吳 兵

（陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西咸陽712000）

CAD技術(shù)以其獨(dú)特優(yōu)勢在很多設(shè)計(jì)行業(yè)備受青睞。工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)也不例外，將此技術(shù)應(yīng)用到工業(yè)爐設(shè)計(jì)中，不僅可以提高設(shè)計(jì)效率與水平，在保證質(zhì)量的基礎(chǔ)上，還能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)規(guī)范化建設(shè)。但是，因?yàn)楣I(yè)爐設(shè)計(jì)并不具備既定標(biāo)準(zhǔn)，缺乏統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)規(guī)范，在設(shè)計(jì)的時(shí)候，存在較大的隨意性，再加上起步晚，發(fā)展緩慢，導(dǎo)致工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度增大，進(jìn)而造成綜合水平相對偏低。然而，工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要突出在三維造型與實(shí)體著色等方面，其中，三維造型設(shè)計(jì)通過重現(xiàn)構(gòu)思過程，進(jìn)行簡化和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。三維實(shí)體中的信息太過豐富多元化，能夠隨意進(jìn)行剖析，以此明顯提升了設(shè)計(jì)水平和效率。通過對工業(yè)爐三維實(shí)體的用料與質(zhì)量屬性進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，能夠?yàn)楣こ填A(yù)算和校核奠定良好基礎(chǔ)條件。同時(shí)，還可以詳細(xì)檢查工業(yè)爐空氣管道、鋼結(jié)構(gòu)等空間性部位，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)其中的碰撞痕跡，有效解決平面設(shè)計(jì)難題。而工業(yè)爐和環(huán)境著色則需要構(gòu)建光照模型，將工業(yè)爐設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變成為色彩鮮艷的立體幻境，從而使得設(shè)計(jì)質(zhì)量得到有效提升[1]。

1 工業(yè)爐CAD繪圖軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想與原則

1.1 設(shè)計(jì)思想

由于工業(yè)爐設(shè)計(jì)具有一定的復(fù)雜性，想要一次性完成工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度比較大。而且為了保證成果能夠?qū)崿F(xiàn)高效應(yīng)用，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)按照全面詳細(xì)規(guī)劃、階段性實(shí)施、逐漸彌補(bǔ)、不斷完善的流程開展，先針對普遍性圖形元素進(jìn)行通用型軟件包設(shè)計(jì)，再進(jìn)行專用型軟件包設(shè)計(jì)，以此形成不同類型軟件包。在進(jìn)行軟件包設(shè)計(jì)時(shí)，構(gòu)建圖形庫、數(shù)據(jù)庫以及函數(shù)庫等，逐漸健全，最后形成完整的工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)。因?yàn)楣I(yè)爐是非標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備，缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，單純構(gòu)建圖形庫根本無法滿足繪圖需求。所以，在設(shè)計(jì)軟件的時(shí)候，應(yīng)基于LISP程序，構(gòu)建函數(shù)庫。在繪圖的時(shí)候，從函數(shù)庫中調(diào)用圖形函數(shù)，輸入相關(guān)參數(shù)，以此繪制圖形。為了方便輸入漢字，以及直觀利用軟件，工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)在保留既有軟件包性能的同時(shí)，適當(dāng)增加了工業(yè)爐專用軟件功能，這樣一來，使用起來將會更加便捷和靈活[2]。另外，在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)合理利用CAD菜單機(jī)制，科學(xué)組織下拉、屏幕、圖像等菜單，把專業(yè)軟件包中的圖形函數(shù)編成菜單文件，有機(jī)結(jié)合系統(tǒng)菜單，從而重構(gòu)成全新的專業(yè)菜單，用戶只需要根據(jù)屏幕具體提示，依據(jù)相關(guān)內(nèi)容，及時(shí)輸入?yún)?shù)，并完成操作即可。

1.2 設(shè)計(jì)原則

1.2.1 交互性

工業(yè)爐圖形都十分繁雜，在進(jìn)行可以滿足多種工業(yè)爐類型新要求并一次性出圖的參數(shù)化軟件設(shè)計(jì)時(shí)，難度非常大。其中，推鋼式連續(xù)加熱爐主視圖的尺寸數(shù)據(jù)就有上百個(gè)，而且數(shù)據(jù)聯(lián)系并不緊密，無法提前一次性輸入，需要在繪圖時(shí)加以明確，所以，只能在繪圖時(shí)，利用交互對話的方式一一確定。而規(guī)范化構(gòu)建則可以利用參數(shù)化方式加以繪制。

1.2.2 開放性

因?yàn)楣I(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)巨大的工程，各項(xiàng)工作太繁瑣，單獨(dú)完成任務(wù)是不可能的。而為了方便設(shè)計(jì)者使用，必須遵守開放性原則，公開所有相關(guān)文件信息，以助于后續(xù)設(shè)計(jì)人員加以修補(bǔ)與完善。

1.2.3 便捷性

在工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，還需要對設(shè)計(jì)人員的實(shí)際情況進(jìn)行綜合考慮，確保操作流程簡單。設(shè)計(jì)人員不需要太過記憶，以便于可以通過鼠標(biāo)，在下拉、屏幕、圖標(biāo)等菜單上進(jìn)行命令調(diào)用，以此熟練掌握利用此系統(tǒng)進(jìn)行繪圖。

