（材料加工工程专业论文）玻璃熔窑的计算机辅助设计cad.pdf

摘要 y 幼3 5 本文在总结国内外对玻璃熔窑的研究进展的基础上，结合国内的具体情况，按 照玻璃熔窑的设计要求，建立了基于a u t o c a d 2 0 0 0 的面向绘图的玻璃熔窑计算机 辅助设计c a d 系统。 用理论计算来选择玻璃熔窑设计的各项参数，并利用该参数来生成实 利用经验设计验汪：从而实现了玻璃熔窑的辅助设计、理论计算和经 验设计的有机结合。y 本文还对玻璃熔窑辅助设计的各项重要结果，比如：熔化率、重油消耗量、熔 化池面积、工作池面积、大碹升高、小炉面积、空气下倾角、蓄热室蓄热比、格孔 尺寸、格子砖受热面积、构筑系数等结果作出图表以供参考。 该系统采用v i s u a lb a s i c 、v i s u a ll i s p 混合绞程毗v i s u a lb a s i c 为主编制了彰! 璃熔窑热平衡计算系统，以v i s u a ll i s p 、a u t o c a d 2 0 0 0 为主编带j 了玻璃熔窑捌助 设计绘图系统，利用v i s u a lb a s i c ，v i s u a ll i s p 中的d c l 语言编制了程序的主界 面，提供了良好的程序接口，便于今后功能的扩充。 k 关键字：玻璃熔窑、辅助设计、辅助绘图、c a d 塑兰查竺竺主竺查一 c o m p u t e r a i d e dd e s i g no f g l a s sf u r n a c e s a b s t r a c t c o m p u t e r a i d e dd e s i g ni so n eo f t h em o s ti m p o r t a n t m e t h o d st or e d u c et h ef u e l c o n s u m p t i o n a n dr a i s et h ee f f i c i e n c yo fg l a s sf u r n a c e s b a s e do n t h et h e o r e t i c a l c a l c u l a t i o na n de x p e r i e n t i a lc a l c u l a t i o n ，t h eg l a s sf u r n a c e s h a sb e e ne s t a b l i s h e da n di t s s o l v i n gm e t h o d h a sb e e nw o r ko u to nw h i c ht h ef e a s i b i l i t ya n dt h ec a l c u l a t i o no f t h e 、t a l u a t i o ni n d e xo f t h eg l a s sf u m a c e s t h es e l e c t i o no f t h eb r i c k ，t h ec o n s t r u c t i o n ，t h e d i a m e t e r ，t h ed i m e n s i o n ，a n dt h e t h i c ko f b r i c ko f t h eg l a s sf u m a c e sh a v eb e e nd i s c u s s e d p l a n a rg r a p h o f g l a s sf u m a c e s h a sb e e nd r a w n b a s e do na b o v e ，t h ec a ds o f t w a r eo f t h ec o m p u t e r a i d e dd e s i g no f g l a s sf u r n a c e s h a sb e e np r o g r a m m e d t h ec o m f o r t a b l e ，c l e a rc o n s i s t e n t ，f r i e n d l yu s e ri n t e r f a c eh a sb e e n d e s i g n e dt om a k e t h es o f t w a r em o r ef e a s i b l e k e y w o r d ：g l a s sf u r n a c e s 、c o m p u t e r a i d e d - d e s i g n 、c a d 引言 玻璃工业是我国耗能最多的工业部门之一。玻璃生产中专用的热工设备统称为 玻璃窑炉，其中包括玻璃熔窑、锡槽、退火窑( 常被称作玻璃工厂三大窑) 和某些 玻璃加工用的窑炉。玻璃熔窑在玻璃生产中起着十分重要的作用，常比作为玻璃工 厂的“心脏”。锡槽、退火窑也是关键的设备，它对玻璃的成型及成型好的制品 能否使用有着决定意义。 玻璃工厂中7 0 的能量都消耗在玻璃熔窑上。因而，合理地设计玻璃熔窑，将 显著地提高熔窑的热效率，减少能量消耗，提高玻璃产品的质量。