（流体机械及工程专业论文）泵空间导叶水力计算与绘型cad软件的开发.pdf

摘要 当前，随着国民经济的飞速发展，我国面临着巨大的能源需求和严峻的能源 形势。进一步提高流体机械特别是泵的性能，对节约能耗具有重要意义。然而， 传统的设计方法已经很难满足这些需要，因此，依托泵的现代设计理论与方法， 采用不断发展与完善的计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) 技术，同时融 入面向对象程序设计思想o o p ( o b j e c to r i e n t e dp r o g r a m m i n g ) 对a u t o c a d 进行 二次开发，业已成为国内c a d 应用的主流。 空问导叶，也叫轴向导流器或扭曲导叶，是压水室的一种，广泛用于各种井 用泵( 深井泵、潜水泵) 和导叶式混流泵等，用途十分广泛。然而，空间导叶内 部流动复杂，叶片扭曲度大，其设计难度并不亚于叶轮的设计。 本文围绕泵空问导叶水力计算以及绘型c a d 软件的开发，展丌了较广泛的 研究。本文具体工作以及取得研究成果主要有以下几个方面： 1 系统地阐述了泵空间导叶的基本理论与结构特点。本人采用现代设计理 论与方法，独立完成了空间导叶的水力计算，建立了程序所需的各种数学模型， 并在随后调试过程中比较了同类数学模型的优缺点，选用最优模型编程。 2 在a u t o c a d 2 0 0 0 软件平台上使用当j j 主流程序开发软件v i s u a lc 抖6 0 ， 以及软件丌发工具包o b j e c t a r x2 0 0 0 ，成功丌发出了泵空间导叶绘型c a d 软件。 结合了前人成功经验思想编写出的这套软件，可以帮助设计人员迅速完成设计丌 发工作，软件功能强大、界面友好、操作简便、图纸准确度高、结果数掘齐全， 具有很强的实用性。程序调试时采用了大量的空日j 导叶生产用图，这些图纸来自 于不同比转数的泵类产品，可以说经受了实践的考验。 3 结果数据充分考虑了流场分析计算和叶片数控加工的连贯性。空间导叶 的结构数据，用文本文件二进制文件的形式传递给与c a d 直接相关的三维绘图 软件m d t ，编辑后输出到c f d 软件进行流动分析，为后续的研究工作提供了良 好的基础。 关睦诃：空间导叶，水力计算，数学漠型，c a d 2 0 0 0 ，o b j o c t a r x ，二次丌发 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，w i t ht h ed e v e l o p m e n to fe c o n o m y , w ea l ef a c e dw i t hat r e m e n d o u s r e q u i r e m e n to fe n e r g y , i ti si m p o r t a n tf o re n e r g ys a v i n gt oi m p r o v et h em a c h i n e r y s p e r f o r m a n c e ，e s p e c i a l l y t h e p u m p sp e r f o r m a n c e h o w e v e r ，t r a d i t i o n a ld e s i g n m e t h o d sa f e n te n o u g ht os a t i s f yt h en e e do fd e v e l o p i n gf l u i dm a c h i n e sp e r f o r m a n c e s or e l y i n go nm o d e md e s i g nt h e o r ya n dt h et h o u g h to f o b j e c to r i e n t e dp r o g r a m m i n g ( o o p ) ，i ti st h ep r i m a r yd i r e c t i o nt ot a pt h ea u t o c a du l t e r i o r l yi n t e r i o r l ya t t h e p r e s e n tt i m ew i t ht h eh e l po f c a d s e c o n dd e v e l o p m e n t s p a c i md i f f u s e r ( a x i a ll e a d i n gf l o wp a r to rd i s t o r t i o n a ld i f f u s i o nv a n e ) ，i so n e k i n do fv o l u t ec a s i n g ，a n dh a saw i d eu s ei nt h ew e l lp u m p s ( d e e p - w e l lp u m pa n d s u b m e r s i b l ep u m p ) a n di nm i x e df l o wp u m pw i t hd i f f u s e r s b u tt h e