計算機輔助設計和輔助分析在干式變壓器設計中

1.前言：我公司從法TRANSFIX公司引進(jìn)的h級絕緣“segmer”干式變壓器技術(shù)，由于其結構簡(jiǎn)單、標準化，非常便于開(kāi)發(fā)系統化、高度自動(dòng)化的CAD應用軟件。計算機輔助設計中CAD的真正精神是將人腦和計算機的優(yōu)勢有機結合，完成人腦或計算機單先無(wú)法完成的復雜設計。正是由于高度自動(dòng)化的CAD需求和日益激烈的市場(chǎng)競爭壓力，作者經(jīng)過(guò)多年的探索，編制了一套完整的干式變壓器CAD應用軟件。該軟件包括三個(gè)部分：干式變壓器自動(dòng)電磁優(yōu)化設計應用軟件、自動(dòng)參數化繪圖應用軟件和數據文件維護軟件。這三個(gè)主要的應用程序可以作為單先的軟件運行，或者它們可以一起工作——集成到一個(gè)軟件包中。該系統還可用于干式變壓器各種參數的計算機輔助分析。這對提高設計部門(mén)的開(kāi)發(fā)能力，提高設計質(zhì)量，降低制造成本，提高市場(chǎng)反應能力將起到積極的作用。利用本文介紹的思路，還可以為其他干式變壓器編寫(xiě)高度自動(dòng)化的CAD應用軟件，本文不再贅述。本文所有的應用軟件都是用VisualC 6.0編寫(xiě)的，自動(dòng)參數化繪圖應用軟件也是用autoCAD2000中VisualC 6.0的二次開(kāi)發(fā)平臺ObjectARX2000編寫(xiě)的，使得VisualC和autoCAD完美結合。本文將簡(jiǎn)要介紹這一綜合應用實(shí)例的基本原理。2.總體系統框架的基本組成原理系統結構原理如圖1所示。整個(gè)系統包括電磁設計、自動(dòng)參數化繪圖、數據文件維護、人工或計算機輔助分析CAM等。各部分可以通過(guò)結構指針或數據文件相互通信，使整個(gè)系統可以跨平臺協(xié)同工作，所有程序都可以嵌入到autoCAD2000中運行。3.干式變壓器自動(dòng)電磁優(yōu)化設計應用軟件的基本組成原理。在編寫(xiě)干式變壓器電磁優(yōu)化設計應用軟件時(shí)，必須充分考慮軟件不僅要滿(mǎn)足優(yōu)化設計和人工或計算機輔助分析的功能，還要滿(mǎn)足操作簡(jiǎn)單、運行可靠、升級維護方便等要求。電磁優(yōu)化設計軟件界面見(jiàn)圖2。因此，在編寫(xiě)程序時(shí)，由于產(chǎn)品更新或結構變化而可能導致程序結構調整的數據被打包到不同的數據文件中，并且這些數據文件通過(guò)所附的程序段來(lái)維護。換句話(huà)說(shuō)，電磁設計的算法與硅鋼片磁化特性數據、銅箔數據、扁線(xiàn)數據、經(jīng)驗系數、嵌入參數等外部數據完全隔離。一方面可以使軟件的維護和升級變得非常容易，甚至那些根本不懂計算機編程的人也可以方便地自己升級軟件；另一方面，它可以為計算機輔助分析后得到的結果提供一個(gè)接口，使整個(gè)系統能夠成功完成完整的反饋過(guò)程，自動(dòng)電磁優(yōu)化設計可以隨時(shí)真實(shí)地模擬真實(shí)產(chǎn)品。電磁優(yōu)化設計的算法采用傳統的窮舉法。計算機讀取各種外部數據后，逐一試算，然后以銅鐵成本較低為目標函數，通過(guò)冒泡法動(dòng)態(tài)保留成本較低的前300個(gè)設計方案[2]。當程序運行時(shí)，成本較低的前300個(gè)設計保存在兩個(gè)文件中。一個(gè)以文本文件格式保存，以供查看；另一種是以特定的數據結構格式保存，以便自動(dòng)繪圖時(shí)在autoCAD2000中調用。程序的具體結構流程圖見(jiàn)圖3。由于篇幅有限，程序代碼沒(méi)有發(fā)布。圖3本軟件采用窮舉法進(jìn)行電磁設計而不采用其他方法的原因主要考慮兩個(gè)方面。較好，算法不能錯過(guò)任何可能的較優(yōu)解；其次，干式變壓器的電磁優(yōu)化設計程序簡(jiǎn)單 #p#分頁(yè)標題#e#