玻璃熔窑的设 计、绘图长久以来一直依靠人工计算和经验设计，在一定程度上限制了优化设计的 进一步发展。所以，计算机辅助设计c a d 的引入成为一种必然。 a u t o c a d 是目前国内外使用最为广泛的计算机辅助设计软件，由美国 a u t o d e s k 公司研制开发。自1 9 8 2 年面世以来，至今已发展到2 0 0 0 版( r 2 0 0 0 ) 。 其丰富的绘图命令，强大的编辑功能和良好的用户界面受到了广大的工程技术人员 的普遍欢迎。 本文旨在研究玻璃熔窑基于a u t o c a d 2 0 0 0 二次开发技术，这对于节能、高 效、省资，提高玻璃熔窑的技术经济指标具有现实的意义。 - 3 第一章文献综述 1 1 概述 玻璃工业是我国耗能最多的工业部门之一。玻璃生产中专用的热工设备统称为 玻璃窑炉，其中包括玻璃熔窑、锡槽、退火窑( 常被称作玻璃工厂三大窑) 和某些 玻璃加工用的窑炉。玻璃熔窑在玻璃生产中起着十分重要的作用，常比作为玻璃工 厂的“心脏”。锡槽、退火窑也是关键的设备，它对玻璃的成型及成型好的制品 能否使用有着决定意义。 虽然很早就出现了玻璃坩埚窑，但1 8 6 7 年第一座连续式玻璃池窑雏形的出 现，才使得玻璃熔窑的发展史上起了根本性转折。直到1 9 世纪末才接近目前池 窑的结构。进入2 0 世纪，尤其是中叶以后，随着科学技术的突飞猛进，玻璃熔窑 有了飞跃的发展，得到了全面改观，综合提高。 根据我国考古发掘证明，远在春秋战国时代就掌握了玻璃制造技术，有了 1 2 0 0 1 3 0 0 的高温窑炉。但由于长期在封建主义、帝国主义和官僚买办的反动 统治下，我国的玻璃窑炉极其落后。反映在窑型陈l b 、设备简陋、操作繁重、技术 指标低下。解放后，尤其是实行了改革开放政策，玻璃窑炉发展很快，新窑型大量 涌现，窑结构不断改进，燃料结构也发生了根本变化，优质耐火材料广泛采用，作 业指标大幅度提高，热工自动控制日益完善，新工艺、新技术正在逐渐推广。当 前，在“四个现代化”的宏伟目标鼓舞下，玻璃窑炉正朝着自动化和高效率迈进。 玻璃工厂中7 0 的能量都消耗在玻璃熔窑上。因而，合理地设计玻璃熔窑，将 显著地提高熔窑的热效率，减少能量消耗，提高玻璃产品的质量，但用人工方式进 行玻璃熔窑设计，很难实现优化设计。 随着计算机的发展和普及，计算机辅助设计正在迅速地发展和普及。目前它已 广泛应用于机械、建筑、化工、轻工、电气等行业。为了适应计算机辅助设计的 需要，国外又配备了某些专用外部设备，如高分辨率的连续图象显示器，各种绘图 仪等，建立了各种工作站，开发了各种专用辅助设计程序等。国外一般认为，计算 机辅助设计将成为二十一世纪中计算机应用的重要方向。 兰兰查兰竺兰竺圭 一一苎二竺三竺! 竺 与其他新技术一样，计算机辅助设计在玻璃工业中的应用略落后于其他工业 部门但也f 在迅速发展之中。从国外资利来看，他们乜已用计算机辅助设计玻璃 熔窑，给出各种比较方案等。 1 2 国内外研究概况 1 2 1 玻璃池窑的发展近况 玻璃池窑的问世已有百年，但发展起来确是本世纪的事。回顾池窑的沿革，大 致可分为四个阶段1 2 】： l 奠基阶段( 1 9 2 0 年以前) 此阶段中确立了池窑的基本结构和基本窑型( 如横焰窑、纵焰窑、滴料和吸料 成型的流液洞池窑，上平拉法和有槽引上法的平板池窑) ，砌窑材料由天然石材转 向人造砖材并逐步按窑各部位结构定形。鉴于窑型原始( 直火式) 。燃料用煤，砖 材低级( 粘土砖) ，故池窑的效率很低，玻璃质量也不够好，因而在此阶段中坩埚 窑仍占主要地位。 2 缓慢发展阶段( 1 9 2 0 - 1 9 4 5 年) 本阶段池窑的发展，主要靠砌窑材料的进展，具体标志是电熔耐火材料( 莫来 石、铝质、锆质) 的出现和采用。它促进窑温的提高( 玻璃熔化温度达1 4 3 9 1 4 5 0 ) 和窑龄的延长( 达两年) 。至于窑型、窑结构和燃料结构等方面进展甚少。例 如窑型仅发展了换热式和无槽引上法的平板池窑，窑结构仅发展了蓄热室，燃料结 构仍以发生炉煤气为主。只有极少数的窑采用重油和天然气。但由于池窑在许多方 面显示出优于坩埚窑，故逐步得到推广。 3 飞跃发展阶段( 】9 4 5 1 9 6 0 年) 这是一个重要的发展阶段。此阶段中，首先提高窑上部空间温度。采用的方法 是，以广泛使用优质耐火材料( 扩大电熔锆刚玉质、铝质耐火材料的使用部位，使 用碱性耐火材料作格子砖) 为基础，以采用高热值燃料( 重油) 为手段，配备窑结 构的局部改进( 如分隔式蓄热室、箱式蓄热室等) ，使玻璃熔化温度从1 4 3 0 1 4 5 0 提高到1 5 0 0 - - - 1 5 3 0 。 - 5 兰兰查竺竺兰竺查兰二! _ 三! 竺查兰二_ 继而足提矗寡池内玻璃液的质m 。玻璃士骞化温度的提高带来了玻璃立量的提 高，促使表面湫层沅迷加快：这样就突出了澄消和均化的矛盾，要求更快更有效地 进行澄清和均化，来进一步提高玻璃液的质量。为此，采用了薄层投料，池底鼓 泡，机械搅拌等新工艺、新技术。同时，在强化生产下为稳定并正常地生产，普遍 采用了窑温、窑压、玻璃液面和供料温度等项目的自动控制。 在改进原有窑型的同时，仍不断地发展着新窑型。如单元窑、浮法玻璃池窑 等。本阶段末达到的各项指标见表1 1 。 