电气cad系统的研究与开发

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Y1029871硕士学位论文电气CAD系统的研究与开发TheResearchandDevelopmentofElectricCADSystem作者姓名：学科、专业：学号：指导教师：完成日期：割筮扭越皇王2始姓!塑星睦茇副熬援2QQ§至12目大连理工大学DalianUniversityofTechnology． 大连理工大学颈士学位论文摘要随着CAD技术的发展，CAD技术也日益融入到电气设计中。但是，最初的电气设计是在通用的CAD软件平台上进行的，虽然提高了电气设计的效率，但是，由于电气设计本身的复杂性和广泛性，单靠通用的CAD绘图软俘系统来设计电路，已经不能满足电气设计的需要。因此，CAD绘图软件应逐步向更细分的用户市场方向发展，面向不同的目标客户，开发出不同的具有专业性的电气CAD绘图软件系统，以满足生产、设计的需要。匿翦，国内市场上已经出现诸如EPlan21、浩辰、SuperWOKKS等电气CAD软件系统，为电气设汁提供了极大的帮助。本课题在分析研究了当前的电气CAD软件系统，弗在吸收了这些软件系统优点基础上，根据Jhcad2003绘图软件系统，采用弱向对象的方法，以Visualc++为设计平台，按照集成设计的概念，进一步设计和开发出电气版本的CAD软件系统。在系统的功能设计上，基于电气元件和电气符号的特点，设计了开放的电气元件图形符号痒，提供了建立、修改、维护符号库的方法；为了便于设计人员绘制电气图，设计了浮动的电气元件符号库工具糍；按照集成的概念，设计了工程项目集成管理的结构，以实现对系统的管理；分析研究了电气原理图的设计特点，建立网络拓扑图模型，以确定电气元件之间的连接关系；按照工程项黾集成管理的方法，设计了生成龟气霓俘明细表、电气元件种类代号自动标注及修改、线号自动标注及修改、元件及导线查找等功能。经过程序编制，调试和反复测试，证实该程序成功地实现了上述功能，验证了其方法的正确经与实用性。关键词；电气CAD；电气元件符号库；集成设计；工程项目 电气CAD系统的研究与实现TheResearchandDevelopmentofElectricCADSystemAbstractWiththedevelopmentofCAD(ComputerAidedDesign)，CADisincreasinglyintegratedintotheelectricdesign。However,theearlyelectricdesignwasdevelopedbythecommonCADsoftwaresystem．Itincreasedtheefficiencyoftheelectricdesign,butitdidn’tmeettherequirementoftheincreasinglydevelopmentinelectricdesignbecauseofthecomplexityanduniversalityinelectricdesign．Therefore，professionalelectricCADsystemshouldbedevelopedtomeetsomespecialusers。Now,someelectricCADsoftwarehasaroseinthedomesticmarket，suchasEPlan21，IDq，SuperWORKS．It’Sagreathelptoelectricdesign．BystudyingthecurrentelectricCADsoftwaresystem，theelectricCADsoftwaresystemisdevelopedwiththeconceptofintegrateddesignbyVisualC++platformbasedOntheJhcad2003．ThissystemabsorbstheadvantagesofcurrentelectricCADsoftwaresystem．Inthefunctiondesign，afterhavinganalyzedandstudyingthecharacteristicoftheelectricelementsandtheelectricsymbol，theopenelectricsymbolicdatabaseisdeveloped，whichoffersthemethodofdrawingelements，modifyingandmaintainingthesymbolicdatabase．What’Smore，thetoolbaroftheelectricelementssymbolicdatabaseisdesignedtobeconvenientfortheusers．W油theconceptofintegrateddesign．astructureisdevelopedtointegratedmanageinengineeringproject．Byanalyzingthedesigncharacteristicofthecircuitdiagram，anetworktopologymodelisbuilttodeterminetheconnectionbetweentheelectricelements．Byusingthemethodofintegratedmanagement，somefunctionsaredesignedonthebaseofthecircuitdiagram，suchfunctionsasdevelopingthelistofelectricelement，automaticallylabelingthecodenameofcomponentkindsandline，andfindingcomponentsandlines．Ithasverifiedthatthisprogramhassucceededinrealizingabove*mentionedfunctions，whichprovethecorrectnessandfeasibilityofthismethod．Keywords：ElectricCAD；Thesymbolicdatabaseofelectricelements；Integrateddesign；EngineeringprojectII— 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巢，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：z口D颤／2．≥尹 大连理工大学硕士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：划；囊作者签名：浏善建导师签名：孥堕盔巫年』月丝日 大连理工大学硕士学位论文1绪论1．1电气CAD技术1．1．1电气CAD技术概述据国外资料分析表明，从19世纪70年代到20世纪80年代这100多年里，加工过程的效率提高了2000％，生产管理的效率提高80％．120％，而产品设计的效率仅提高了20％左右，后两者的效率己成为生产进一步发展的制约因素l”。机电产品的一体化，也日益表明电气设计的重要性。电气设计一般可分为原理设计与施工设计两个阶段。其中，原理设计是最能体现设计者智慧的地方，设计者往往要根据控制设备提出的动作要求，结合典型回路与自己的设计经验，不断构思，多次修改，最终绘制原理图。原理设计一旦结束，整个产品的设计已基本完成，转入施工设计阶段。工厂根据原理图，设计位置图，然后绘制接线图，绘制接线图其实是对原理设计思想的“重复”而进行的接线图设计，是设计者要逐个画出每个元件接线端子上的线号，考虑走线，大量重复的工作，不仅延长了设计周期，而且经常造成人为的错误。因此，采用计算机来实现电气设计，不仅是提供一个CAD环境，更主要的是实现由原理设计到施工设计的自动化[2-4]。电气CAD技术是集计算机辅助设计与电气设计等为一体，在机械CAD技术的基础上，逐步发展起来的技术，在电气设计的应用方面取得了巨大的技术、经济和社会效益。在电气设计中，长期以来设计人员是用手工方式进行电气原理图，元件布置图及连线表的绘制计算校核也是处于分散低效率的工作状态。由于牵涉众多的器件类型和厂家，规格型号不完整，设计人员要花大量的时间和精力去进行器件和材料的查找和统计，因而使产品开发难以摆脱少、慢、差的状态。计算机软硬件平台的飞速进步，使人人有可能针对低压电器和高压电力领域开展工程设计CAD应用工作。搞过电气设计的人都有体会，原理图是设计的关键环节。但是用人工的方式进行是繁琐而低效率的，很容易出错。尤其是连线关系，只要有一处错误，轻则系统不能正常运行，重则导元器件损坏。电气CAD软件的优点之一自动根据原理图的连线关系，去生成各元器件之间的联线表和端子排，提供给施工人员在现场制造时使用，生成的材料清单(BOM)提供给采购及库管人员作为生产管理的重要依据p1。使用电气CAD软件进行设计的另一优点是便于方案的比较和修改。由于各种CAD技术都将带来十分好的投资收益。综上所述，电气工程CAD技术的推广普及是信息化带动工业化的重要组成部分。 电气CAD系统的研究与实现1．1．2电气CAD技术的发展状况与发展趋势(1)电气CAD技术的发展状况随着CAD技术的发展，CAD技术也日益融入到电气设计中。