其次，VisualC 6.0運行速度非?？?，計算機的硬件處理速度也在日益提高，這使得我們沒(méi)有必要花太多時(shí)間去考慮各種算法之間執行速度的優(yōu)劣。算法和數據分開(kāi)封裝時(shí)，算法和數據要盡量隔離。所以，電磁優(yōu)化設計程序在一定意義上是一個(gè)通用的應用軟件。此外，該軟件的應用還可以對每一個(gè)影響干式變壓器的孤立數據進(jìn)行計算機輔助分析。4.計算機輔助分析CAM在該技術(shù)中的典型應用實(shí)例。通過(guò)長(cháng)期研究，筆者發(fā)現銅箔的尺寸直接影響干式變壓器的較低成本。只要是銅箔結構的干式變壓器，無(wú)論是封裝的VDT、開(kāi)放式OVDT、環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器還是油浸式銅箔結構的干式變壓器，銅箔的尺寸對干式變壓器的較低成本起著(zhù)關(guān)鍵作用。因此，銅箔的選擇和儲備是否合理已經(jīng)成為干式變壓器制造商參與市場(chǎng)競爭的重要因素。采用外部數據和算法隔離技術(shù)后，探索成本較低的干式變壓器銅箔尺寸非常方便、快速、準確。銅箔數據文件中只要厚度為0.01mm，寬度為5mm，就給出了幾百個(gè)銅箔數據。算法窮盡后，可以找到成本較低的銅箔尺寸和電磁設計方案。只是計算量太大，電腦運行需要很長(cháng)時(shí)間。根據作者長(cháng)期實(shí)踐，計算一張銅箔的窮舉方案(電腦配置為PIII733)大約需要5秒到3分鐘，計算300種銅箔大約需要10-15小時(shí)。雖然花了很多時(shí)間，但在工廠(chǎng)的實(shí)際應用中是值得的。另外需要指出的是，上述方法找到的較低成本設計方案和較優(yōu)銅箔尺寸完全取決于產(chǎn)品結構的精度、損耗標準、噪聲水平和數學(xué)模型(主要是溫升計算的精度)。而且基于相同的干式變壓器設計標準，只有當算法的數學(xué)模型能夠真實(shí)模擬干式變壓器的實(shí)際情況時(shí)，上述計算結果才是真實(shí)可靠的。5.自動(dòng)參數化繪圖應用軟件的基本組成原理由于結構簡(jiǎn)單、繪圖量小、零件通用性好，開(kāi)發(fā)自動(dòng)參數化繪圖應用軟件非常方便。下面簡(jiǎn)單介紹一下干式變壓器自動(dòng)參數化繪圖軟件編寫(xiě)的基本思路和方法。在編寫(xiě)自動(dòng)參數化繪圖程序時(shí)

時(shí)，作者同樣采用VisualC 6.0通過(guò)ObjectARX2000平臺對autoCAD2000系統進(jìn)行編程。借助VisualC 6.0語(yǔ)言強大功能、豐富的數據類(lèi)型和與Windows完全兼容的窗口界面，很容易開(kāi)發(fā)出功能各異功能模塊。通過(guò)對各功能模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的定置，就可以完成不同產(chǎn)品自動(dòng)參數化繪圖。 由于是采用VisualC 6.0通過(guò)ObjectARX2000平臺嵌入autoCAD2000系統進(jìn)行編程，因而生成的目標代碼執速度極高，與autoCAD2000的兼容性極好。因此，極容易開(kāi)發(fā)大規模的、復雜的自動(dòng)參數化繪圖應用軟件。甚至可以將干式變壓器的電磁優(yōu)化設計程序連同自動(dòng)參數化繪圖程序一同嵌入autoCAD2000中，成為autoCAD2000的一個(gè)外部命令（如果將該程序列入autoCAD2000的自動(dòng)裝入文件列表中，則用戶(hù)會(huì )感覺(jué)到如同autoCAD2000本身就具有干式變壓器電磁優(yōu)化設計和自動(dòng)參數化繪圖功能一樣）。 關(guān)于自動(dòng)參數化繪圖軟件的運行后的主菜單界面見(jiàn)圖四。 