（机械电子工程专业论文）基于参数化的制冷资源管理系统.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 随着一些制冷设备企业规模的扩大和工程量的增长，原先企业设计人员通过手工计 算和操作来实现制冷资源管理的方法己经跟不上如今量大，复杂的制冷资源管理的要 求，另外，这种方法也不利于知识的重用和经验的积累。因此，如何建立一个完善的制 冷资源管理系统，同时实现制冷资源管理、资源选型与布置的自动化，提高资源管理的 效率，已经成为企业亟待解决的焦点问题。制冷资源管理系统就是为解决上述问题而提 出来的。 制冷资源管理是一项涉及多环节多项任务的复杂系统工程。本文在对制冷管理系统 的特点和需求进行综合分析的基础上，提出了基于资源分类和参数化图形入库技术的制 冷资源管理系统的概念，本文分析了系统的总体设计架构和数据流囱，研究了制冷资源 的图形和属性的集成技术，并对制冷资源分类、资源入库( 包括资料入库和图形入库) 、 参数化绘图和资源库管理应用等关键技术进行了详细的阐述。系统结合企业实际情况， 以a u t o c a d 为图形平台，采用v b 技术为主要开发工具，建立了基于参数化的制冷资源 管理系统，本系统大大提高了企业对制冷资源的管理效率和绘图效率，并在企业得到了 良好的实际应用。 采用以a u t o c a d2 0 0 6 软件为平台，利用v b a 二次开发语言，以企业实际需求为导 向，构建了适合我国制冷成套企业的基于参数化的制冷资源管理系统，实现了目标功能。 运行结果表明，系统能够保证制冷资源管理的质量，提高管理的效率，降低管理的成本， 从而增强企业的市场竞争力。 关键词：制冷资源管理；资源分类；参数化绘图 基于参数化的制冷资源管理系统 r e f r i g e r a t i o nr e s o u r c e sm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e d o np a r a m e t e r a b s t r a c t w 曲t h ee x p a n d i n go f s o m er e f r i g e r a t i o ne q u i p m e n te n t e r p r i s e ss c a l ea n dt h ei n c r e a s i n g o ft h ee n g i n e e r i n gq u a n t i t y , t h em e t h o dt h a tt h ed e s i g n e r so ft h ee n t e r p r i s eu h e n d w o r k c a l c u l a t i o nt or e a l i z et h er e f r i g e r a t i o nr s o u r sm a n a g e m e n t 啪n o ts a t i s f yt h er e q u e s to f t h ec o m p l i c a t e dw h o l es e t e n g i n e e r i n gm a n a g e m e n to fr e f r i g e r a t i o n sb i gw o r k l o a d i n a d d i t i o n , t h i sm e t h o di sn o tf i tt or e p e a tu s ek n o w l e d g ea n da c c u m u l a t ee x p e r i e n c e s o ，h o w t oe s t a b l i s hap e r f e c ts y s t e mo fr e f r i g e r a t i o nr e s o u r c ：e sm a n a g e m e n t , r e a l i z er e f r i g e r a t i o n r e s o u r c 冶sd e s i g nm a n a g e m e n t , t h ea u t o m a t i o no fr e s o u r c e s d i s p o s a l a n di m p r o v et h e e f f i c i e n c y o fp r o d u c t s t y p es e l e c t i o n ，a r et h ep r o b l e m sw h i c ht h ee n t e r p r i s e m u s t i m m e d i a t e l ys o l v e n 坞r e f r i g e r a t i o nr e s o u r c e sm a n a g e m e n ti sac o m p l i c a t e ds y s t e n f l a f i cp r o j e c ti n v o l v i n g m a n ya s p e c t so fa n u m b e ro ft a s k s b a s e do l lt h ec