但是，最初，市场上并没有专门的电气CAD软件系统，而是在机械CAD上进行电气设计，这给电气设计带来了很大的不便。E口1an5是世界上第一个真正意义上的电气设计软件，它不仅仅是类似AutoCad那样的进行计算机画图，而是第一次使电气设计通过自动化的电气逻辑(cAE)得以实现。在Eplan5推出并成功多年后，逐渐设计出各种各样的电气CAD设计软件，如丹麦的PCSchematic、美国的Promis．e、西班牙的ElAutomation、德国的电气设计软件Ruplan等，大大提高了电气设计的效率，降低了电气设计的成本【6】。国内电气CAD技术的发展，也经历了很长一段时间。经过这么多年的发展，国内通用的电气CAD软件也已经发展成为成熟的产品，得到了非常广泛的应用。总的来看经历了三个阶段：第一阶段是从上世纪80年代末九十年代初开始，伴随AutoCAD在中国的逐渐普及，以解决计算机绘图为目的的商业化通用电气CAD软件第一次出现在工程设计行业，一开始就受到了设计人员尤其是中老年设计人员的青睐。第二阶段，伴随着Windows的出现，电气CAD软件在绘图和计算方面不断趋于完善。由于电气专业本身的复杂性和广泛性，电气CAD软件在96年以后逐步向更细分的用户市场方向发展，面向不同的目标客户，产生了不同用途的CAD软件。比起第一阶段的电气CAD软件，这些软件更加贴近和满足这些细分市场的客户需求，更有一些大型设计单位在设计思想、专业深度等方面提出了更加个性化的定制要求，在为这些设计单位提高设计效率的同时，也推动了电气CAD软件的进一步发展。第三阶段，由于计算机软硬件技术的迅猛发展以及设计单位对于电气CAD软件所提出的更高期望和使用要求，电气CAD软件逐步从单纯解决绘图计算问题到向专业化、智能化、网络化的CAD辅助设计及专家系统方向发展。这个阶段的电气CAD软件具备多个特点：和电气厂家工程数据库紧密结合，提供了电气计算和设备选型的自动化功能；引入最新电气设计规程规范，使软件初步具备了一些智能化的特征；软件往网络化、协同化方向发展，Intemet已经成为电气CAD软件和其他专业CAD软件协同设计的基础。在某些技术核心如低压系统图自动生成、基于用户原有绘制图形的端子排接线图自动生成上，电气CAD软件正在寻求突破，这些关键技术一旦解决，就能极大地提高设计效率门。(2)电气CAD技术的发展趋势与前景 大连理工大学硕士学位论文目前，电气CAD技术日趋成熟、应用日益广泛。随着新技术的发明和新的管理理念的提出，电气CAD日益向集成化、智能化和标准化方向发展。①集成化就是向企业提供一体化的解决方案。集成的出发点是：企业中各个环节是不可分割的，必须统一考虑；企业的整个生产过程实质上是信息的采集、传递和加工处理的过程。②智能化要真正使产品、工程和系统的质量好、成本低、市场竞争力强。就需要用最好的设计、最好的加工和最好的管理，就十分迫切需要总结国内外相关产品、工程和系统的设计制造经验和教训，把成功的设计制造经验做成智能设计、智能制造系统去指导新产品、新工程和新系统的设计制造，这样才能使我们的产品、工程和系统有创新性。③标准化完善的电气CAD标准体系是指导我国标准化管理部门迸行电气CAD技术标准化工作决策的科学依据，是开发制定电气CAD技术各相关标准的基础，也是电气CAD技术普及应用的约束手段。④网络化企业生产过程是一个包括产品规划、产品设计、工艺准备、零部件生产、标准件，外购件采购、产品组装检验、产品销售及服务等的信息协作过程，并行工程等先进制造技术的发展，要求现代CAD系统实现从单机到网络化的转变。，⑤实现产品数据管理，推进并行工程企业的技术图样和各种文档的信息量相当大，由于管理方式落后，资料的查询、更新和保存等效率十分低下，严重阻碍了企业现代化的进程。因此，图文档案管理现代化是“甩图板”工作的继续和深入，只有实现图文档案管理现代化，才有可能真正实现无图样生产I引。1．1．3电气CAD设计的关键技术第一，建立电气元件符号库。为了发挥CAD技术的作用，对电气设计进行了系统分析后，得出电气设计中元器件的标准化程度很高，设计过程基本上是元器件功能与结构的组合，其中部分可形成模块化设计，有不少小的功能部件可以作为通用部、组件，还有一些零部件已形成系列化设计，可以采用参数化设计方法。因此，在系统设计中应大量采用检索式CAD，将设计过程中可能用到的元器件建立图形库。第二，采用参数化技术。一般机器上接线盒外形已形成系列化，但各面安装的管接头有多种规格，对应的开孔尺寸也不一，而且不同接线盒的内置导轨不同，相应的接线端子也不一样，在一般交互式设计时，往往要反复多次查阅手册进行计算、判断，为了使这一设计过程自动化，在程序设计时把所有参数以结构数组或以子程序方式嵌入程序中，这样设计时只需从对话框中选择接线盒尺寸，输入各面安装的管接头型号及规格， 电气CAD系统的研究与实现再选择安装图或开孔图，系统就可自动完成全部设计任务。在设计过程中对一些关键尺寸具有智能判断能力，及时提出判断防止不良设计【9，10l。第三，采用集成技术。电气设计是一个复杂而繁琐的过程，因此，需要采用集成技术，将不同阶段的数据信息集成管理起来，以实现在不同阶段之间的数据信息的共享，而顺利完成原理图绘制、位置图绘制和接线图的自动绘制等众多功能。1．2电气CAD系统的分类及其存在的问题1．2．1电气CAD软件系统的分类在通用的CAD绘图软件基础上，开发出的电气CAD软件系统，虽然大大提供了电气设计的效率、降低了企业设计的成本，但是，由于电气设计本身的复杂性和广泛性，单靠通用的CAD软件系统来设计电路，已经不能满足电气设计的需要。因此，电气CAD软件应逐步向更细分的用户市场方向发展，面向不同的目标客户，开发出不同的专业电气CAD软件系统，以满足生产、设计的需要，并由此产生了面向不同设计需求的电气CAD软件系统。电气CAD软件按照内容主要包括强电、弱电电气CAD系统；按照专业主要分为建筑电气CAD、工厂电气CAD、电力电气CAD、控制电气CAD、电子电路CAD等软件系统，这些专业的电气CAD系统分别在各自的领域发挥着巨大的作用【7】。1．2．2电气CAD系统存在的问题虽然电气CAD软件系统大大提高了电气设计的效率和设计质量等，但是，并没有把设计人员从繁重的设计工作中彻底解放出来，电气CAD软件系统仍然存在许多问题。各种电气CAD软件界面千差万别，学习使用困难，并且互不兼容，直接影响到设计环节间的衔接；在整个设计过程中，自动化和智能化程度还不高，电气设计还没有完全实现自动化设计，大多采用交互式设计的方法，降低了设计的效率；缺乏完善、实用、开发的集成应用环境，也即电气CAD系统集成化程度不够。电气设计专业性强，工作量大，数据庞大，报表繁琐复杂，由于电气CAD系统集成化程度不够，在电气设计时，容易出现各种各样的设计错误；电气设计包括原理图、位置图和接线图等方面，但是，现在一些开发的CAD系统并没有提供一个设计全过程所需各种信息的辅助设计系统。因此，电气CAD系统还需要进一步进行开发和研究，以便为电气设计的发展做出贡献。1．2．3电气CAD系统集成设计的意义随着电气CAD技术的发展，电气CAD软件系统在电气设计中得到广泛的应用，这些电气CAD系统在降低产品设计成本、减小设计错误、提高设计效率等方面发挥了重要的4 大连理工大学硕士学位论文作用。但是，还存在着电气CAD系统集成化程度不够的问题。电气CAD系统集成包括界面集成、工具集成和数据集成等三个方面的集成。目前一些企业迸行电气设计时仍然采用通用的CAD绘图软件系统，这些通用的CAD绘图软件系统侧重于单张图纸的绘制，而在～般电气设计中产生的图纸少则几张多则几十张，并且电气设计中的几十张图都相互联系，而且在不同的设计阶段之间还存在着数据信息的流通。因此，需要对这些图纸以及它们之间的联系进行有效管理，以降低电气设计的效率。本课题从数据集成方面分析、研究了电气CAD系统，提出了工程项目集成管理的方法，针对系统的一些缺点进行了改进。1．3本文的研究背景及内容1．3．1选题背景由于计算机软硬件技术的迅猛发展以及设计单位对于电气CAD软件所提出的更高期望和使用要求，电气CAD软件逐步从单纯解决绘图计算问题到向专业化、智能化、网络化、集成化的CAD辅助设计及专家系统方向发展。从1996年开始，本实验室在Windows平台下，采用面向对象技术，采用vC++6．0工具，自主版权开发符合中国制图标准和工程技术人员设计习惯的全中文通用机械计算机辅助设计工程绘图系统一一捷惠CAD(Jhcad)。捷惠CAD发展至今，已经开发出捷惠1，5版、2．0版、3．0版，现己发展到Jhcad2003版本。由于市场发展的需要，在Jhcad2003绘图软件基础上，本实验室继续开发了电气版本的Jllcad2003软件系统。但是，Jhcad2003软件系统是通用的CAD绘图软件系统，用于电气设计时，还具有许多的缺点。该CAD绘图软件通常是对单张图纸进行绘制，而在电气设计过程中，一般电气设计图纸少则几张多则几十张，并且电气设计中的几十张图都相互联系，所以不能有效管理这些图纸以及这些图纸之间的数据信息；市场上的电气元件大多已经实现标准化，但是通用的CAD绘图系统没有完善的电气元件符号图形库以及电气元件库，必须针对具体的元件符号图形进行绘制，而大大降低了电气设计的速度；通用的CAD绘图系统针对图纸中的实体对象采用矢量图形技术的方法进行管理，但是电气设计中元件与元件中间存在着连接关系，需要对这些连接关系进行处理以使系统能够识别这些连接关系。