高炉炉型CAD软件的开发和应用

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1994.s3.051 第16卷增刊 北京科技大学学报 Vol.16 1994年10月 Journal of University of Science and Technology Beijing 0ct.1994 高炉炉型CAD软件的开发和应用 杜平平1) 卫华诚2) 李世良) (1)首钢设计总院：2)首钢第一治炼厂) 摘要本文通过对高炉炉型CAD软件及应用的分析，总结了开发专业CAD软件几个不容 忽视的关键问题，并针对开发和应用专业CAD软件，提出了一些开发策略和原则。 关键词CAD软件，高炉，软件 Development and Application of CAD Software in Blast Furnace Profile Du PinPin Wei Huacheng Li Shiliang ABSTRACT The article analysed the development and application of the CAD software for blast furnace profile,sumrized some problems which should not be ignored in the development of specialized CAD software,and presented some principles and stratagem for developing spe- cialized CAD software in the light of further development and application of the specialized CAD software. KEY WORDS CAD software development,blast furnace proflle.software CAD技术的应用已成为设计领域的发展方向。作为加快设计进度，提高设计质量的一 种有效途径和方法，正被广泛地应用于各种领域。高炉CAD软件是一个集工程数据库管 理、设计、数据处理为一体的工艺辅助设计软件。本文针对进一步开发专业CAD软件应注 意的问题，提出一些开发原则和策略。 1炉型CAD软件总体规划 1.1开发炉型CAD软件的目标 高炉炉型的合理与否，对炼铁生产技术经济指标有极其重要的影响，因此高炉炉型一 ·1994-07-18收稿第一作者男，27岁，工程师

第 16 卷 增刊 1 9 94 年 1 0 月 北 京 科 技 大 学 学 报 J o u rn a l o f U n i v e r s i ty o f S e i e n e e a n d T e e h n o l o g y Be iii n g V ol . 1 6 o e t . 1 9 9 4 高炉炉型 C A D 软件的开发和应用 杜平平 )l 卫 华诚 2) 李世 良 1’ ( 1) 首钢设计总院 ; 2) 首钢第 一冶炼厂 ) 摘 要 本文通过对高炉炉型 c A D 软件及应 用的分析 , 总结 了开发专业 c A D 软件几个不 容 忽视的关键 问题 , 并针对开发和应用专业 C A D 软件 , 提 出了一些开发策略和 原则 。 关键词 c A D 软件 , 高炉 , 软件 D e v e l o P m e n t a n d A P P li e a t i o n o f C A D S o f t w a r e i n B l a s t F u r n a e e P r o fi l e 肠 尸in P l’n 不V e i H u ac h e n g L i S h 立故 n g A B S T R A C T T h e a r t i e l e a n a l y s e d t h e d e v e l o p m e n t a n d a p p il e a t i o n o f t h e C A D s o f t w a r e f o r b l a s