o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so fc h a r a c t e r i s t i c s a n dn o d sa b o u tr e f r i g e r a t i o nr e s o u r c e sm a n a g e m e n ts y s t e m , t h ea r t i c l ep r o p o s e si n n o v a t i v e l y t h ec o n c e p ta b o u tr e f r i g e r a t i o ns o u l t 、七sm a n a g e m e n ts y s t e mb a s e do np a r a m e t e r i z e dd r a w i n g , a n d a n a l y s e st h ew h o l ef r a m e w o r k e n dd a t af l o wo f t h i ss y s t e m ，s t u d i e st h et e c h n o l o g ya b o u t t h ei n t e g r a t i o no f p r o d u c tg r a p ha n da t t r i b u t ea n de l a b o r a t e st h ee s s e n t i a lt e c h n o l o g ys u c h 勰 p a m m e t e - r i z e dd r a w i n ga n dr e s o u r c e sc l a s s ( i n f o r m a t i o ni n p u ta n dd r a w i n g si n p u t ) b e s i d e s ， o l lu n i o no fe n t e r p r i s e sa c t u a ls i t u a t i o n , t a k i n ga u m c a d 嬲t h eg r a p hp l a t f o r m , u s i n gv b a a st h em a i nd e v e l o p m e n tk i t , e s t a b l i s h e sr c f i i g e r a t i o nr c s e u r c e sm a n a g e m e mb a s e do n p a r a m e t e r , u p g r a d et h em a n a g e m e n te 髓c i e n e ya n dd r a w i n ge f f i c i e n c y w h i c ha p p l i e di nt h e e n t e r i r i s e s i nt h ee n d , t h i st h e s i sd e v e l o p st h er e f r i g e r a t i o nc o m p l e t es o se n g i n e e r i n gc a d s y s t e m b yt a k i n ga u t o c a d 2 0 0 6a st h ep l a t f o r m ，m a k i n gu s eo ff u r t h e rd e v e l o p m e n tt e c h n o l o g yo f v b a , t a k i n gt h ee n t e r p r i s e sa c t u a ld e m a n d 鹅t h eg u i d a n c e b e s i d e s t h i st h e s i sr e a l i z e st h e g o a lf u n c t i o n t h er u n sr e s u l ti n d i c a t e st h a tt h es y s t e mc a nr e d u c et h em a n a g e m e n tc y c l eo f r e f r i g e r a t i o nr e s o u r c e ，g u a r a n t e et h em a n a g e m e n t sq u a l i t y , e n h a n c et h em a n a g e m o n t s e f f i c i e n c y , a n dr e d u c e t h em a n a g e m e n t sc o s t , t h e r e f o r e i n c r e a s ee n t e r p r i s e sm a r k e t c o m p e t i t i v ep o w e r k e yw o r d s ：r e f r i g e r a t i o nr e s o u r c e sm a n a g e m e m ；r e s o u r c e sc l a s s ；p a r a m e t e r i z e d d r a w i n g 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料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 作者签名：盍受喀日期：丝z ；：兰：! 