本文从集成化方面出发，分析和研究了Jhcad2003绘图软件系统，按照工程项目设计的概念，将一个工程项目中的各种电气图纸、数据信息等集成管理起来，以便实现原理图设计中的各项功能，并为以后位置图和接线图的设计奠定基础。 电气CAD系统的研究与实现1．3．2课题的基本任务本课题是基于Jhcad2003软件系统，在Windows平台上以VisualC抖为开发工具，运用面向对象技术、智能技术、图论以及计算机图形学技术，设计并实现Jhcad2003软件系统下的控制电气CAD软件系统。前期准备工作：学习面向对象编程方法的实质；掌握Jhcad2003软件系统框架的构成及其工作原理；学习计算机图形学；了解电气工程图的绘制过程以及电气制图中的各种概念，了解电气行业的设计标准；熟练运用Visualc++开发工具。具体开发与实现的内容包括：电气CAD系统元件图库的建立；电气CAD系统集成框架构建；根据图论和数据结构中无向图的构建，建立了电气原理图网络拓扑图；通过人工交互以及人工智能自动化技术，实现了电气原理图设计的部分功能，如生成元件明细表、元件种类代号的自动标注，电气原理图中线号的自动标注、元件及线号的查找等。一6一 大连理工大学硕士学位论文2电气元件符号库的设计与管理2．1电气元件符号任何一个电路图，位置图和接线图，都是由若干个具有一定含义的电气符号，按照一定的规律由导线相连而成。元件是组成电路的基本要素，元件符号是电路图中的主要内容，它们用于代表不同类型、不同功能的元件，对表达电路图的功能有着不可替代的作用。因此，在电气CAD软件的设计中，要处理好电气元件符号库的设计与管理。电气元件符号图都是由有限的电气符号构成的，并且在国家标注的有关部分对各类电气元件符号的画法、符号含义等都有明确的规定【l们。但是电气元件的种类繁多，型号不一，即使是同类元件，不同厂家的产品也没有统一的型号和结构，而且电气元件更新换代非常快。因此，在设计电气元件符号时，采用模块化、参数化的设计方法，将元件的电气信息、位置信息等与元件符号分开设计，首先建立统一的电气元件符号库，而一个电气符号可被不同的元件所用，而元件的电气、位置等数据信息在进行电气设计时，存储在相应的图纸中，以减少建立元件符号库的工作量。2。2电气元件符号库的设计2．2．1电气元件符号类的定义图2．1电气类结构层次图Fig．2．1thechartofhierarchyoRtheelectricclass 电气CAD系统的研究与实现任何～个电气元件在CAD设计中的数据都包含有电气信息、位置信息和图形几何信息等。电气信息包括电气元件的名称、种类代号、生产厂家、电压、电流等；位置信息表示元件在图纸中的位置；图形信息包括该符号的形状、引脚数量、引脚位置等。但是，电气符号是构成电气元件的基本要素，其重要的信息是它的图形形状，在相关的国家标准中，不同类型的电气符号的画法、电气符号的含义、电气符号的用途都有明确的规定。参照相应的规范，在电气符号设计中，采用面向对象的方法，并基于Jhcad2003提供的实体类CDrawObject，设计了电气符号类CMarkDraw。CDrawObjeet类是图形对象的共同的基类，它包含所有图形类公有的属性。类CDrawObjeet并不完成具体什么具体的功能，也不表示某一个具体图形，它只是给所有从它派生的类提供了一个公共的接121，而将具体实现留给其它派生类来完成。在类CDrawObject中有一个指向CState结构的指针，CState是本绘图系统中的一个非常重要的数据结构，它记录绘图过程中的当前信息。包括当前线形、线宽、层和图纸大小信息等重要数据。电气符号类的继承结构如图2．1所示。由于电气符号类是从实体类CDrawObjeet派生来的，它继承了CDrawObjeet的属性和方法，主要用于管理电气符号的电气信息和图形信息等的存储、绘制和修改等，其定义如下：classCMarkDraw：publicCDrawObjeet{public：LPSTRMarkName；／／名称LPSTRMarkType；／／型号、规格LPSTRMarkDimStr；，／种类代号unsignedcharVersion,PosType；，／位置类型：O：上，1：左，2：右，3：下CPortport[]；／／71脚端点列表，CPort表示引脚的位置和编号virtualintNavigate(double)【，doubley，double+XI"，double’yO；／／导航virtualvoidMove(double墨doubley，intMovePs)；／／移动virtualvoidRotate(FPOINTBaseP，doubleRotatAngle)；，／旋转virtualvoidScale(FPOINTBaseP，doubleXScal，doubleYScal)；|犏嵌virtualTDrawObjeet4CopyO；／／复制voidSetMarkDim(LPSTRDimStr,imnPos,BOOLbYlt)；／／标注一8一 大连理工大学硕士学位论文)；其中，CPort定义如下：structCP0rt+pDrawin90bj；，／存放图纸信息的链表CTypedPtrList*pDraw；／／；懒；4"@、连线信息的链表}pltem；在电气设计过程中，系统通过人工交互的方式将项目设计者、设计日期、项目保存路径等信息存放在pltem中；将生成的图纸信息存放在phem下的双向链表中，并且将图纸信息存储在工程项目文件中。当打开工程项目时，系统会自动读取该工程项目文件并将其中的信息放在pItem结构中；当关闭该项目工程时，系统会自动将pRem结构中的各种信息存储在该工程项目文件中。元件的电气信息(如元件种类代号、型号、生产厂家等)和位置信息、接线信息。工程项目示意图如图3．4所示。图3．4工程项目示意图Fig．3．4Thesketchmapofengin谢rIgpr面ect3．4．4工程项目文件和图纸文件(1)工程项目和图纸文件的设计 电气CAD系统的研究与实现本文的电气CAD系统集成设计是基于数据文件实现的，本课题中生成的数据文件分为两类：项目文件和图纸文件。在进行电气设计时，首先，生成以p巧为后缀的数据文件存储项目工程的电气设计数据信息(如工程项目设计人、设计日期、生产厂家等)和图纸信息(如图纸名称、设计人、图纸类型、设计日期、保存路径等)；然后，设计人员根据设计需要生成不同类型的图纸，将元件、连线等的几何信息(如形状、位置等)、元件的电气信息(如元件种类代号，名称、生产厂家等)等都以实体属性的概念记录在实体中，然后将图中的元件、连线按照网络拓扑关系等信息按照不同的形式存储在以drw为后缀的数据文件中。在项目工程需要使用这些信息时，打开该项目工程，系统将自动读取这些信息；当关闭项目工程时，系统将自动分别把这些信息保存在项目工程文件中和图纸中【凇7】。(2)文件读写接口程序在电气设计过程中，有时电气数据信息需要进行交互流通，同时，也可能需要对图纸进行存储或者读取，因此需要设计数据文件的接口程序，实现对数据文件的读写。接口程序的作用就是能够从图形系统生成的文件中提取数据，或者将系统中产生的各种数据存储到数据文件中。本课题中利用高级语言C+十编写的接口程序，分别实现对项目工程文件和图纸文件的存储、读取操作。工程项目文件的接口程序为0penItemFile(CStringstrPath,Dltem*item)，strPath表示工程项目文件的存储地址，item为指向DItem结构的指针。当使用该接口程序时。系统会根据提供的工程项目文件的存储地址，自动打开该项目文件，并初始化DItem结构。DItem结构用来管理工程项目中的各项数据。图纸的接El程序为OpenDrwFile(CStringFileName，CStringFileDir,CState+State)，FileName为图纸名称，FileDir为文件存储地址，State为指向CState的指针。当使用该接口程序时，系统会根据提供的图纸文件的存储地址以及图纸名称，自动打开该图纸文件，并初始化CState结构。3．5电气CAD软件的工作流程根据电气设计的工作流程，本课题设计出的电气CAD软件系统的工作流程和电气设计的工作流程基本相似，以使设计人员能够方便地使用CAD软件。设计人员首先建立工程项目，并以交互的形式输入建立工程项目的各种数据，如工程项目的名称、设计人，设计单位等；然后相继建立、绘制原理图，建立、绘制布置图和对接线图进行自动接线生成。 大连理工大学硕士学位论文图3．5电气CAD软件的工作流程F碴．3．5TheworkingflowchartofelectricCADsoRware电气设计软件的工作流程图如图3．5所示，新建工程项目对话框如图3．6所示。图3．6新建工程项目对话框Fig．3．6Thedialogboxofrenewing811engineeringproject 电气CAD系统的研究与实现4电气原理图的网络拓扑处理4．1电气原理图的基本特征和主要用途用图形符号并按照工作顺序排列，详细表示电路、设备或成套装置的全部组成和连接关系，而不考虑其实际位置的一种简图，称为电路图，也即原理图。原理图主要用来介绍电气设计过程中生成的元件或功能件的图形符号、元件之间的连接线、项目代号以及其它一些信息。’’原理图的主要用途是：(1)用于了解实现系统、分系统、电器、部件等的功能所需的实际元件及其在电路中的作用，供详细表达和理解设计对象的作用原理、分析和计算电路特性和有关参数之用。(2)作为编制接线图的依据。