r ei sac o m p l e x i n t e r i o rf l o wi nt h es p e c i a ld i f f u s e r s ，a n dt h ed e g r e eo fd i s t o r t i o n i s g r e a t ，t h e d i f f i c u l t yo f s p e c i a ld i f f u s e r sd e s i g ni sn o t h i n gl e s st h a nt h ei m p e l l e r s i nt h i sp a p e r , b r o a dr e s e a l e hh a sb e e nc a r r y i n go u ta b o u ts p e c i a ld i f f u s e r s h y d r a u l i cc a l c u l a t i o na n dc a d s e c o n dd e v e l o p m e n t t h em a i nc o n t e n t sm e n t i o n e di n t h ep a p e ra r ea sf o l l o w i n g ： 1 t h ec o n f i g u r a t i o no fs p e c i a ld i f f u s e ra n dt h e o r i e si nd e s i g na l ed e s c r i b e db y t h en u m b e r s r e l y i n go nm o d e md e s i g nt h e o r ym e t h o d s ，t h ea u t h o rf i n i s h e d i n d e p e n d e n t l y t h eh y d r a u l i cc a l c u l a t i o na n df o u n d e de v e r ym a t h sm o d e l ，a n d c o m p a r e dt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ft h ea l i k em o d e l sa n dt h u sc h o s et h e b e s to n e 2 b a s e do nc a d 2 0 0 0 ，v c + + 6 0a n do b j e c t a r x 2 0 0 0 ，t h es e c o n dd e v e l o p m e n t s o f t w a r eh a sb e e na c c o m p l i s h e dw i t ht h eh e l po ff o r m a l l ys u c c e s s f u le x p e d e n c e t h e c h a r a c t e r so fn e ws o f t w a r ea r ea sf o l l o w i n g ：p o w e r f u lf u n c t i o n ，f r i e n d l yi n t e r f a c e ， s i m p l eo p e r a t i o n ，h i g hn i c e t y , c o m p l e t ed a t a , s t r o n gp r a c t i c a b i l i t y t h ep r o c e d u r e d e b u g g i n gw a sf i n i s h e ds u c c e s s f u l l yb yt h eh e l po fm a n ys p e c i a ld i f f u s e r sd r a w i n g s f r o m l o t so f p u m p sw i t hd i f f e r e n tn p s h ，a n dw i t h s t o o dt h et e s to f p r a c t i c e 3 t h ec o n s i s t e n c yo fo u t p u td a t aa n df l o wa n a l y z i n ga n dc a l c u l a t i n gw a s c o n s i d e r e df u l l y t h ed a t aa r eo u t p u t t e di nt h ef o r mo ft e x tf i l eo rb i n a r yf i l e ，a n d i l e d i t e di nt h e3 dp l o t t i n gs o f t w a r em d t , a n dt h e nt r a n s f e r r e dt oc f d t ob ed o n et h e f l o wa n a l y z i n g i tf o u n d saf a v o r a b l eb a s eo f n e x tr e s