参数化设计方法在煤矿辅助绘图中的应用研究.pdf

参数化设计方法在煤矿辅助绘图中的应用研究 河南理工大学能源科学与工程学院孔凡德康全玉 郑州煤炭设计研究院习桂娟张应 摘要应用参数化设计方法对A u t o C A D进行二次开发使煤矿计算机辅助绘图更能适应复杂矿图的 编绘工作“本文根据采掘作业规程经常使用的柱状图为例说明参数化设计方法在煤矿计算机辅助绘图中 的实现途径 关键词计算机辅助绘图参数化设计方法V i s u a l L I S P A u t o C A D二次开发 随着计算机的迅速普及和各种高档次软件的不断推出 煤矿在计算机方面的应用逐渐增多但是同其它行业相比煤 矿在计算机方面的应用却显得比较落后 目前各个设计单位 和煤矿企业 普遍使用C A D进行采矿图形的设计与绘制但 是大量的图形的绘制还是通过工程技术人员通过鼠标在电脑 上一步一步的画出来 这样成图效率不是太高图形规范也不 是非常标准 因此利用A u t o C A D进行二次开发使用参数化 设计方法能够提高成图效率和图形规范 1参数化设计方法的含义及其作用机制 1 . 1参数化设计方法的含义 参数化设计一般是指设计对象的结构形状比较定型可 以用一组参数来约定尺寸类型关系 参数的求解较简单并 且与设计对象的控制尺寸有显式的对应 设计结果的修改受 到参数尺寸的驱动 传统的C A D绘图软件都用固定的尺寸 值定义几何元素输入的每一条线都有确定的位置 要想修改 图面内容只有删除原有线条后重画 由于矿图的复杂性采 用传统方式工作量较大且繁琐 解决问题的关键是在C A D系 统中开发一组参数化设计模块使所设计的图形能随着内容 结构比例和使用环境的变化而自动修改 这样便赋予图件 编绘子系统具有更大的灵活性 1 . 2参数化设计方法作用机制 作为计算机绘图系统的重要组成部分 矿图机助编绘子 系统是在通用C A D平台上,利用二次开发语言进行应用程序 开发的 由于其开发环境与系统结构特殊要在系统中加入参 数化方法 必须了解整个应用程序开发的全局特性和用户应 用需求确定该方法在其中的作用方式与区域 在图件编绘程 序的通用开发框架中参数化设计方法作为方法库中的一员 可贯穿整个设计过程 它使C A D系统的人机交互编辑修改 功能得到了充分的体现 可以让用户在整个工作过程中不断 优化设计成果 2参数化二维图形的组成 用同样的基本几何元素可通过不同的结构约束和尺寸约 束形成基于不同约束的二维图形 因此在参数化设计中,组成 二维图形的要素不仅仅是基本几何元素 还应该包括图形结 构约束和尺寸约束 2 . 1基本几何元素 包含点线段圆圆弧多段线多边形文字等图形要 素 其中每一个基本几何元素都包含一个或一个以上的特征 点例如圆以圆心点为其特征点而线段以起点和终点作为其 特征点这些特征点是定义二维图形拓扑结构的重要基础 2 . 2图形结构约束 包括非关系约束和关系约束 是构成二维图形基本几何 元素之间关系的集合 其中非关系约束包括自身铅直自身水 平等特定约束“而关系约束则包括平行约束垂直约束共线 约束相切约束同心约束和对称约束等 关系约束在实际操 作时有主体与从体之分从体随主体的变化而变化但出图时 这种主从关系就没有意义了 结构约束决定图形结构,它表达 图形元素之间的连接关系以及相互位置关系 2 . 3尺寸约束 分为关系尺寸约束和非关系尺寸约束 用于描述几何元 素的大小及几何元素之间相对位置大小 关系尺寸约束包括 两平行线之间的距离两直线间的夹角定位尺寸等“非关系 尺寸约束有直线长度圆的直径圆弧的半径等 正是相同的 基本几何元素基于不同的结构约束和尺寸约束 带来了丰富 多彩的设计方案和系列化的设计成果 下面结合煤矿的地层柱状图来具体说明参数设计方法在 计算机辅助绘图的应用 3参数化设计方法设计煤系柱状图 煤系地层柱状图是反映纵向系列沉积特征的图件见图1 是用统一的图例符号配合简练的文字说明按照研究地区所 有出露地层单位的新老叠置关系 恢复成水平状态后所切出 煤矿现代化2 0 0 6年第3期总第7 2期 灰黑色厚层状砂质泥岩 顶部砂量较多有白云目 片和植物化石 图1某矿井井田地层柱状图 界 系 统 群 地层系统累计厚 度 m 分层厚 度 m 岩性柱状 12 0 0 煤层及标 志层名 岩性描述备注 新 生 界 第 四 系 第 三 系 全 新 统 上 更 新 统 全 新 下 统 上 新 统 太 原 组 1 0 1 0 2 5 1 5 3 05 3 3 . 8 3 . 8 4 8 . 8 1 5 5 1 . 2 8 2 . 4 8 细砂岩 泥质 砂岩 煤 粗粒 砂岩 砂质 泥岩 泥岩 灰色细砂岩稳定性较差 为砂土及砂砾层互层土 质松散砾石不胶接砾石 以砂岩泥岩为主砂土及 砂砾层 中低灰低硫低磷高发 热量的优质无烟煤 灰黑色粗粒砂岩以石英 为主长石次之含有少量 白云母及黑色矿物胶结 坚硬分选性好 黑色泥岩质软含植物化 石相变为砂质泥岩 郑煤集团芦沟煤矿矿井综合柱状图12 0 0 “ 的一个具有代表性的图形 根据参数化设计方法“我们需要知 道下面参数才能把煤系柱状图所反映的地层关系很好的表示 于图上绘图比例尺地层单位岩性柱状地层厚度岩性描 述煤层及标志层名等 3 . 