(3)为测试和寻找故障提供信息。(4)为系统、分系统、电器、部件等按照和维修提供依据【2，31。4．2电气原理图网络拓扑表示的意义由电气原理图的主要用途知道，电气原理图需要作为编制接线图的依据，以供生成接线图和接线表，因此，任何一个电路原理图，都需要表示一种连接关系一一元件与元件之间、元件与导线之间，导线与导线之间的连接关系。但是，在通用的CAD软件系统中，通常采用矢量图形技术来表达电路原理图中的各种信息，这些CAD系统只表示了电气原理图是由哪些电气符号和电路线图形组成，而并未表示出这些图形之间的连接关系；同时，在电路原理图中，还要对元件进行明确的定义和编码，这样一个电路图才能有明确的定义以使不同的元件按一定的顺序连接起来，从而完成某些确定的功能。在电气CAD软件系统中，电气原理图中的信息是其它模块(位置图、接线图)如元件的布局、接线处理等的主要数据来源，电气原理图的设计是进行电气设计的基础性工作。本课题中采用集成设计的方法，为位置图、接线图提供了元件、导线等的各种数据信息，但是，原理图中元件与元件、元件与导线以及导线与导线之间的连接关系，还需要进一步进行设计。本课题中通过采用电气原理图网络拓扑12”01表示的方法，来表达元件与元件、元件与导线以及导线与导线之间的连接关系，以作为位置图、接线图设计的连线依据。 大连理工大学硕士学位论文4．3电气原理图网络拓扑表示的方法拓扑理论是处理原理图中连接问题的一种非常有效的工具。用网络拓扑图可以很抽象地表示了原理图中各种元件及导线之间的连接关系。如果将电路原理图中的电路连接点抽象为网络拓扑图中的节点，将电气符号支路抽象为网络拓扑图中的支路便可以用网络拓扑图来表示电气原理图。用网络拓扑图来表示原理图中的元件电路时首先要对元件进行定义，使得网络拓扑图中的每一支路均有唯一明确的含义。在电气原理图中的电气元件支路，例如继电器的触头、线圈等，称作电路单元。按接线端的数目可以将电路单元分为单端、双端和多端单元。网络拓扑图中的支路有两个连接端，它可以很自然地和电气元件电路中的双端单元对应。单端单元和多端单元经过适当处理后可转化为特殊的双端单元。具体做法是将多端单元看作是由多个端口组合而成，每一端口对应一双单元，如图4．1、图4．2中三端单元电动机M可以对应为三个双端单元。单端单元也可以处理成双端元件，只是它的两个端点中有一个为不允许连接支路的特殊点，如图4．1、图4．2中的接地端Gn可以处理为一个双端单元，其中一端不连接支路。地线。插头、连接端子等单端元件均可如此进行处理。图4．1电动机控制电路图Fig．4．1CircuitdiagramofelcctromotorcontrollGn2FUl3Kl4M5SB2612图4．2网络拓扑图Fig．4．2Thenetworktopologymap为了使计算机能够识别支路并使支路能够与图形符号对应，可将电气符号进行编码，并作为支路属性附加在支路数据中。电气元件符号的编码在电气设计过程中已经由系统自动对元件的每个引脚编码，并保证了这些编码的独一性。 电气CAD系统的研究与实现电气元件大多由若干个单元组成，如一台交流接触器可以有一个电压线圈和若干对常开和常闭触点，在电路图中它们以离散的形式出现，所以要表达清楚它们之间的相互连接关系，还应给定元件的标号，使计算机能够识别，可以规定凡电路中文字标号相同的支路均属于同一电气元件。在本课题中，由于主要处理电气原理图中的连接关系，并不关心电流、电压的方向等，因此从原理图抽象出来的网络拓扑图是一个无向图。例如图4．1表示了部分原理图，图4．2表示与其对应的网络拓扑图。4．4电气原理图的拓扑结构网络拓扑图由节点和边组成，采用网络拓扑理论处理电路问题是非常有效的工具，用网络拓扑图方法可以准确地表示任何复杂的电路图。从网络拓扑图来讲，图是由节点和边组成，一个图唯一地指定了边和节点之间的关系。以图4．1表示的控制电路为例，来说明电路的拓扑结构，其对应的拓扑图为图4，2。该图由节点和支路组成，其中每一条支路对应了电路图中的一个元件单元，而每一接点所连接的支路贝目对应着电路中用导线连接在一起的元件单元。由于在输入电路图的过程中已经对元件进行了编码和标记，并作为支路的属性附加在支路数据中。根据电路图的表示习惯，电路图中文字标记相同的支路属于同一电气元件。通过将电气原理图用网络拓扑图表示，既可以在计算机中用相应的方法进行有效的描述和操作，也为位置图和接线图中电气元件的连接关系的确定奠定基础。4．5电气原理图的数据结构4．5．1网络拓扑圈的存储结构网络拓扑图可以用图论中的无向图来表示。例如图4．3所示。图4．3无向图示例Fig．4．3Theexampleofnodirect／onmap 大连理工大学硕士学位论文由图4．3可知，一个无向图由顶点和边组成，无向图中的硬点集合可表示为；矿=“，v2，⋯，K)，边的集合可表示为E2如，乞，⋯，％'，82“，巧)表示一条边，其中f、，均小于栉。则无向图4．3可表示为：G=∥，习V={v1，v2，v3，v4，vs)E={岛，e2，巳，e4，气)比较电路拓扑图与无向图可知，如果电路拓扑图中的节点用无向图中的顶点表示，电路图中的支路用无向图中的边表示，那么电路拓扑图就转化为无向图，因此，可以将电路拓扑图看作等价于无向图。从电气原理图中抽象出来的网络拓扑图为一个无向图，为了在计算机内部对该拓扑图方便地进行处理，必须在计算机中对该无向图进行表示，对无向图常用的表示方法有邻接矩阵、邻接表和邻接多重表等。(1)邻接矩阵表示法邻接矩阵是表示顶点之间相邻关系的矩阵，用邻接矩阵可以很好的表示出电气原理图中元件的相互关系。图4．3对应的邻接矩阵如图4．4所示。无向图的邻接矩阵表示是唯一的，并且该矩阵一定是一个对称矩阵，因此，按照矩阵压缩的思想，在具体存放邻接矩阵的时候只需存放上或下三角矩阵的元素即可。用邻近矩阵的方法存储无向图，很容易确定图中人员两个顶点之间是否有边相连，但是，它的储存冗余太多，而且操作起来不太方便。(2)邻接表表示法foI1I01l1o1o1I肚㈠1I：1引Lo叫29 电气CAD系统的研究与实现邻接表是图的一种链式存储结构，在邻接表中，对图中每个顶点建立一个单链表，第f个单链表中的结点表示依附于顶点的边。每个单链表上附设一个表头结点。表结点和表头结点的结构如下：表结点表头结点’[三工三]][三E图4．5邻接表Fig．4．5Theabuttinglist其中，表结点由三个域组成：adjvcx指示与顶点7，邻接的点在图中的位置；Ilextafc指示下一条边的结点；info存储与边相关的信息。表头结点由两个域组成：data存储顶点’i的名或其它信息；firstarc指向链表中的第一个结点。无向图图4--4对应的邻接表如图4．5所示。从存储的空间来看，它比数组表示法节省了空间，但是要判断两个节点之间是否存在边时，则需要搜索顶点的链表，所以比邻接矩阵麻烦。(3)邻接多重表表示法邻接多重表也可用于存储无向图。在邻接多重表中，每条边用一个结点表示，每个顶点也用一个结点表示。边结点和顶点的结构如下：边结点顶点结点E工三正工正[三E图4．3对应的邻接多重表如图4．6。 大连理工大学硕士学位论文用邻接多重表表示网络拓扑图具有很多个优点：每一条边以一个独立的结点表示，便于保存边的信息；邻接多重表采用动态的数据处理方式，节省存储空间；便于对图中边的查找、删除、添加、修改等【3l铘1。由以上分析，比较邻接矩阵、邻接表和邻接多重表的优、缺点，邻接多重表更合适存储电气原理图的网络拓扑图。因此，在本课题中，电气原理图的网络拓扑关系都采用邻接多重表的方式保存。ljft，f一{巧fK巧————刊圪I·，l一———一I，—l巧4．5，2电气原理拓扑图的数据结构邻接多重表由节点和边组成，因此系统利用面向对象技术定义了描述节点和边的类，以及基于邻接多重表的整个网络拓扑类。在邻接多重表中，节点由标志域(记录进行网络遍历操作时的访问记录)，该节点指向的第一条边以及依附于节点的数据组成；边由标志域，该边对应的两个节点，这两个节点分别指向的下一条边以及依附于边的数据组成；而整个网络由一个动态指针数组(即链表)构成，数组中的每个指针指向一个网络节点。根据邻接多重表的定义以及特点，本课题针对拓扑图中的节点和边，分别定义了拓扑图顶点类和边类，以实现拓扑图中的各种操作。电气原理拓扑图中的顶点类描述：classCNode：publicCObject{ 电气CAD系统的研究与实现DECARE_SER．[AL(CNode)public：CNode0；CNode(FPOINTpt,CEMarkDraw+pMark)；--CNode0；public：FPOINTvertex；／／FPOINT是一个点坐标的数据结构，vertex是顶点坐标CEMarkDraw*pFirMark；／／与该顶点相连的第一个元件BOOLGetPT(FPOINT&pt)J／获得该顶点的坐标BOOLChangePT(FPOINT&pt)；／／修改该顶点的坐标为ptBOOLGetFirMark(CMarkDraw+pFirMark)；／／获得与该顶点相连的第一个元件／／修改与该顶点相连的第一个元件BOOLChangeFirMark(CMarkDraw‘pFirMark)；)由以上定义可知，顶点类定义了顶点的坐标(vertex)和与顶点相连接的元件，并定义了针对顶点的各种操作，以实现原理图中的各种功能操作。