除火焰窑外，本阶段电熔窑也有很大发展。 4 、持续发展阶段( 1 9 6 0 1 9 7 7 年) 4 1 持续发展的标志，首先是沿着上阶段的途径，继续提高上部空间的温度和玻璃 的质量。采取的措施主要有：在燃料方面为从重油逐步转向天然气和石油气( 天然 气优点是：无灰分、硫分、不影响玻璃质量；不含s 和v ：0 ，对耐火材料 表1 一i飞跃发展阶段末期池窑的作业指标 玻璃品种玻璃熔化温度熔化率 单位耗热量 窑热效摩窑龄删期熔化半 l j m7 d k k k g q ov e a r r a i n - 喇期 _ f 板玻璃 1 5 3 0 1 5 5 0l3 152 6 0 0 2 9 0 0 2 5 瓶罐玻璃 1 5 4 0 1 5 6 02 232 0 0 0 以下( 大窑)3 0 ( 大窑) 2 5 0 0 以卜 4 2 5 0 0 以下( 小窑)2 0 ( 小窑j 侵蚀轻；不需加热、过滤、雾化，使用方便：成分、热值和压力可控制的非常稳 定；火焰长度气氛性质易调节。石油气优点是：热值达2 0 0 0 0 千卡标米3 ，含硫量 很低，储存和输送方便) 。在耐火材料方面提高锆刚玉砖的含锆量，试用含铬质 砖，扩大碱性耐火材料的使用部位等。在窑结构方面为放宽窑池、加宽投料面、卡 脖处设玻璃液分隔装置，如吊墙、窑坎等以减少回流、鼓泡、加高蓄热室和采用金 属换热器等。在热工自控方面为采用窑温分区控制，燃料量和助燃空气量比例自动 调节等。继而是着重向直接提高窑池内玻璃液温度的方向发展。具体的措施是：放 宽小炉口、扩大火焰覆盖面积，小炉口下倾6 7 。、使火焰紧贴液面，加强窑体保 温，采用局部辅助加热( 用高热值烧嘴加热配合料，耗热少，收效大) ，采用纯氧 助燃，以及综合运用新工艺和新技术p i 。 - 6 - 氆：以上改点基础上发展了火焰与电鞲台加热的新窑型。这种新窑型的熔化 池与澎清沁克奎：j 鼠，；。鬲液沅洞连通。兰予低溢i 丐发璃液的导电率很低而：烙 与配台料之问的热传递却很好，故融化池用火焰加热( 面积可缩小) 为宜。这样窑 型能充分发挥火焰加热与电加热各自的优点，故各项作业指标获得大幅度提高，如 熔化率可达3 5 4 吨米2 天，单位耗热量小于1 3 0 0 千卡公斤，窑热效率达4 6 左右。此外，这样窑型中一个熔化池可连接几个小澄清池，在澄清池中澄清与着色 同时进行，它有利于解决大量回头料的问题。 经过持续发展，到1 9 7 6 1 9 7 7 年时窑池的作业指标达到表1 2 所列的数值 ( 根扼某些国家的统计资料，取其中先进值) 。 表i - - 21 9 7 6 - - 1 9 7 7 年时窑池的作业指标 i 玻王；2 ；品种玻璃熔化温熔化率单位耗热量窑热效率窑龄嗣期熔化量 度 “m2 d k k k g y e a r l m 2 胤期 平板玻璃2 2 5 用电助熔时烧油时1 2 0 0 ( 大型窑) 2 0 0 0 4 5 0 0 以上 4 ( 中型窑) 2 5 0 0 ( 小型窑) 瓶罐玻璃1 5 6 0 1 6 1 035 ( 大型窑)4 0 4 5 7 25 3 ( 中型窑)6 f 1 0 0 i 。 2 二5 ( 小型霉) 纵观上述四个阶段的发展过程，以1 9 1 6 到1 9 7 6 这6 0 年，玻璃熔化温度提高 了3 0 0 。c 左右( 1 3 0 0 到1 6 1 0 一1 6 2 0 ) ，熔化率提高了5 倍，单位耗热量降低了 近7 信，窑寿命延长了1 0 倍多阻8 。“i 。 1 2 2 微型计算机在玻璃工业中的应用概况 计算机直接数字控制( d d c ) 是玻璃生产过程中的最早微机应用之一。但由于 玻璃生产过程是一种极其复杂的化学反应和物理变化过程，玻璃的熔制又是在高温 熔窑中进行的，到目前为止还没有准确、可靠的观察、测量手段。加之玻璃工厂的 生产现场环境恶劣、燥声大、干扰多，所有这些复杂的因素，增加了玻璃工业生产 中应用计算机的难度，使它经历了曲折的发展道路。 早在5 0 年代末0 2 1 ，美国欧文斯康宁玻璃纤维公司就在池窑上采用三套巡回 检测装置，分别检测池窑的1 0 8 个温度测点和作业部的2 7 0 个关键性的温度报警测 点，以及各坩锅的温度。1 9 6 1 年，该公司又与m m 公司合作，用i b m 1 7 1 0 系统 - 7 兰兰查兰竺主兰查一一一兰= ! l 兰竺! ! 竺l 在美国俄亥俄州纽华克市玻璃池窑上首次实现了计算机直接数字控制( d d c ) 。 与原先的模拟式调节系统相比，熔化部玻璃液温度波动降低到原来的1 8 ，玻璃液 面波动相当于原有控制允许值的一个分数，成型区温度波动减少一半以上，成本降 低5 0 。 于此同时，美国几家大玻璃公司开始用计算机实现仓库和供销管理。 1 9 6 5 年，英国皮尔金顿公司在玻璃原料配料生产中引用了m m - 1 8 0 0 计算机系 统。同年欧文斯伊利诺斯公司公司第一次在玻璃容器生产上采用计算机控制。 1 9 6 8 年美国福特汽车公司玻璃厂又把计算机用于浮法玻璃生产线，实现了玻璃熔 制、成型、切割等过程的计算机控制，控制参数达5 0 0 多个。加拿大p p g 平板玻 璃分公司进而又在玻璃原料制备上实现了从原料进仓到配合料入窑的全自动生产 线。 