大连理丁大学硕一 研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位 论文版权使用规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送 交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理 工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，也 可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：函l 导师签名：2 ：出 丑年坦月旦日 大连理工大学硕士学位论文 1 绪论 1 i 课题的提出 1 1 1 课题的意义 进入2 1 世纪以来，由于科学技术不断进步和经济的不断发展、全球化信息网络和 全球化市场形成及技术变革的加速，围绕新产品和市场竞争也日趋激烈。技术进步和需 求多样化使得产品寿命周期不断缩短，企业面临着缩短交货期、提高产品质量、降低成 本和改进服务的压力【l 】所有这些都要求企业能对不断变化的市场做出快速反应，使企 业面临的环境更为严峻。当今企业面临的环境有如下几个方面的特点【2 】： 信息爆炸的压力； 技术进步越来越快； 高新技术的使用范围越来越广； 市场和劳务竞争全球化； 产品研制开发的难度越来越大； 可持续发展的要求： 全球化技术支持和售后服务； 用户的要求越来越苛刻。 由于现代制造业面临着这样的竞争环境，使得企业必须加速新产品开发进程，加速 对客户订单的响应；并且随着科技的快速发展，产品所蕴含的知识技术含量越来越高， 产品设计、生产过程中所产生的信息量和信息类型也日益增多。这样，新产品开发活动 和对客户订单的响应过程所耗用的时问也在不断增长【3 j 4 】。另一方面，以信息技术为支 撑的计算机辅助设计( c a d ) 、计算机辅助制造( c a m ) 、计算机辅助工艺规划( c a p p ) 、 计算机辅助工程( c a e ) 和制造资源规划( m r p i i ) 等各种计算机辅助( c a x ) 技术自七十年 代以来在产品设计和制造过程中得到广泛的应用。然而，由于传统c a x 系统的技术的局 限性，在企业应用中并没有获得人们所期望的效果。在此背景之下，世界各国纷纷采取 对策，从各种不同的角度研究和探索新的生产模式来替代传统的大批量生产模式，以适 应新的市场和社会的需求，并提出了各种现代制造系统的新哲理和新模式i s 如计算机 集成制造( c i m ) 哲理、并行工程( c e ) 、敏捷制造( a g i l em a n u f a c t u r i n g ) 的战略、 精益生产( l e a np r o d u c t i o n ，l p ) 的模式、虚拟制造( ) 、大规模定制生产( m a s s c u s t o m i z a t i o n ，m c ) 模式 6 1 等。虽然这些新哲理研究问题的角度和内容有所差异，但其 基于参数化的制冷资源管理系统 根本原则和目标都是研究如何实现敏捷生产的方法和技术，以便达到快速响应市场的目 的1 7 1 。 资源管理对制冷行业是非常重要的，良好的管理体系可以加速制冷工程的设计进 程，最大限度地满足用户的个性化需求赢得客户，同时又最大限度地利用了企业的成熟 资源，而使企业不增加成本负担，这是一种企业和用户双赢的策略与技术。良好的管理 模式会对接个企业和国民经济带来深远的影响，所以说它具有重要的经济学和社会学价 值。制冷资源中大部分是系列化产品，相当一部分产品仅参数不同，结构类似【g j 。平常 设计人员往往通过查阅手册，找出相关数据，然后在图板上手工设计绘图，增添了许多 复杂而重复的劳动，而且在图纸管理上也存在很多不便，这部分工作由微机操作，能大 大提高绘图效率及绘图质量。作为基层设计单位，承揽的设计任务大部分为生产急需， 要求在较短的时间内完成。为设备生产留出更多的时间，急需可以较快进行产品设计的 软件。为此，以需求量较大的，采用计算机辅助设计技术，全面提高设备的设计质量和 效率。在进行基础性工作的时候，我们发现设计手册的使用非常频繁，而且很不方便， 就设想能有一整套系统将标准的工程数据管理起来，并能按照设计者的意愿排放到计算 机桌面，具备一定的智能特性，易用、易查询，能进行辅助判断，从而大大降低设计者 的工作程度，增强设计的严密性，使设计者在设计的过程中不至于因外界事物的介入而 中断设计思路，从而缩短设计周期，降低成本【9 j 。 1 1 2 企业设计中存在的问题 制冷成套工程就是指在制冷行业工程设计中用各种组成件构成的管道将所需的机 器、设备按工艺流程要求组装成一套完整的制冷系统装置的过程“”。 目前，制冷企业的资源管理系统还不成熟。