电路拓扑图中的边(元件或分立符号)类描述：classCEdge：publicCObject{DECARESERIAL(CEdge)public：BOOLMark『；／／元件访问标记CPortportl，port2；／／元件的两个引脚charname[20]；／／该元件或元件符号的名称CEdge*Nextl；CEdge+Next2；／／设置与该元件的poftl相连接的元件BOOLSetLnkMark(CPortponl，CMarkDraw+pMark，CPortpora)；／／删除与该元件的引脚port相连的元件BOOLRemoveMark(CPortport),／／获取与该元件相连的元件BOOLGetLinkMark(CPortpon)；BOOLGetPort(CPortpom／／获取元件引脚 大连理工大学硕士学位论文)网络拓扑类的定义classCTopoCirclJit：publicC0bject{DECARE_SERIAL(CTopoCircuit)public：CTypedPtrList+pNodeList；BOOLAddNode(CNodenode)；优忝加一个定点BOOLDetNode(CNodenode)；绷啊除一个顶点BOOLSearchNode(CNode&node)；，／查找一个顶点BOOLSearchMark(CEdge*pEdge)；／／查找一个元件／／深度优先遍历电路拓扑图BOOLDFS(inttype，CNode+pNode，CTypedPtrList+pNodeArry)；，，广度优先遍历电路拓扑图BOOLBFS(inttype，CNode+pNode,CTypedPtrList。pNodeArry)；)通过以上对电路拓扑图和基本操作方法的定义，实现了对电路原理图的网络拓扑处理，明确了原理图中电气元件之间的相互连接关系，为位置图、接线图的绘制奠定了基础。本课题中，当设计人员新建工程项目并在新建电气原理图纸时，系统会自动初始化结构CState，并定义一个指向网络拓扑类对象的指针，该对象用来处理电气原理图中的拓扑关系，以确定元件与元件、元件与导线、导线与导线之间的连接关系。 电气CAD系统的研究与实现5基于集成的电气原理图的设计5．1电气原理图绘制中的各项功能电气原理图设计中，需要完成元件添加、标注、绘制导线等众多功能，以实现对原理图的各种操作。其主要功能如图5．1所示。图5．1原理图绘制中的各项功能Fig．5．1Thefunctionofcircuitdiagram在电气原理图设计过程中，从建立原理图到完成原理图的绘制，需要使用多项功能。在这些功能中，主要的功能有“建立原理图”、“添加元件”、“绘制导线”、元件明细表生成等。“建立原理图”是绘制电路图的必经步骤。在“建立原理图”中，生成关于原理图的信息结构，该结构由CState定义，包含了原理图的当前信息，以及对绘图环境迸行初始化，为图纸的绘制做好准备。建立原理图的模板对号框如图5．2所示。“添加元件”是绘制原理图的重要操作，向原理图中添加元件时，首先从元件库中选择元件，生成该元件类的一个对象，然后添加到pnraw中，就完成了一个元件的添加任务。 大连理工大学硕士学位论文“绘制导线”，导线是电路原理图中的一类特殊的“元件”，在电路图中存在着大量的导线，是不同元件之间的连接通道。连接导线时，系统会生成一个TLIne类的对象，将该对象添加到pDraw中，绘制导线的操作就完成了．图5．2图纸绘制选择模板Fig．5．2Theselectivetemplateofdrawingdiagram原理图绘制过程中还有其它许多功能，都有利于提高图纸绘制的效率，起着重要的作用。．5．2原理图元件明细表的生成5．2．1自动生成元件明细表设计的技术关键原理图由多张图纸组成，每张图纸中又有各种种类的元件，因此，需要提取出周一个项目工程下的原理图中所有元件，以便进行明细表的生成。原理图中的元件由不同种类的元件组成，为了能够生成元件明细表，需要对这些元件进行分类整理，以生成明细表所需要的信息。对元件迸行分类整理以后，系统会自动完善明细表元件的“名称”、“规格”等内容，内容包括了对元件数量的统计和填充。本论文在元件明细表功能设计中，继承Jhcad2003软件系统中的元件明细表功能，从集成的角度出发，生成原理图元件明细表。Yhcad2003软件系统中的元件明细表，生成的只是单张图中的元件，而本论文将工程项目下的实体集成起来，通过集成起来的实体链表，可以获取原理图中所有的元件。 电气CAD系统的研究与实现5．2．2元件的提取在集成设计中，定义了Dltem结构，该结构中包含了成员pDraw，该成员用来存储原理图中生成的各种实体，在本功能设计中，需要提取出原理图中的各种元件·要正确输出符号要求的明细表，首先要保证经过提取、识别，处理后所获得盼元件信息内容准确无误，因而准确有效的获得元件相应信息是整个明显表生成的关键。定义一个链表pMarkList以存放元件，定义如下：CTypedPtrListpMarkList；原理图中元件提取流程如图5．3所示。图5．3元件提取流程图Fig．5．3TheturretchartofpichnguptI壕elements5．2．3元件的分类整理要正确输出符合要求的标准格式明细表，首先要保证经过提取、识别处理后所获得的元件信息内容准确无误，因此准确有效地从原理图中获得属性信息中获得元件相应信息是整个报表生成系统设计的关键之一。 大连理工大学硕士学位论文原理图中的属性信息是这样一个概念，一个复杂的CAD工程图往往是由一个个构成该图形的实体图块(如元件)所组成，在图形插入图块时，往往需要一些文本信息(如元件的“代号”、“名称”、“数量”等)来说明这些图块，以满足生产和管理的需要。这些文本信息作为图块的一部分可以在插入图块时改变，并且像普通文本一样显示或保持不可见性。这种伴随着图形实体插入到图中用以说明图块相关信息内容的文本信息，就是我们所说的属性信息。本文中明细表的关于原理图元件信息数据文件正是通过提取CAD图形中的属性信息而获得的，然后进行识别处理、分类整理，最终得到元件明显表。图5．4元件分类流程图Fig5．4Thecun'entchartofclassificationoftheeloments本文中，提取的元件信息包括元件种类代号、名称，这些都在初始化结构Dltem时已经提取完毕。根据元件种类代号和名称，对项目工程下的元件进行分类整理，获得一黑一 电气CAD系统的研究与实现个一维数组Mark．List[k]，k表示获得的元件种类数目，数组元素是一个用来存放元件的一维链表。数组MarkList[k]定义如下：CTypedPtrListMarkList[]；元件种类数目在元件分类整理完毕之后确定。元件的识别处理、分类整理流程图如图5．4。5．2．4明细表信息的填充在明细表生成以前，要确定明细表所要填写的内容。一般情况下，有序号、代号、名称、数量、材料、重量以及备注等7个内容项目。但可按实际需要增加或减少内容项目。电气原理图中元件明细表的内容设计为序号、代号、名称、型号规格、数量以及备注。分类整理得到的元件分类数组MarkList[k]，k表示元件种类。然后依次取出数组中头结点，计算出该种类中的元件数量，并可从该链表中取得元件代号、名称、型号规格等内容。然后系统自动对明细表中的各项内容进行自动填写。但是，从原理图中获取的元件信息内容并不完整，诸如明细表中的元件的“名称”、“数量”和元件中的“型号”等内容还需要进一步填充，为此，还可以通过明细表操作对话框对明细表中的内容进行编辑口4-361。明细表操作对话框如图5．5所示。图5．5明细表操作对话框Fig5．5Thedialogboxoflist 大连理工大学硬士学位论文5．2．5明细表的操作在原理图绘制完毕之后，点击菜单栏中的明细表选项或点击工具栏中的明细表按钮，系统将自动生成明细表。明细表效果如图5．5所示。如果需要修改明细表中的内容，只需双击其中需要修改的地方即可进行修改；“删除”按钮用来删除明细表中的～组信息：“重新排序”按钮将使系统自动将生成的明细表中的内容进一步按照一定的次序排序；点击“生成明细栏”按钮，可以在图纸上生成明细栏；点击“明细栏设置”按钮，弹出明细栏表格设置对话框，用来设置生成的明细栏表格，如图5．6所示。图5．6明细栏表格设置对话框rig．5．6TheScttillgdialogboxoflist；5．3元件种类代号的自动标注5．3．1元件种类代号的定义在电气图上，通常用一个图形符号表示的基本件、部件、组件、功能单元、设备、系统等，称为项且。项目的大小可能相差很大，电容器、端子板、发电机、电源装置、电力系统等都可称为项目。用以识别项目种类的代号，称为种类代号。种类代号段有三种表达方法：第一种方法是由字母代码和数字组成。其中的字母代码为规定的字母符号(单字母、双字母、辅助文字符号)。例如，某系统中的第二个继电器表示如图3。在种类代号段中，除元件种类字母外，还可附加功能字母代码，以进一步说明该项目的特征或作用。功能字母代码只能以后缀的形式出现。 电气CAD系统的研究与实现第二种方法是用顺序数字(1，2、3⋯)表示图中的各个项目，同时将这些顺序数字和它所代表的项目排列于图中或另外的说明种，如一l、一2、一3⋯第三种方法是对不同种类的项目采用不同组别的数字编号。如在具有多种继电器的图纸中，对电流继电器用ll、12、13⋯表示；对电压继电器用2l、22、23⋯表示【2卅。瑷目种类的数字代号项目种类的字母代号种类代号的前缓代号图5．7元件种类代号表达方式Fig．5,7Theexpressionalmodeofthekindsoftheelements本论文中，元件种类代号的表达方式采用第一种方式。