这一时期的玻璃生产过程的计算机控制同其他工业部门一样。采用集中控制方 式。由于控制功能集中，危险也集中，加之一些计算机控制项目未能取得成功，增 加了人们对计算机控制得疑虑，许多计算机公司纷纷退出计算机控制领域，在很大 程度上限制了计算机应用得推广。 7 0 年代初期出现的微型计算机，是系统硬件费用急剧减少，可靠性大大提高， 而且其体积很小，有可能根据生产工艺过程控制要求，把各个功能单元的操作分散 给不同的微机进行控制，形成分布式计算机控制系统。使玻璃工业的计算机应用水 平有了新的发展。实现了玻璃原料配料的全自动化、玻璃熔窑热工控制及浮法生产 线( 从配料到冷端切裁) 的全线自动化【“j 。 在原料制备中，采用中央机和微处理机分级控制，实现从原料进厂、入库、 喂料、称量、混合、复称及配合料输送等过程的全面控制m 】： 在熔窑上，用计算机检测和控制温度、油流、气流、窑压、玻璃液面等参数 1 1 7 l ； 在锡槽上，用计算机控制玻璃进入锡槽时的温度、玻璃带离开锡槽时的温 度、锡槽内的温度制度等【培】； 在退火窑上，用计算机控制退火窑内的温度制度及玻璃带内的应力等； 8 在冷端，用计算机控制玻璃带的质量，实现玻璃板缺陷检测、分级、切裁的控 制；控制玻璃带的清洗、干燥、切割、掰断、分片、喷粉、垫纸、堆垛、包装、运 输等全过程。 在企业管理上，建立了各种工厂管理信息系统，综合各类质量控制信息、玻璃 制造信息、仓库使用信息、供销信息等，为全厂管理、决策提供依据m 搿1 1 。 图l - 1 所示的皮尔金顿绿门工厂浮法玻璃生产线计算机系统，就是一种分布式 计算机控制系统。 图l - 1 、绿门玻璃广浮法线计茸机系统 图1 - 2 为该厂的计算机分级控制系统层次示意图。整个系统都用美国d e c 公 司的p d p - 1 1 或l s i 1 1 处理机组成，用光缆和调制解调器连接成网络。 - 9 - 塑兰查竺竺主堡兰 一j 竺! 生- 三! 坚! 竺l 美国l e e d s n o r t h r u p 公司的m i c r o m a x 系统( 被称为工业监控中心) 是一 种集散型控制系统。它把数据采集与过程控制功能相结合，对多个工业过程实施监 控管理。最基本的m i c r o m a xp m c 系统由一个工业监控站和一台安装在 被监控现场的就地处理单元( l p u ) 组成，后者加上与之有联系的其他一些单元构 成个现场站。一个r s 4 8 5 多站网络可连接1 6 个现场站。就地处理单元( l p u ) 能提供对工业过程现场的智能化控制。它还能根据需要选配1 - 2 台扩展单元 ( e u ) 以加强离散型i o 处理能力。每台l p u 可配置1 - 2 就地站，供现场操作人 员使用。每台l p u 可配置1 3 台手动操作站，用于控制回路的硬手动后备。 m i c r o m a x 的结构示意图如图1 3 所示。 田1 3 町强唯“王萃隶辑示l 田 i 中央监控站，2 监视站，3 打印机舡就地处理站，5 - 扩展单元，6 - 就地站，7 手动站 当中央监控站与现场站的通讯发生故障时，l p u 照常运行，由就地站对现场工 艺过程实行就地控制。这种结构组织使系统高度一体化，同时又具有最大的灵活性 和可靠性，特别适合于大型企业的过程控制。例如，皮尔金顿的c o w l e y 浮法玻璃 厂就采用此系统进行全面控制。 于此同时，美国俄亥俄州托利多公司与日本大阪三菱公司合资组成的一家专门 从事玻璃工程设计及制造的铁山公司，与美国明尼苏达州的r e s e a r c h 公司( 专门 从事计算机开发工作) 联合开发了专供玻璃熔窑控制的系统g l a s s m a s t e r 。该 系统可用于具有八对小炉的横焰窑的温度控制及最佳燃烧控制。该系统的原理框图 如图i 4 所示。 1 0 该系统包括：美国d e c 公司l s i11 1 7 3 计算机，1 m b 的m o s 存储器；2 0 m b 温式硬盘和盒式磁带；操作员c r t 显示器；点阵打印机；9 5 个热电偶模拟量输入 和6 4 个流量、液面、窑压模拟量输入，4 8 个模拟量输出，3 2 个开关量输入( 其中 约1 6 个用于信号报警) ，3 2 个固体继电器输出；仪表回路：池窑底部温度、窑碹 母卜g l 辐“t 熔窑控制系统的原理畦田 温度、每个喷嘴的燃料流量的控制，助燃风总量控制，每个喷嘴的雾化气流量控 制，每个喷嘴的雾化气燃料比例调节，燃料助燃风比例控制，液面控制，根据时 间或温度进行窑炉换火等：备有燃油、雾化气、燃烧空气、熔窑压力、玻璃液面等 手动操作站，当计算机控制发生故障时，可分别切换至手动控制。此外，还备有手 控换火控制盘，以便手动控制烟道闸板。 从7 0 年代起【2 8 j ，国外玻璃行业中的高校、科研、设计部门，利用计算机模拟 玻璃生产过程中的复杂现象，希望通过对人们感兴趣的某些单元过程的模拟，获得 对关键性因素( 变量) 的作用的理解，加速玻璃科学理论的研究。1 9 7 2 年美国麻 省理工学院的j n o b l e 等人提出了第一份关于玻璃熔窑的计算机模拟报告，该报告 完成了二维的质量、能量和动量平衡，画出了沿熔窑纵向中心线的温度剖面图。