图形化系统（精选12篇）
图形化系统 篇1
摘要：机器人图形化编程系统是用于无锡职业技术学院教育机器人系列产品的软件开发系统。它所具有的基于流程图的编程环境为开发教育机器人项目, 编写机器人控制程序, 和进行机器人教学提供了简单而又功能强大的平台。
关键词：机器人图形化编程系统,教育机器人,基于流程图
RobotDev1.0机器人图形化编程系统具有基于流程图的编程环境, 并支持基于PICC语言的Robot C机器人控制语言。用户不仅可以用直观的流程图编写机器人控制程序, 也可以用Robot C语言编写更复杂的机器人控制程序, 充分发挥自身的想象力和创造力。
该系统操作简单, 有活泼明快的图案和简短的文字说明, 用户点击RobotDev1.0机器人专用的功能或控制模块中的功能图标搭建流程图。搭建流程图的同时, 动态生成无语法错误的Robot C程序。流程图搭建完毕后, 再进行图形化编译, 编译后产生相应的Robot C机器人控制程序, 再对Robot C机器人控制程序进行编译连接后, 就可通过上下位机通信将程序下载到机器人控制器中。用户也可以在Robot C代码编辑环境中对生成的Robot C程序进行进一步编辑和修改。
1 功能简述
该机器人图形化编程系统的主要功能由功能模块库和控制模块库提供。功能模块库提供机器人前进, 后退, 左转, 右转, 输出, 延时功能;控制模块库提供无限循环, 条件判断, 多次循环, 跳出循环功能。
通过图形化方法调用这两个模块库内的功能可动态生成流程图, 生成后的流程图通过图形编译可生成Robot C语言;也可使用Robot C语言通过函数调用的方式使用两个模块库所提供的功能。Robot C语言编译连接成功后, 生成可供机器人控制器执行的二进制代码。最后将二进制代码通过上下位机通信程序写入机器人体内的PIC单片机, 这样用户就可以通过自行编制的程序来控制机器人的运行了。
该系统界面如图1所示:
图1上的1区为模块区, 由功能模块和控制模块构成, 两者提供流程图编程所需的的基本功能和控制功能, 用户可以通过选择不同的图标来实现不同功能的选择。
图1上的2区为图形化编程区, 选择1区的图标后, 点击2区流程图上的红色感应点即可动态插入新的功能, 如此反复, 流程图被不断扩展。
图1上的3区为字符编程区, 高级用户可以直接在该区使用Robot C语言进行字符编程。除此之外, 2 区的流程图经图形化编译后产生的Robot C代码也会在该区显示, 用户也可以在此基础上对代码进行编辑和修改。
图1上的4区为出错提示区, 高级用户在3区编写完程序后进行编译连接, 如果在此过程有错误或警告, 那对应的错误或警告信息会在4区显示出来, 以供用户调试和排错。
2 开发概要
该系统采用Visual C++6.0作为主要开发工具, 整个开发计划主要分为如下四个阶段:
第一阶段:RobotDev1.0软件框架的建立。
该阶段通过使用MFC提供的SDI架构, 基本通用控件和菜单定制功能, 并加上自定义控件 (如选项卡控件) , 建立起RobotDev1.0的整个软件框架 (偏重于界面的构建) 。
该阶段又细分为如下五个子阶段:
a.MFC基本技术和若干高级技术强化理解;
b.SDI应用程序的创建;
c.可浮动工具条界面布局;
d.加载自定义选项卡和CEdit控件;
e.定制菜单。
第二阶段:使用PICC编译器编译Robot C程序。
该阶段通过调用PICC ME 16编译器来编译机器人可理解的Robot C程序, 编译成的二进制代码能在基于PIC16F877单片机的机器人控制器上运行。在编译器调用技术中, 主要通过创建一个中介程序RobotSpawn来将基于控制台的编译程序同基于GUI的RobotDev1.0进行连接, 通过RobotSpawn和RobotDev1.0创建的管道进行编译信息的传递。
该阶段又细分为如下三个子阶段:
a.了解PICC编译器的帮助文档和各种编译方式;
b.编写中介程序Robot Spawn;
c.使用管道通信调用PICC编译器。
第三阶段:构建流程图编程环境。
该阶段首先实现功能模块中提供的所有功能, 对流程图中所有图形对象采用面向对象的方法进行类设计。设计出一种便于流程图动态创建的数据结构后接着分析流程图的动态生成算法。最后还要允许用户使用串行化的方法对流程图进行保存。
该阶段又细分为如下三个子阶段:
a.流程图数据结构和图形对象的设计;
b.流程图的动态实现和Serialize;
c.功能模块的实现;
d.控制模块的实现。
第四阶段:与机器人进行上下位机通信。
该阶段首先确定上位机通讯协议, 包括上位机发送数据的格式, 校验方式, 数据处理, 波特率的确定等。最后使用Remon Spekreijse免费提供的串口类实现上下位机的通信。
该阶段又细分为如下两个子阶段:
a.确定上位机通讯协议;
b.实现串口通信。
3 软件架构设计
根据面向对象的程序设计方法, 整个机器人图形化编程系统被划分为不同的类, 主要的类以及其对应的功能如表1所示:
新元素产生后, 新元素的数据结构被插入到流程图的数据结构中, 根据新的数据结构CRobotDevView负责重新显示整张流程图, 用户立即可以看到扩展后的流程图。
当用户完成流程图编程后, 为了实现用该流程图来控制机器人的目的, 首先要对流程图进行图形化编译生成Robot C代码。通过选择RobotDev1.0软件的工具菜单下的图形编译功能, CFlowGraph类的CodeTraverse方法就会被调用, 该方法将负责把流程图翻译成Robot C代码并显示在3区中。
图形编译后进行Robot C代码的编译和连接, 产生出可供PIC单片机执行的二进制程序。最后选择工具菜单下的代码注入功能调用CSerialPort类的SendToPort () 方法把二进制程序传入到机器人体内的控制器中, 这样机器人就可以按照用户的编程意愿进行运转了。
4 结论
本文介绍了无锡职业技术学院教育机器人系列产品的RobotDev1.0软件开发系统的开发过程, 对该软件所具有的功能进行了扼要的描述, 根据功能分析, 分阶段介绍了RobotDev1.0的概要开发计划, 并根据面向对象的程序设计方法列举了在本软件架构设计中所设计的主要类及其相应功能, 最后描述了这些类是如何相互协作以达到用户从图形化编程到最终控制机器人运行的整个过程。
参考文献
[1]侯俊杰.深入浅出MFC[M].武汉:华中科技大学出版社, 2001, 1.
[2]龚建伟, 熊光明.Visual C++/Turbo C串口通信编程实践[M].北京:电子工业出版社, 2004, 10.
图形化系统 篇2
一、说教材
本节课内容选自河北大学出版社出版的《信息技术》高中版第二册第11章第5节《数据图表》部分。属于信息素养中信息加工范畴的内容，是信息素养中极为重要的内容。信息加工的内容有三，即文本信息加工、表格加工和多媒体信息加工。由此可见本节内容是教材的重点内容，另外也为以后学习信息集成和信息交流奠定基础，有承上启下的作用。
根据以上对教材的分析和新课改的要求，我确定了如下的三维教学目标：
知识目标：掌握图表的制作方法，并能根据图表分析数据。
能力目标：帮助学生建立数据之间的图形关系，能用合适的图表来表示数据，培养学生处理信息的能力，养成良好的思维习惯和行为方式。
情感目标：培养学生养成严谨的学习态度和团结协作的.作风，并在学习过程中体验成功的喜悦和“学有所用”的快乐。
根据教材内容和教学目标，我把本课的教学重点确定为图表的制作方法及步骤、图表的分析及应用。
图表的制作是本节课的基础，制作好图表才能对数据进行有效分析，分析和应用是检验学习效果的依据，所以确定为重点。
依据学生的身心发展和认知结构，我将本课的教学难点确定为图表类型、数据源、图表选项的选择与修改、运用有效的图表来表示数据，并对图表数据进行分析。
学生通常会在数据源选择、图表修改上遇到问题，以及不会用合适的图表来表示数据，所以确定它们为难点。
二、说学情
教学对象为高二学生，他们已经具有一定的逻辑思维能力，能够自主独立完成较高要求的学习任务，喜欢具有挑战的任务。通过前阶段的学习，学生具备了基本的计算机操作能力，并且，刚刚学习过“文本信息的加工与表达”，会使用工具软件Word加工处理文本信息等，这也为本节课的教学奠定了基础。
三、说教法
信息技术课是以培养学生的信息素养为宗旨。以培养学生的获取信息、处理信息、运用信息的能力。强调学生的自主学习和探究学习。因此，对于信息技术教学，我注意更新教学观念和学生的学习方式，化学生被动学习为主动愉快学习。为了更好地突出本节课的重点、难点，我采用的教学方法是：
1、先学后教，“兵”教“兵”
先学，就是让学生自学，尝试独立操作;后教，是根据学生自学效果，教师进行精讲、点评，并尽量让学生去“教”;“兵”教“兵”，就是让学生充当小老师角色，自学得较好的学生操作给其他学生看，通过示范，在学生间起到相互促进，相互影响的作用，达到共同进步。
2、任务驱动法
当学生对本节课知识点有初步了解后，利用事先设计好的由易到难的任务驱动他们去完成，让他们在完成任务的同时，掌握新课的内容，解决重点难点。
3、提问引导法
在完成任务的过程中，我通过“提出疑问”来启发诱导学生，让学生自觉主动地去分析问题、解决问题，学生在操作过程中不断“发现问题──解决问题”，变学生“学会”为“会学”。