t f u r n a e e p r o fi l e , s u m r i z e d s o m e p r o b l e m s w h i e h s h o u ld n o t b e i g n o r e d i n t h e d e v e l o p m e n t o f s p e e i a li z e d C A D s o f t w a r e , a n d p r e s e n t e d s o m e p r i n e i p l e s a n d s t r a t a g e m f o r d e v e l o p i n g s p e - e i a li z e d C A D s o f t w a r e i n t h e lig h t o f f u r t h e r d e v e l o p m e n t a n d a p p li e a t i o n o f t h e s p e e i a li z e d C A D s o f t w a r e · K E Y W O R D S C A D s o f t w a r e d e v e l o P m e n t , b l a s t f u r n a e e p r o fll e , s o f t w a r e C A D 技术的应用 已成为设 计领域的发展方向 。 作为加快设计进度 , 提高设计质量 的一 种 有 效途径和 方法 , 正 被广泛地 应用 于各种领 域 。 高炉 C A D 软件是一个集工程数据库管 理 、 设计 、 数据处理 为一体 的工艺辅助设计软件 。 本文 针对 进一步开发专业 C A D 软件应 注 意 的 问题 , 提 出一些 开发原则和 策略 。 1 炉 型 C A D 软件总体规划 1 . 1 开发炉型 C A D 软件的目标 高炉 炉型 的合理与否 , 对炼铁生 产技术经济指标有 极其重要 的影 响 , 因此 高炉炉 型一 为 19 94 一 。 7 一 18 收稿 第一作者 男 . 27 岁 , 工程师 DOI: 10. 13374 /j . issn1001 -053x. 1994. s3. 051

杜平平等：高炉炉型CAD软件的开发和应用 ·75· 直是国内外炼铁工作者十分关心的课题，但是炉型的确定因素又比较多，例如原料成分、冶 炼条件、操作制度等，仅设计计算中主要确定参数有十七八个，而且有的参数还相互制约， 需要在计算中不断地调整。 按传统设计方法，一个炉型方案完成设计约需15，其中数据准备和手工计算时间占 50%,若采用CAD技术，建立炉型参数数据库、炉型设计经验知识库，用计算机完成大量 有效数据的检索、查询及归类报表的工作，则只需要20~30min,将手工计算转变为计算机 程序，则设计计算只需要3~4mi,而将手工绘制方案图改为计算机自动绘制方案图只需20 ~30min。这样采用CAD技术辅助设计炉型，效率大为提高，若遇上方案及原始条件的改 变，用CAD技术可节约更多的时间，而且数据精确。 针对传统设计模式存在的问题，本着缩短设计周期，提高设计效率、设计质量，以及 方便操作和易学的目标，确定了高炉炉型CAD软件的开发规划，并采用符合设计人员习惯 的程序流程，同时确定了软件的主要功能模块。 (1)数据库系统模块。实现国内外高炉炉型参数数据库的存储、录人、检索、及提取 报表打印的功能，同时能将新的方案设计数据存人数据库中，供后续设计阶段用。 (2)设计计算系统。将手工设计所用的计算公式、图表转化为计算机程序，并依据主 要参数的相互关系及方案设计初始条件，反复迭代运算，给出所需的结果。 (3)自动绘图系统。根据设计计算的结果和方案图的要求，由计算机自动绘出所要的 方案图，并且可以存储和打印输出。 (4)方案选优系统。在计算机上调出所有的设计方案，包括图表和方案图及有关的技 术经济指标，可以用人工干预的方式来选择最优的方案，也可以由计算机按照预置的几种 方式来自动选择所要的方案。 (5)方案完善系统。 