1.2.4 實(shí)用性

就連續(xù)式加熱爐的機(jī)構(gòu)特性而言，對于規(guī)范性構(gòu)件，可以通過設(shè)計(jì)繪圖程序與數(shù)據(jù)文件，實(shí)現(xiàn)動態(tài)性存儲。而不規(guī)范構(gòu)件則應(yīng)利用預(yù)先制圖塊，然后作為參考插入的方式進(jìn)行主圖繪制。在工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)中，還需要適當(dāng)添加一些必要的輔助程序，以保證系統(tǒng)的實(shí)用性，節(jié)約時(shí)間與成本，進(jìn)一步滿足設(shè)計(jì)多元化需求[3]。

圖1 工業(yè)爐CAD系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2 工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)與程序設(shè)計(jì)

工業(yè)爐CAD系統(tǒng)主要包含四大部分，數(shù)據(jù)庫、計(jì)算程序包、繪圖程序包、接口。其中，系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)庫，通過接口支持應(yīng)用程序包與繪圖程序包，并通過接口實(shí)現(xiàn)其他部分間的數(shù)據(jù)信息通信，促使CAD系統(tǒng)綜合數(shù)據(jù)庫、設(shè)計(jì)計(jì)算、自動繪圖實(shí)現(xiàn)一體化。此系統(tǒng)主要利用模塊化程序設(shè)計(jì)思路，各模塊以數(shù)據(jù)庫和統(tǒng)一管理的多層菜單系統(tǒng)為載體加以驅(qū)動[4]。工業(yè)爐CAD系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)具體如圖1所示。

繪圖程序包設(shè)計(jì)主要是利用模塊化組合模式，應(yīng)用程序包進(jìn)一步確定設(shè)計(jì)方案，并基于數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，進(jìn)行水管系統(tǒng)圖自動化繪制，然后校核。利用人機(jī)對話系統(tǒng)，能夠提高設(shè)計(jì)方案與結(jié)構(gòu)的便捷性。以水管系統(tǒng)圖為依據(jù)，利用人機(jī)交互方式與模塊互組合方式實(shí)現(xiàn)總圖的繪制。通過軟件包進(jìn)行繪圖，可以大大提高設(shè)計(jì)效率與水平，還可以保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性與生動性，進(jìn)而保障設(shè)計(jì)方案的靈活性和可靠性，有效減少設(shè)計(jì)人員的工作強(qiáng)度，確保設(shè)計(jì)更健全，是設(shè)計(jì)人員工作的最佳輔助工具。首先，水管系統(tǒng)圖通過Auto lisp語言實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化程度設(shè)計(jì)。計(jì)算程序包進(jìn)一步明確數(shù)據(jù)自動化生產(chǎn)系統(tǒng)圖，滿足要求則繼續(xù)，不滿足則準(zhǔn)確修改相關(guān)參數(shù)，然后再計(jì)算，直到滿足要求。在此過程中，不需直接接觸CAD圖形編輯器，這就為不了解和不熟悉CAD的設(shè)計(jì)人員提供了方便。而參數(shù)化所繪制的圖也可以稱之為動態(tài)塊。就工業(yè)爐專業(yè)繪圖需求為依據(jù)，進(jìn)行靜態(tài)塊繪制，即工業(yè)爐本體標(biāo)準(zhǔn)元件，例如人、手孔裝置、爐門、爐排、閥門等等，實(shí)現(xiàn)了大多數(shù)繪圖的靜態(tài)塊與動態(tài)塊相結(jié)合。同時(shí)，還需將靜態(tài)塊納入菜單中去，借助既有繪圖軟件CAD，對工業(yè)爐外圍結(jié)構(gòu)，構(gòu)建符號庫與圖形，實(shí)現(xiàn)積木式繪圖，以此節(jié)約時(shí)間與成本，提高效率與質(zhì)量。

根據(jù)具體情況修改CAD菜單，促使其全部利用漢字界面，其中各項(xiàng)依據(jù)繪圖需求適當(dāng)增加或減少，完全利用專業(yè)術(shù)語。將Auto lisp編碼添加到菜單中，這主要是由于Auto lisp語言具有一定的解釋性，程序在讀取的同時(shí)執(zhí)行，這樣一來，能夠減少程序裝入時(shí)間，提高程序運(yùn)行效率和速度。實(shí)現(xiàn)Auto lisp語言和計(jì)算程序包其他語言的接口，有機(jī)聯(lián)系計(jì)算與繪圖，從而為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)人工智能奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。通過高級語言進(jìn)行詳細(xì)分析與計(jì)算，以數(shù)據(jù)庫為載體存儲并管理數(shù)據(jù)信息，基于圖形編輯軟件CAD生成、顯示、輸出圖形，通過Auto lisp語言進(jìn)行交互式和特殊圖形處理，以此充分發(fā)揮自身優(yōu)勢，組合成功能性強(qiáng)大的綜合CAD系統(tǒng)[5]。