在没有统一管理模式的情况下，设计人 员首先根据工程要求设计出工程方案并手工绘制出工程原理图；然后根据原理图依次绘 制工程平面布置图、基础图、立面布置图、轴测图等布置方案图，从以上设计过程可以 看出，绘图工作都是由设计人员手工绘制，工作繁重，重复性工作量大，由于个人绘制 图形的标准不同，图形产生的差异很大。影响图形绘制结果的准确性。 由于大连冰山集团缺乏大型成套工程管理的经验和手段，随着工程量的增长，管理 上的问题逐渐突显并愈加突出，原有的一些行之有效的靠人工加经验的管理办法和模式 已经跟不上如今量大、复杂的工程管理要求。导致的直接结果是：公司成套工程管理混 乱，有时甚至处于失控状态，已经严重地制约了成套工程项目的开展，是必须下大力气 加以解决的时候了。 大连理工大学硕士学位论文 制冷成套企业缺乏大型成套工程设计和管理的经验和技术，随着工程量的增长，设 计和管理上的问题逐渐突显并愈加突出，原有的一些行之有效的靠人工加经验的设计及 管理方法和模式已经跟不上如今量大，复杂工程的设计和管理要求，导致的直接结果是： 公司成套工程管理混乱，设计不规范，已经严重地制约了成套工程项目的开展，必须加 以解决。 目前的主要问题表现在1 1 i 】： ( 1 ) 在成套工程的设计时，设计人员根据用户的原始数据，通过查曲线和图表，主 要靠手工计算进行产品选型。手工选型需要较长的时间，精确度受到影响，不利于产品 的敏捷开发； ( 2 ) 制冷资源分类复杂种类繁多，而且缺乏有效的分类方法，不利于资源的统一管 理。 ( 3 ) 没有建立统一的图形库，绘制图形也没有统一的标准。 ( 4 ) 因为制冷产品种类较多，单个产品又有多个视图，所以视图数量比较庞大，绘 制比较繁琐。 ( 5 ) 知识积累差，不利经验重用，不利于设计人员培养。 ( 6 ) 技术方案由设计部门出，营销时，当遇到客户提出的产品选型要求时，营销人 员只能通过各种通讯手段向设计人员咨询，这样使得营销人员给客户反馈的时间过长。 另外，频繁的选型咨询，给设计人员造成许多额外的工作。 ( 7 ) 产品图形不含产品的属性信息，不利于较为复杂的操作。 1 1 3 课题研究的目标 为了解决上述种种问题，本文针对目前制冷成套企业的实际情况，研究并开发了基 于参数化的制冷资源管理系统。系统以全部的制冷资源为对象，根据企业实际情况和制 冷资源的特点进行分类，以统一标准实现制冷产品的资料入库和图形入库，并可以在组 织成树状结构，目的是为了快速有效地检索资源、便于重复件的使用以及系统地对资源 进行管理；参数化绘图子系统的作用对资源图形的各个图元进行关联性和尺寸的设置， 利用处理结果绘制该类资源的不同型号产品，从而加快绘图速度，加快图形库的建立速 度。同时系统还包括其他一些辅助功能，能够将设计人员从繁复的绘图工作中解放出来， 将主要精力集中在设计阶段，提高设计效率、缩短设计周期、提高设计准确率，维护图 纸一致性，实现成套工程的快速设计，从而降低制冷成套工程的成本，提高制冷成套企 业的利润率。 基于参数化的制冷资源管理系统 1 2 相关研究现状 1 2 1 c a d 技术的研究现状 在制冷行业，a u t o c a d 普及率几乎是百分之百，设计人员主要是利用a u t o c a d 软件 进行工程设计。所以c a d 技术是制冷管理系统的基础。 c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，计算机辅助设计) 技术产生于本世纪5 0 年代后期 发达国家的航空和军事工业中，随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展而迅 速成长起来【1 2 1 。在我国作为国家重点科技攻关项目经过多年的研究、推广，c a d 技术已 经广泛地应用在机械、电子、航天、化工、水利水电、建筑等行业。 c a d 技术给工程设计带来了一场真正的革命，它把工程设计人员从繁重的手工设计 中解脱出来。用计算机不仅取代了图板。也帮助设计者轻松实现从二维平面到三维模型 空间的全面设计，把传统的平面设计拓展到了立体空间。同时，应用这项技术不但可以 提高设计质量、优化设计方案、减轻技术人员的劳动强度、缩短设计周期、加强设计的 标准化，更可以节约2 至5 的建设投资【1 3 】。c a d 技术的应用提高了设计单位的技术创 新能力、产品开发能力、市场竞争能力、取得了显著的增值效益。 c a d 技术在工程设计中的优势是非常明显的，其技术是新兴技术、仍在高速发展。 发展的动因是它推动了生产力的发展，给企业带来了效率。但在有些地方、有些企业却 效果不明显，原因有多方面，以下几个问题是主要的l ”j ： ( 1 )c a d 技术作为取代图板的工具，而并未实现真正的设计。很多所谓c a d 应用很 好的单位，也只是做到用手工出图转变为计算机出图的现状，当然计算机出图是有很多 优点的，漂亮、规范、修改容易、存档方便等。但是如果只是停留在这个阶段，就失去 了c a d 的作用，因为c a d 是辅助设计，不是辅助绘图。既然是设计就不但要想到设计模 型的实体，还应想到实体模型的结构分析、运动受力分析和生产工艺处理等，只有这样 才能真正发挥c a d 的作用。 ( 2 ) c a d 技术的工程设计人才缺乏。作为工程设计人员，专业设计水平是够的，但 c a d 系统是一个复杂、多样化的系统，并不能使每个设计人员都能很好地掌握，因为大 多数设计人员不可能在有限的时间内让自己既精通本专业，又精通另外的计算机专业。 