其中，元件种类代号中的字母代号有系统自动提取元件属性中的标注代号可获得；而数字代号的获得是由系统自动分配的；如果需要标注种类代号中的前缀部分和功能部分，可以通过编辑的方法，在自动标注好种类代号后，修改元件的种类代号。5．3．2元件种类代号自动标注的整体设计元件种类代号自动标注，是在输入自动标注信息后，系统自动提取图纸中需要标注的元件存放入一个链表中，元件提取完毕后，系统会依次提取该链表中的元件，自动分配元件种类代号，智能判断元件的标注位置，最后调用相应的标注函数完成元件种类代号自动标注[37-40l。整个过程都是在Jhcad2003软件系统的支撑下进行，最终实现元件种类代号的自动标注。自动标注元件种类代号的简图如图5．8。冒一固岖堕H至{图5．8元件种类代号自动标注简图Fig．5．8Theautomatelabelingsketchofthekindcodeoftheelements 大连理工大学硕士学位论文5．3．3元件种类代号的分配通用的CAD软件系统在运行的过程中，一次只能处理一张图纸，而不是同时对所有的原理图纸进行处理。而在标注的过程中，只能针对本张图纸进行标注，但是电气工程设计中，会有多张原理图需要标注，这就需要保证待标注元件的标注的种类代号不能重复标注和缺漏。本论文按照集成管理的方法，可以有效地避免诸如重复标注、缺漏标注等错误。首先，通过建立的Dltem结构构造的phem(其成员pDraw集成管理着原理图中所有的实体对象)，提取原理图中的所有元件存放人链表pMarkList中；提取原理图中的待标注元件存放入链表SelectList；接着由系统自动分配一个种类代号，然后判断所给的元件种类代号是否已经被占用，如果该种类代号已经被占用，就需要重新分配一个种类代号，直到所分配的种类代号没有被占用为止。元件种类代号的分配流程图如图5．9。开始y—”H_。——F——一··-_·———H1rN广百醯酝冒责舜Fj|匪量『]I-leact中图5．9元件种类代号分配流程图Fig．5．9Thedistributingflowchartofthekindcodeoftheelements41 电气CAD系统的研究与实现5．3．4元件标注位置的确定元件的种类代号确定之后，下一步的工作就是确定代号的标注位置。一般情况下，标注位置应该在元件的附近。元件标注有四种标注位置：元件左侧、元件右侧、元件上方和元件下方。如果要使标注符合电气设计习惯，就需要判断需要标注的位置。首先，提取元件的极大位置(墨一，匕“)和极小位置(j毛m，10)，然后做如下计算：凼=|k—kI砂=4k—kIs4图5．10标注位置示例Fig．5．10Theexampleoflabelposition如果矗2砂，则标注位置在元件上方或者下方，然后判断元件上方或者下方是否有元件，如果元件上方没元件，则标注位置为元件上方；如果元件下方没元件，则标注位置为元件下方；如果上下方都有元件，则习惯标注在元件上方。如果疵s砂。则标注位置在元件左侧或者右侧，然后判断元件左侧或者右侧是否有元件，如果元件左侧没元件，则标注位置为元件左侧；如果元件右侧没元件，则标注位置为元件右侧；如果左右侧都有元件，则习惯标注在元件左侧。标注位置示例如图5．10。5．3．5元件种类代号自动标注类定义不同的绘图工具产生不同的图形，各绘图工具大多具有相同的操作，比如对鼠标左键的按下、拖动、抬起等操作进行处理，】hcad2003软件系统建立了一个绘图工具类的基类CDrswTool类，绘图工具类的基类处理所有绘图工具类的共同行为。各绘图工具按不同的情况由此基类派生或在派生的基础上再派生。CDrawTool类定义如下：classCDrawTool 大连理工大学硕士学位论文{protected：FPOINTMarkPos；／／元件位置voidConsUndoO；BOOLConsRedoO；CDrawTool0{}；public：CState*State；／／指向CState结构的指针CClientDC+pDC；∥指向客户区的设备情景对象指针friendTDrawObject；／／图形对象基类CDrawTooI(LPSTRIconName,intNumb)；～CDrawTool0；virtualvoidShowT001{3{}；／／键盘操作函数virtualvoidGetKeys(CStringKeyCh㈣{)；virtualvoidSelectCommand(im砷()；／／Undo／Redo函数virtualvoidUndoO{)；virtualBOOLRedoO{retumo；)，／读写函数virtualvoidWrite(CFile+pFile)；virtualvoidRead(CFile+pFile)；voidGetToolDCO；，)；通过分析，本论文在基类CDrawTool基础上派生出元件种类代号自动标注类，并添加其它一些操作，例如提取待标注元件操作、提取原理图元件操作、元件种类代号分配操作、标注位置确定操作、元件种类代号的标注操作等，CDqMarkAutoDimTool类定义如下：classCDqMarkAutoDimTool：publicCDrawTool{public：CDqMarkAutoDimTool(LPSTRIconName,intNumb)：TDrawTool(IcomName,Numb){pMarkList=MⅡI二 电气CAD系统的研究与实现pFigList=NULL；)；public：intPosType；∥元件标注位置类型，0左，l上，2右，3下charstrMark[30]；∥元件种类代号strNum[20]；／／元件种类代号中的序CTypedPtrList’pMarkList；／／存放原理图中元件的链表CTypedPtrList+prigList；／／存放待标注元件的链表voidG-etMarkO；维取原理图中元件voidGetDimMark0；／／提取待标注元件BOOLDimMark(intNumber,CMarkDraw*DrawA)；∥标注函数voidSetMarkPos；俑定元件的标注位置virtualvoidShowToolO；protected：CDqMarkAutoDimTool0{}；}；5．3，6元件种类代号标注的编辑与修改图5．11代号标注对话框Fig．5．11Thedialogboxofcodelabeling当点击菜单栏中的“代号自动标注”选项或者点击工具条上的“代号自动标注”按钮，系统将自动对当前原理图中的元件进行自动标注。但是，如果需要对元件种类代号 大连理工大学硕士学位论文进行编辑或修改，只需点击菜单拦中的“代号标注”选项或者点击工具条上的“代号标注”按钮，选择需要修改的元件，右击鼠标右键，弹出“代号标注”对话框，就可以对该元件进行修改。对号框如图5．11所示。5．4线号的自动标注在电气原理图设计过程中，图中的元件与元件的端点之间是用导线相互连接在一起。如果一部分元件的端点具有相同的电位，也就是说它们之间的导线会连接在同一个节点之上。这些具有相同电位的导线应该用一个确定的标记来表示，在本课题中称之为线号。线号的实质就是一种确定电气原理图中各个元件之间的连接关系的标识，以使设计人员能够更加方便、快捷地读图和制图。在电气设计中，电气原理图通常都由几十张图纸组成，因此，绘制起来比较的复杂。针对原理图中线号的标注，通用的CAD软件系统采用人工交互的方法对线号进行标注，经常会出现线号重复或者线号缺漏标注的情况。为了避免这些错误的发生，本课题中从集成设计的角度出发，采用工程项目集成管理的方法统一对原理图纸进行管理，在对导线进行标注的时候，系统会自动分配线号并将该线号与系统中已经使用的线号进行比较，确保分配的线号未被占用。本课题中采用计算机辅助设计的方法可以很容易的实现线号的自动标注，而且减少了标注错误的发生。5．4，1元件预置编号表设计人员根据系统提供的符合国家标准的电气元件符号库选用电气元件符号，并将选定的电气元件符号放置在图面的选定的位置上，同时给各元件的各个引出点(端点)赋一个确定编号和分配一个实体标识。该编号和实体标识由系统自动给出，并通过查找工程项目中管理的连线表不断判断该编号是否已经被占用，直到被分配各一个合理的编号为止，以保证所分得的预置编号不重复，而每一个元件的引出点的预置编号并不是原理图的线号，所以并不写在图面上，而是作为元件实体的属性暂时存放在实体上。实体标识由系统顺序给实体分配标识。该实体定义中已经具有数组成员port[]，该数组用来存放元件的引脚位置以及分配的编号，将原理图中绘制的元件记录在名为MarkList的表中。该MarkList链表定义如下：{(元件实体标识，名称，端点1，端点2，⋯)(元件实体标识，名称，端点l，端点2，⋯)⋯)MarkList是由若干个子表组合而成的二维嵌套表，每一个子表的内容包含了被插入元件的实体标识、名称和所有的引出点的预置编号等。MarkList定义如下：CTpyedPtrList*MarkList； 电气CAD系统的研究与实现在计算机图形系统中，实体表示了一个独立的图形，在图形系统中，所有的实体都记录在工程项目DItem定义的pltem中。利用实体标识，可以查询到该实体的有关信息。例如，如果一个实体是一条直线，用该连线的实体标识，可以查询到连线的起点和终点、在MarkList表中，利用实体标识可以检索pDraw表中的内容，还可以对该表的内容进行删除和修改。