四、说学法
我所教的高二年级大部分学生对信息技术课有浓厚兴趣，学习态度认真，肯学敢问，并具备一定的计算机操作能力，但也有个别学生遇到难题不肯思考寻求方法解决问题。针对以上的情况，我从学生学习的角度出发，指导他们更好地学习本节课的内容，具体采用如下方法：
1、示范促进法
对于学习一般的学生，他们碰到一时无法解决的问题时，让自学学得好的学生做示范操作，教师单纯的教变成学生间的学，并形成全体学生相互促进，你追我赶的学习氛围。
2、角色扮演法
结合任务驱动的教法，让学生充当小教师、决策者等角色去分析问题、解决问题，充分调动他们的积极性，提高学习兴趣。
3、探究法
图形化系统 篇3
[关键词]图形化数据；变电站；运行管理；应用
近年来，随着城市化进程的加快，人们的日常用电需求日益加大，相关部门越来越重视变电站的日常管理和维护。变电站的运行管理系统相对比较复杂，需要专业人员进行操作和控制。同时，变电站的运行管理效率直接关系到人们的日常用电质量，因此，相关负责人要重视在变电站运行过程中对其进行日常的维护和管理。确保变电站日常运行的准确性，最大程度减少其运行过程中的故障，提高变电站的运行效率，延长变电站的使用寿命。
一、变电运行管理系统的相关概述
变电站运行管理系统是电力系统的重要组成部分，变电站的运行管理质量直接影响着整个电力系统的安全和稳定。随着信息技术和计算机技术在人们日常生活过程中的普遍应用，越来越多的智能技术被应用于电力系统的运行过程中，提高了变电站的运行效率和运行质量。但是，由于人们日常用电需求的加大，变电站运行管理过程中仍然会出现各种问题。
变电运行管理系统流程图
目前，我国变电站运行管理系统是以计算机智能化的管理为依托，取代传统的人工管理方式对变电站的日常运行进行管理。计算机智能化管理指的是将计算机技术应用于变电站运行管理中，建立相应的数据库，逐步形成由设备管理、线损管理和安全管理等功能构成的变电管理系统。相关电力企业负责人和专业人员需要进行相应的数据处理和安全控制等，确保变电运行过程中各项功能的有效发挥。同时，将图形化数据应用于变电站的运行管理过程中，也是提高变电站运行质量和运行效率的重要前提。
二、图形化数据在变电运行管理系统中的应用
在变电运行管理系统中应用图形化数据管理，不仅能够实现查询工作的图形化，同时也简化了相关的操作步骤，提升了变电运行管理系统的运行质量和日常工作效率。变电站在日常的运行过程中，数据量比较大，同时，也相对比较复杂，采用图形化数据管理，使操作步骤和操作流程更加简化，降低了电力人员的工作难度，提高了电力企业的工作效率。
1.图形化数据在变电站运行管理系统中应用的安全性分析
变电站在日常运行过程中，由于管理不当和检查的不及时，经常会出现各种各样运行事故和故障，也不利于对人们日常用电的安全性问题进行解决。在变电站运行管理系统中运用图形化数据进行日常的智能化操作和管理，不仅能够使电力系统运行设备对应的台账管理更加便捷，而且能够实现用户在日常用电过程中对数据的合理的修改，使人们的日常用电质量得到最大保障的同时，实现对图形化数据的安全性保护和智能化管理。
2.图形化数据在电力设备标签中的应用
智能化技术在变电系统管理过程中的应用，不仅提高了变电站的日常运行质量和运行效率，同时，也使得变电站运行管理系统发挥了最佳的状态。将网络技术与电力设备的日常运行进行有效的结合，并进行数据图形化的设置，不仅能够促进电力设备装置的完善，而且能够对电力系统中电器设备的标签进行有效的查询。将图形化数据应用于电力设备标签中，能够时相关工作人员根据需要进行数据的快速读取，直接输入关键字便能进行数据的查询。不仅提高了图形化数据在变电站运行过程中的运行效率，而且很大程度减少了相关电力人员的工作量[2]。
3.图形化数据在对象式包装程序设计中的应用
传统的变电运行管理系统是采用陈旧的编程方式进行日常的工作和数据处理，将图形化数据应用于变电运行管理系统中，能够使其对象式保障处理具有相应的画图功能，不断对变电运行管理系统的相关功能进行改进。将图形化数据应用于对象式包装程序设计过程中，使得整个电力系统中的图形制作和数据管理进行有机的结合，使输入接口的设计更加合理科学，符合变电站的运行规律。
4.图形化数据在线损管理中的应用
线损管理是以线路为单位，对每条线路的每天的损耗情况和每个月的损耗情况进行计算，得出相应的数据。相关工作人员需要根据不同电压等级的电力网电能损耗，依据分压和分线进行统计和管理。然后对每一级电压的每台变压器和每条线路的线损进行统计和计算。通过理论线损计算结果与变电站运行管理的实际情况进行比对，发现变电站运行过程中的异常。将图形化数据应用于线损管理过程中，线损的运行情况和计算结果更加形象和直观，降低了电力人员的工作难度。
三、图形化数据在变电运行管理系统中的发展前景
图形化数据在变电运行管理系统中的应用，使变电运行管理系统不再以传统的编程形式进行操作，提高了变电运行管理系统的日常工作质量和工作效率，同时也很大程度降低了相关工作人员的工作难度。未来的变电站运行系统将实现图形化数据与变电运行管理系统所对应的一次接线图的融合，这也是相关电力企业工作的重心。将图形化系统应用于变电站运行管理过程中，通过对一次接线图的分析，变电运行管理的终端操作用户能够借助对某一开关控制的点击动作对开关单位的综合运行状态进行监督。将图形化数据与一次接线图进行结合，整个变电运行系统所获得的接线图将对相关电力设备的运行状态进行监督和反映，同时也能够对变电运行过程中的电压、电流等进行综合处理，以促进变电运行管理系统综合效率的提升。
四、结语
电力资源是人们日常生活过程中不可或缺的重要资源。无论是电力企业还是相关工作人员都要认识到提高电力企业服务质量的重要作用，将图形化数据应用于变电运行管理系统中。提高变电站的运行效率和日常工作质量，降低电力设备运行过程中的故障，促进电力系统办公的自动化和人们日常用电质量的提高。
参考文献
[1]刘洪.图形化数据在变电运行管理系统中的应用探讨[J].电力讯息，2014，（01）：88.
[2]周良贵.图形化数据在变电运行管理系统中的应用[J].科技创新与应用，2013，（34）：35.
图形化系统 篇4
输电线路是电力系统的重要组成部分,随着无线传感网络在输电线路在线监测应用方面取得进步[1,2],以及线路取能、GPS时钟同步和在带电侧安装等技术的实现,使得在输电线路的大量杆塔上安装廉价的罗氏电流互感器并测量导线电流[3]变得非常容易。借助大量测点测得的线路故障电流,根据分相电流相位差动原理[4,5]就能够将故障点定位到相邻测点所在杆塔之间。定位过程中,需要分析出线路拓扑结构来逐一比较相邻测点的电流相位关系。图形化系统[6]可以利用所绘制输电线路的元件连接关系自动分析出线路拓扑,这种方式比通过表格界面人工录入元件连接关系以分析线路拓扑更具优势。同时,在图形化界面上设置元件属性(一般直接找到元件双击即可)比在列表中选择相应元件进行设置也更方便。定位出故障点以后,及时发出声、光故障报警并直接在图形化界面上显示出故障位置,相比利用文字信息进行描述也更利于运行人员快速掌握故障线路位置信息。但就目前而言,有关图形化输电线路故障定位系统的相关应用研究报道还很少。
地理信息系统(GIS)具有较强的图形处理能力,基于GIS的二次开发在电力系统中也有较多的应用,并取得了较好的效果[7,8,9,10]。但是GIS系统一般价格较高,且存在用户数量的限制。倘若不使用GIS,使用一些其他的商业图形控件进行二次开发也同样会面临这些问题,而且有的在发布时还需要安装较为庞大的运行环境。如果只使用传统的台帐式管理方式,以表格界面等形式进行交互,在发生故障后只给出文字提示信息等,则又使得界面不够形象直观,且一些操作也不方便。
鉴于以上因素,本文基于面向对象的软件设计思想[11],在不使用任何第三方组件的情况下,采用C#.NET编程语言[12]开发出一套交互式图形化输电线路故障定位系统。该系统能够根据输电线路实际走向自动绘制出线路图,并能够根据所绘制输电线路元件的连接关系自动分析出线路拓扑。再借助大量测点测得的电流数据,根据分相电流相位差动原理和分析出的线路拓扑结构即可将故障点定位在相邻测点所在的杆塔之间。定位出故障点后,该系统还能够及时发出声、光报警并在图形化界面上直观地显示出故障位置。
1 故障定位原理简述
本系统基于无线传感网络和罗氏电流互感器在大量杆塔上提供的电流测点实现故障区段的定位,即将故障点定位在相邻测点所在的杆塔之间。图1为定位系统示意图。
本系统中电流测点采用廉价的罗氏电流互感器,无线传感节点同电流测点一起装设(一般安装在杆塔上)。节点供电采用了导线电流自感应取电电源方式,节点间也配备了硬件GPS同步时钟。同时,在线路所连变电站设置一汇聚节点,汇聚节点一方面可通过无线传感网络协议同无线传感节点通信,另一方面能够同通信服务器进行数据交换。发生故障以后,各测点通过无线传感网络接力式数据传输方式将故障电流波形数据发送到汇聚节点,然后通过汇聚节点上送到通信服务器,由通信服务器对数据进行转发和存储(存储到数据库服务器)。