1.2软硬件环境的选择 为了使高炉炉型CAD软件有较大的应用范围，同时又有一个与开发目标相协调的开 发环境，我们选用的硬件为： ·IBM-PC/AT386及兼容微机 ·LQ1600K,AR2463,3070等打印机 软件环境为： ·MICROSTATION图形支撑系统 ·DOS3.3以上 ·FOXBASE关系型数据库 ·XSDOS汉字系统 ·Borlande C2.0 ·MICROSTATION图形支撑系统 其中用FOXBASE开发数据库管理系统：用TURBO C开发设计计算系统、自动绘图 系统、方案选优系统；用MICROSTATION开发了方案完善系统。 2炉型CAD软件开发实旋 2.1炉型软件的可靠性编程 在CAD软件的设计过程中，常会出现机器内存容量限制作业的规模，采用的编程语言 影响运算的精度及数据的处理能力等，使软件计算的数据出错或图形显示、打印出现缺陷

杜平平等 : 高炉炉型 C A D 软件 的开 发和 应用 直是 国内外炼铁工作者 十分关心 的课题 , 但是 炉型 的确定 因素又 比较多 , 例如原 料成分 、 冶 炼条 件 、 操作制度 等 , 仅设计计算中主要确定参数有 十七八个 , 而且有 的参数还相 互制约 , 需要 在计算中不断地 调整 。 按 传统设计方法 , 一 个炉型方案完成设计约需 1 d5 , 其 中数据 准备和手工计算时 间 占 5 0 % , 若采用 C A D 技术 , 建立 炉 型参数数据库 、 炉型设计经 验知识库 , 用计算机 完成大量 有效数 据的检 索 、 查询及归类报 表的 工作 , 则只需要 20 一 30 m in , 将手 工计算转变为计算机 程序 , 则设计计算只需 要 3一 4 m in , 而将手工绘制方 案 图改为计算机 自动绘 制方案图只需 20 ~ 30 m in 。 这样 采用 C A D 技术辅助设计炉 型 , 效率大为提高 , 若遇上 方案及原始条件的改 变 , 用 C A D 技 术可 节约更多 的时 间 , 而且数据精确 。 针对 传统设计模式存在的 问题 , 本着缩短设计周期 , 提高设计效率 、 设计质量 , 以 及 方便操作和易 学 的 目标 , 确定 了高炉炉 型 C A D 软件的开发规划 , 并采用符合设计人员 习惯 的程序流程 , 同 时确定了软件的主要功 能模块 。 ( 1) 数据 库系统模块 。 实现 国 内外高炉 炉型参数数据库的存储 、 录人 、 检索 、 及提取 报表打印 的功 能 , 同时 能将新 的方 案设计数据存人数据库中 , 供后续设 计阶段用 。 ( 2) 设计计算系统 。 将手 工设计所用 的计算公式 、 图表转 化为计算机程 序 , 并依据主 要 参数的相 互关系及方案设计初始条件 , 反复迭代运算 , 给出所需 的结果 。 ( 3) 自动绘图系统 。 根据设计计算的结果 和方案图 的要 求 , 由计算机 自动绘出所要 的 方案图 , 并 且可 以存储和打印输 出 。 ( 4) 方案选 优系统 。 在计算机上调 出所有的设计方案 , 包括图表和方案图及有 关的技 术经济指标 , 可 以 用 人工干 预 的方式来选择 最优的方案 , 也可 以 由计算机按 照预置的几种 方式来 自动选择所要 的方案 。 ( 5) 方案完善系统 。 1 · 2 软硬件环境的选择 为 了使高炉炉 型 C A D 软 件有较大的应 用范围 , 同时 又有 一个与开 发 目标相 协调 的开 发环 境 , 我们选 用 的硬件为 : · I B M 一 P C / A T 3 8 6 及兼容微机 · L Q 1 6 0 0 K , A R 2 4 6 3 , 3 0 7 0 等打印机 软件环境为 : · M IC R O S T A T IO N 图形支撑系统 · 以) 5 .3 3 以上 · F O X B A S E 关系 型数据库 · X S IX ) S 汉字 系统 · oB r l a n d c C 2 . 0 · M I C R O S T A T IO N 图形支撑系统 其中用 F O X B A S E 开 发数据库管理系统 ; 用 T U R B O C 开发 设计计算系统 、 自动绘 图 系 统 、 方案选 优系统 ; 用 M IC RO S T A T I O N 开 发了方案完善系统 。 2 炉型 C A D 软件开发 实旋 .2 1 炉型软件的可靠性编 程 在 C A D 软件的设计过程 中 , 常会 出现机器内存容量 限制作业 的规模 , 采用 的编程语言 影 响运算的精度及数据 的处理 能力 等 , 使软件计算的数据 出错或 图形显示 、 打 印出现缺 陷