该 模型可用以研究熔窑操作条件变化的相对影响。此后，人们纷纷提出了各种改进模 型。如三维模型、电熔窑模型、玻璃配合料熔化模型以及玻璃供料道模型等等，有 的学者则从化学动力学和拓扑学出发，用计算机模拟玻璃的结构所有这些研究， 必将为玻璃工业的计算机控制和新厂品开发奠定充实的理论基础，加速玻璃学科的 发展。 在设计工作 2 1 , 2 2 1 ，皮尔金顿公司于1 9 8 2 年把计算机辅助设计技术( c a d ) 引入玻璃工业，以提高现有设计技术水平，改进现有产品生产和加工过程。现有 c a d 技术在国外玻璃工业中已获广泛应用，如英国有专门的计算机辅助设计公司 伟韦尔里德和金霍思公司o ”，b r k 国际模具公司下设的计算机软件公司开发 了专用的玻璃器皿模具设计软件包“p r o m o d ”3 。r o c k w a r e 玻璃有限公司开 发了c a d c a m 系统“d u c t ”，可用于设计形状复杂的玻璃器皿，使复杂的模具 设计周期由工时6 8 周缩短到1 2 小时，提高了设计效率和质量 3 。 计算机在我国玻璃工业中的应用，在8 0 年代初期基本上限于理论性研究课 题。 1 9 8 0 年干福熹等在国产t o 1 6 型计算机上实现了无机玻璃物理性质计算和成 分设计。 1 9 8 2 年宋瑞在国产中型机4 4 1 b i i i 上计算了玻璃池窑池壁的保温和冷却问题。 1 9 8 3 年起，吴锡琪等发表的辐射对玻璃配合料的影响等论文。 随着各种型号微型计算机的引入和推广，计算机在我国玻璃行业中的应用获得 了很大发展。 1 9 8 2 年底武汉工业大学与上海玻璃厂纤维分厂合作，用一台单板机对6 4 台玻 璃纤维拉丝机拉出的原料筒进行称量统计。 1 9 8 4 年吴锡琪等在微型计算机上用b a s i c 语言实现了无机玻璃物理性质计算 和成分设计、玻璃配合料全自动计算、玻璃熔窑能量管理等课题。 1 9 8 3 年秦皇岛耀华玻璃厂首先从比利时托利多公司引进了原料电子称微机控制 系统。而其他工厂则从德国艾利赫机器制造公司、菲利浦公司和美国n o v a 国际 工程公司等引进各种类型的原料配料微机控制系统。我国各研究设计单位和大专院 校也在消化、仿制的基础上推出了各自设计的分级控制微机配料系统，实现了原料 电子称称量、在线测水分自动修正湿基量，以及配料、混合、加水、输送的全线自 动控制、联锁、报警机自动打印记录我国玻璃熔窑的计算机控制首先应用于器皿 行业，用于控制熔化部窑顶温度、燃料与助燃空气流量配合比、重油温度、雾化气 1 2 堂兰查竺竺主竺兰 一! - 二! | _ 兰三! ! ! 苎一 压力、窑压、火焰自动换向等的单回路控制，并取得了一定的成效。北京玻璃总厂 率先引进了l e e d s8 ln o r t h r u p 公司的m i c r o m a x 系统，用于熔窑温度、液面和窑 压的监控。 我国大型平板玻璃池窑的计算机控制工作，近年来也取得较大的进展。沈阳玻 璃厂引进了美国g l a s s m a s t e r 计算机控制系统，在窑底、窑顶不同部位设置若干个 热电偶，根据不同部位的重要程度确定其加权系数，根据窑不同部位温度变化的动 态情况，分别控制每对小炉燃烧器的流量，同时改变雾化气及助燃风流量，使其保 持一定的配比，使整个池窑的温度制度稳定。这是当前玻璃池窑计算机控制较先进 的技术成果。对于浮法玻璃生产线的锡槽及退火窑，国内也研制了相应的计算机温 度控制系统。通过高温工业电视在线检测玻璃板边的位置，通过计算机处理，检测 出玻璃带宽数据，调节液流闸板。实现玻璃液流量的自动控制。 图l 5 为洛阳玻璃厂浮法二分厂锡槽温度控制系统的示意框图。它由一台上 位机和两台下位机组成。上位机完成管理功能和开关置信号输入输出，下位机控制 2 8 个温度点，显示9 0 个温度点、7 个气压点、1 3 个气体含量点、6 个流量点及2 3 个速度点。 在浮法冷端微机控制方面，秦皇岛耀华玻璃厂浮法线引进了具有国外八十年代 水平的冷端技术和装置而洛阳玻璃厂的浮法二线的冷端自动化系统更被国家列为 “样板线”实现了用微机控制玻璃带的清洗、干燥、切割、分片、堆剁、包装、 运输等过程。并用优化方法切割玻璃板，使废玻璃最少。图1 6 为洛阳玻璃厂的 浮法二线的冷端自动化系统的示意框图。 我国引进的十余条大型平弯钢化玻璃生产线和中空玻璃生产线等深加工设备， 也都配有微机监控装置，都具有国外8 0 年代水平。 因此，我国玻璃生产过程的微机控制，已具有相当的规模和水平，为今后发展 和提高奠定了良好的基础。 在实验数据处理方面，已用插值法、线性回归分析、统计分析等方法，处理玻 璃软化温度、膨胀系数、弹性模量等实验测试数据。在计算机辅助设计方面，已初 步实现了玻璃工厂选址，厂区规划设计，玻璃熔窑、保温层、蓄热室、通路和烟囱 结构尺寸设计，玻璃器皿及模具设计，玻璃成分优化设计等。蚌埠玻璃设计研究院 在这方面已取得突出成绩。 在玻璃企业管理及办公自动化方面的微机应用，近几年来也取得了较大的进 展，许多工厂不同程度地实现了财务会计数据处理，成本核算，利润计算与分析， 综合统计资料管理，企业经济效益分析，材料供应、销售、库存管理、工资管理 等。