接收到故障电流数据以后,故障定位客户端软件计算出测点各相的电流故障分量,并采用FFT算法计算出它们的基波相位值。其中,电流故障分量是从故障后电流中减去负荷分量计算得到的,它具有不受负荷电流影响的特点。基于故障分量的分相电流相位差动原理具有较强的过渡电阻承受能力,对各种内部故障基本都能够正确判别[5]。区内故障时,故障点两侧距离故障点几十至几百米处(对应杆塔上的测点)各故障相电流故障分量的相位差一般都在一定范围内,所以只要相邻测点中任何一相电流故障分量的相位差满足故障条件,即可判断为区间内故障。
因此,本文系统分析出线路的拓扑结构后,利用计算出的各测点的电流相位和分相电流相位差动原理,通过逐一比较相邻两测点各相的电流相位关系即可确定出故障的发生区段(相邻测点所在杆塔之间的线路)。故障定位完成后,即可将故障区间显示在输电线路图形化界面上。
接下来,本文将利用以上定位原理,在获取大量测点的电流数据的基础上,对图形化故障定位系统的实现原理进行介绍。
2 图形化定位系统实现
2.1 总体介绍
本系统是所开发的输电线路在线监测系统的一个子功能系统,主要在输电线路图形化界面上利用多测点电流数据实现故障定位和定位结果报警显示。因此,系统主要分为绘图功能部分和故障定位功能部分。
绘图功能部分主要是利用开发的绘制工具(主要包括电源、杆塔、线路、母线、断路器和标注等一些元件)实现输电线路图的绘制。该部分除实现了图形绘制的基本功能外(如元件绘制、选择和移动、大小调整、元件的Z顺序调整、元件属性设置、删除、撤销与恢复、组合与取消组合等),还实现了放大、缩小、漫游、全图、鹰眼图等功能,以及图形数据的导入导出、图形打印和保存成图片等功能。
故障定位功能部分主要是利用多测点电流数据实现故障定位和故障位置的直观显示。由于定位过程需要分析线路拓扑,因此该部分实现了以元件连接点自动捕捉为基础的线路拓扑分析功能。同时,考虑到元件较多时的绘制效率,还实现了自动绘图等功能。除此以外,还包括定位参数设置、测点波形回放等一些辅助功能。
2.2 绘图系统
2.2.1 元件
采用基于元件的模型,把每一种元件作为一个类进行实现。各元件具有相应的属性,例如杆塔主要有杆塔编号、杆塔高度、杆塔类型、电压等级、所属线路等属性。各元件的特有属性都在本类中进行定义,共有属性则在基类中定义。实际应用中,属性可通过相应的人机界面进行设置。
除两端元件(如线路、母线等)和标注外,其他元件基本都在矩形框内进行设计实现。这样可以使元件的参考坐标从绝对坐标变为相对坐标,相对坐标的使用使得一些相对复杂元件的设计和操作变得简单。比如,矩形框的坐标确定以后,元件绘制时只要参考该坐标即可,无需关心元件本身在整个画布上的绝对位置。同样,只要改变矩形框的坐标就可以实现元件的移动功能。
使用GDI+技术(Graphics对象)对各元件进行绘制过程中,为使它们的视觉效果更为形象和直观,在充分考虑简洁和美观的情况下对其进行渲染和着色。例如,图2为绘制的不同杆塔。
2.2.2 绘图类的组织架构
从整体结构看,绘图系统可分为元件绘制类、绘制动作类、绘图面和元件容器等几部分。各电力元件对象被存放在元件容器中,绘图面通过绘制动作将各元件绘制出来,并能够响应用户事件及时刷新。其中,电力元件对象就是元件的实体类(当绘制某一元件时相应的元件类自动实例化),而元件容器就是一个可以存放实体类的动态数组(用集合类ArrayList实现)。
考虑到系统的可扩展性和易维护性,各元件的共有属性(如元件类型、线宽、颜色等)组织在基类中,并将该类定义为抽象类。在抽象基类中共同的方法(鼠标按下、移动、元件的拾取等)被定义为抽象的方法,并在派生类中被重写以实现不同的目的。各元件的特有属性在该元件的类中进行定义,元件类作为抽象基类的派生类存在。除此以外,还定义了其他一些具有辅助功能的类(主要实现撤销、恢复、打印、缩放和漫游等功能)。绘图类主要的组织架构可用图3描述。
2.2.3 图形数据存储
线路图绘制完成后需要进行存储,本系统图形数据被保存在数据库服务器上(采用了关系型数据库SQL Server 2008)。每一类元件对应一张数据库表,各表在首次保存时通过SQL语句自动建立。各元件按一定的数据格式生成该元件的属性集字符串,并作为一条记录插入到数据库表进行保存。各元件通过生成的唯一ID(采用数字和字母随机组合自动生成)与数据记录相关联。
元件的添加、删除和属性的更改先在内存中被记录,保存数据时才对相应元件表中的记录批量地进行插入、删除和更新操作。由于采用了分布式数据库,因此只要和数据库服务器通信正常,客户端软件就可以保存或读取图形数据。操作完成以后,客户端断开数据库连接以节省资源。
2.3 关键功能原理
2.3.1 自动捕捉功能原理
一些元件之间需要连接才能形成网络,因此对于这些元件需要对其定义连接点。例如,杆塔可定义各相线与横担的交点为连接点,线路则可定义其两端点为连接点等。元件连接点的精确连接不但是自动拓扑分析的基础,而且对于输电线路图整体的美观性也是十分重要的。如果单靠鼠标移动元件基本不可能做到精确连接,因此实现元件连接点的自动捕捉功能是必要的。
元件的各连接点处都定义了一个以其为中心的矩形框,这个区域即是进行自动捕捉的区域,如图4为线路的捕捉区域示例图。当用鼠标拖动某一元件时,在松开鼠标后通过对其他各元件连接点的遍历来发现该元件的连接点是否进入另一元件连接点的捕捉区域,如果进入则调用该元件的Move函数,自动移动两连接点之间的距离之差(包括Δx和Δy),使连接点重合。
为显示连接点是否进入捕捉区域,可在元件移动过程中遍历其他各元件连接点的捕捉区域并判断与该元件连接点之间的关系,如果该连接点落入捕捉区域则在该点绘制矩形框进行提示。在元件较多的情况下,因为实时遍历可能会耗费较多的资源,此时可在应用中屏蔽捕捉区域提示功能。
2.3.2 线路拓扑结构分析原理
如图5所示,输电线路元件连接模式一般为杆塔-线路-杆塔。线路两端的杆塔都定义为线路的首杆塔,首杆塔可在拓扑分析之前通过属性设置。进行线路拓扑分析时,采用广度优先搜索策略遍历元件容器中各线路元件,通过判断线路连接点的页面坐标与该杆塔连接点的页面坐标是否相同来确定该线路是否与之相连。连接点的页面坐标相同表示具有连接关系,这样就可找出与首杆塔所有连接点相连的线路。然后,继续搜索与线路相连的杆塔。由于三相线路两端各连接的杆塔都是同一杆塔,因此只要利用一相线路(如使用A相线路)即可搜索到与之相连的杆塔。这样一直搜索下去,直到搜索完整条输电线路。
搜索过程中,需要将搜索过的元件记录下来。每搜索到一个与某元件相连接的新元件,都需要判断该元件是否已经被搜索过。如果该元件已被记录,说明是已搜索过的元件,否则为新搜索到的与之有连接关系的元件。当有多条输电线路时,可利用相同的原理分析出所有线路的拓扑结构。图6为输电线路的拓扑分析流程。
2.3.3 自动绘图原理
当输电线路较长时(元件较多),人工绘制效率较低,因此本系统提出了自动绘图功能。所谓自动绘图就是程序能够根据实际输电线路走向自动绘制出输电线路图,而这个过程中只需要人工绘制一条输电线路走向线来引导自动绘制程序沿这一方向绘制元件。
如图7所示,首先绘制一条线路走向线,然后设置好该线路上的杆塔总数、起始杆塔编号等属性。接下来,自动绘图程序利用线段ab和bc的总长度和该线路上的杆塔总数目减1之比计算出相邻杆塔在绘图面上的平均距离。然后,以a点为始端杆塔的位置,依次自动绘制出杆塔和线路,并自动设置如杆塔编号等属性。绘制完成后,可再根据需要对一些杆塔的位置和属性进行调整和设置。图8是利用自动绘图原理绘制完成的某输电线路图。
为加快绘图速度和改善图形显示效果(如重绘时的闪烁问题),采用了图形双缓冲技术。所谓图形双缓冲技术即先在内存中开辟一块绘图缓冲区,然后将所要绘制图形在缓冲区中绘制完成,并一次性绘制到绘图面,最后释放掉缓冲区内存。
3 故障定位与报警仿真
为对系统功能进行验证,本文利用仿真软件PSCAD对图8的某110 kV双端输电线路进行了短路故障仿真,通过在线路上与杆塔相对应的位置设置测点来获取故障电流数据。仿真过程中,故障点被随机设置在了015#和016#杆塔之间。利用PSCAD软件搭建好输电线路模型后,在与015#和016#杆塔相对应的线路位置设置测点来模拟相邻测点。除此以外,其他对应线路杆塔的位置只设置了部分测点(考虑到数据量较大)。本系统利用PSCAD仿真数据进行仿真的基本过程可用图9描述。
线路的短路故障仿真完成并取得各测点电流数据后,利用各测点短路后1/2个周波的故障电流数据减去故障前1/2个周波的负荷电流得到各相电流故障分量,然后将计算出的电流故障分量数据保存到数据库表中。为在进行故障定位时能够准确地读取相应测点的数据,数据库表中存放的电流数据记录同杆塔编号、线路名称等相关联。
故障定位程序启动以后,程序根据所绘制输电线路图的拓扑结构自动找出线路上的所有相邻测点,并从数据库表中读取与这些测点对应的电流数据。在读取完电流数据后,利用FFT算法计算出它们的基波相位。根据前述故障定位原理,定位程序利用分相电流相位差动原理,通过逐一比较相邻测点各相电流故障分量的相位关系来对故障区间进行定位。仿真模拟的结果表明,通过比较相邻测点电流故障分量的相位关系,本文定位系统准确地将故障点定位在了015#杆塔和016#杆塔之间。
定位出故障位置以后,需要在绘制的输电线路图上将故障位置通过声、光报警提示给操作人员。声音报警可利用系统提供的蜂鸣器,也可通过播放提前录制好的报警音频文件实现。光线报警(故障线路段的闪烁效果)可通过交替改变线路的颜色值实现。将两种报警方式的实现函数作为定时器的子函数,通过启停定时器来控制启动和停止报警。