e a r c h k e yw o r d s ：s p e c i a ld i f f u s e r , h y d r a u l i cc a l c u l a t i n g ，m a t h sm o d e l ，c a d 2 0 0 0 ， o b j e c t a r x , s e c o n dd e v e l o p m e n t i i i q ：流量，m 3 m h ：扬程，m 行：转速，r r a i n r ，：比转数 符号表 吒：空间导叶进口安放角 瓯：空间导叶出口安放角 a a ：冲角 妒：包角 q ：叶轮进口直径，m m、k ：轴面分速度、圆周分速度，m s 见：轮毂直径，m m d 2 ：叶轮出口直径，n u n f ：过水断面面积，m 2 ：排挤系数 6 2 ：叶轮出口宽度，蚴 s ：流面厚度，1 1 1 i i l z ；空间导叶片数，片：空间导叶进口流面圆周厚度，m m b ：空间导叶内流线最大直径，m m 占：真实厚度，m m d 4 ：空日j 导叶外流线最大直径，m m：最大厚度，m m b ：空间导叶外流线出口直径，m mg ：重力加速度，m ，s 2 见：空间导叶内流线出口直径，m mp ：密度，k 咖3 上：空间导叶轴向长度，m mp ：粘性系数，p a s 仇：水力效率 i v y1 0 1 6 1 0 1 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，同意学校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。本人授权江苏大学可以 将本学位论文的全部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。 保密口 本学位论文属于，在年我解密后适用本授权书。 不保密囱 学位论文作者签名：爰势彬 2 作6 月f 7 日 指导教师签名 乃卅年多月日 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容以 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作品 成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以 明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名；爰尹彬 日期：2 昕年石月；t n 泵空间导叶水力计算与绘型c a d 软件的开发硕士学位论文 第一章绪论 空间导叶，亦称轴向导流器或扭曲导叶，是压水室的一种，常用在各种井用 泵( 深井泵、潜水泵) 和导叶式混流泵中，将流体的径向流动转为轴向流动，提 高了泵的水力性能，其用途十分广泛。然而，空间导叶内部流动复杂，叶片扭曲 度大，水力计算和绘型很是繁琐，设计难度上并不亚于叶轮的设计。当前，虽然 我国经济飞速发展，却面l 临着严峻的形势，因此提高“耗能大户”泵的性能，对 解决能源需求、节约能耗具有重要意义。本课题任务就是为泵设计出性能优良的 空间导叶。然而，传统的设计方法已经很难满足这些需要。因此，本课题依托泵 的现代设计理论与方法，采用不断发展与完善的计算机辅助设计( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) 技术，同时融入面向对象程序设计思想o o p ( o b j e c to r i e n t e d p r o g r a m m i n g ) 对a u t o c a d 进行二次开发，在开发空间导叶绘型c a d 软件上进 行了有益的探索。 本文围绕泵空间导叶水力计算以及绘型c a d 软件的开发，展丌了较广泛的 研究。 1 1 水泵c a d 概述 1 1 1 国内外水泵c a d 研究发展现状 空问导叶作为泵的过流部件之一，其绘型c a d 软件与泵其他部件绘型c a d 软件的发展一直未停止过。 a u t o c a d 是目前在、) l ，i n d o w s 9 5 9 8 瓜1 2 0 0 0 环境下应用最广泛、使用人数最 多的c a d 软件。但a u t o c a d 所提供给我们的只是一般的通用的c a d 功能，如 造型、绘图、编辑、注释等。如果不使用a u t o c a d 的丌发系统，要想完成某一 具体项目的设计，如设计一台活塞式发动机，则需要根据发动机的功率先手工计 算出活塞的直径，然后再调用a u t o c a d 的绘图命令，一笔一笔地绘出发动机的 图型。这样，一旦在设计完成之后，要更改发动机的功率，则需要重复刚j 。的全 部内容。 泵空间导叶水力计算与绘型c a d 软件的开发硕士学位论文 如果使用a u t o c a d 的开发系统，则我们可将上述的计算和绘图过程通过高 级语言编制相应的程序，在需要设计时，只一个命令便可运行该程序，上述计算 与设计绘图过程自动完成。显而易见，这不仅大大提高了设计效率，而且，通过 开发系统可定制出某些专业化的模块，甚至大型设计软件，如国内建筑行业的天 正c a d 软件、机械行业的大恒c a d 系统等，均是用a u t o c a d 开发系统实现的。 