1定义柱状图模板形式 模板相当于手工绘图时的底图“ 它首先决定了柱状图的 基本格式“如图头内容的编排方式图体的分栏数目及其编排 次序等另外也决定了柱状图中固定不变的项目“例如各个分 栏的标题及名称等 因此“编写绘制柱状图的程序之前“必须 首先确定柱状图的模板形式 图1就是柱状图的模板结构形 式 从图1可以看出“柱状图的内容分为两大部分“即图头和 柱体内容两部分图中表头中除了绘图比例尺和矿是变化 的“别的都是不变的“因此“把图头变化的部分设置成对话框 形式图2“这样就可以解决表头变化部分“这是通过参数化来 实现的 柱体内容又分为地层系统累计厚度分层厚度岩性 柱状煤层及标志层岩性描述和备注“这七部分全部是变化 的“根据参数化设计方法我们把这七部分都设置成参数“利用 参数来控制其最终形成柱状图 图2柱状图参数对话框 3 . 2柱状图参数组织 柱体要形成必须需要前面提到的七个部分的变量满足一 定条件“ 因此设计和组织这七个部分的变量是使用参数化设 计方法绘制柱状图的关键 我们从模板图纸可以看出“地层系 统又分界系统和群/组这四个部分“这样就形成了需要十个 参数的变量“由于这些变量在形成一个柱状图多次改变“也就 是参数变化很快“ 我们不可能像图头中的变量那样来设置成 图1 - 2那样的对话框来进行组织这些变量“ 我们必须采用别 的方法来组织我们的变量“ 我们考虑采用组织数据结构来进 行组织变量 我们再来分析煤系地层柱状图“通过分析我们了 解到在绘制煤系地层柱状图时“ 柱状图的大小主要取决于岩 性柱状的结构和尺寸 因此如何围绕岩性柱状描述和组织柱 状图的数据文件是正确绘图的关键 岩性柱状是按照 界名’ 进行分层“每一个 界’ 中包含着若干个 系’ “每一个 系’ 中包含着若干个 统’ “每一个 统’ 中包含着若干个 群/ 组’ “而每一个 群/组’ 中又包含着若干个标志层 由以上分 析可以知道“地层结果是个嵌套的数据结构 因此“在组织数 据时“必须在每一层的顶部设置标志“用特定的符号来标注 本程序设计采用A u t o C A D自带的V i s u a l L I S P语言来实现“考 虑到L I S P语言的特点“ 我们组织煤系地层柱状图的数据文件 如下 * * * *界名1 * * *系名1 * *统名1 *群/组名1 分层厚度1 1 岩性符号1 1’ 岩性描述1 1’ 煤层及 标志层1 1’ ** 分层厚度1 n 岩性符号1 n’ 岩性描述1 n’ 煤层及 标志层1 n’ *群/组名2 分层厚度2 1 岩性符号2 1’ 岩性描述2 1’ 煤层及 标志层2 1’ ** 分层厚度2 n 岩性符号2 n’ 岩性描述2 n’ 煤层及 标志层2 n’ ** * * *系名n * *统名1 *群/组名1 ** 在编辑数据文件时“应注意文件中不能有空行“每一行开 头不能有空格 其中岩性符号采用自定义的填充图形来进行 填充 下面就是形成图1所示的柱状图数据文件 * * * *新生界 * * *第四系 * *全新统 1 0x l s y’ 灰色细砂岩“稳定性较差’ 细砂岩’ * *上更新统 1 5n z s y’ 为砂土及砂砾层互层“土质松散“砾石不胶 接“砾石以砂岩泥岩为主砂土及砂砾层,砂土及砂砾层,砂土 及砂砾层’ 泥质砂岩’ * * *第三系 * *全新下统 5m’ 中低灰“低硫“低磷“高发热量的优质无烟煤’ 煤’ 3 . 8c l s y’ 灰黑色粗粒砂岩“以石英为主“长石次之“含 有少量白云母及黑色矿物“胶结坚硬“分选性好’ 粗粒砂 岩’ * *上新统 1 5s z n y’ 灰黑色厚层状砂质泥岩“顶部砂量较多“有 白云目片和植物化石’ 砂质泥岩’ *太原组 2 . 4 8n y’ 黑色泥岩“质软“含植物化石“相变为砂质泥 岩’ 泥岩’ 4结论 在参数化设计中“ 组成二维图形的要素包括基本几何元 素图形结构约束和尺寸约束 图形元素间始终要保持拓扑关 系的关联“图形元素与图形尺寸间也始终保持相关联 尺寸约 束模型的建立首先要确定图形的参照点“ 并以其为基准定位 点,建立各尺寸链 尺寸驱动要通过特征点逐个驱动各几何元 素 参数化设计技术能够保存图形拓扑信息和参数约束信 息“用约束来描述产品的形状特征“通过改变约束来获取不同 设计方案“是初始设计多方案比较的有效手段 因此“在绘制 煤矿图件是可以利用参数化设计方法来提高绘图效率和规范 化“使C A D软件在煤矿设计中得到充分的利用 收稿日期2 0 0 5 - 1 1 - 3 煤矿现代化2 0 0 6年第3期总第7 2期 “