如果某些元件的节点编号是固定的，就赋给一个固定的字符型的标号。例如，如果图1中接地元件的一个端点和地相连，该点的预置编号等于线号，定为“PE”[41．431。由以上分析，图童圮j；对应的预置元件线号表可以写成{C‘e1”，“S1”，12)(‘⋯e2，“S2”，34)Ce3”，“S3”，56)(‘‘e4'’，“s4，’，78)(‘⋯e5，“S5”，910)(e6”，‘jd'’，PE))5．4．2线表的生成在原理图设计过程中，当调用连线命令，将元件的各个引出端点按照一定的连接关系连接起来时，系统会将这些导线记录在一个名为LineList的表中，结构如下：{(直线实体标识，标号1，标号2)(直线实体标识，标号l，标号2)⋯}连线的标号提取过程如下：(1)如果该连线的起点或终点和一个元件的被连接点相连，首先获取该元件的实体标识，以实体标识为关键字检索MarkList表中该元件的引出端点，并获取该端点的预置编号，直线的端点标号取被连接的引出端点上的预置编号，如图2中的L3、L4等线。(2)如果该连线的起点或终点和一条直线相交，首先获取被连接直线的实体标识，以实体标识为关键字检索LineList表中该直线的引出端点，并获取该端点的预置编号，直线的端点标号取被连接直线的引出端点上的预置编号，如图2中的L9、L10等线。(3)连线过程中，如果该连线的起点无任何目标，任取一个没有使用的预置编号为该端点的标号；如果该连线的终点无目标相连，取该直线的起点线号为该端点的标号。如图中的L1、L2线。(4)如果原理图上的连线由于元件的放置位置在不同的页面上而不能在图上画出，此时系统在线表中仍加入该连线，但在图上并不画出。(5)如果两条连线跨交但不相连，连线时直接跨越相交线，并在相交点作跨越记号。按照以上规则，确定连线的端点标号。例如，图2对应的线表可以写成如下形式：{(‘‘Ll”1111)CL2'’14“PE'’)(‘‘L3”l11)(‘‘L4”23)(‘‘L5”414)C‘L6”15)(“L7'’612)(‘‘L8”122)(‘‘L9'’117)(‘‘L10，’814)(‘L11”911)(‘‘L12”1013)C‘L13”813)> 图5．12预置元件编号飚．5．12Thoserialnumberoftheelements5．3．3线号的归类"图5．13线表的生成Fig．5．13Producingthelinelist图5，14线号归类流程图Fig．5．14TheflowclhⅢ'tofclassifyingthenumberoflines47詈 电气CAD系统的研究与实现在原理图设计完毕之后，利用深度搜索p2I[3朝的办法进行推理，找出线表中所有的相关链表，从而得到元件之间的连线关系。所谓链表是指原理图中所有相连接的子线表的集合，因为在每一个链表中若干条相互连接的直线将若干个元件连接在以起，具有相同的电位，应该赋予一个线号。将线表归类为链表的集合存放在二维数组ALineD中，结构如下：{(链表1)(链表2)⋯)随后，由系统该表中的每个链表赋一个确定的线号。图2对应的线表经过推理后，可得到的二维数组表如下；{(C‘L1”1l11)C'L3”111)CL6”15)C‘L9'’1l7)C‘L11”911))(C‘L4’’23)(‘‘L7’’612)CL8”122))“C‘L2”14‘'PE”)C‘L5”414)CLIO”814)C'L12'’1013)("LIS”813)))经过整理后，得到((‘L1⋯‘L3”“L6⋯cL9'“工11”)("1-4⋯‘L7”‘‘L8”)(‘1卫”‘‘L5”‘‘L10”‘'LIT”‘L13’，))线号归类流程图如图5．14。5．3．4线号内容的确定链表划分完之后，就要确定线号的内容和图面上自动写线号的位置。线号内容的确定可以有以下几种选择方式：(1)由设计者给定数值型的起始线号和步长，系统自动叠加，来确定各个节点的线号。(2)由设计者给出一个线号库，系统自动从库中按一定的规则选取。本文中，线号的确定是按第一种方式迸行的，但在给定线号的过程中，需要将给定的线号与已经使用过的线号相比较，保证该线号没有被占用，否则需要重新分配。在比较的过程中，取连线的线号标记，得到该连线的线号，如果该连线未标记，则线号为0，通过与除本身之外其它连线的比较，可以判断出给定的线号是否被占用。各个节点的线号确定后，下一步的工作是选择写线号的位置。一般情况下，线号总是写在连线驸近，因此，本系统选择链表中与其它线相交最多的线的中点附近作为写线号的位置。5．3．5线号自动标注类定义classCDqLineAutoDimTool：publicCDrawTool{public：／／位置类型 大连理工大学硕士学位论文charstrMark[30]，strNum[20]，BaseStr[30]；imN：FPOINTBasePt；imNum：public：cDqLineAutoDimTool(LPSTRIcon_Name，intNumb)：CDrawTool(IconName,Numb){strNum[0]--．＼0‘；DirType=2；PosType=0；pFigList=NULL；)；public：CDqLineAutoDimTool0；voidRead(CFile+pFile)；voidWrite(CFile+pFile)；virtualvoidShowToolO；virtualCStringC-etToolName0{retuI,'n”线号自动标注“；)：virtualvoidDrawEnd0；virtualCStrin8CommandName0(relum”LineAutoDim”；)；voidArrangeDimLine0；／／连线的排序‘BOOLDimLineText(intNumber)：／／确定线号内容BOOLGetALineList0；／／确定线表集合CText*ConsLineDim(TLineA*LineA)；／／线号标注virtualvoidUndoO；viftualBOOLRedoO；public：CTypedPtrList’pFigList；CTypedPtrList+pLineList；CTypedPtrList’pMarkList；CTypedPtrList‘AList[]；)；／／原理图中连线链表／／原理图中元件链表，／线表集合 电气CAD系统的研究与实现5．3．6线号标注的编辑与修改原理图设计过程中，不可避免的要对图上的内容进行修改，针对需要修改的内容，设计设计了交互修改线号的环境。原理图中对连线进行标注的过程如下：点击菜单栏中的“线号自动标注”选项或者点击工具条上的“线号自动标注”按钮，系统将自动对当前原理图中的连线进行自动标注；但是，如果需要对连线的标注进行编辑或修改，只需点击菜单栏中的“线号标注”选项或者点击工具条上的“线号标注”按钮，选择需要修改的连线，右击鼠标右键，弹出如图5．15所示的“线号标注”对话框，根据需要修改的内容，对该连线进行修改。图5．15线号标注对话框Fig．5．15Thedialogboxoflabdingofthenumberofline5．5元件及导线的查找设计在电气设计过程中，有时候会需要查找电气设计过程中已经添加的各种元件或者导线，以便对其进行浏览或者编辑。在Jhcad2003绘图软件中，由于是基于单张图纸绘制的，因此，并不需要对各种实体进行查找，以确定实体的位置。但是，在电气设计中，因为电气设计生成的图纸不止一张，而是由几十张组成，因此，需要通过查找操作以确定需要的实体所存在的地方。在本课题中，由于电气元件及导线通过工程项目的方式进行管理，因此，如果需要查找元件或导线只需查找记录在工程项目中记录的各种实体，即可确定查找对象的位置。 大连理工大学硕士学位论文5．5．1查找算法因为查找是对已经存入表中的数据所进行的运算，所以采用何种查找方法，首先取决于使用那种数据结构来表示“表”，即表中记录是按何种方式组织的。由于查找运算的主要运算是表中关键字的比较，所以通常查找过程中对关键字需要执行的平均次数作为衡量一个查找算法效率优劣的标准。但是，在本课题中，电气元件以及导线都记录在工程项目DItem定义的双向链表pDraw中，元件及导线并没有按照有序表的形式存储，因此，在本课题中采用顺序查找捍+l的算法进行查找。假设表的长度为刀，那么成功查找到对象的平均查找长度为2。虽然顺序查找的缺点是查找效率低，但顺序查找的优点是算法简单，对表的结构无任何要求，并且记录之间并不用按关键字有序的方式存储。在本课题中，电气设计中产生的元件及导线数量并不是很多，因此适合采用顺序查找的方法查找元件或导线。5．5．2元件及导线查找操作碧==《≥7．：堡星：。l7乙一。墨塑⋯ii0≈t镕，”⋯，，，，，’口一io^∥十⋯v、船”q7和*o#图5．16元件及连线的查找Fig．5．16theFindingofcomponentandline在本课题中，元件查找以元件代号或者元件名称为关键字，而导线的查找以导线的线号为关键字。点击菜单栏中“查找”按钮或点击工具栏中“查找”按钮，弹出如图5．16对话框，选择查找选项，具体操作如下：(1)元件的查找操作 电气CAD系统的研究与实现在元件种类中输入所需要查找的元件代号或名称，点击“查找”按钮，系统即会自动查找元件，如果查找到元件，系统就将该元件的代号、名称和地址显示在元件列表中；如果需要打开该元件所在的图纸，双击查找到的元件或者选中查找的元件，点击“确定”按钮，系统会自动打开该元件所在图纸。