因此，要想让a u t o c a d 真正适用于某一具体领域，或让其经常完成一些重复性 的工作，则必须利用a u t o c a d 的开发系统对其进行二次开发。 国内近十几年在水泵c a d 领域做了很多工作，尤其在水力设计和绘图两个 方面对泵绘型c a d 系统的研究始于1 9 7 8 年，沈阳水泵研究所、江苏工学院、 浙江机械科学研究院等先后开展了这方面的研究工作。1 9 7 9 年，文献啪1 最早提 出了有关泵c a d 方面的研究；随后，文献嘲1 也提出有关离心泵c a d 研究方面 的设计方法，成功地在d o s 操作系统下利用b a s i c 语言开发了离心泵叶轮、蜗 壳水力设计软件；1 9 8 9 年，文献砌1 指出在d o s 操作系统下利用f o r t r a n 语言成 功开发了离心泵叶轮、蜗壳水力设计软件；1 9 9 5 年，首次在a u t o c a d 平台上进 行了渣浆泵结构c a d 的研究嘲。2 0 0 0 年，伏龙、关醒凡利用q u i c k b a s i e 以及 t u r b o c 语言开发了比较实用的基于w i n d o w s 操作系统的离心泵和混流泵水力设 计软件；随后，双流道式无堵塞泵等一系列c a d 设计软件亦得以开发们“， 并将旧版本的c a d 设计软件不断升级，使其具有很好的实用性。 国外进行泵c a d 的研究主要有： ( 1 ) 威尔泵业公司( w e i rp u m p sl i d ) 。该公司从1 9 7 8 年开始着手进行泵 c a d 的研究，经过的二十年的发展，现已达到比较成熟的阶段，该公司目前装 有两套c a d 系统。一套装在a l l o a 工厂，使用的是c o m p u t e rv i s i o n 公司的 c a d s 一3 c a d s 一4 软件；另一套装在c a t h c a r t 工厂，使用的是m c sa n v i l 4 0 0 0 5 0 0 0c a d 软件。威尔泵业公司( w e i rp u m p sl t d ) 的c a d 系统输入参数后， 可直接输出刀具的走刀路线，并在图形终端上模拟刀具的行进轨迹。若设计一台 多级离心泵，全过程仅需几十分钟“1 。 ( 2 ) 沃信顿一辛普森公司( w o r t h i n g t o ns i m p s o nd i v i s i o no fp r e s s e ru k l i m i t e d ) 。该公司的水泵c a d c a m 系统是1 9 8 8 年丌始运转的，其硬件和软件 均选自c a d l i n c 公司，硬件为c i m - - s t a t i o n ，软件为c i m - - c a d c a m 。 2 泵空间导叶水力计算与绘型c a d 软件的开发硕士学位论文 ( 3 ) 日本的三菱公司。该公司于1 9 8 5 年开始使用m e l c a d ，并于1 9 9 0 年 对其电机和水泵的c a d 系统做了较大改进，依靠自己强大的计算机软硬件能力， 开发完成了m e l c a d - - m d + 软件，取代了m e l c a d 。后者具有操作方便，功 能丰富、软件先进等特点。 目前国内外泵的c a d ，c a m c a e 技术已较成熟，并已得到广泛的推广应用。 利用先进的计算机辅助设计、流动分析、流动仿真和计算机辅助制造技术，不仅 保证了产品设计质量，而且缩短了设计周期，提高了产品设计能力，实现了设计 方案的最优化，确保了产品的可靠性，并大大缩短了泵产品的生产周期，保证了 产品的性能，强化了对千变万化的市场的快速反应能力。 1 1 2 泵c a d 软件开发的关键因素 目前，泵c a d 设计软件开发主要有以下几点关键因素： 1 c a d 系统开发平台 a u t o c a d 2 0 0 0 继承并发展了a u t o c a d 一贯的开放灵活的风格，向用户提供 了包括c c + + 编程环境、o b j e c t a r x 在内的多种开发工具，用以定制和开发 a u t o c a d ，从而使a u t o c a d 更加适用于某一具体的设计领域。一个完整的c a d 系统，其软件有三部分组成：系统软件、支撑软件和应用软件。系统软件主要指 计算机的操作系统和开发应用软件所使用的高级语言。国外泵c a d 工作站几乎 均采用u n i x 或l u n i x 操作系统，其c a d 支撑软件亦较多并很受重视。如 c a t i a 、a d s 3 d i m a g e 、i - d e a s 和c a d a m 等。另外，a n s y s 、a d s m s 以 及a u t o c a dr e a l e a s e l 2 0 以上版本等即可单独使用，也可作为c a d 支撑软件 相比与此，国内水泵c a d 研究领域主要集中在高校等科研单位，其科研工作者 更多采用的是微型机，操作系统多为当前较为普遍的w i n d o w s 系统。由于 a u t o d e s k 公司的a u t o c a d 系列产品在国内的广泛应用，所以使得国内c a d 支 撑软件多为a u t o c a d 系列软件，包括m d t ( m e c h a n i c a ld e s k t o p ) 。 