更何况8 0 的工程设计人员甚至没有接受过c a d 的应用培训，除了靠自己在实践中摸索 出来的简单经验外，对于大多数的c a d 功能一无所知，他们虽然可以勉强完成设计，但 却给c a d 辅助设计的意义大大打了折扣。 大连理工大学硕士学位论文 ( 3 )c a d 系统软件、硬件认识上的误区。c a d 系统是一个包括计算机硬件、外围设 备及其系统软件为基础的综合辅助设计系统。但人们对c a d 系统软、硬件认识上存在误 区，大多只是着眼于计算机、打印机、绘图仪、大屏幕工作站等看得见摸得着的东西， 忽略了设计软件的重要性，认为几张光盘，要花大笔钱，不如“拷贝”软件来用。然而， 拷贝的软件在功能上、技术服务等方面是得不到保证的。应用c a d 技术的目的是产生效 益，软件和硬件的有机结合才能真正起作用。目前我国绝大多数的c a d 项目投资都用于 购买硬件，较国外软硬件投资比饲一般达到了7 ：3 ( 即7 0 的资金用于软件，3 0 用于 硬件) 。针对国内实际情况，倒过来3 ：7 或4 ：6 也是应该可以接受的 随着计算机技术的迅速发展，基于计算机基础之上的c a d 技术也在不断更新。c a d 技术必将在今后的工程设计中不断完善、发展、壮大。就目前形势看，c a d 技术的发展 趋势主要可总结为以下几方面【i s l ： 基于3 2 6 4 位微机的w i n d o w s 操作系统平台的c a d 系统倍受欢迎，像a u t o c a d 、 p r o e 、i - d e a s 等 二维绘图与三维实体建模一体化，基于特征的参数化设计软件应当是c a d 系统 的主要功能要求。同时要求c a d 与c a p p ，c a m ，c a e 信息集成提供符合i g e s ，s t e p 标 准的产品信息模型。 基于w i n d o w s o b j e c t s w e b 的技术解决方案是当前c a d 软件的一个重要特点， 也就是要求c a d 软件能在网络环境下支持协同设计、异地设计和信息共享。 更加成熟、稳定，功能更强大的，基于c a d 平台的二次开发专业软件。 数字地形模型、全球定位系统和立体造型技术等计算机新技术融入c a d 系统。 支持并行设计的产品数字管理( p d m ) 一体化集成 c a d 系统的智能化、可视化和标准化。 c a d 技术己使我国的工程设计方式发生了翻天覆地的变化，今后的c a d 技术应用前 景必将更加辉煌。 国内c a d 起步较晚【1 6 】，但发展比较迅速，国内的c a d 已由七、八十年代的技术萌芽 期进入全面发展时期，自1 9 9 2 年c a d 应用工程的实施以来，各行业、地方、企业和科 研院所取得了丰硕的成果，初步形成了推进c a d 应用工程的人才和数据开发的支持环境。 在c a d 的推广和应用过程中，国产c a d 软件也逐渐成长壮大。在2 0 世纪9 0 年代初， 国内的c a d 软件市场基本上是国外产品一统天下。随着市场机制的逐步完善和c a d 应用 工程的实施，在政府直接支持引导和一批产业开发者的共同努力下，到9 0 年代后期， 我国的c a d 软件产业已从无到有，初具雏形，出现了清华英泰、北航海尔、浙大大天和 武汉天险等一批c a d 软件企业、并开发出一批具有自主知识产权的商品化c a d 软件，打 基于参数化的制冷资源管理系统 破了国外产品一统天下的局面，尤其是专业c a d 得到了长足的发展。现在，国产c a d 软 件产品也已从单一的二维c a d 绘图软件发展为涵盖c a d ，c a p p ，c a e ，c a m ，p d m 和e r p 等方面的系列化产品【l ”。 客观地来讲，在专业c a d 软件中确实不乏精品，有的可以大大提高设计的质量和效 率。但是，有一种现象必须引起我们的注意，专业c a d 软件在经历了9 0 年代的火爆之 后慢慢冷清下来，尽管一些专业c a d 软件的功能一再增强，市场并不景气，用户的数量 并没有跟着增长，有的反而在降低。从总体上看，专业c a d 软件的使用率较低，据“工 程设计c a d 发展现状调查组”的调研结果f l ”，在设计院投入使用的软件中，经常使用的 软件仅占5 3 2 3 ，经过进一步的调查，发现专业c a d 软件的实际使用率比这个数字还低， 因为即使某个专业软件在某个设计院中经常使用，但往往是该专业某一个或几个人在使 用，同专业的其他人可能就根本不用。再者，尽管软件提供了丰富而强大的功能，比如 能够自动由平面图生成轴测图，但许多软件者自认为强大的功能，设计人员往往不用或 用不上，即使经常使用的软件，用的往往也是其中的- - d , 部分功能，比如图形块或一些 针对该专业的绘图或修改命令。 因此，从总体上看，专业c a d 软件的实际使用率很低，大多数设计人员还是在使用 通用c a d 软件进行绘图( 大多使用a u t o c a d ) ，他们宁愿自己用a u t o c a d 一条线一条线 地画，而不愿使用专业软件。甚至，在软件版本一再升级，内容不断充实，功能不断增 强的情况下，一些已熟练使用这些专业软件的设计人员，反而丢开专业软件，重又拾起 a u t o c a d ，这不能不弓 起软件开发人员的深思。 