洛阳玻璃厂在我国玻璃行业中率先开发了全厂微机网络管理与决策支持系统。 该系统由1 3 个子系统组成，应用后取得了明显效益，实现了成本控制，加速了资 金周转，并能对市场预测，每年提高总厂值2 7 2 ，减低可比产品总成本1 4 4 ， 减少设备事故损失1 0 4 3 。这些效益充分说明微机用于企业管理的意义和重要 - 1 4 - 塑兰查兰翌圭竺查 一苎= ! 苎苎竺兰 性、迫切性。各研究设计单位还实现了科技信息管理、事务管理、生产信息管理， 工程设计项目生产统计，以及企业经济效益分析等计算机管理。 随着科学技术的飞速发展，计算机在玻璃工业中的应用将更为普及和深化，并 将把玻璃工业推向更高水平。 1 3 、计算机辅助设计在玻璃工业中的应用 计算机辅助设计( 以下简称c a d ) ，英文中一般叫做c o m p u t e r a i d e d d e s i g n 。但最初又叫c o m p u t e ra u g m e n t e d d e s i g n ( 计算机论证设计) 。顾名思 义，这不是一种独立于人的“自动化设计方法”，而是一种“辅助”工具，用以减 轻设计人员的劳动，迅速地给他们提供多种设计方案，协助他们作出合理的判断和 决定。因此，任何一个c a d 系统总是由人机两方面组成的。人具有专业知 识，具有逻辑分析和推理能力，具备一定的设计经验。这是任何机器所无法替代 的。而计算机具有大的存储容量和多种方便的数据存取手段，常配有各种数据库管 理系统设计，可把常用的资料、图纸、数据存在数据库中，供随时查找，从而代替 了最好的资料员；计算机的快速计算和逻辑判断能力可把靠人工要几小时、几天的 计算工作在几秒或几分钟内完成，给设计人员争取到了宝贵的设计时间，使他们能 集中精力于结构、方案设计上；计算机配置的各种外部设备如绘图仪、打印机等给 出各种文件和图纸，代替了绘图员和文书的工作。总之，人和计算机的巧妙结合， 充分发挥了两者各自的优势，克服了他们的不足之处。 ( 一) 计算机辅助设计用于玻璃工厂规划设计 给定一块有限的厂址，如何布置各个车间，辅助设施乃至生活区。绿化区等， 这是任一设计者都会面临的设计规划问题。这个问题现在显得更加重要：节省宝贵 的土地资源，减少征地费用。一个好的规划不仅仅要满足生产工艺要求，而且要考 虑日常经费，例如需尽量减少厂内( 各车间之间的) 运输量。 最简单的方法是利用计算机的作图功能。把我们的厂址按一定的比例搬到计算 机屏幕上，再用一块专门设计的画图程序，直接用键盘控制在屏幕上布置各车间和 - 1 5 塑兰查兰竺圭竺奎一! ! 二! 2 兰兰竺! 兰一 辅助设施，画出其运输途径，计算机奇- t ! o 算出其运输路程等。利用平移、旋转等功 能进行修改，得出下一方案。 国外常用的方法是把各车间的尺寸、它们之间的关系，用表格形式输入计算 机，计算机再根据设计要求的准则( 如厂内运输量) ，把它转换成一个矩阵。每一 个设计准则产生一个矩阵。由此矩阵计算和布置备车间，得出各种方案。 ( 二) 码头( 或铁路专用线) 和库房的规划设计 码头与铁路专用线是工厂的出入口和生命线。大量的原材料、燃料需要通过铁 道码头运入，产品要通过它们运出。国内玻璃工厂的码头专用线可能大多数是根 据经验设计的。国外则通过计算机模拟来进行。经验设计常常只看到事物的表面现 象，其结果往往是设计过度造成浪费或者相反。而计算机模拟是根据大量的统计数 据，建立相应的数学模型；利用数理统计和数学规划等数学工具，进行数学分析， 从而提出合理的设计方案，在保证工厂正常工作的基础上，减少工厂的投资。 与此相关连的还有库房设计问题，如燃料库( 或原料库) 应该多大才能工厂正 常生产，燃料库小了，可能有时供不上生产，太大了基建投资大，库存油量也会长 期过剩。此外，库房的设计还要与码头铁路专用线之间设计相配合，才能得出合 理的设计。这种问题，一般离散连续混合型模拟来进行设计。 计算机模拟要求有大量的统计数据，这对我们来说可能是一大困难。我国以往 不重视数据的科学统计，往往只有一个“大概”，要进行计算机模拟就困难了。但 我们相信，随着经济改革的进展，科学管理的重要性将越来越为人们所认识，计算 机模拟技术也将成为普遍采用的基本研究方法之一。 计算机模拟，可以自编模拟程序来进行，但因模拟工具有自身的特点和要求， 国外一般都用专门开发的计算机模拟语言。目前，武汉工业大学的吴锡琪，李立华 曾经开发了一种微机上应用的模拟语言。此外，澳大利亚的南澳工学院矿山工程系 的j r s t u r # 教授访问武汉工业大学时，曾赠送该校一套有关矿山设计的软件。 ( 三) 玻璃器皿及其模具的计算机辅助设计 随着人民生活水平的提高和外贸包装的需要，人们对玻璃器皿和容器设计的要 求越来越高，除了尺寸、容积和节省玻璃料等要求外，还要求外观造型美观，多样 化，经常翻新。这给模具设计者增加了许多工作和困难 1 6 - 1 9 7 8 年英国b u r w l lr e e da n dk i n g h o m 公司开发了一种代号为“p r o m o d ”的 玻璃瓶和模具的c a d 系统。主要用于圆形容器的设计。