2 c a d 软件二次开发语言 同国外一样，国内的科研人员也多采用c c + + 语言来开发c a d 应用软件。 特别是自1 9 9 7 年以来，a u t o d e s k 公司推出的一系列a u t o c a d 版本融合了最先 进的技术- - o b j e c t a r x ，使得a u t o c a d 用户可以充分利用面向对象编程技术对 泵空间导叶水力计算与绘型c a d 软件的开发硕士学位论文 a u t o c a d 进行二次开发，扩充a u t o c a d 的类和协议，以及建立新的与a u t o c a d 内部命令在同一层次上作用的命令，从而充分利用面向对象编程技术的优点。而 且，鉴于目前a u t o c a d 在国内有着广大的使用群，在a u t o c a d 基础上进行二 次开发制作的应用软件很受泵绘型c a d 工作者及其他行业c a d 人员的认可 3 ) 水力计算和数学模型 在泵c a d 辅助设计软件开发过程中，水力计算和数学模型是很关键的一个 环节。鉴于叶片、导叶及蜗壳等多为空间扭曲的形状，通过水力计算建立起优良 的数学模型来体现实体特征，就显得十分重要，往往决定了软件的稳定性和实用 性。具体到本次空间导叶绘型c a d 软件开发，轴面投影图的生成与调整、展开 图型线的生成以及中间流线的划分等各部分的编程，都必须建立在良好的数学模 型基础之上。 1 2 空间导叶研究概况 国内对空间导叶的研究颇多。虽名称表述略有不同，但在很多著作上都对其 设计丌发作了详细的论述。 我国早期的泵类产品( 含空间导叶) 设计开发基本沿袭前苏联的设计思想“1 ， 同时吸取了很多欧美等发达国家的经验“匍历经4 0 多年的积累、研究与创新。 产品的丌发制作水平日渐提高。尤其是改革开放以来，随着我国国民经济的快速 发展以及对外交流的日益增多，我国泵类产品的设计制造更是接近或达到了国际 先进水平。我国专门从事泵类产品设计、开发、制造的单位有千余家，其中很多 都有空问导叶的设计丌发经验，例如沈阳水泵厂、扬州亚太特种水泵厂、杭州水 泵总厂、江苏大学流体中心等。 西方发达国家以及俄罗斯等国流体机械产品( 含泵空间导叶) 的设计制造技 术，有着近百年的经验积累，一直居于世界的领先地位。很多著名的公司如美国 i t t 工业集团、月麦格兰富公司、德国k s b 公司、r 本荏原公司等，都以其性 能卓越的产品为业内所熟知。 空f b j 导叶绘型设计通常采用扭曲三角形法，也可以采用方格网保角变换法、 逐点计算法等叶轮叶片绘型的方法，绘型的原理和步骤也和叶轮叶片基本相同。 空问导叶和其他导叶类似，尤其是和流道式导叶更相似。空问导叶起到了整个压 4 泵空间导叶水力计算与绘型c a d 软件的开发硕士学位论文 水室的作用。 如今采用传统方式设计空间导叶的情况还很多，然而繁琐的计算和绘型、较 长的丌发周期、较大的工作量，较低的精度，使我们在面对快速多变的市场时显 得力不从心针对上述弊端，适时进行空间导叶绘型c a d 软件的开发，将大有 益处。不仅可以提高工作效率，使用户充分感受到高科技的优越性而且对促进 企业的科技进步、提高产品竞争力也有着较好的作用。随着高速、大容量、低价 位计算机的相继出现以及微型计算机在我国制造业中的普及，采用不断发展与完 善的计算机辅助设计软件，将极大地促进我国泵行业新产品的设计与开发。 1 3 本文的主要研究内容及意义 本文先后进行了空间导叶的水力计算并建立了数学模型，根据要实现的功能 丌发出软件的操作界面，完成编码和对程序的调试，从而形成了一个较完善的系 统。主要工作如下； 1 大量收集并参阅有关导叶设计及试验的著作资料，结合导师的意见，采 用现代设计理论与方法，完成空间导叶的水力计算。建立程序所需的大量数学模 型，并在调试时比较同类模型的优缺点，选取最优用于编程。 2 以a u t o c a d 2 0 0 0 软件为平台， 6 0 、软件丌发工具包o b j e c t a r x 2 0 0 0 ， 使用当前主流程序开发软件v i s u a lc + + 进行空间导叶绘型软件的开发工作。目 标是帮助设计人员高效迅速地完成设计开发工作。因此对软件的具体要求是：强 大的功能、友好的中文界面、简便的操作方式、较强的实用性、较高的准确度、 齐全的结果数据。程序的调试应当结合大量的生产用图纸，优化设计参数，最大 程度地经受实践的检验。此外，结果数据还应充分考虑流场分析计算和叶片数控 加工的连贯性。空间导叶的结构数掘，用文本文件_ z 进制文件的形式传递给与 c a d 直接相关的三维绘图软件m d t ，编辑后输出到c f d 软件进行流动分析， 为后续的研究工作提供良好的基础。总之，就是要力求绘型软件的实用性，使导 叶的设计与丌发快捷又方便，即使没多少经验的设计人员也可以在一定的指导后 能完成设计过程。 3 工作及设计流程为下图1 一l ： 泵空间导叶水力计算与绘型c a d 软件的开发硕士学位论文 i 空间导叶水力计算l 上 i建立数学模型 上 i编程 上 调试 太 n 图1 1 设计流程图 6 泵空间导叶水力计算与绘型c a d 软件的开发硕士学位论文 第二章面向对象的理论与开发工具 2 1 面向对象胄勺建模技术嘲 面向对象技术是二十世纪九十年代计算机软件设计中采用的一个全新的方 法，可有效地改进软件结构，提高软件的可维护性、可重用性、可扩充性和灵活 性。