在編寫(xiě)干式變壓器自動(dòng)參數化繪圖應用軟件時(shí)，作者同樣采用了將繪圖程序圖四圖五圖六 主體和外部數據分別封裝的隔離技術(shù)，使繪圖程序更具通用性。另外，作者在每個(gè)裝配的繪制之前不但將系統當前所有與之相關(guān)的變量值一一列出，以變用戶(hù)確認或更改；而且還將干涉警告也一一列出,如果當前或用戶(hù)更改的數據不合理， 則出現一目了然警告，充分提高圖紙的設計準確性，具體界面可參考圖五。 關(guān)于該程序具體的結構流程圖見(jiàn)圖六。由于源程序較大，限于篇幅，源代碼沒(méi)有刊出。 編寫(xiě)自動(dòng)參數化繪圖程序時(shí)，需要注意以下幾點(diǎn)： 1 、自動(dòng)參數化繪圖前一定要通過(guò)程序對autoCAD2000系統進(jìn)行初始化設置，比如設置圖層、設置字體、設置顏色、設置目標捕捉方式等等； 2 、自動(dòng)參數化繪圖前，程序可以通過(guò)讀入電磁設計時(shí)生成的數據文件完成主要輸入，也可以手工輸入程序需要的數據； 3 、自動(dòng)繪程序必須真實(shí)模擬盡可能多樣化的干式變壓器的結構，提高程序的適應能力。同時(shí)，要求干式變壓器的結構盡量規范。 4 、必須對各裝配進(jìn)行深入分析，確定約束條件，編寫(xiě)盡可能多的干涉警告報警條。并在程序開(kāi)始時(shí)或每次有數據讀入或輸入時(shí)逐條檢驗警告條，只有當警告數為零時(shí)，程序才可以向下運行。 5 、必須對各個(gè)裝配的零部件結構、特點(diǎn)進(jìn)行認真歸納。對各單件的尺寸確定可行算法，便于減少外部數據輸入，提高程序的封裝性； 6 、在不同的裝配中，相關(guān)的零部件尺寸采用相同的算法，便于協(xié)調一致； 7 、需要引用通用零件時(shí)，先將被引用的通用零件圖進(jìn)細分，確定引用原則，然后讓程序通過(guò)查表法自動(dòng)引入正確的通用零件； 8 、繪圖程序一般按較常用的方式運行，特殊情況下需要對圖紙的某個(gè)細節進(jìn)行修改時(shí)，一定要通過(guò)程序將該圖形區域進(jìn)行放大，否則將會(huì )因為圖形數據尚在緩沖區，而無(wú)法選中目標； 9 、在編寫(xiě)自動(dòng)參數化繪圖程序時(shí)，只要有圖塊插入，就必須重新做一次圖形生成或縮放，否則將會(huì )因為圖塊數據尚在緩沖區，而無(wú)法對其中的目標進(jìn)行編輯； 10 、自動(dòng)參數化繪圖時(shí)，要盡量采用相對的坐標點(diǎn)，以提高程序的通用性和可移植性； 11 、生成明細表時(shí)，必須盡可能多的將通用圖或通用件封裝到程序中，以免受到外部數據的干擾； 12 、生成明細表時(shí)，必須保證項號、圖號編制和明細表項相一致； 5、結束語(yǔ)：本文僅介紹一種干式變壓器的全面計算機輔助設計及分析方法和思路，應用該方法或類(lèi)似方法極容易開(kāi)發(fā)其它干式變壓器的電磁設計和自動(dòng)參數化繪圖應用軟件。而自動(dòng)參數化繪圖的主要障礙是產(chǎn)品結構是否規范，只要有計劃、有步驟的進(jìn)行產(chǎn)品的改型換代，編寫(xiě)自動(dòng)參數化繪圖軟件是有實(shí)際意義的。 主要參考文獻： 1 、 C語(yǔ)言程序設計實(shí)用教材 ，云南大學(xué)出版社，云南昆明李更生編著(zhù)1997年6月第1版 2 、 科學(xué)計算與編程 ,云南大學(xué)出版社，云南昆明普媛媛編著(zhù) 3 、 VisualC 6.0編程技巧與實(shí)例分析 ，中水利水電出版社，齊舒創(chuàng )作室編著(zhù) 4 、 AutoCAD2000環(huán)境下C/VisualC 應用程序開(kāi)發(fā)教程 ,北京希望電腦公司,王福軍、張志民、張師偉編著(zhù)2000年6月第1版 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng)#p#分頁(yè)標題#e#