3 工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，即CAD繪圖系統(tǒng)在工業(yè)爐中的有效應(yīng)用具體如圖2所示[6]。

圖2 CAD工業(yè)爐實(shí)現(xiàn)流程

3.1 爐排設(shè)計(jì)

一般情況，爐排主要選用鑄鐵作為材料，在加工的時(shí)候，無法確保排面的平直性，很容易發(fā)生彎曲，也不能保障質(zhì)量，所以利用兩個(gè)鑄鐵爐排，中間進(jìn)行強(qiáng)化密封。兩大爐排主要采用一套驅(qū)動裝置，以使得爐排燃燒工況始終同步且穩(wěn)定，而且控制難度較小，從而保證工業(yè)爐效率與質(zhì)量。在工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)中，進(jìn)行爐排繪制比較方便，只需要20s便可以快速完成。

3.2 爐排配風(fēng)

工業(yè)爐并未利用導(dǎo)流均風(fēng)裝置，而是通過引進(jìn)多年運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，通過適當(dāng)降低進(jìn)風(fēng)動壓，并縮小爐排之間的縫隙，擴(kuò)大風(fēng)室靜壓壓力等方式，有效解決了爐排橫向配風(fēng)設(shè)計(jì)問題。這樣一來，動壓與靜壓的比值縮小，在很大程度上降低了動壓對橫向配風(fēng)不均勻的影響[7]。

3.3 爐膛設(shè)計(jì)

為了保證工業(yè)爐運(yùn)行的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，合理布置爐膛結(jié)構(gòu)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。爐膛出口的排煙溫度直接影響著燃燒的穩(wěn)定性，因此，在進(jìn)行爐膛設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先適當(dāng)提升爐膛出口排煙溫度，以保證火焰均溫的提高，使得大量揮發(fā)酚能夠快速燃燒殆盡，強(qiáng)化爐拱對新煤的輻射作用。為了促使煙氣能夠充分燃燒，以及爐膛始終處于高溫狀態(tài)，在爐膛后布置燃盡室，以此延長燃料的燃燒時(shí)間，這樣一來就能夠促使燃料充分燃燒，實(shí)現(xiàn)熱量的最大程度釋放[8]。

3.4 爐拱設(shè)計(jì)

爐拱布置的科學(xué)性與合理性關(guān)鍵在于前后拱之間的配合是否可以組織良好的空氣動力工況。工業(yè)爐的前拱與后拱之間的積極配合，直接強(qiáng)化了工業(yè)爐對不同煤種的適應(yīng)，而且基于兩者喉口，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)爐內(nèi)部煙氣的擾動混合，減少了配風(fēng)不恰當(dāng)所導(dǎo)致的損失與飛灰相互分離。

3.5 省煤器設(shè)計(jì)

工業(yè)爐省煤器設(shè)計(jì)主要目的是避免尾部受熱面發(fā)生腐蝕。由于工業(yè)爐運(yùn)行過程中，停爐之后一旦啟用，回水溫度大約在20～30℃，供水溫度難以在短期內(nèi)回升，以此導(dǎo)致省煤器水管壁面溫度相對較低，一般會明顯比煙氣水蒸氣露點(diǎn)低，這時(shí)水蒸氣則會凝結(jié)成為水滴，煙氣中三氧化硫與水滴相結(jié)合，演變成硫酸。這時(shí)必須安裝省煤器，否則硫酸依附在對流管束低溫段，會直接腐蝕管壁，對管束壽命造成影響。而安裝省煤器不僅可以避免對流管束壁溫比煙氣水蒸氣露點(diǎn)溫度高時(shí)，造成管壁腐蝕，還會在一定程度延長工業(yè)爐的使用壽命。省煤器繪制利用工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)的繪制功能，既便捷快速，又有效，能夠很好地實(shí)現(xiàn)功能預(yù)期目標(biāo)，以此節(jié)約時(shí)間與成本[9-10]。

4 結(jié)論

總之，工業(yè)爐CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括兩部分，即計(jì)算與繪圖，這兩部分的工作量都比較大，設(shè)計(jì)周期長。長時(shí)間以來，工業(yè)爐設(shè)計(jì)人員都期待基于計(jì)算機(jī)的輔助，以在提高設(shè)計(jì)效率和水平的基礎(chǔ)上，縮短工作周期，保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。而CAD技術(shù)具有高效、準(zhǔn)確性高等特性，利用此技術(shù)進(jìn)行工業(yè)爐設(shè)計(jì)，不僅可以保證設(shè)計(jì)方案的科學(xué)合理性，還可以保證工業(yè)爐的整體質(zhì)量。因此，CAD繪圖技術(shù)在工業(yè)爐設(shè)計(jì)中的應(yīng)用越來越廣泛，在很大程度上適應(yīng)了工業(yè)爐設(shè)計(jì)的節(jié)能環(huán)保要求。本文通過構(gòu)建工業(yè)爐CAD繪圖系統(tǒng)與實(shí)踐應(yīng)用，結(jié)果表明此系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值十分突出，具有良好的發(fā)展前景。