过结构面的定义可使程序判断杆件位置，并确定构造方式【2 4 1 。 湖北工业大学硕士学位论文 3 角钢面 铁塔的角钢面用a 、b 、c 三个矢量表示，a 为角钢脊背，b ，c 所在的面分别 为b 面和c 面( 图2 6 ) 。主材b 面为铁塔的背面或正面，斜补材b 面为与主材搭接 的面【2 2 1 。 图2 6 节点分类 节点编号要与对称性相结合，节点号的个位数必须为o 3 ，根据俯视时节点所 湖北工业大学硕士学位论文 、，、 第4 象项 、 第3 象限 f 个位数为3 i1 个位数为21 o 且y 0 f l y 0 f l y 一 o 图2 7节点编号 在象限规定。所有受力材端点编号必须小于辅助材端点编号。因此编此编号时应 注意：号码大的那部分用于辅助材端点，号码小的那部分用于受力材端点，其间 不允许有相互重叠部分，如图2 7 所示。 2 1 2 2 截面一形状优化算法 将铁塔简化为所有节点均是铰接的空间桁架结构i 捌。铁塔的优化设计，是该 空间桁架结构在多类型和多工况约束下，重量为最轻的设计问题。截面一形状优 化算法即设计目标为结构重量最轻，基本设计变量为杆件截面与节点坐标。因此， 截面优化问题表述为【刎： 求设计变量& n = 1 ，2 ，1 3 ) n minw=了jsjlpi(2-1) 符 s t 5 口p f 】( 2 2 ) is 口i o ，而 ( b l , ，b ：，匆，) 1 中至少有一个大于零，并且饥。 o ( f l 2 ，柳) ，则必存在另 一可行基解，其对应目标函数值比，o 泖) 小。 定理说明，对于基变量值全为正数的基可行解，当有某检验数a ， o ，而对 应系数k o = 1 ，2 ，m ) 不全非正时，此基可行解必不是最优解，这时必存在改进的 即可行解【4 2 i 。构造改进的基可行解的方法是：把对应于正检验数的非基变量z ，转 变为基变量，称它为进基变量( 或称换入变量) ；而从原基变量中选取一个，让它 变为非基变量，称此变量为离基变量( 或称换出变量) ，此离基变量的下标，由下 列最小比值在哪一行取得所确定： 拈觚n 怯蜘m 驯 = 等； 并且进基变量的取值正好是上述最小比值，其它的原非基变量仍是非基变量，其 它的原基变量仍是基变量，只是取值按 碟= 魂。一6 f ，臼( f 。1 ，2 ，肌) ( 3 2 8 ) 作相应修改。这样得到的新基可行解所对应的基阵与原基阵的差异仅在于列向量 p ，。被列向量n 所代替。 3 1 3 改进单纯形法 解算单纯形法的步骤称为单纯形迭代，单纯形迭代可以通过表格进行，这种表 格称为单纯形表。所谓单纯形表，实际上就是用非基变量表达基变量和目标函数 时的系数矩阵【4 3 1 。典式( 3 - - 1 5 ) 对应的单纯形表便是如下矩阵： ，、 c s b i b 口a c i l 扩协 旷1 4 j 对应于基b 的单纯形表可简记为t ( b ) 。典式( 3 - - 1 7 ) ( 3 1 9 ) 对应的单纯形 表如下表3 1 所示： 湖北工业大学硕士学位论文 表3 一l 单纯彤表 在表3 1 中，除变量记号外，其第l 列( 下称第0 列，向右依次称为第一列、 第2 列等) 是常数项列，同时也是解列，因除，0 外其它元素正好是该表所对应的 基可行解的各基分量值，而，佃是该基可行解对应的目标函数值。表中( 除变量记 号外) 第一行( 下称第0 行，向下依次称为第1 行、第2 行等) 除，o ) 外是各变量 对应的检验数。表中对应于基向量的列是单位列向量。如果在表3 一l 中，除，( o 外， 第0 列元素都0 ，第0 行元素都0 ，则该表对应的基解便是问题的最优解。最 优基可行解对应的单纯形表称为最优单纯形表，或称最优解表。 现设a 。 0 ，如果表3 一l 中所在列的其他各元素都0 ，则判定问题无最优解。 否则可取x ，为进基变量。为确定离基变量，在表3 1 上用第r 列中的正数( 除去 a 外) 去除第0 列的对应元素，设最小比值在第s 行取得，则选取第s 行的对应 基变量为离基变量。这时元素6 。居于重要地位，称此元素为该单纯形表的枢纽 元素，简称枢元，可在枢元右上角标以号以标明。枢元所在的列称为枢列( 或称 旋转列) ，枢元所在的行称为枢行。为得出新基对应的单纯形表，可直接对表2 1 施行初等行变换，使枢列变为单位向量，即将6 。变为l ，该列其他元素变为0 。这 只要用6 。除第s 行，然后以新s 行的( 一a ，) 倍加到第0 行，以它的( 一b 1 ) 倍, 加到第i 行( i 一1 ，5 1 ，s + 1 ，m ) ，便可得出新基对应的单纯形表。在 新表中将原基变量工f 。所在位置填成x ，。这种从旧基对应单纯形表( 对应典式) 向 新基对应单纯形表( 对应典式) 的转换，称为以( s ，r ) 为枢元的旋转变换，或简 称( s ，r )