·76· 北京科技大学学报 在本软件中数据库系统和设计计算系统是整个系统可靠性关键。 (1)炉型数据库系统的可靠性设计 炉型CAD系统软件中，要建立国内、外一百多座高炉炉型的参数数据库，数据结构的 选择成为整个系统可靠性的基础，为此我们仔细分析了高炉炉型数据库所有的特征。如：数 据属性、数据的数值范围、数据小数点的精确位数等，并在数据结构中采用了比手工设计 更高一级的精度。 在炉型数据库的原始数据输入模块中，设计了数据校验功能从而有效地保证了以后提 取数据的正确性。 (2)设计计算模块的可靠性编程 由于高炉炉型设计计算的公式为幂级数和指数函数，因此在程序编码时，我们采用了 双精度的浮点数，这样使设计计算的精度大大高于手工计算。同时，又将计算结果与原始 数据库中相近的炉型数据作比较，让设计人员进行判断和确认，有效地预防了用户在输入 初始设计条件时，如：少输入一个零或小数点错位等而导致大的差错；在编制数学计算模 型上，充分理解设计人员的意图，明确其物理意义，选用合适的计算公式。 (3)绘制图形可靠性 依据设计人员的使用制图标准和专业习惯，使计算机的绘制图形尽可能地标准、规范， 充分考虑到可能出现的图形畸变。例如标准尺寸的文本太小，导致图形打印不出来或文本 太大，造成图面布局不合理等。 2.2炉型软件中的维护性编程 在炉型软件的编制中，我们特别注意了整个软件实际中的资料整理与保存，如：设计 过程的文字叙述资料、建立的数据库结构、引用的数学模型，程序的总体结构设计，算法 设计及上机测试记录等。此外在程序编码中，对重要的模块、接口参数作了必要的说明和 注释。事实证明，这些工作在修改和维护程序中起了很大作用。 2.3炉型软件的运行效率编程 运行效率是指三个方面，一个处理时间，指单位时间内能完成的工作；二是运行时间， 指在批处理状态下运行一个软件所要的时间；三是响应时间，即信息检索时间从用户请求 到计算机给出结果所用的时间。 在炉型软件的设计中，主要是数据检查和图形生成耗费的时间较多，因此我们在编程 中，尽量采用扩展内存，将数据文件装入扩展内存中，提高了计算机的存取速度，因而在 软件设计完成后比初期在速度上提高了4~5倍。 3炉型CAD软件的特点及应用效果 (1)功能齐全，符合设计实用 投入到首钢新3号高炉的炉型的方案设计中，仅用了3的时间就辅助设计人员完成了 原手工设计要两周才能完成的任务。 (2)高质量的用户界面 整个软件采用流行的菜单驱动，实现了西文状态下全汉字提示菜单

· 7 6 · 北 京 科 技 大 学 学 报 在本软件 中数据库系统和 设计计算系统是 整个系统可 靠性关键 。 ( )l 炉 型数据库系统的可靠性设计 炉 型 C A D 系统软件中 , 要 建立 国 内 、 外一 百多 座高炉 炉型 的参数数据库 , 数据结 构的 选 择成为整个系统 可靠性 的基础 , 为此 我们仔细分析 了高炉 炉型数据库所有 的特征 。 如 : 数 据属性 、 数据的数值范围 、 数据小 数点的精确位数等 , 并在数据结构中采用 了 比手工设计 更高一级的精度 。 在炉 型数据库的原始数据输人模块 中 , 设计 了数据校 验功能从而有效地保证 了以 后提 取数据的正确性 。 ( 2) 设计计算模块的可靠性编程 由于高炉炉型设计计算的公式为幂级数和 指数函数 , 因此在 程序编码时 , 我们采用 了 双精度的浮点数 , 这样使设计计算的精度大大高于 手工计算 。 同时 , 又将计算结果与原始 数据库中相 近的炉 型数据作比较 , 让设计人员 进行判 断和 确认 , 有效地 预防 了用户在输 人 初 始设计条件时 , 如 : 少 输入 一个零或小数点错位等而 导致大的差 错 ; 在编制 数学计算模 型 上 , 充分理 解设计人员 的意图 , 明确其物理意义 , 选 用合适的计算公式 。 (3 ) 绘制图形可靠性 依据设计人员 的使用 制图标 准和专业习惯 , 使计算机的绘制图形 尽可 能地标准 、 规范 , 充分考虑到可能出现的 图形 畸变 。 例如标准尺 寸的文本太小 , 导 致图形 打印不 出来 或文本 太大 , 造 成图面布局不合理等 。 2 . 2 炉型软件中的维护性编程 在炉 型软件 的编 制 中 , 我们特别注意 了整个软件实际中的 资料整理与保存 , 如 : 设计 过程 的文字叙述资料 、 建立 的数据库结构 、 引用 的数学模型 , 程 序的总 体结构设计 , 算法 设计及上 机测试记录等 。 此外在程 序编码 中 , 对重要 的模块 、 接 口 参数作了必要的说明和 注释 。 事实证明 , 这些工作在修改和维护 程 序中起了很大作用 。 2 . 3 炉型软件的运行效率编程 运行效率是指三 个方面 , 一个处理时 间 , 指 单位时间 内能完成 的工 作 ; 二 是运行 时 间 , 指 在批处理状态下 运行一个软件所要 的时间 ; 三是响应 时间 , 即信息检索时间 从用 户请求 到 计算机给出结果 所用 的时 间 。 在炉型 软件的设计中 , 主要是数据检查和图形 生成耗费的时 间较多 , 因此我们在编程 中 , 尽量采用扩展 内存 , 将数据文件装人扩 展内存 中 , 提高了计算机的存取速度 , 因而 在 软件设计完成后 比初期 在速度 上提高了 4 ~ 5 倍 。 3 炉型 C A D 软件的特点及应用效果 ( 1) 功能齐全 , 符合设计实用 投人到首钢新 3 号 高炉 的炉 型的方案设计 中 , 仅用 了 3d 的时 间就辅助设计人员完成了 原手工设计要 两周才能完成的任务 。 ( 2) 高质量 的用 户界 面 整 个软件采用流行的菜单驱动 , 实现 了西文 状态 下全汉 字提示 菜单

杜平平等：高炉炉型CAD软件的开发和应用 ·77· (3)灵活的扩充性能 炉型CAD软件的各个模块采用了搭积木的方式组装，既相互联系又可独立运行，模块 可以根据用户的需求发展，或加或减，以后随着人工智能和专家系统技术的日渐成熟，随 着设计经验的不断积累，可以在现在的基础上加上专家设计模块和人工智能设计模块。 4 结论 通过高炉炉型CAD软件的开发和应用实践，深刻地认识到专业CAD软件的开发不能 忽视以下几个关键问题： (I)在开发专业CAD软件中，开发目标的确定是至关重要的，一个可行的、恰当的开 发目标是软件开发成功的基础。 (2)要保证所开发的专业软件具有高的可靠性、可维护性和较好的运行效率。 (3)重视开发资料和原程序代码的归档管理，重视专业设计人员的建议和用户的反应， 定期更新软件的版本，使开发的专业软件通过设计实践不断地完善提高。 (4)开发人员要不断探索和研究开发专业CAD软件的新思想和新手段使计算机技术 和专业人员的知识、经验紧密地结合在一起，充分发挥现代设计技术的优势

杜平平等 : 高炉炉型 C A D 软件的开发和应用 ( 3) 灵活 的扩充性能 炉型 C A D 软件的各个模块采用 了搭积木的方 式组 装 , 既相互联系又 可独 立运行 , 模块 可 以根 据用户 的需求发展 , 或加或减 , 以后 随着人 工智能和专家系统技 术 的 日渐成熟 , 随 着设计经验的不断积累 , 可以 在现在的基础上加上 专家设计模块和人工 智能设计模块 。 4 结论 通过高炉 炉型 C A D 软 件 的开发和应用 实践 , 深刻 地认识到专业 C A D 软 件的开发 不能 忽视 以下几个关键问题 : ( 1) 在开 发专业 C A D 软件 中 , 开 发 目标的确定是至 关重要 的 , 一个可行的 、 恰 当的开 发 目标是软件开 发成功的基础 。 ( 2) 要保证所开发 的专业软件具有高的可靠性 、 可 维护性和较好的运行效率 。 ( 3) 重视开发资料和 原程序代码 的归档管理 , 重视专业设计人员 的建议和用户 的反 应 , 定期更新 软件的版本 , 使开 发的专业软件通过设计实践不断地 完善提高 。 ( 4) 开发 人员 要不 断探索和 研究开 发专业 C A D 软件的新思想 和新手段 使计算机技 术 和专业人员 的知识 、 经验紧密地结合在一 起 , 充分发 挥现代设计技术的优势