本系统通过连续播放提前录制好的音频文件实现声音报警,并采用红、黄、蓝三色交替(线路闪烁)和加粗线路线宽来实现光线报警,图10为故障定位结果界面。从图10可以看到,故障定位结果直观地显示在了图形化界面上。
4 结论
鉴于图形化系统比传统的台账式管理方式更具优势,本文在不使用任何第三方组件的情况下,采用C#.NET语言开发出了一套图形化输电线路故障定位系统。所开发系统绘图简单方便,所绘制输电线路图形象直观,并具有自动绘图、自动拓扑结构分析和故障位置动态提示等功能。该系统使用大量电流测点将故障点定位在相邻测点所在杆塔之间,并在定位出故障点之后及时发出声、光故障报警,将故障区间直观地显示在图形化界面上。最后,通过仿真模拟验证了系统功能的正确性和有效性。同时,本文图形化系统也可以作为其他诸如基于行波等定位方法的故障定位结果显示平台。
摘要：鉴于图形化系统在自动拓扑分析、元件属性设置和故障位置直观显示等方面比传统的台账式管理方式更具优势,且在输电线路故障定位方面的应用较少,采用C#.NET语言开发出了一套图形化输电线路故障定位系统。该系统借助于在大量杆塔上测得的故障电流实现故障定位,且绘图简单方便,所绘制输电线路图形象直观。定位出故障点以后,该系统能够及时发出声、光故障报警并在输电线路图上直观地显示出故障位置,有助于运行人员快速掌握故障线路位置信息和提高故障处理效率。
关键词：故障定位,图形化系统,输电线路,C#.NET
参考文献
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《表格数据的图形化》教学设计 篇5
这节课简单，要把简单的问题复杂化，挖掘出内涵，让学生的认识有个提升。
一、先拿出上节课《表格数据加工》里使用的例子：几名学生的考试成绩，提出问题：在excel里能不能把我们加工的数据图形化呢？excel里都能生成哪些类型的图形呢？
二、演示：把表中某个学生的考试成绩变成柱形图显示。总结操作步骤，然后让学生演示，共打开三个不同内容的数据表，分别演示柱形图、折线图、饼图三种图形。
三、问题提出：我们学数学的时候有没有画过函数图像啊？我们是怎么画函数图像的？我们能不能在excel里画出我们学过的函数图像啊？
举例演示：用计算和填充的办法生成原始数据。举例1：y=x^2;举例2：y=2^x;举例三： y=lgx
四、问题提出：在excel里能不能解决“百钱买白鸡”的问题？ 公鸡5元一只，母鸡3元一只，小鸡一元3只，用100元钱买100只鸡，问公鸡、母鸡、小鸡分别能买多少只？
学生先在练习本上自己研究这个数学问题，先用数学方法解决这个问题，发现有难度，转向使用excel解决：仍然用填充和计算的办法生成原始数据，符合现实情况的（全是正整数）就是方案，还可以把解决方案图形化为饼图。
图形的时空化设计方法探讨 篇6
关 键 词：平面 图形 时空
引言
图形的产生源于人类认识和改造世界的需要。图形创造一部分是为了表达自然形象，另一部分是为了表达概念。所谓图形，指的就是图而成形，即人为创造的形象。
图形是物质的和客观的存在，是人按照自己的所见、所知、所想和所需，采取手工的、机械的或自动化的方式生产出来的，是可见光的一种光学运动形式，是人的视知觉感受的反映。图形是一个概念，是物质图形、光学图形和视觉图形的多样反复、加工概括而成的一个概念。图形还是一个符号，是传达信息的工具，在书面语言中它是特定的文字符号，在思维语言中，它既可以是文字的，又可能是形象的，更可能是综合性的符号。
图形作为平面设计的基本元素，既是一类独立的艺术，又在设计中大有用武之地，既充分满足艺术的种种审美要求，同时又能解决信息、技术、学习、生活及大众传播的需要。图形可以思考和交流，在人类的语言、文字和思维系统中具有重要的地位。[1]
1 时空化设计的定义
现代平面设计艺术作为视觉传达艺术中的重要组成部分，经历了从工业化社会到信息化社会的转变。中国的平面设计在观念上，功能上、语意和形式表现上，都备受东西方文化思潮和艺术风格的影响。在现代设计多元化发展的趋势下，人类生存方式的新观念的介入以及思维的引导和情感的表达上，我们发现以往贯于平面设计中运用的法则正逐渐被打破，固有的符号现象被解构，人类在跨越世纪的历程中力求找到合理化的视觉空间。中国现代平面设计的发展形成了新的设计需求，时空化设计的发展尤为迅速。
平面设计所处的地位与从前大不相同。在观看方式方面，无论是通过眼睛还是用鼠标去点击，深入设计空间的方式多种多样，速度也更快。平面设计以往多在二维状态中进行创作，在经历二维程式化的设计之后，设计师在探索新的界面，力求打开新的思维空间。科技进步和全球信息化，从某种程度上缩短了时空差，人的想象随着时空概念的变化而延伸，平面设计也逐步从二维向三维和四维空间延展，设计中的时空化与科技化为我们展现出丰富的空间符号。宇宙之外的奥秘，天际星体的存在，东、西方空间想象因式，设计图象的叠加、透视、错位、形与影、渐变等仿佛将我们带到立体思维的大空间。符合了平面设计界较早提出的超越和突破二维平面的提法，在视觉空间上创造失控景观。
设计作品中的各种图形、图像、文字符号，均可提炼为形的呈现，由于形在人的视觉意识中通常被首先感知与捕捉，因此它对于视觉唤起和引发思维具有先导与定向作用。所有的形归纳为点、线、面、体四类。点具有定位性与凝聚性，最大魅力在于形成趣味中心与吸引视觉移动，进而制造心理张力引发潜在意念。点的构成由视觉调动触觉使二维的设计传达出“立体的表情”。美学家温克尔曼说：“一个物体的形式是由线条决定的”。线的排列、组合方式，渐进、转折、渐隐、方向性延伸等，可在塑型的基础上启发连续思维，带来节奏与韵律的美感。面是视觉形式上最直接的设计语言，在设计中不同形、面的配置与组合是创造奇思妙想，拓展知觉空间，再现生命秩序，发掘受众思维潜能的有效手段。将体归为平面的形中是对平面设计思维进行提示。利用平面的形表现三维空间意象实为“虚体”，它产生于视觉的深度错觉。这种错觉源于形的构成本身所形成的空间张力，使之在直觉层面被感受到一种心理空间。设计中许多超现实、反传统的非凡思维构图均受此启发。基于这种思维的设计，更容易打破常规、经验的“定势”，寻找到信息传达的最佳切入点。
将三维形体表现于二维平面的方法，即产生立体或空间感觉的各种表现方法。
至于四维形体，则是如何把“动态”表现于画面上的问题。如图1所示，当视线集中于其中任何一圆的圆心，其他圆都会旋转，这是北冈名佳创作的代表性视错觉图形，是看似运动的静态图形。在平面的画面上，以一种幻象展示出立体感或动感，创造出新的视觉表现手法。这样的图形运用到平面设计中，往往会给人带来知识性或游戏的乐趣。[2]
2时空化设计的方法
空间是一种具有高、宽、深的三次元立体空间（三维），一个物体在空间中实际占据的位置称为它的物理空间，而我们在平面设计中所谈到的空间形式，是就人的视觉感觉而言的。
人的视觉存在错视和幻象的情况，由于形态的重叠、大小变化、扭曲变化、投影效果、透视效果等原因，会让人眼形成立体空间的真实感觉，实际上我们在平面中所看到的空间效果只是一种假象，其本质还是二维平面的。
平面设计中，由二维反映三维、四维的方法有很多。比较常用的手法有透视、形与影、渐变、叠加、错位、肌理、动态视错觉等。
2.1透视
在平面上再现空间感、立体感的方法及相关的科学被称为透视学。透视法让二维的画面展现三维空间，使视觉在平面上看到了一个真实、立体的形象效果。透视法要求视线从一个固定的视点出发，构成一个三维直角坐标系，并以此为基准，把被描绘的对象置于这一框架结构之中，无论形象远近、大小都受到共同比例关系的制约。如图2所示。
透视是对立体的描述，在平面中用透视来造成立体视觉，可以加强平面设计的冲击力。这里的透视包含错误透视。错误透视看起来是立体的，但仔细观察其实是不符合现实的矛盾空间。在二维画面上可以表现，但在三维空间中形成具体的立体形体则是不可能的图形，实际上是利用平面的局限性以及视觉的错觉，形成的在实际空间中无法存在的空间形式，因此又称为无理图形。在二维平面上表现三维现实空间不可能存在或不可能再现的想象空间，这种想象创造了非真实的视觉幻象，富有情趣。如图3所示。[3]
2.2形与影
光线被物体挡住可形成阴影，物体与其产生的影子形成一对空间关系。形与影也成为一种表现空间感的方法。为了产生耐人寻味的艺术效果，可以利用形与影把正反矛盾组织在一起而产生新的意义，反映现实世界有时存在着表里不一的现象，如图4所示。
2.3渐变
渐变是指一种图形或骨骼逐渐地、有规律地发生变化。基本形的渐变包括形状、大小、方向、位置和色彩的变化。
这与平面构成的渐变表现手法是基本一致的。由于它与我们平时的视觉习惯大不相同，因而具备了很强的视觉效果。在人的视觉上能产生节奏感和韵律感。渐变的视觉效果还具有强烈的透视感与空间的延伸感。
可以把相近的元素造型反复整合构成另一视觉新形象。构成图形的单位形态元素多用来反映整合形象的性质特点，以强化图形本身的意义，如图5所示，用物理学中常用来代表粒子的小球以不同大小渐变有序排列组成爱因斯坦的人像，而爱因斯坦正是世界上最有成就的物理学家之一，这幅平面作品细腻而具有深意。
2.4叠加