制冷行业c a d 软件的应用效果更是不如人意，一些购买了制冷行业c a d 软件的设计 单位，软件的实际使用率很低，只是偶尔有人使用一下。绝大多数成套工程设计人员仍 在使用a u t o c a d 一笔一笔地绘制。勿庸置疑，设计人员还是需要专业c a d 软件的，因此 探讨专业c a d 软件，尤其是制冷工程c a d 软件如何定位，如何架构，才能真正发挥其作 用，是一个具有很大现实意义的问题l l 川。 i 2 2 产品管理系统 产品管理系统是指能够对产品信息进行搜集、加工、整理、运算、传递、储存、维 护和使用的计算机系统1 2 0 1 ，它既包括代替人工繁琐工作的各种日常处理系统，也包括为 管理人员提供有效信息，协助人们进行决策支持系统。也就是说，综合利用各种数据、 信息、知识、智慧、辅助人们为管理决策提供服务，从而提高决策的效率和准确度。因 此，信息管理系统建设作为一个系统工程，其涵盖内容是及其广泛的，产品管理系统的 发展趋势也得到了业内外人土的高度重视。 大连理工大学硕士学位论文 但目前企业使用的产品管理系统大多是做为了一个单独的实体，例如以基于w e b 或 原始软件的形式存在，只是对企业产品信息进行简单的获取和管理，而没有进一步延伸 到更加广泛的应用领域， 目前这方面软件很多，代表性的有蓝点产品管理系统，该系统是一款功能全面而易 用的产品管理软件，可运行于单机、局域网或互联网，提供完善的产品数据管理、文档 管理、图片及文件管理等功能，实现了产品信息的内部管理与对外发布相结合。其最大 特点是管理员可方便地自定义产品模板，从而满足各种复杂的应用需求。采用仿1 i n d o w s 的操作方式及多视图显示、支持不同层次的保密级别设置、功能完善的文章及评论管理、 一键式的系统备份和还原、灵活的搜索功能和帮助支持等等。 而本文所提到的制冷资源管理系统，目前的发展还非常不成熟。制冷资源种类繁多， 制冷成套工程的工艺也相当复杂，其牵涉的专业方面也比较多，并且包含大量的设备和 管道。由于开发难度较大，目前尚未有符合企业要求的专业软件支持制冷成套工程的管 理和设计。只有少许的关于制冷工程的软件，但大多都是针对于某一装置、某一设备或 某一功能，其应用比较单一【2 l 】。 与制冷成套工程具有很大相关性的暖通空调行业嘲，具有多家专业软件。这些专业 软件的功能在逐步提高，许多软件实现了管理、计算和绘图的一体化，有的还引入了人 工智能领域的成果，开发了智能c a d 软件。但是由于制冷成套工程的设计的特殊性，成 套工程并不能使用这些暖通空调行业的专业软件来进行设计。在制冷资源管理系统中， 需要资源分类入库，资源对应图形入库，还要利用参数化技术提高绘图效率，做到方便、 快捷的入库过程，同时还包括自动绘制原理图的功能。暖通空调行业的专业c a d 软件并 不具有这些功能，因此需要开发一套适应制冷成套工程设计的专业c a d 软件。 1 2 3 参数化绘图技术的研究现状 参数化设计是通过改动图形的某一部分或某几部分的尺寸，或修改已定义好的零件 参数，自动完成对图形中相关部分的改动，从而实现对图形的驱动。参数驱动的方式便 于用户修改和设计。用户在设计轮廓时无需准确地定位和定形，只需勾画出大致轮廓， 然后通过修改标注的尺寸值来达到最终的形状，或者只需将零件的关键部分定义为某个 参数，通过对参数的修改实现对产品的设计和优化。参数化设计极大地改善了图形的修 改手段，提高了设计的柔性，在概念设计、动态设计、实体造型、装配、公差分析与综 合、机构仿真、优化设计等领域发挥着越来越大的作用，体现出很高的应用价值f 2 3 j 。 参数化设计技术以约束造型为核心，以尺寸驱动为特征，允许设计者首先进行草图 设计，勾画出设计轮廓，然后输人精确尺寸值来完成最终的设计。与无约束造型系统相 基于参数化的制冷资源管理系统 比，参数化设计更符合实际工程设计习惯，因为在实际设计的初期阶段，设计人员关心 的往往是零部件的大致形状和性能，对精确的尺寸并不十分关心，特别是在系列化设计 中，参数化造型技术的优点就更加突出。 目前，解决参数驱动中约束的方法主要有如下几种 2 4 1 ： ( 1 ) 基于几何约束的变量几何法 这是一种基于约束的数学方法，它将图形的几何模型分散为一系列特征点，以特征 点为变量形成了一个非线性方程组，当约束变化时，利用非线性方程组就可以求出这些 特征点的新坐标，从而形成新图形。但由于非线性方程组求解过程本身的不足，求解稳 定性的问题并没有得到根本解决，现在有不少研究正在寻求提高求解稳定性的途径。 ( 2 ) 基于几何推理的人工智能法 这种方法是用基于规则的推理方法来确定用一组约束描述的几何模型。在推理过程 中，利用专家系统将几何形体的约束关系用一阶逻辑谓词描述，存人事实库中。推理机 把从规则库中提取出的规则用于当前的事实集中，然后推理出几何形体的细节。推理过 程输出是由一系列推理出的规则组成的一个几何形体的构造计划。参数化模型由在构造 计一划中顺序算出的规则所决定。这神方法通过谓词可以表达很复杂的约束，例如相切， 这一点是其他方法所无法比拟的。但由于在推理过程中要查询匹配规则，所以用这种方 法建立的系统过于庞大，而且速度较慢。 普建涛等提出了利用约束网络图g c g ( g e o m e t - d cc o n s t r a i n tg r a p h ) 来表示约束关 系，并进行参数化设计的力一法。