它能根据用户提出的容 量，按一定的设计顺序，设计出要求的容器，计算出瓶子的容量、重量，绘出工程 图。据报道，该系统“操作方便，无须花费很多资金进行培训和补充人员”，当然 还要求“操作员仍然是一名合格的设计师，这个系统只能用作辅助手段，并不 能取而代之”。 吴锡琪，李立华曾经开发了一个软件，不仅能设计圆形的玻璃瓶，也能设计任 何有一定规则形状的容器，系统中设有一套标准几何图形。如圆、方、菱形、各种 圆台、菱台等，设计师每次选择一个几何图形，输入其尺寸，计算机就把它们逐个 拼接起来，构成所需的形态，计算其容积。系统提供了多种修改功能，以便灵活地 改变造型或容积。例如，当原设计造型可以，但容积不合适时，该系统将可：自动 调整比例尺，达到所需容积；只是按比例地调整各个高度：按比例地调整各个直 径；修改某一局部尺寸； 对于玻璃瓶，为实现瓶口标准，在上述任何修改中，系统将保持瓶口和瓶颈直 径不变。在每次修改时，系统将保存前面的设计结果，最后列表给出各次设计数 据，以供比较选择。系统还将根据所用玻璃品种，自动计算出每一设计所用的玻璃 品种，自动计算出每一设计所用的玻璃料用量。 当计算方案最终选定后，系统将自动绘出工程图。并转化为模具。 ( 四) 玻璃成分的计算机辅助设计1 我们可以把它与硅酸盐相图结合起来，以保证在玻璃成型区中进行设计。 ( 五) 玻璃熔窑的计算机辅助设计1 1 6 1 玻璃熔窑是玻璃工厂的核心，它消耗了全厂7 0 左右的能量。因此，熔窑设计 合理与否将直接决定玻璃工厂的能耗大小，对玻璃的产量和质量也有很大的影响。 玻璃熔窑的设计涉及到数学、化学、热力学、结构设计等方面，计算工作量大而繁 琐。显然，目前国内玻璃工厂设计中习用的人工扩大指标设计法，既浪费又无法实 现多方案的综合比较，也就谈不上优化设计了。 国外的玻璃熔窑设计，大多建立在数学模型和物理模型上，特别是数学模型。 所谓数学模型是用一整套数学方程来抽象表征玻璃熔窑中的配合料熔化、玻璃液流 1 7 动和热变换等现象，在通过计算机求解，得出熔窑中的玻璃液流线分布和温度分布 状态，为玻璃熔窑的设计提供理论依据。 再此基础上，开发专用的程序来实现玻璃熔窑的热工计算，是c a d 的又一应 用，是原来需要几天的计算工作，在几分钟之内完成，快捷正确。在设计中选择各 种设计参数时，系统将能自动地从数据库中选择有关参数，必要时还将自动进行插 值计算。特别是与计算机绘图相结合，将给玻璃熔窑设计提供直观灵活的设计功 能，为熔窑设计提供多种选择方案。保温层设计是玻璃熔窑设计的又一方面，国外 也都用计算机辅助设计来完成。通过对几种不同尺寸( 厚度) 和保温等级的组合试 验，比较其燃料消耗估计量，选择其中最佳者。 吴锡琪等曾经开发了一个玻璃熔窑的c a d 软件系统，该系统由六个子系统组 成，可分别完成熔窑初步设计、保温层单项设计、蓄热室单项设计或热平衡计算四 项工作。 1 3 1 玻璃熔窑的计算机辅助设计方法 一个c a d 系统对，用户来说，应满足： ( 1 ) 操作简便，易于控制，有一定的查错和校核功能，并提供方便灵活的修 改功能： ( 2 ) 有较强的交互功能，便于设计师把自己的决定告诉计算机，而计算机则 能提供“下一步应该干什么”的建议： ( 3 ) 有快速、方便的信息存取手段，随时提供各类设计数据，或把设计中间 结果保存起来； ( 4 ) 一个大的c a d 系统，常要求能“分时”地运行，即若干人同时在一项设 计上工作，最终产生一项完整的设计方案；或几个系统上同时进行几项设计，各自 独立，互不干扰： ( 5 ) 有好的经济效益，设计速度快，选择方案多，实现“每单位时间内更有 效的判断”，最后得到一个综合指标高的设计。 - 1 8 塑兰查竺! 主竺查! = 二! 生_ 三竺! ! 苎+ 1 4 系统开发论证及总体方案设计 1 4 1 应用软件包开发的一般思路 c a d 技术属于高科技产业，它的生命周期约为3 1 0 年或更短，它的特点是高投 入、高效益、高风险。我国8 6 3 高科技计划中提出的一个十分形象的1 3 号，就是要 “顶天立地”。“顶天”是要跟踪国外先进技术发展的前沿，“立地”是要立足国 内，结合国情，面向国内经济建设的实际情况，在国内开花生根，在近期发挥效 益。因此，我们不但要在基础理论方面的研究和通用支撑软件方面的研究要跟踪世 界先进技术的前沿，更应该在能马上产生经济效益的应用软件包的开发方面下大工 夫。软件开发一般有两种思路： a 一切从底层做起。首先是系统的支撑环境层的构造，包括常用的c a d 模 块，如：二维绘图，三维线框，曲面，实体造型，曲面消隐，真实感显示，用户界 面等等。然后，在根据工程设计的具体不同情况，设计和构造应用层。这种应用层 在不同的专业领域有不同的内容。实际上，大量的工作在系统的支撑层，但真正产 生效益的确是应用层。在激烈的市场竞争中，各公司都力求保住技术优势，决不肯 轻易出售自己的c a d 专业设计系统。 众所周知，利用现有的高级语言将便于系统的开发、调试和维护。以前曾经采 用在微机上普遍使用的b a s i c 语言作为编程语言。m m 一一p c 系列微机的 b a s i c ，具有计算机辅助设计所必需的各种绘图功能，而且具有多种数据处理手 段。其主要缺点是程序的解释执行速度较慢。 