叠加一词在字典中的解释就是重复地堆、累积。平面设计中的叠加则是图形的重复、累积。这个图形可以是形状相同的也可以是形状不同的，可以在同一个位置叠加，也可以随意的在不同位置叠加。所以叠加根据重复的位置可分为同置叠加和异置叠加。根据叠加元素的形状（结构）可分为同形（构）叠加和异形（构）叠加。如图6所示，既是同置叠加又是异形叠加，通过明度变化，制造灯光闪烁的效果。
正是由于叠加，使人产生前和后的心理感觉，从而就有了空间感。
同构图形叠加：图形的同构就是利用事物之间某种相似的关系或为达到某种特定效果和目的，将相似的关系或毫不相关的东西组合起来传递信息。这种相似主要是视觉形式上的相似。对应相似的物体可以是不同质感、不同元素、不同物种，也可以是一个平面，一个立体，组合后成为新的立体。
2.5错位
虚拟空间想象通常的设计往往因受到各种空间观念限制，视觉形象无法展开，难以达到平面设计尤其是广告设计需要的视觉冲击力。现代创意图形则可以不受时间、空间的限制，做出空间的转换和延伸效果。可以将一个立体空间的某一个面想象为另一个立体空间的出发点，并且不受原来空间的限制，延伸、扩展出新的空间，也可以是两个空间的错置、并置，如图7所示，一个空间的一个面是另一个空间的起点， 图8为错置空间。或者由一个空间进入另一个空间，这两个空间其中有一个是虚拟的。如图9所示。
2.6肌理
肌理是指物体表面的组织纹理结构，即各种纵横交错、高低不平、粗糙平滑的纹理变化，是表达人对设计物表面纹理特征的感受。由此可见，肌理的视觉效果是立体的，但是与以上几种立体效果的区别在于，肌理往往是均匀的，浮于平面之上的幅度较小的立体效果。在平面上表现肌理，主要通过点、线、面有规律的排列组合，产生视觉上的粗糙和高低不平效果。如图10所示。
2.7动态视错觉
动态视错觉是指随着人的视点的移动使图形产生动感旋转的错觉。如图1和图11所示，看一个圆圈没有运动，但是在视觉的盲点中会产生运动的错觉。[4] 产生这种视错觉的图形利用了周边视觉效应。它往往是由一系列单元图形排列组合而成，每相邻的两个单元图形自身的排列是正好相反的，比如一个是顺时针排列，相邻的单元图形则为逆时针排列。快速眼动导致产生图像移动幻觉。产生移动幻觉不是持续性的，眯着眼或眼睛不动的时候就不会产生图像移动幻觉。因此，视错觉艺术的不确定性与幻觉性为平面设计带来了无限的创意与表现空间，是非常值得我们去利用的一种设计方法。
3结束语
在现代平面设计多元化发展的大趋势下，中国现代平面设计的发展形成了新的设计需求，逐渐打破了以往贯于平面设计中运用的法则，解构了固有的符号现象。设计主要还是以点、线、面构成，但是却有更大的发展空间，要逐步发掘更多的设计方法，才能提高我们的设计水平，而时空化设计必定成为图形设计的主流方法之一。
参考文献
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[2] 王世龙.平面之上，创意之外——平面广告设计中的“视错觉”艺术.艺术与设计（理论）.2013年3月
[3] 李钰.谈视错觉原理在版式设计中的运用.现代装饰（理论）.2012.5
昆明配网图形化智能防误操作系统 篇7
本项目的关键技术与创新点有:
1.先进的配网图形链路显示技术:可将复杂配网线路自动排版、缩减在一屏上显示, 调度员可方便清晰地查看线路接线方式和运行方式, 包括:相关链路、送电链路和本线链路。能够在一个画面显示任一条线路的相关连接, 在联络点处显示各侧线路名称等信息, 便于查询和事故处理。图形空间自动扩充及图形拼接技术是电网网络图形的创新性应用。
2.基于网络拓扑的防误操作判断:系统采用拓扑分析和数学推理的方式实现防误操作判断。防误功能分两类:第一类是防误闭锁功能;第二类是防误提醒功能。
3.基于网络拓扑的智能调度指令票模块:包括全智能成票、点图成票、按典型票成票、手工拟票等开票方式, 全智能开票时的合解环倒电方案优选排序算法以及操作指令票安全校核算法等。
4.先进的图形更新机制:包括基于“更新任务”方式的图形更新、预更新技术, 图形空间自动扩充技术。系统的图形管理模块实现了预先存储、预更新功能, 可同时保存多个“更新任务”, 保证系统图形的及时更新。
项目目前将昆明供电局配网所辖五华、官渡、盘龙、西山四个分局形式不一的配电网络图统一为同一样式的电子图形, 建立了多功能、智能化的配网网络图, 具备网络拓扑分析, 实现智能链接、链路显示、快速查找、管理统计等诸多应用功能。截止2012年12月31日, 共绘制完成配网联络图4幅, 变电站76座, 开关站1711座, 配电站532座, 箱变297座, 10k V线路1154条。通过基于网络拓扑的安全防误策略, 解决了调度指令票的防误纠错问题, 通过基于网络拓扑的智能调度指令票功能, 提高开票的正确性、规范性及工作效率, 截止2012年12月31日, 调度员使用系统开票789张。提供简单、易用的图形维护工具, 建立图形维护管理制度, 明确各级人员的职责及具体工作流程, 彻底解决了困扰调度员多年的配网图形及时更新问题。调度员通过系统联络图可以快速、全面地观察线路连接情况, 有效提高事故处理速度, 减少客户停电时间, 提高供电可靠性。昆明配电网网络图通过先进的图形技术和完善的流程管理实现了真正意义上的图实相符。目前在日常工作中使用该系统已发现图实不符14次, 有效地防止了误调度事故的发生。
图形化系统 篇8
优秀的界面设计不仅是让软件外观上变得有个性有品味, 还让软件操作变得舒适、简单。儿童书画艺术教育演练系统的界面设计必须符合现代设计的要求。现代设计是一个读图的时代, 图形作为一种世界通用语言, 在信息传递的过程中, 形象十分生动, 容易达到共鸣, 能够有效地传递信息。一个优秀的系统设计作品必须从界面布局中挖掘出更多图形化设计的表达方式, 研究界面中蕴藏的图形语言功能, 通过形象化、趣味化的设计方式创造出有价值的视觉效果。
儿童书画艺术教育演练系统把研究的目标群体定位为儿童, 在此阶段的儿童已具备一定的认知能力。要求在进行界面设计的时候要充分考虑到对儿童认知心理的影响, 这样的设计才是有效、实用的。
(一) 儿童对文字的认知。文字不仅仅是儿童接受正规教育后, 才具备的一种读写认知能力, 在儿童成长过程中, 会在日常的生活中大量接触到文字内容, 同时也会对文字的形态结构有初步的了解与认识。儿童对文字的认知过程主要分为模糊阶段、初步联系阶段、稳定联系阶段三个阶段。在这个过程中儿童对文字结构以及组成部分的认识是逐步提升的, 最终建立起牢固稳定的形、音、义之间的联系。儿童对文字的认知是把形象思维与抽象思维结合起来的过程。抽象思维来自对外界事物的感知和已掌握的知识, 并不是无缘无故产生的。因此, 儿童系统的视觉化设计应合理把握儿童形象性、具体性的思维特点。
(二) 儿童对图形的认知。儿童随着父母的教育以及年龄的增长对图形的认知不断提高。很多学龄前儿童已经可以辨识如圆形、三角形、长方形、正方形等一些基本的形状。儿童对图形的认识总是从其外形轮廓上开始观察与判断, 是一种先整体后局部的观察方法, 这种观察方法使得儿童对几何化的图像有很强的辨识性, 这便产生了儿童书画艺术教育中关于图形认知水平提升的一个矛盾。过于简单的图形对儿童认知能力的提升有限, 而过于复杂的图形又引不起儿童的兴趣与注意。
(三) 儿童对色彩的认知。色彩以其视觉吸引力对儿童有特别的吸引力, 对儿童色彩认知的研究, 有利于理解他们的内心世界。儿童对色彩的认知比较简单, 对色彩的色相、明度、饱和度等色彩知识没有明确的认识, 会把色相相近的颜色统一化, 而且对混合色的认知比较困难。但是随着儿童年龄的增长对色彩的辨识能力会有很大提升, 而且会对颜色产生偏爱, 尤其是对纯度高又鲜艳明快的原色。而且儿童会慢慢的把色彩与情感融合到一起, 尝试用某种色彩表达自己的心情与情感。在儿童书画艺术教育演练系统中必须要把握儿童对色彩认知的性别差别和个体差别, 把握好整体的色彩节奏, 是打开儿童心灵需要紧紧抓牢的一把钥匙。
儿童教育有非常丰富的教学实验和许多行之有效的学习方法, 图形化设计在儿童教育界面上的应用是不断向西方学习、借鉴, 并关注儿童认知心理和审美能力的研究, 是完善和优化了儿童书画方面学习的方法, 具有巨大优势。
(一) 符合儿童的认知和审美能力。儿童对事物的认知方式是以视觉为先导的, 图形化设计利用文字的内涵、图形的设计以及色彩搭配等方式, 将知识通过图形化的视觉印象深深地印在学龄前儿童的脑海里。为学龄前儿童接受新知识提供了方便 , 能够贴近他们的生活实际、思想实际。符合儿童认知心理与审美能力的研究, 具有创新的表达手段。
(二) 迎合儿童兴趣, 富有情趣性。书画学习相对于看动画片或者是听故事而言会枯燥乏味, 所以儿童书画教学首先要激发儿童的学习兴趣。要用趣味性的手段对界面进行图形化设计, 抓住学龄前儿童爱玩的天性。
儿童书画艺术教育演练系统中的图形化设计是建立适合儿童的认知感受力与审美理解力的基础上, 在对文字、图形、色彩的设计。不仅能够增加儿童对知识的兴趣与好奇心, 还能让他们产生自主学习的主动性。儿童书画系统的界面设计中图形化设计有利于发展儿童的各种能力, 特别是感官知觉、注意、记忆、思维、想象等的能力。合理提升儿童的认知能力, 激发儿童的认知体验, 指导儿童通过发现与感知美而理解美, 建立起一种轻松愉悦舒服的环境实现儿童学习的主动性。
参考文献
[1]尹国军.新媒体视野下儿童书画艺术教育媒体交互产品发展研究[J].文艺生活.2013 (11) .