图的顶点表示几何实体或几何子结构，所谓几何子结 构就是几何图形中若干个基本几何元素构成的集合。最小的几何子结构为基本几何元 素，最大的几何子结构就是几何图形本身。在二维空间中，点和直线的自由度为2 ，圆 和几何子结构的自由度为3 ，图边表示两实体之间的约束关系，边的权值表示约束度( 即 几何约束对几何约束相对位置的限制程度) 。几何约束满足的过程就是c , c g 动态变迁的 过程。在该方法中，求解过程基于图论和自由度，使用自上而下的归约合并方法求解几 何约束的满足问题。 ( 3 ) 基于构造过程的构造法 该方法在交互造型过程中采用了一种称为“参数化履历”( p a r a m e t r i ch i s t o r y ) 的机 制，在设计过程中，系统自动记录造型操作过程的程序化描述，将记录的定量信息作为 变量化参数，当赋予参数不同的值时，就会得到不同大小或形状的几何模型。这种方法 较适用于结构相同而尺寸不同的零件设计，但由于需要严格遵循某种构图顺序，故柔性 和灵活性较差。 - 8 一 大连理t 大学硕士学位论文 ( 4 ) 基于辅助线法 这种方法的几何图形轮廓线都建立在辅助线的基础上，辅助线的求解条件在作图的 过程中已明确规定，由辅助线来管理图形的几何约束和结构约束，并直接定义图形的约 束集，这样就可以在图中搜索和检查求解条件。使约束的表达得以简化，减小了约束方 程的求解规模。从本质上讲，这种方法属于几何约束的变量几何法，不同之处是用辅助 线来表达约束。当图形比较简单和有规则时，这种方法的求解速度较快，但当图形比较 复杂时，作辅助线会增加作图的操作，影响作图速度，而且要保证用辅助线定义图形约 束集的完整性比较困难。 上面介绍的几种方法目前应用较为广泛，但几何推理法采用谓词描述约束，而且采 用专家系统进行推理求解，效率低，难以满足交互绘图的要求。构造法通过对造型过程 的记录，记下几何元素的生成顺序及其相互间的关系，当用户修改参数时，系统按原来 的造型顺序和几何元素之间的关系重新构造设计过程，构造法能够克服前面两种方法的 不足，但要求用户严格遵守一定的造型顺序，缺乏灵活性 2 5 1 另外，对隐含约束、过约 束、约束不足的处理既是参数化技术的关键问题，又是没有得到很好解决的问题。因此， 为了解决这些问题，有许多人提出了一些新思想和新技术。吴睿等提出了约束分离的参 数化设计方法，他们把几何图形的结构约束同尺寸约束分离开来，并通过记录用户所生 成几何图形的特征点坐标，形成几何图形的结构约束数据，他们认为当用户形成图形时， 结构约束已经形成( 是隐含的) ，所以通过特征点的记录可以方便地反映隐含的约束。用 户修改几何约束之间结构关系的过程是通过施加结构约束完成的，在修改过程中，系统 通过一定的算法改变特征点的坐标，形成新的结构约束。当几何体的结构约束确定之后， 再通过尺寸的变化驱动图形的变化。约束分离的特点是修改结构约束时，不考虑尺寸的 影响，而在尺寸过程驱动中保持结构约束不变。这种方法参考了k o i c h ik o n d o 提出的用 约束传播有向图来表达约束的方法，并对其进行了改进1 2 6 。 特征参数化设计方法是新一代智能化，集成化c a d 系统核心技术之一。这些方法 虽具有较深的理论基础，也能很好地解决二维参数化问题，但难以在机械设计中推广， 在实际设计中，很难真正成为有效的设计工具。究其原因，主要在于这些研究成果或是 过多地集中在对基本集合元素的约束建模，或是片面地强调理论的完整性，而忽视了对 适应实际应用需求的约束高层次表t 的研究1 2 ”。 1 9 7 8 年麻省理工学院机械工程系的一篇( c a d 零件的特征表t 揭开了特征设计 的序幕。自2 0 世纪8 0 年代以来，基于特征设计的方法已被公认为是解决产品开发与过 程设计集成问题的有效手段。特征是具有工程含义的几何实体，它表达的产品模型兼含 语义和形状两方面的信息，而特征语义包含设计和加工信息，它为设计者提供了符合人 基于参数化的制冷资源管理系统 们思维的设计环境，设计人员不必关注组成特征的几何细节，而是用熟悉的工程术语阐 述设计意图的方式来进行设计。因此基于特征的设计越来越广泛地应用于参数化设计 中。 1 2 4 产品选型 从人工智能的角度看，产品选型属于一种基于知识的设计方法，但从设计方法学的 角度看，产品配置则是一种典型的变型设计方法。例如y o n g s h e n g 把产品设计分为三类： 创新设计( c r e a t i v ed e s i g n ) 、变型设计( v a r i a n td e s i g n ) 和常规设计( r o u t i n ed e s i g n ) 【2 8 l ，认 为在一般意义上，产品配置可以看作是一种常规设计方法。这里所说的常规设计，其含 义实际上就是p a h l f f i q b e i d 冽所给出的三种设计方法，即变型设计( v a r i a n td e s i g n ) 、适应 性设计( a d a p t i v ed e s i g n ) 和创新设计( o r i g i n a ld e s i g n ) 中的变型设计。在这种设计中，产 品的功能结构和目标结构都是明确而己知的。 