(2)导线的查找设计在线号中输入所需要查找的导线线号，点击“查找”按钮，系统会自动查找导线，如果查找到导线，系统会将该元件的线号和地址显示在导线列表中；如果需要打开该元件所在的图纸，双击查找到的导线或者选中查找的导线，点击“确定”按钮，系统会自动打开该导线所在图纸。 大连理工大学硕士学位论文6结论本课题是基于Jhcad2003二维绘图软件系统，在Window平台上以VisualC++为开发工具，运用面向对象技术、计算机智能技术、计算机图形学等，开发并实现了Jhcad2003软件系统下的电气CAD软件系统。在课题研究以及论文写作过程中，阅读了大量中外文献，并借鉴了许多前人的工作成果，较为圆满地完成了课题的目标。主要完成工作如下：1、电气元件符号库的建立通过分析电气元件以及国内电气符号图形制图已经标准化的特点，建立了开放的电气元件符号库，提供了完善的符号库的建库方式，用户可以根据自己的需要定制、扩充元件符号库，实现电气元件符号的查询、添加、删除、绘制、编辑等功能。2、电气CAD软件系统的集成化设计分析电气设计流程以及电气CAD软件系统结构，并根据电气设计是基于工程管理、文件设计管理的模式，提出了电气设计集成管理的概念，设计了集成管理的工程项目。通过工程项目的管理，实现对电气设计过程中的数据信息的集成管理以便于信息在不同设计阶段的流通，提高电气设计的效率，有利于进行电气设计、生成的衔接和管理的延续性。3，电路网络拓扑图的设计在电气设计中，电气原理图是电气设计的基础，需要为以后位置图和接线图提高各种电气信息以及元件之间的接线关系，因此，根据原理图的特点，设计了电路网络拓扑图及其数据结构和基本算法，以有利于电气设计在不同设计阶段的数据一致性和独立性。4、基于工程项目集成管理实现原理图设计功能在工程项目集成管理下，可以方便地生成元件明细表、电气元件种类代号的自动标注、线号自动标注以及电气和连线的查找。经过程序编制，调试和反复测试，证实该程序成功地实现了上述功能，验证了其方法的正确性与实用性。经过多年的发展，电气CAD软件系统已经取得了很大的进步，对提高电气设计的效率、降低企业成本起到了很大的作用。本课题也围绕CAD技术在电气设计中的应用，进行了一些研究和试验，并取得了一定的成果，但是，由于时间关系和认识水平的不足，系统还将在下面的几个方面有待进一步的发展： 电气CAD系统的研究与实现(1)进一步建立电气元件库本课题中，通过将图纸中绘制的电气元件符号增加电气属性的方法来实现电气元件的生成，但是，电气元件有一定的标准性，因此，应根据电气设计的特点建立电气元件库，以提高电气设计的效率。(2)采用数据库技术管理电气元件本课题基于数据文件的形式，将电气元件的属性存储在图纸中，并通过设计的工程项目集成管理电气元件，每次都需要处理所有的图纸以读取电气元件信息，大大降低计算机运行的速度。采用数据库技术来管理电气元件，可以避免处理所有的图纸来提取电气元件信息。(3)基于Web的电气元件信息发布及自动获取通过此功能，电气元器件生产厂家可将最新元器件(如继电器、按钮、PLC等)信息发布到互联网，而成套厂家则能通过软件自动获取、引用最新产品资料、图形，从而方便上、下游单位之间信息交流及数据交换。(4)进一步完善CAD系统的集成设计虽然，本课题已经进行了一些集成的CAD设计，但是，这还远远没有达到理想的地步，因此，需要进一步完善CAD系统，从而能够完成电气设计的管理以及在不同阶段数据信息的流通等。(5)协同、互动设计当用户对某张图中一部分进行修改后，项目图纸中其他相关部分可以自动进行更新，或自动提示用户更新。项目中其他人对图纸进行变更后，系统对所影响到的别的用户的图纸自动进行变动或提示用户进行变动。(6)采用全自动批处理技术一台机器尤其是功能完备的装备，～般其电气设计图纸少则几张多则几十张，而程序一般只能在一个图形过程中执行，但是电气设计几十张图都有相互联系，要想全部提取每张图纸的信息，如果依靠人工一张一张的打开，一张一张的执行提取程序，既繁琐又费时，工作效率低，．为此采用批处理技术功能，通过采用批处理文件，整个过程不需人工参与，这是处理大批量图纸的有效方法。随着知识经济的到来，信息技术的不断深入，以往保护民族工业的许多贸易壁垒将被逐渐拆除，国内企业的竞争意识己越来越强。电气CAD技术可以缩短电气设计设计和开发周期，大大加快电气设计的速度，无疑会有助于增强企业的竞争力。计算机硬件技术及软件技术、计算机图形学技术的不断发展，为电气CAD技术提供了必要的条件。因此，电气CAD技术必有更好、更广的发展，必将有着不可估量的发展前景。 大连理工大学硕士学位论文参考文献[1]项目．高华机械CAD／cA^l集成系统．北京：清华大学计算机科学与技术系，2004．[2】何利民，尹全英．电气制图与读图[x]．机械工业出版社．[3]王晋生．2002年版标准电气制图[TM]．北京：中国电力出版社，2003．[4]阮扔忠．怎样看电气图[TM]．福建：福建科学技术出版社，2005．【5]faithteHl．浅谈国外电气设计软件．中华工控网，2004．[6]编委会．电气系统CAD实用手册．延边大学出版社，2003．[7]陈宗舜，吴春燕．机械产品设计中的电气CAD系统[J]．嘉工机电网，2005．6．Is]DieterRoller．AdvancedMethodsforParametricDesignGeometricModelingforproductengineer，1990．[10]全国电气信息结构、文件编制和图形符号标准化技术委员．新编电气图形符号标准手册．中国标准出版社，2005，7．[11]RonaldJNorman．Object—orientedsystemanalysisanddesign．Prentice—hallInternational，Inc。2000：32-35．[12]华顺刚，高洪光等．机车电气元件智能库环境研究．内燃机车，2000，11：29—31．[13]计春雷，费宏惠．AutoCAD中电气元件库的创建及开发．上海电机技术高等专科学校学报，2000，6(2)：32—36．[14]张英，饶克勤．计算机辅助设计中电子电气元件图库的建立．信息技术与信息化，2004，5：54--56．【15】王伟军，黄杰等．信息管理集成的研究与应用探讨．情报学报，2003，5：526--531．[16]海峰．管理集成的基本范畴．系统辨证学学报，2000，04=44--48．[17]张晓东，张伟．PDM企业信息集成的有效镱略．家电科技，1999，2：20—21．[18]NickIntegratingCADtoolsintoaframeworkenvironmentusingaflexibleandadaptableproceduralinterfaceInProcEURO-DAC’94EuropeDesignAutomationConferencewithEURo_vHDL’94Grenoble。France．1994：200-205．[19]耿英三．基于C／S结构的电器工厂旆工设计CAD系统的研究．西安：计算机工程与应用，2001，24：157—158．[20]ZhangJiqiangJGangYingsan，ChenDegui．ResearchOnCADSoftwareforElectricalEquipmentNanyangTechnologicalUniversity．Proc．ofIPEc一99ConferenceY01．2Signapore：PhotoplatesPTELtd，1999．470—474．[2l】DoladoJJ．Avalidationofthecomponent—basedMethodforsoftwareSizeEstimation[J]．IEEETranslationsonsoftwareengineerin已2000，26(10)：1005—1021．[22]褚兴军，范玉青，武剑．面向对象的产品数据管理框架和数据组织．计算机辅助设计与图形学学报，1999，11(6)：567—571．一55． 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大连理工大学硕士学位论文攻读硕士学位期间发表学术论文情况1．刘铁、张应中，罗晓芳．电气CAD集成设计方案的设计与实现．大连理工大学网络学刊(大连理工大学，不是SCI、EI检索期刊)．(属学位论文第一、三、五章) 电气CAD系统的研究与实现致谢本文是在导师罗晓芳副教授、张应中副教授的悉心指导下完成的，文章的字里行间都饱含着导师的心血。两年多来，恩师在生活上学习上给予了极大的帮助，传授给我许多科学知识和做人的道理。恩师严谨认真的治学态度，渊博的学识和缜密敏锐的思维，不仅使我在研究生学习期间受益匪浅，也将成为我步入工作岗位后继续学习的榜样。在此，谨向培养、帮助我的导师致以诚挚的谢意l衷心感谢教研室的师兄刘家仓、施会宾、王玉峰、王晓军以及师弟祝连义、徐纲、张明军、师妹杨晓镇等同学，在紧张的学习之余，为教研室刨造了一个轻松活泼的氛围，使我度过了一段美好的时光。感谢我的朋友孙纲、刘亮、邱扬英、王敏、辛宏彦等，他们在学习上给予我勉励，在生活中给予我关心和帮助。同时也感谢我的朋友张新、吴中航、高怀锋，王淑华、肖香彬等同学朋友对我的帮助和支持。谨以本文献给我的父母、姐姐和妹妹以及我的亲属!他们是我积极进取、永不放弃的动力，感谢他们在任何时刻都给予我无徽不至的关怀、支持和鼓励。最后，衷心感谢所有在硕士学习期间给予我帮助和支持的师长和朋友们。