1 9 8 6 年，周志豪等作了“玻璃池窑陶质换热器设计的计算机辅助计算”。该 系统是用b a s i c 语言开发的一套池窑陶质换热器计算机辅助设计的计算程序i o 】。 1 9 9 2 年，李会平、万胜男作了“蓄热室传热面积的计算机计算”。该系统是在 较为通用的i b m p c 机上用b a s i c 语言开发的一套蓄热室传热面积计算的计算机 软件【“】。 1 9 9 5 年，孙承绪、叶正才作了“用计算机确定马蹄焰池窑深澄清池的结构尺 寸”1 4 5 1 。 1 9 - 1 9 9 7 年，浙江大学的颜晖、沈锦林等作了“计算机辅助设计在玻璃池窑保温设 计计算中的应用”【4 ”。 1 9 9 8 年，颜晖、沈锦林又作了“计算机在玻璃配合料及玻璃性质计算中的应 用”n t i 。 综上所述，许多单位的科研人员对玻璃熔窑的计算机辅助设计作了多方面的探 索。但是，在计算机辅助设计与绘图过程中经常遇到图形信息交换的情况。例如， 很多信息是来自外部程序计算的结果，或者表示产品的图形需要外部程序分析计 算。为了成分利用或发挥计算机硬、软件的特长，一个作业在系统a 完成了内容 一，再传递到系统b 去完成内容二。图形信息交换在c a d 集成中占有重要地位。 而从以上研究情况看来，各个系统都是各自为战，相互之间的信息交换是一个 比较大的缺陷：导致其通用性差，类似的c a d 系统很难集成为c a d 一体化系 统。 当然，作为泱泱大国，对c a d 基础技术的研究是十分必要的，回顾当代c a d 系统最流行的基础技术和开发工具，它们开始年代都很早，如对于参数曲面的研 究，从6 0 年代中期算起，至少已经发表了上千篇文章，但是至今还有大量问题有 待于深入，很多技术诀窍还是掌握在各家软件公司的手里，如果我们不能在理论上 作出新的突破，开发高水平的软件只是一句空话。 b 采用“拿来主义”，即全盘吸收以有的软件开发成果。国外有明确一条经 验，如果软件合用，买别人以有的成果一定比自己开发合算。目前，国内市场上供 应的各类从国外引进的都是通用的支撑软件，在此基础上，进行二次开发具有一定 通用性的、开放性的应用层不失为应用软件包开发的一条思路【3 2 。3 ”。 总结，开发这种所谓“短、平、快”的应用软件包产品，应该充分利用各种已 有的软件支撑开发平台，不要重复别人已做的很完善的工作，把注意力集中在应用 层的开发上，充分提高开发效率，降低开发代价，不失为软件包开发的一条捷径。 1 4 2a u t o c a d 调用的、开放性的c a d 系统 a u t o c a d 是目前国内外使用最为广泛的计算机辅助设计软件，由美国 a u t o d e s k 公司研制开发“。自1 9 8 2 年面世以来，至今已发展到2 0 0 0 版 2 0 ( r 2 0 0 0 ) 。其丰富的绘图命令，强大的编辑功能和良好的用户界面受到了广大的 工程技术人员的普遍欢迎。 今天，全球有数十亿的工程图形采用由a u t o c a d 最早提出并应用的工业标准 _ d ) 口和d w g 格式来描述。有近3 0 0 0 家注册开发商向市场提供5 0 0 0 余种基于 a u t o c a d 及其相关软件技术的课程，每年培训1 0 0 余万学生和工程技术人员。 a u t o c a d 及其图形格式以成为一种事实上的国际工业标准和普及新一代设计文化 的基本载体。 a u t o c a d 是作为一个通用绘图系统而设计的。但各行各业都有自己的行业和 专业标准，许多单位也有自己的技术规格和企业标准，每个设计工程师和绘图员更 有各自独特的工作方式，因而，a u t o c a d 不可能完全满足每个用户的具体要求。 于是，通过系统提供的开放式体系结构。a u t o c a d 允许用户和第三方软件开发商 根据各自的需求来改进和扩充a u t o c a d 的许多功能，实现对a u t o c a d 的二次开 发。 l i s p ( l i mp r o c e s s i n g ) 是一种计算机的表处理语言。l i s p 语言是人工智能领域中 广泛应用的一种程序设计语言。 a u t o l i s p 语言是一种运行在a u t o c a d 环境下韵l i s p 编程语言，或称其为 a u t o l i s p 的一种嵌入式语言。它采用了与c o m m o n l i s p ( 一种通用的l i s p 语言版 本) 相近的语言及习惯约定，并吸收了l i s p 语言的主要函数，同时增加了针对 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 语言编程可以实现对 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 语言是提供给用户的主要二次开发工具之一i s l 。用a u t o l i s p 语言编 写应用程序，可以a u t o c a d 增加新的命令或修改a u t o c a d ，以适应用户的特殊需 要。a u t o c a d 软件的开发者a u l o d e s k 公司许诺，将保证今后a u t o c a d 软件对