采用传统的图形建模技术建造的系统，由于缺少强有力的建模方法，使得其 在应用上受到许多限制。面向对象建模技术可将其可重用性、可扩充性和可维护 性等优点带给实体建模。近十几年来，己经有许多这样的系统和方案出台，在很 大程度上满足了实际应用对实体建模的需求。 采用面向对象技术( o b j e c t o r i e n t e dt e c h n o l o g y ) 的程序设计与传统结构 化程序设计不同，它是一种全新的软件设计方法。 对象是指包含有数掘以及对它如何操作的方法的模块，它是一个具有特殊属 性( 数掘) 和操作方法( 过程) 的实体。对象的数据只能被对象内自己的方法所 操作，对象接收的消息是用来与外部连接的唯一通道。对象的内部结构对用户是 透明的。对象的内部结构如图2 1 所示 对象 消息 图2 1 对象的内部结构 传统的方法，即面向过程的程序设计方法与面向对象的程序设计方法有很大 的区别。首先，在面向过程的方法中，数掘与处理数据的过程是分离的，而面向 对象的方法是将数掘与方法封装在一起，方法与过程类似，两者都含有指令，面 7 泵空间导叶水力计算与绘型c a d 软件的开发硕士学位论文 向对象中的类及实例与传统的程序设计中的数据相对应，类如同一个抽象数据类 型，虽然对于面向对象的程序设计来说，数据类型化的过程没有在类之外被揭示： 面向对象中的继承机制与传统的程序设计没有直接的类比；面向对象中的消息传 递取代了函数调用而成为面向对象系统中的主要控制方法。 面向对象建模系统中有两个分离的类层次结构：应用类层次结构和图形类层 次结构。在应用层是对实体的概念描述的对象模型，它表明实体的几何结构、数 据和基元，以面向对象的方式存储在数掘库中，图形层接收来自应用层的信息， 从语法上解释信息，在图形对象和应用对象间建立联系，并在输出设备上输出应 用对象。 图形类层次结构由系统定义并且包含了系统中所有的图形对象，其层次结构 如图2 2 所示。系统通过定义这些类，可使得应用对象归属于其中的某一类或某 几类，只要通过继承就可构成应用对象，而生成的应用对象只需给出所需的数据 与方法，其父类就可自动地完成操作。 分类的原则是，具有相似的定义和存储方式的对象共享同一父类。在图2 2 中，根节点为图形对象，它是所有抽象类的父类，共含有四个子类点集，含有各 种点信息。表面类由多边形子类组成。曲线类的子类有折线、圆弧和b 样条曲线， 实体类包含有圆柱等多种实体。系统提供的这个基本图形对象集，通过继承机制 很容易生成应用对象，而应用对象还可以被其它的实体模型使用。 点集 点 b 农陬旺 p芎 1 平 l 多边形 ii 条曲线折线圆弧 圆柱体圆锥体球体立方体 图2 2 图形类的层次结构 泵空间导叶水力计算与绘型c a d 软件的开发硕士学位论文 2 2o b je c t a r x 的具体介绍汹州 2 2 1 a u t o c a d 二次开发语言的发展 a u t o c a d 丌发系统提供了三种二次丌发语言：a u t o l i s p 、a d s 和a r x 。图2 3 为三者与a u t o c a d 的关系。 分布处理 图2 3a u t o l i s p ，a d s a r x 与a u t o c a d 的关系 用 a u t o c a d 丌发系统，有时称作a u t o c a d 开发工具，有时称作a u t o c a da p i ( 应用程序接口) ，是将a u t o c a d 环境客户化的基本手段。 a u t o l i s p 是a u t o c a d 最早的解释型a p i ，它不是面向对象的语言，主要用 来自动完成重复性任务，进行客户化丌发和编制a u t o c a d 菜单以及通过简单机 制为a u t o c a d 增加命令。它在逻辑上是一个独立的进程，通过i p c ( 进程问通 讯) 与a u t o c a d 交互。a u t o l i s p 学习起束比较容易，但很难用它丌发大型应用 程序。在a u t o c a dr 1 4 版本中，a u t o d e s k 公司首次提供了一种新的l i s p 编程 工具v i s u a ll i s p ，它是一种面向对象的丌发环境，是a u t o l i s p 的扩展和延伸。 在a u t o c a d 2 0 0 0 中，v i s u a ll i s p 的功能又得到了进一步加强。v i s t l a j l l s p 是一 种编译型的a p i ，它是a u t o l i s p 的换代产品，与a u t o l i s p 完全兼容，并提供了 a u t o l i s p 所有的功能，同时它能访问a u t o c a d 2 0 0 0 的多文档设计环境、 c o m a c t i v e x 用户界面和事件相应器等。v i s u a ll i s p 同时提供了完整的、功能 强大的新的编程环境，该环境提供了括号匹配、跟踪调试，源代码和语法检查等 r 具，方便创建和调试l i s p 程序，实现用户化和编写应用程序。 