u l l m a n 贝0 把机械设计分解为创新设计( o r i g i n a ld e s i g n ) 、参数化设计( p a r a n e t r i e d e s i g n ) 。配置设计( c o n f i g u r a t i o nd e s i g n ) 和分类选择设计( c a t a l o gs e l e c t i o nd e s i g n ) 四类 【2 7 】。创新设计是指设计先前不存在的加工工艺、组件和装配等，实践证明，要使这种类 型的设计自动化被证明是及其困难的1 3 0 j ，参数化设计是给变量赋值的设计，它的自动化 得到了很好的研究，可以说是一种比较形式化的机械设计方法。其它的两种设计方法， 配置和分类选择，则被认为是处于创新设计和参数化设计之间的设计。 d a v i d 从设计任务的分解出发，认为设计任务主要有三类【3 i 】：一类是自由设计( f r e e d e s i g n ) ，指设计过程、结构分解或者设计过程的其它方面等都没有定义的设计；第二类 是建立在预先定义分解的基础上，但设计中的各子任务没有具体指定：第三类设计是常 规设计( r o u t i n ed e s i g n ) ，这种设计假定问题己经被有效的分解，设计规范也被很好的定 义，同时，设计的目标和需求也相当具体，而且子组件和功能也是明确而己知。尽管配 置问题不存在一个定义好的分解。但配置还是可以被代表性的看作是第三类设计问题。 w i e l i n g a 认为配置设计和其它类型的设计有两方面的不同【3 2 1 ：一是不需要新的零部 件设计；二是所有的需求和约束都被认为是完备的。配置设计不需要需求设计，即使部 分装配层次在配置设计中是需要的，但这种层次也是被假定是提前己知的。配置设计是 一种特殊情况的设计，属于d a v i d 所说的第三类设计。 从上面的分析可以看出，产品配置一般不考虑产品的创新问题，在本质上不能算是 一种创新设计方法。退一步讲，即使在配置设计中允许产生新的组件，那么这些新的组 件设计一般也是通过参数化设计或变型设计的方法实现的。 大连理工大学硕士学位论文 1 3 课题意义 制冷资源管理所涉及的范围非常广泛，其中冷冻冷藏成套工程主要包括：食品速冻、 农产品精加工、啤酒工艺冷却、食品冻干、船用冷藏、制冰等；冷库成套工程主要包括： 组合式冷库、气调库、土建库、种子库、超低温库等；工业冷冻成套工程主要包括：氨 贮运、p v c 、天然气输送、合成氨、石蜡成型、氯气液化等【3 3 】。 制冷资源管理系统的设计是成套工程中最重要的部分之一，设计的质量直接影响到 成套工程的实施结果。多年以来，企业都是依靠人工和利用经验来进行成套工程的设计。 当工程量小时，还可以勉强应付，但面对如今每年一百余个工程时，就显得手忙脚乱、 力不从心。这种情况严重影响了制冷成套工程的设计效率和质量，制约了制冷企业的进 一步发展。 本文研究的制冷资源管理系统软件，技术上先进、实际操作上可行、功能完备、贯 穿制冷成套工程设计全过程，对制冷成套工程的设计过程进行全方位辅助设计，理顺各 方面的关系，大大缩短成套工程的设计周期，必将给制冷企业带来显著的经济效益，促 进制冷成套工程进一步做大做强，健康、迅速地向前发展。 另外，需要指出的是产品设计软件平台的原理、机制和结构对于其它产品同样适用， 只要在系统设计平台中更换产品模型和设计资源，开发相应的使用界面即可胜任其它行 业成套产品的辅助设计 1 4 研究内容及论文结构 本文以制冷成套工程的参数化的资源库管理功能研究为核心，并结合企业生产准备 和设计活动现状。探讨利用企业现有资源( 网络资源，设计资源，计算机资源等) ，结 合企业制冷成套设计流程重组过程，基于计算机图形学理论和a u t o c a d 的二次开发技术 研究适合企业本身的制冷资源管理系统，从而达到对制冷资源管理系统进行理论和应用 的验证目的。本文研究的主要内容包括： ( 1 ) 探讨了系统的技术背景、图形平台及使用的二次开发技术，提出了制冷资源入库 和基于参数化的制冷资源管理系统等关键技术。阐述了制冷资源入库和基于参数 化的制冷资源管理系统的含义和主要内容，研究了产品图形和属性的集成技术。 详细说明了制冷资源入库和基于参数化的制冷资源管理系统的实现过程。 ( 2 ) 对制冷资源管理系统进行了需求分析，提出制冷资源入库和基于参数化的制冷资 源管理系统的概念，探讨了制冷资源管理系统的体系结构和功能模型，并对系统 的资源入库、资源管理以及参数化绘图两个子系统进行了重点的研究和分析，完 成各功能模块的详细设计。 基- 参数化的制冷资源管理系统 ( 3 ) 利用c a d 二次开发工具，结合实际需求，开发实现了基于参数化的制冷资源管理 系统，并得以应用验证。 本文共分五部分，组织结构安排如图1 1 所示： l 第二章制冷资源管理系统的美霞技术研究i l 第三章制冷瓷深兰哩系统的分拆 i 图1 1 本文的总体结构 f i g 1 1 t h ef r a m e w o r ko f t h et h e s i s 在分析现有的文献和企业实际情况的基础上，提出所研究的问题； 对系统的关键技术进行研究，建立制冷资源管理系统结构和模型，分析其 功能实现，并给出制制冷资源管理系统开发实现过程； 在现有技术的基础