图形化系统 篇9
关键词：图形化组态,动态链接库,数据驱动
0 引言
随着计算机技术的发展,图像处理技术已经运用到了工业、军事、医学等很多方面。而图像处理是一个复杂而繁琐的过程,常常一项简单的图像处理过程需要多个图像处理算法共同完成。如果临时编写算法的话不仅算法的正确性难以保证,而且对于不熟悉编程的人来说是件困难的事[1,2]。本文提出并研究了一种基于图形化组态的数字图像实验系统,本系统将图像处理算法封装为图形控件,用户可以通过拖、拽的方式自由组态,来绘制处理流程,根据绘制的流程来进行图像处理。本系统不仅可以减少从事图像处理的研究人员进行算法的重复开发,方便进行对比实验,而且也可以使图像处理初学者不需要编程就可以快速熟悉图像处理流程。本系统结合VB和VC语言的优点,采用VB和VC程序语言实现,运用了动态链接库技术,将系统所需的大量的图像处理算法编写成动态链接库,提高系统的运行速度。
基于图形化组态的软件开发代表了一种新的软件开发方式,它借助了图形图像简单直观、易于理解的特点,由节点和节点间的有向连线构成的一个有向图来表示程序的处理流程。节点可以看成是具有输入和输出接口,并且封装了一定算法的功能模块,输入接口用于接收数据,输出接口用于发送数据[3]。
本系统主要是为专业进行图像处理研究或者进行图像处理学习的人员设计。本系统采用图形化组态的方式来设计。图形化组态的一个特点就是可以把一些通用的图像处理算法封装成图标控件,用户要运用这些算法的时候,不必要再编写图像处理算法,而只要拖、拽相应的图标就可以组成流程,这样可以大大减少用户的工作量,而且对于不熟悉图像编程的初学者也比较方便;图形化组态的另一个特点是连接的对象可以随时被撤销和改变,即处理流程可以根据用户需要动态地改变,用户可以很快地对实验结果进行比较。
1 系统的主要功能模块
本系统采用VB和VC语言实现。VB在界面编程中具有所见即所得的优势,且编程快速、简单,但代码运行较慢。VC编写的程序,编译后代码的执行速度比VB快,但编程较为复杂。因此,对于系统界面和不涉及大量计算的程序用VB编写,而对于需要大量计算的图像处理算法则用VC的动态链接库来编写。运用动态链接库来编写大量的图像处理算法既可以节约内存也便于软件的升级。
本系统是一个基于图形化组态的数字图像实验系统,其中算法工具栏中的每一个选项代表了一种图像处理方法或者是某些方法的组合。用户通过单击鼠标选定算法工具栏中的方法,完成对象的选定,设置选定对象的属性,并建立选定对象的流程连线。根据绘制的操作流程,用户可以完成各种图像处理实验,快速地查看输出结果。本系统具有可扩展的特点,即用户新编写的图像处理程序可以自动封装成图形控件,添加到系统中去。系统的模块结构关系如图一所示:
下面,主要介绍本系统的流程绘制模块、运行模块、显示模块,以及算法扩展模块。
1.1 流程绘制模块
此模块的功能主要是负责流程的绘制、流程的修改和所选定方法对象所需参数的输入。其中,流程的绘制有两种方法:一种方法是通过单击鼠标选定算法工具栏中的相应方法对象,完成对象的选定、选定对象的连线等步骤来绘制流程;另一种方法是通过打开一个已经保存的流程文件来绘制流程。
图形控件可分为简单类图形控件、复合类图形控件和控制类图形控件三大类。简单类图形控件是只封装了一个单一功能或一个图像处理算法的图形控件;复合类图形控件是封装了多个图像处理算法的控件;控制类图形控件主要是在包含选择结构或者循环结构的流程中用到,用来控制流程的走向。图形控件V可以表示为V=(Index,Type,In_num,Out_num,Para,Fun,Pin,Pout),其中:
●Index表示图形控件的索引值;
●Type表示图形控件的类型,当它的值为0时表示简单类图形控件,值为1时表示复合类图形控件,值为2时表示控制类图形控件;
●In_num表示处理流程中以此图形控件为终点的连线的数目,即图形控件的入度,它是在对处理流程中的图形控件进行仿真运行的时候将要用到的一个重要量;
●Out_num与In_num相反,表示处理流程中以此图形控件为起点的连线的数目,即图形控件的出度,它也是在对处理流程中的图形控件进行仿真运行时将要用到的一个重要量;
●Para表示图形控件中所封装函数所需要的参数;
●Fun表示图形控件中所封装的函数;
●Pin表示图形控件的输入端口的集合,它可以为空;
●Pout表示图形控件的输出端口的集合,它可以为空。
这三类图形控件都是由图形部分、功能部分和属性面板三部分组成,图二为图形控件结构图。其中,图形部分是图形控件的外部表现形式,功能部分是图形控件的核心部分,里面封装了函数的具体实现,外部是不可见的,属性面板则可看成是为控件的功能部分传递参数的外部接口。
有向处理流程中图形控件之间的连线主要有两方面的作用:一是作为图形控件之间的可视化连接,二是表示数据传输的方向,两个相互连接的图形控件之间有数据从连线所连接的起点图形控件传输到连线所连接的终点图形控件,从而完成数据的传输过程。图形控件之间的连线E可以用E=(Index,Type,Start_index,End_index,Left_Right),其中:
●Index表示连线的索引值;
●Type表示连线的类型。有两种类型的连线:一种是带箭头的直线,它的Type为0;另一种是带箭头的折线,它的Type为1,当有向处理流程中包含循环结构时,会绘制出带箭头的折线;
●Start_index表示与连线起点相连接的图形控件的索引值;
●End_index表示与连线终点相连接的图形控件的索引值;
●Left_Right用来区分与控制类图形控件的左端口还是右端口相连的标志。为Flase表示与控制类图形控件的左端口相连;为True表示与控制类图形控件的右端口相连。当连线的一端连接的是图形控件时此标志位才有用。
1.2 运行模块
此模块的功能是根据用户所绘制的图像处理流程,分析实验流程,调用相应的图形控件所对应的函数对流程进行处理。用户所绘制的流程图具有以下特点:
(1)有向性:从一图形控件到另一图形控件存在有向关系,前者是后者的前驱节点,后者是前者的后继节点,流程的有向性决定了数据流动的有向性。
(2)条件性:某个图形控件可能有多个前驱,一个图形控件若想被激活运行,必须是它的所有前驱图形控件运行完毕并且有输出,也就是说它的所有输入接口都有输入。
(3)流程中可以包括顺序结构、选择结构、循环结构、子过程调用四种结构,所以,流程中可能会有环。
传统的基于图形化编程的平台基本上是在运行之前,根据处理流程的结构先对图形控件对象进行排序,然后再根据排序结果依次调用与图标相关的算法。这种方法不仅效率低,而且对于包含选择结果和循环结构的流程不适应。因此,本文提出的一种基于数据驱动的方法,这种方法利用栈结构的后进先出的特点实现。这种方法对于包含顺序结构、选择结构、循环结构以及子过程调用四种结构的流程都适用。系统的运行机制如图三所示。
1.3 显示模块
此模块的功能是显示处理后的结果。处理后的结果主要分为两类:一类是处理后的图像结果,另一类是图像结果的相关参数。
1.4 算法扩展模块
此模块的功能主要是提供一个开放性的外部接口,可以将用户自己编写的图像处理程序自动封装成图形控件,并且将此控件添加到系统中去,供以后使用。
此开放性的外部接口主要包括添加图形控件的控件名、图形控件所对应函数的函数名、添加函数参数的个数以及参数的类型。添加图形控件的控件名和图形控件所对应函数的函数名是不可缺少的,但是输入的参数信息可以为空。当用户要往系统中添加一个新的算法的时候,只要提供外部接口中的相关信息,系统就根据用户提供的信息,生成与添加函数的名字相同的图标对象,并且将生成的图标对象添加到已有的算法工具栏中保存下来。同时,系统将添加的图形控件的控件名和图形控件所对应函数的函数名对应的保存下来,使流程解析的时候能够正确的自动调用正确的函数。
2 示例
图四是系统的用户界面。左边是算法控件栏,中间是流程绘制实验台。以下图的实验为例,首先在控件栏中拖取“打开图像”、“灰度均衡”、“显示”、“sobel算子”等控件,然后设计它们的属性,按照实验的要求将它们用线连接起来,组成图四所示的流程图,点击运行按钮来运行实验,结果如图五所示。
3 结束语
本文介绍了基于图形化编程的图像处理实验系统的主要功能和实现技术。基于图形化的编程方式增加了系统的可视化效果,提高了图像处理的速度。
参考文献
[1]王建新,陆炜妮,王伟平.基于组建的数字图像处理仿真系统的设计与实现[J].系统仿真学报,2004,16(6):1213-1216.
[2]王建新,张丽媛,盛羽,刘丽娟.基于组件的计算机组成原理虚拟实验室的设计与实现[J].系统仿真学报,2008,20(9):2469-2474.
[3]Fabrega L,Massaguer J,Jove T,Merida D.A Vir-tual network laboratory for learning IP network[A].Denmark:The7th Annual Conference on Innovation and Technology in Compute Science Education,2002.Reference6.
[4]N Kehtarnavaz,C Gope.Dsp System Design Us-ing Labview and Simulink:A Comparative Evaluation[J].IEEE,2006,6:985-988.