a d s ( a u t o c a d d e v e l o p m e n ts y s t e m ) 是a u t o d e s k 公司最早在a u t o c a dr i l 中提供的c 语言编程环境。a d s 除可使用标准c 的函数外，又增加了一组专用 9 泵空间导叶水力计算与绘型c a d 软件的开发硕士学位论文 于对a u t o c a d 进行操作的函数。由于a d s 程序具有c 的一切优点，因而它曾 是丌发a u t o c a dr 1i 、a u t o c a dr 1 2 和a u t o c a dr 1 3 的应用程序的主要工具。 用c 写就的a d s 程序，可在所有支持a u t o c a d 的平台( 如d o s 、u n i x 、w i n d o w s 等) 上进行源代码级移植。只需使用普通的c 语言编译器( 如d o s 下的w a t c o m c 、u n i x 下的c c 、w i n d o w s 下的v i s u a lc + + ) 就可编译生成a d s 模块，与a d s 库和标准c 库链接后生成可执行文件( e ) ( e 文件) ，装入a u t o c a d 后即可执行。 但a d s 和k u t o l i s p 一样，内在结构不是面向对象的，用a u t o l i s p 解释器 加载和调用，它也是通过i p c 与a u t o c a d 通讯。 a r x ( a u t o c a dr u n t i m ee x t e n s i o n ) 是在a d s 基础上发展起来的一种面向 对象的c 语言编程环境。由a d s 到a r x 的变迁就如同由c 到c + + 的转变。a r x 与老式的a d s 及a u t o l i s p 的最大差异在于a r x 应用程序时d l l ( 动态链接库) 共享a u t o c a d 地址空问，并对a u t o c a d 进行直接函数调用，避免了i p c 的系 统丌销和由此引起的性能下降。因此那些频繁与a u t o c a d 通讯的应用程序在 a r x 环境下的运行效率明显优于老式a d s 或a u t o l i s p 环境。 a r x 最早是在a u t o c a dr 1 3 版本中提供的，但在a u t o c a dr 1 4 版本中， a r x 很快就被第二代的面向对象c + + 编程环境o b j e c t a r x 所替代。同时，原 来组成a d s 库的全部函数被包含在o b j e c t a r x 中，人为地将a d s 函数归并为 单一的库就形成了a d s r x 。a d s r x 库己纳入a u t o c a d 的总体结构中，因此它 与其它o b j e c t a r _ x 库一样，能共享a u t o c a d 地址空间。a d s r x 是一种新型的 a d s 丌发环境，它需要v i s u a lc + + 编译器并生成d l l 应用程序，而不象老式的 a d s 程序产生独立的e x e 文件。 到了a u t o c a d 2 0 0 0 ，传统意义上的“a d s 丌发环境”的概念已不复存在， 且a d s r x 成为了o b j e c t a r x 的一个子集，因此，o b j e c t a r x 是包含了a d s 、 a r x 和a d s r x 的一种综合的c c + + 丌发环境。o b j e c t a r x 的最大特点是引入 了面向对象的编程机制，在于a u t o c a d 2 0 0 0 相配套的o b j e c t a r x3 0 中，提供 了大鼍的类库，同时还提供了兼容原来的a d s 及a d s r x 函数的新函数。 综合起来，我们对a u t o c a d 2 0 0 0 各种a p i 进行一下比较： 速度：直接与a u t o c a d 通讯的a p i 比利用i p c 进行通讯的a p i 在速度方面 要快。编译型的a p i 比解释型的a p i 速度要快。因此，o b j e c t a r x 的速度最快， a u t o l i s p 的速度最慢。 稳定性：运行稳定性反映出因程序可能出现的严重错误所导致的危险。采用 0 泵空间导叶水力计算与绘型c a d 软件的开发硕士学位论文 a u t o l i s p 丌发的应用程序一旦失败或崩溃，并不危害a u t o c a d 自身过程；而由 于o b j e c t a r x 应用程序共享a u t o c a d 的地址空日j ，所以一旦其失败，a u t o c a d 进程也随之崩溃。 性能：o b j e c t a r x 的应用程序能在运行期间实时扩展a u t o c a d ，共享 a u t o c a d 地址空日j ，甚至为所欲为，因此性能无比强大，以至于a u t o c a d 自身 的许多功能模块均是用o b j e c t a r x 制作。相反，解释型a p i 如a u t o l l s p ，甚至 老式的编译型的a d s ，也仅被限于使用静态的a u t o c a d 命令集和系统提供的结 构化函数库。 技术难度：a u t o l i s p 和v i s u a lb a s i c 均是解释型语言，方便易学，丌发周期 短。许多程序员或非程序员均在使用它们。而o b j e c t a r x 依赖于c + + 语言，它 必须经过严格控制的编译、链接才能生成应用程序。使用o b j e c t a r x 的二次开 发人员必须有足够的编程经验才能处理开发中的各种问题。 在以上的丌发工具中，可以说，a u t o l i s p 着眼于应用程序的交互性，a d s 着眼于应用程序的综合性，而a r x 则着眼于应用程序的智能性。 相比之下，若我们只想利用丌发工具丌发一些简单的周期短的应用程序。则 可以个人爱好和经验选择较容易入门的v i s u a lb a s i c 或v i s u a ll i s p 。但是要丌发 速度和性能要求都很高的应用程序或大型c a d 应用软件，则要使用o b j e c t a r x ， 只足需要设计人员具有较好的c + + 基础和a d s 基础。综合考虑各种因素，本课 题采用o b j e c t a r x 语占丌发设计绘型软件。 2 2 2o b j e c t a r x 关键应用技术 在o b j e c t a r x 环境下丌发的程序称为o b j e c t a r x 应用程序。o b j e c t a r x 应 用程序本质上就是w i n d o w sd l l 程序，而a u t o c a d 软件本身则是一个典型的 w i n d o w s 程序，o b j e c t a r x 应用程序与a u t o c a d 、w i n d o w s 之日j 均采用w i n d o w s 消息传递机制直接通信。o b j e c t a r x 应用程序通过调用a c r x e n t r y p o i n t o i 垂t 数建立 与a u t o c a d 消息传递的入口，在a c r x e n t r y p o i n t o i 垂l 数中用s w i t c h 语句处理来自 a u t o c a d 的各种信息。 o b j e c t a r x 应j j 程序与a u t o c a d 在同一地址空间内运行并能直接利用 a u t o c a d 核心数掘厅结构和代码。o b j e c t a r x 应用程序可以充分利用a u t o c a d 的j l ：放结构，直接访j 口ja u t o c a d 数掘库结构、图形系统以及c a d 几何造型核 心。由o b j e c t a r x 应用程序定义的外部命令通过a c e d r e g c r n d s 0 宏注册。这些外 泵空间导叶水力计算与绘型c a d 软件的开发硕士学位论文 部命令与a u t o c a d 自身固有命令一样又a u t o c a d 本身执行，享受a u t o c a d 固 有命令之特权。 o b j e c t a r x 应用程序以c + + 为基本丌发语言，具有面向对象编程方式的数掘 可封装性、可继承性及多态型等特点。用其丌发的工程c a d 软件具有模块性好、 独立性强、连接简单、使用方便，内部功能高效使用以及代码可重用性强等优点。 o b j e c t a r x 提供了大量的类库，在v i s u a lc 抖6 0 编辑器强力支持下，特别 是结合m f c ( 微软基本类库) ，大大简化了编程的复杂性，使编程快捷、简单， 成为a u t o c a d 二次开发的新方向1 由于是在w i n d o w s 及v c + + 编程环境里运 行，所以，对丌发者的编程能力要求较高。 从宏观上讲，利用o b j e c t a r x 可开发面向对象的a u t o c a d 2 0 0 0 应用程序。 具体而言，用户可使用o b j e c t a r x 完成以下任务； 访问a u t o c a d 数掘库。一个a u t o c a d 图形是保存在图形数掘库中对象 的集合，o b j e c t a r x 能够让用户的应用程序访问这些数掘库中的图像、 符号表、字典等，还可为指定的应用程序创建数掘库。 与a u t o c a d 编辑器进行交互。o b j e c t a r x 提供了可以与a u t o c a d 编辑 器进行交互的类和成员函数，用户的应用程序可以接受和响应发生在 a u t o c a d 中的各种事件的通知。 使用m f c 创建用户界面。o b j e c t a r x 应用程序可以使用与a u t o c a d 共 享的动态链接m f c 库来创建，用户还可使用这些库来创建标准w i n d o w s 风格的图形用户界面。 支持多文档界面( m d i ) 。使用o b j e c t a r x ，用户可以创建支持a u t o c a d 多文档界面的应用程序，并且用户可确保自己的应用程序将会证确地与 w i n d o w s 环境的其他应用程序交互使用。 创建自定义类。用户可以在o b j e c t a r x 层次下以o b j e c t a r x 类为基础 创建自己的自定义类，同时还可利用o b