图形化系统 篇10
1.1 研究意义
在数控加工中, 一般是由编程人员手工从图纸中提取零件信息, 结合加工工艺要求, 根据数控加工程序的标准手工编制加工程序, 速度慢, 人为因素多, 影响了整个制造过程的效率, 也增加了产品质量的不稳定性, 是零件制造从设计到制造中的薄弱环节。所以为了适合制造过程中零件设计和加工的效率、缩短生产周期, 降低人为因素的影响, 稳定产品质量, 需要实现从计算机零件图形到数控代码的自动编程。
1.2 国内研究现状
研究目标:广泛应用于微机, 投资少且易于推广应用;具有一定的会话及图形显示功能, 可及时发现错误, 及时修改, 得到正确的程序;系统配有后置处理程序, 并快速生成用户需要的不同的后置处理程序。
典型代表有:刘升明、李建军等人针对冲压产品提出了参数化建模, 该系统对于几何模型的建立提出了非常有意义的算法;林峰等人提出基于图形数据的图形参数化方法;张林煊等提出了基于积木式拼结思想的零件图的参数化设计方法[1]。
1.3 国外研究现状
Parametric Technology公司推出以参数化、特征技术为基础的新一代实体造型技术。Rolle D, Schonek F and Verroust提出了基于尺寸参数的参数化设计系统, 即尺寸驱动C A D系统, 该系统根据C A D系统中 (一个或多个) 关键尺寸的变化而调整几何模型。Roller D, Kondo K、Watson S先后提出了作图规则匹配法, 几何作图局部求解法等参数化设计算。
2 研究目标及内容
2.1 研究目标
(1) 研究数控铣削加工编程中不同类型零件的自动编程方法、自动编程软件的应用现状, 分析目前自动编程存在的问题, 比较其优劣并提出解决方案。
(2) 分析数控铣削典型零件的几何形状特点, 明确其共同特征, 研究采用参数化编程结合复杂零件图形编程对加工零件进行自动编程的方法。
(3) 研究基于PC的数控铣床自动编程软件的实现方法。
2.2 研究内容
(1) 分析目前数控铣床自动编程的问题。研究数控铣削中同类零件的参数化程序设计方法, 以及针对复杂零件参数化编程存在的困难, 分析利用零件图形模型作为辅助手段编程的可行方法。
(2) 分析数控铣削零件的类型和结构相似性, 研究零件的具体加工工艺, 确定了选择参数的方法;对零件加工路线进行分析, 研究了切削过程与参数编程的关系。
(3) 研究在PC平台上建立零件图形库、工艺库、专家库, 程序库的方法, 在分析制订出零件的加工方案之后, 通过参数输入和图形数据后台处理, 自动生成加工的NC程序, 并通过接口输入数控机床。
3 拟解决的关键性问题
本课题主要解决以下四个关键问题。
(1) 数控铣床加工典型零件参数数据库模块的建立。
(2) 零件图形参数化造型模块的建立与加工数据分析。
(3) 程序自动生成模块的开发。
(4) 人机交互界面模块的设计。
4 研究方法、技术路线
4.1 研究方法
选用Windows XP这一被广泛应用于个人电脑的操作系统作为系统开发平台, Acess2003数据库软件作为储存加工参数信息的数据库平台, 使用Auto CAD作为零件二维图形数据开发平台, 选用VC++作为系统开发工具。通过对数控铣床典型加工零件进行分析, 获取零件结构特征参数。针对不同零件, 通过调用零件加工参数确定零件加工过程, 也可以通过Auto CAD生成的零件二维图形信息读取零件结构特征, 确定加工工艺、走刀路线、切削参数后, 通过系统自动生成NC程序并输出到机床。机床与PC平台间采用串口连接, 方便文件传输。
4.2 技术路线 (图1)
4.3 由此设计实验方案如下
(1) 提取轮廓信息, 生成刀位数据, 从DXF文件的/ENTITIES0段中, 我们可以获得图形的所有线条信息, 如LINE、CIRCLE、ARC等等, 这些也就是零件的轮廓信息。根据不同的线条类型, 我们可以获得相应的数据, 例如LINE就可以获得起终点坐标, 而A R C获得的则是圆心坐标、半径、起始角、终止角 (和X轴正向的夹角) 。如果是PLINE或RECT, 应该采用将第一个点作为第一条线的起始点, 第二个点在为第一条线段的终点的同时又是第二条直线的起点, 第三个点依此类推的方法, 将其分解成LINE[2]。
(2) 特征造型, 特征造型主要是根据用户从用户界面输入的零件参数和以数据文件存储在数据库中的设定参数, 进行结构参数的计算。计算过程中所要查的表格数据库的文件格式预先存储于数据库中, 计算完成后, 得出的数值结果传递到图形库中完成特征造型[3]。
(3) 加工要求和工艺信息获取, 加工要求一般通过人机界面进行交互性输入, 如走刀路线、零件材料、加工精度等等, 这是加工和工艺参数获取的必要条件, 根据加工要求可以在已有的工艺专家库中获取相关工艺参数, 如刀具转速、进给量、切深、是否需要切削液等等, 以备自动编程的时候使用。
(4) 进行自动编程处理, 经过前面各种信息的处理, 就可以直接进行自动编程处理了, 一般可以分为三部分:程序头、程序体和程序尾, 不同的部分有不同的编程规则。在程序头中, 需要处理程序单号、工件坐标系、刀偏、刀具半径偏差、刀具长度偏差、进给速度、主轴转速等;对于程序体, 由于刀位数据已经很完善, 只要转换成代码即可;程序尾主要处理取消刀偏、回归参考点、停止冷却液、停止主轴等, 相对简单, 而且都可以采用通用的结构[4]。
(5) 通过后置处理生成数控加工程序并在系统上进行校验, 通过轨迹仿真的方式检查程序错误或者加工干涉等问题, 若准确无误则通过PC与机床接口直接输入机床。
5 可行性分析和创新性
5.1 可行性分析
对于一般教学用数控铣床来讲, 数控系统应当是能够方便、准确的进行一般零件的编程和加工控制的, 而且操作起来无障碍。本课题研究的基于PC的数控系统的主要目标就是方便操作和编程, 省去了大量时间, 且能够解决大部分铣床加工零件的程序编制问题, 由于选用PC作为系统平台, 各种辅助软件均可以随时调用, 共享信息, 出现错误可以立即修改, 降低了操作人员使用难度, 具有较好的可行性。
5.2 创新性
低成本构筑的面向职业类院校的开放式系统, 且系统具有可扩展性、可重用性、可维护性。
摘要：本文从研究本课题的意义及国内外研究现状、研究目标及内容、拟解决的关键性问题、研究方法、技术路线、可行性分析和创新性五个方面入手, 低成本构筑面向职业类院校的具有可扩展性、可重用性、可维护性的基于PC的数控铣床图形参数化编程开放式系统。
关键词：数控铣床,图形参数化,系统
参考文献
[1]赵春红.基于PC的开放式数控系统[D].陕西:西北工业大学, 2007.
[2]汪诚波.基于AutoCAD数控自动编程系统[J].制造技术与机床, 1999 (1) :32-34.
[3]刘志雄.基于特征描述的数控车床自动编程系统设计[J].机床与液压, 2003 (2) :3.
图形化系统 篇11
关键词：经历探索；猜想；尝试解答验证
中图分类号：G622 文献标识码：B 文章编号：1002-7661（2014）15-382-01
一、空间与图形的提出及现状
以往有些教师在空间图形教学中只重视学生的学习结果，学生在“老师问，学生答，老师讲，学生记。”这种死板的方式中进行，缺少知识的形成过程，让学生亲身体验过程。科学的学习方式要在学生观察比较、大胆猜测、实验推理、合作交流、积极思考等活动中逐步形成的。
现代数学观认为：数学是一种活动。它不同于印在书上和记在头脑里的东西。既然是活动，它首先是师生生命活力的一种体现，这种活力表现在课堂上应该是教师设法将学生引入到“一种活动中去”，使学生获得积极向上的人生体验，以满足学生的求知欲、表现欲、发展欲。使学生在一系列行为表现的基础上发展和完善其个体主体性。
二、活动化的时机
在活动化的时机上，要从课堂的实际出发，研究在这堂课的哪个教学环节进行活动最佳，教师怎样把握机会进行有效的活动是研究教学过程活动化的重点。另外还要把握好活动化的力度，要多留学生一些自由的操作和实践的时间和空间。在活动过程中还要抓住时机对活动的过程进行正确的评价。
1、设疑加鼓励，激活学习兴趣
设疑加鼓励是课堂教学中吸引学生学习注意力良好的手段之一。它是教师有意识地在教学之前，设置疑障，让学生大胆猜测结果，它有利于在教学中激发学生的思维，有利于培养他们的独立性，对于猜测中不时出现的创新意识，教师要明确鼓励，使他增强自信心，学习的劲头会更大。教学《什么是面积》时，设疑让学生猜测长方形和正方形两个面积的大小，抓住这一有利时机，放手让学生合作探究，通过选择、实验来完成学习。学生根据事先准备好的几枚五角钱的硬币，或是画格子，让学生自己选择方法，小组合作实验来探讨哪个面积大，同学们经过合作探究，会学得很主动，在交流信息时，会有不同的见解，能从不同的侧面，用不同的学具来解决问题。有的学生说可以摆硬币，长方形中可以摆10枚硬币，正方形中可以摆9枚硬币，说明长方形的面积大；有的学生说可以画格子，长方形中可以画10个格子，正方形中可以画9个格子，说明长方形的面积大；还有的学生会通过动手撕补的方法得出长方形的面积大。实践得出比较两个图形面积大小的不同方法，这样的课堂教学开放而且有效，学生学得很主动，充分培养了学生的合作探究能力。
2、思疑，引导学生随时动手操作，解决问题
课堂教学为了帮助学生理解较为抽象的几何知识，动手操作是较为理想的可行办法，学生在这一实践活动中会获得对数学知识的体会和理解，更重要的是良好的情感体验。例如：在教学平面图形的对称性时，理解“对称”较为抽象，教师可以先向学生展示准备好的剪纸，让学生发现这些剪纸的美丽和奇特，猜测老师怎么会剪出来的，跃跃欲试的学生可以自己尝试着剪，允许他们率性而为，允许他们失败，甚至允许他们犯错误，教师尽量多给他们动手操作的机会。学生通过动手实践，合作交流，理解“对称”的意义，并不断尝试着得出对称花纹的正确剪法。通过观察这些图形的共同特征，理解折痕就是“对称轴”，然后出示一组平面图形：正方形、长方形、三角形、平行四边形等，判断它们的对称性和各有几条对称轴。学生可以讨论，可以求助，也可以自己想办法解决。通过了上面的动手操作之后，学生大部分还是喜欢自己动手，剪一剪、折一折，马上可以得到验证，并及时得到反馈，在这样的教学过程中抓住时机，让学生动手操作，有效地促进了学生对数学本身的感受、领悟和欣赏，促进学生认识的整体性发展。
三、活动化的方法
活动化的方式有多样，如：观察、猜一猜、量一量、剪一剪、拼一拼、折一折、画一画、分一分、议一议等。具体要研究哪些课的活动要用哪些活动方法才能达到最佳效果是课题研究的重点。
1、展示丰富多彩的几何世界，设置情境，贴近生活
《标准》中对“空间与图形”的内容呈现大都采用直观几何、实验几何的方式，在教学中，设置情境贴近学生的现实生活和日常经验，充分利用学生的生活经验，设计生动有趣、直观形象的数学活动，如运用讲故事、做游戏、模拟表演等，激发学生的学习兴趣。让学生在生动具体的情境中理解和认识“空间与图形”，鼓励每一位学生动手、动口、动脑，参与数学的学习过程。
2、以生活经验为基础，运用多种途径发展学生的空间观念
学生空间观念的形成是建立在观察、感知、操作、思考、想象等的基础上，是从经验活动的过程中逐步建立起来的，发展学生的空间观念的基本途径应当多种多样。这些途径包括：生活经验的回忆、动手操作、实物观察、想像、描述、联想、模拟、分析和推理等。其中实物观察和动手操作是发展空间观念的必备环节。如在“估一估 量一量”的教学中，安排多种活动，如测量讲桌的长，黑板的长……，引导学生亲自动手量一量，从测量活动中，感受厘米和米的实际意义。
又如在“观察物体”的教学中，鼓励学生观察身边的物体，从生活中拿学具——小汽车、玩具熊、茶壶……等，从不同角度，不同位置去观察这些物品，体会从不同方向观察同一物体所看到的形状可能不同。再如在“认识图形“的教学中，引导学生回忆生活中物体的面，有哪些是正方形、长方形……，从生活中发现图形，找图形，通过“摸一摸”、“猜一猜”等活动，让学生描述出图形的基本特性，并猜出图形的名称。
参考文献：
[1] 裴娣娜 《教育研究方法导论》安徽教育出版社
图形化系统 篇12
基于普通液压机床与数控机床优缺点的对比分析, 从加工制造企业的实际需要出发, 提出一种普通液压机床数字化控制改造方案, 在此基础上创造性的重点研究一种液压机床加工工艺流程图形化计算机辅助设计系统, 两者有机结合构成液压机床CAPP/CAM一体化集成系统。其主要意义在于: (1) 提高普通液压机床的自动化程度和灵活性, 使其能象数控机床一样通过配置编程加工不同种类、规格的零件; (2) 克服数控机床编程维护复杂的缺点, 提供一种图形化、简便形象的工艺流程设计手段; (3) 成本低廉的完整解决方案。
1 液压机床数字化改造方案
为使普通液压机床具有可编程特性, 首先需对机床进行电气化改造。基于普通液压机床工作特点, 将所有机床状态、位置等信息规整为标准开关量信号, 采用电磁阀等控制气动单元、液压单元执行机床动作。从而, 将机床控制问题简化为对一序列开关量信号的处理问题, 包括检测信号和控制信号。在此基础上, 研发一款可采集和输出标准开关量信号, 处理工艺流程的数字控制电路板 (以下统称数控板) , 完成机床的数字化改造。数控板并不直接提供生成工艺流程的功能, 只是根据预置的工艺流程数据执行相关动作, 从而降低其复杂度。但是, 固化的工艺流程会使机床失去灵活性, 不能体现数字化控制的优势[2]。因此, 数控板中预置的工艺流程数据必须可以简便的修改, 这一功能由图形化计算机辅助工艺设计系统 (以下统称图形化CAPP系统) 来完成。
图形化CAPP系统将液压机床的开关量信号序列抽象为规范I/O对象, 并增加定时、计数等内置对象, 提供一种完全不同于数控机床G代码编程方式的、基于时间轴的流程图式的简易编程界面, 从而使液压机床既具有类似数控机床的适应不同产品、工艺的可编程的特点, 又不需要掌握复杂的数控编程技术, 一线产业工人可快速上手;设计系统提供CAM接口, 图形化设计结果可直接转化为数控板可解释执行的编码送往数控板用于机床加工控制。图形化计算机辅助工艺设计系统创造性的实现了一种价格低廉、可图形化编程、操作简便的液压机床升级改造或设计制造的解决方案[3]。
2 工艺流程算法模型
图形化CAPP系统的最基本目标是灵活、简便, 既要使液压机床具备一个类似数控机床的可编程特性, 又要足够简单方便, 以降低成本和对操作人员的要求, 在进行软件系统设计时必须充分考虑这一需求。在算法设计中, 首先将机床实际工序、动作等抽象成不同的逻辑对象, 然后再根据具体机床、加工零件的不同创建不同的对象供用户使用, 并形成针对不同机床型号的配置文件[4]。
首先, 将机床加工过程中的各要素抽象为状态、转换条件和元件三种不同的对象类别, 其中元件又分为输入元件、输出元件和逻辑元件三种类别, 见表1。
从表1可以看出, 系统最基本的组成单元为元件, 包括输入元件、输出元件和其它逻辑元件。输入元件为液压机床检测信号的映射, 输出元件则为机床控制信号的映射, 输入元件和输出元件合称I/O元件, 与数控板上的输入点和输出点一一对应, 即输入元件读取对应输入信号的值, 输出元件则数控控制信号以指令液压机床工作。其它逻辑单元则包括定时元件、计数元件和中间元件等, 中间元件指不直接对应数控板实际输入输出, 内部的中间变量。所有元件的值只有1和0两种情况, 但同时可以包含其它属性, 如定时元件还具备设定值、当前值等属性。
转换条件为元件的复合体, 可以包含I/O元件、定时和计数元件等。转换条件的值和元件一样, 只有1和0两种情况, 由元件间进行与、或、非逻辑运算而来。转换条件用于系统状态间的切换, 例如若当前状态为快速进刀, 碰到行程开关后机床切换为进给加工状态, 则转换条件为行程开关信号有效 (值为1) ;若除行程开关外还需其它信号有效, 则转换条件为两者值的逻辑与。定时和计数元件则用于状态转换条件为时间或计数的场合, 例如一个状态维持若干时间后自动切换为下一状态。
状态对应着机床加工工序, 分基本状态和复合状态。基本状态为一序列输出元件的组合, 即通过输出信号控制机床各电磁阀正确得电和失电, 完成一个工序。复合状态为子状态、转换条件的组合, 也可理解为符合状态中又可以包含一个工作流程, 即状态中的子状态可以象主处理流程中的状态一样根据转换条件进行切换, 这样使系统具有足够的灵活性。
依据状态、转换条件、元件之间相互关联特点, 系统算法采用采用递归组合模式 (COMPOSITE模式) , 其对象结构如图1所示。
其中, 为统一算法模型, 基本元件可以进行逻辑取反操作, 基本元件间相互关系可以为空 (NOP) 、逻辑与、逻辑或三种, 而在基本状态中基本元件间相互关系固定为空 (NOP) 关系。状态理论上可以递归叠加, 但在本例中将其限定为两级, 以提高软件系统操作简便性。
3 图形化设计系统实现
3.1 对象与数据结构
根据工艺流程算法模型, 将系统各要素抽象为三大类别对象, 每个对象具有“值”及其它不同的属性。基本元件的属性构成见表2。
对输入元件、输出元件来说, 地址对应实际数控板中输入输出通道相应地址, 对计时、计数和中间元件来说地址为一个唯一编号, 以区分不同的元件。设置值与前值的目的为判断元件值的变化, 得到其上升沿和下降沿。
对转换条件、状态这两类对象而言, 除具备基本元件中的别名、地址 (编号) 、值、前值、描述等必备属性外, 还具有基本元件或组合的子对象列表, 从而形成递归组合的形式表达整个工艺流程的构成。
基于上述分析, 系统采用双向链表结构来存储设计数据。首先创建一个抽象基类Node来表达所有对象的共有属性, 如前向指针、后向指针、别名、地址、值、前值、描述以及视图系统所需的坐标信息等;定义所有抽象接口, 如AddNode、DelNode、GetHead、GetTail、GetPrev、GetNext等对象添加删除及遍历操作[5]。
3.2 软件流程与实现
系统采用基于时间轴的流程图式界面设计, 所有对象采用拖放的形式加以创建。首先, 在视图中建立网格, 得到一个易于检测计算的坐标系统, 所有对象根据其坐标的不同分布于不同的网格中。从对象库中可拖放需要的对象到网格中, 并建立相互关联。界面的基本结构形式如图2所示:
图中每个状态和条件可以单独进行编辑, 复合状态的编辑以类似子程序编辑的方式呈现, 即与主流程的编辑界面一致。系统提供了仿真运行功能, 按照状态顺序扫描执行, 并在界面中显示当前执行位置和基本元件的数据。
4 CAPP/CAM接口设计
在计算机图形化编辑环境中对液压机床工艺流程配置完成后, 需转换为特定编码下载到数控板中实际执行。为使系统具有良好的兼容性和可扩展性, 系统定义了一种文本格式中间代码, 即系统在进行CAPP/CAM代码转换时经过图形系统、中间代码、执行代码三个环节。
首先, 系统将图形数据转换为文本格式中间代码。在进行转换时按照工艺流程走向依次展开, 在每个中间文件的头部有段代码表达元件名称和地址间的相互映射, 即类似于可编程控制器 (PLC) 中的I/O分配表 (分别用X、Y、T、C和M表示表2中的基本元件) ;每个状态以Section开始, 以End结束, 碰到复合状态则以同样的方式进行递归展开;每个转换条件以Condition开始, 以End结束;输出元件赋值以name:value形式表达, 如Output1:1;转换条件中基本元件之间的关系以串并联的概念表达。基本的中间代码格式如下所示:
上例中的condition表达的逻辑关系为Input1和Input2进行逻辑或运算后, 结果和Input3进行逻辑与运算。并联Input1和Input2并联后与Input3串联, 即先或操作后再与操作。
将图形数据转换为中间文件后, 为减少代码体积, 可见中间文件进一步进行编码, 生成最终执行文件, 下载到数控板中执行。且由于中间文件具体通用性, 要使系统支持不同的CAM硬件系统 (如不同的数控板) , 只需修改中间文件到执行代码的编码程序即可, 使系统获得了良好的可扩展性。
5 结语
液压机床图形化CAPP系统提出了一种价格低廉的液压机床升级改造方案, 实用价值高。从提高整体性考虑, 还可以进一步精简优化CAPP系统的操作和数据模型, 将其从计算机上移植到嵌入式设备, 如人机界面系统中。另外, 系统最后生成的执行代码除本文提出的编码方法外, 也可直接加入单片机代码编译系统, 即将中间代码编译成单片机可直接运行的二进制编码, 从而实现编译运行而不是解释运行, 以提高系统性能。
摘要：针对普通液压机床自动化程度不高, 工艺流程固化的问题, 提出数字化改造思路, 并重点研究一种液压机床加工工艺流程的图形化计算机辅助设计系统 (CAPP) 。系统提供一种流程图式简易编程界面, 使液压机床既具有类似数控机床的能适应不同产品、工艺的可编程的特点, 又不需要用户掌握复杂的数控编程技术, 实用价值高。
关键词：液压机床,数控,加工工艺,图形化设计,CAPP
参考文献