專利名稱：一種數(shù)字化鋼廠煉鋼連鑄工序控件型虛擬設(shè)備的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)字化鋼廠仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種數(shù)字化鋼廠煉鋼連鑄工序控件型虛擬設(shè)備的制造方法。
背景技術(shù)：
1、數(shù)字化鋼廠簡(jiǎn)介利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)開(kāi)發(fā)出數(shù)字化鋼廠，是一門(mén)前沿的技術(shù)。利用數(shù)字化鋼廠模擬煉鋼連鑄的生產(chǎn)過(guò)程，在作業(yè)計(jì)劃、調(diào)度計(jì)劃釋放前對(duì)計(jì)劃質(zhì)量和穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估，找出計(jì)劃的薄弱環(huán)節(jié)和生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的瓶頸設(shè)備，并根據(jù)仿真結(jié)果對(duì)作業(yè)計(jì)劃、調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行完善，這已經(jīng)成為整個(gè)煉鋼生產(chǎn)過(guò)程的一個(gè)重要組成部分。因此，建立煉鋼連鑄生產(chǎn)過(guò)程計(jì)算機(jī)仿真模型并開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，即數(shù)字化鋼廠，能夠提高鋼鐵企業(yè)的勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本。煉鋼連鑄生產(chǎn)過(guò)程是鋼鐵產(chǎn)品生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其生產(chǎn)過(guò)程及生產(chǎn)組織方式具有以下特點(diǎn)(1)生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜，不確定因素多；( 生產(chǎn)過(guò)程高溫、連續(xù)，實(shí)時(shí)性要求高；(3) 用戶合同品種多、批量大小不一。其生產(chǎn)過(guò)程和生產(chǎn)組織方式?jīng)Q定了煉鋼連鑄生產(chǎn)計(jì)劃與調(diào)度問(wèn)題屬于規(guī)模大、約束多、強(qiáng)耦合的整數(shù)規(guī)劃問(wèn)題，目標(biāo)函數(shù)和約束條件往往難以用明確的函數(shù)關(guān)系表達(dá)，傳統(tǒng)的基于數(shù)學(xué)模型的優(yōu)化方法很難求解這類(lèi)問(wèn)題，而人工編制方法由于人的處理能力有限，更無(wú)法保證煉鋼連鑄作業(yè)計(jì)劃、調(diào)度計(jì)劃的質(zhì)量和穩(wěn)定性。2、數(shù)字化鋼廠的虛擬設(shè)備簡(jiǎn)介數(shù)字化鋼廠采用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，所得到的仿真結(jié)果均是以數(shù)據(jù)的形式表現(xiàn)出來(lái)，過(guò)于抽象。而將仿真結(jié)果通過(guò)虛擬設(shè)備進(jìn)行模擬實(shí)際過(guò)程動(dòng)作，可以形象、直觀地表現(xiàn)出數(shù)字化工廠的運(yùn)行情況。數(shù)字化鋼廠所得到的仿真結(jié)果，大部分都是表現(xiàn)為時(shí)刻和事件的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即某設(shè)備的某工序在某時(shí)刻進(jìn)行，持續(xù)一定長(zhǎng)度的時(shí)間。而虛擬設(shè)備均具有相應(yīng)的時(shí)間參數(shù)接口，因此將仿真所得到的仿真結(jié)果數(shù)據(jù)通過(guò)參數(shù)接口傳遞給虛擬設(shè)備，虛擬設(shè)備將進(jìn)行與仿真結(jié)果相對(duì)應(yīng)的動(dòng)作。每次仿真所得到的結(jié)果可能是不相同的，則虛擬設(shè)備的動(dòng)作速度將根據(jù)每次仿真得到的仿真結(jié)果進(jìn)行自適應(yīng)的調(diào)整。目前已有的煉鋼連鑄方面的系統(tǒng)，其設(shè)備模型動(dòng)畫(huà)主要存在如下缺陷(1)文獻(xiàn)——?jiǎng)⒅M，孫亮亮，俞勝平，柴天佑.煉鋼-連鑄動(dòng)畫(huà)仿真系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā) [J]，控制工程，2010，17 ) :537-546.所介紹的煉鋼連鑄仿真系統(tǒng)的動(dòng)畫(huà)界面是采用2D技術(shù)，動(dòng)畫(huà)的動(dòng)作簡(jiǎn)單，播放速度只能依照固定值進(jìn)行，不能進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。(2)文獻(xiàn)——俞勝平，呂瑞霞，龐新富，鄭秉霖，柴天佑.基于虛擬現(xiàn)實(shí)的煉鋼連鑄調(diào)度仿真系統(tǒng)[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，40 (增刊一)277483.所介紹的仿真系統(tǒng)是基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的3D全景動(dòng)畫(huà)，采用的開(kāi)發(fā)軟件是3D MAX和Flexsim，缺點(diǎn)是3D動(dòng)畫(huà)部分由于采用3D MAX進(jìn)行開(kāi)發(fā)，故而會(huì)造成動(dòng)畫(huà)部分耗資源嚴(yán)重，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)造成不必要的負(fù)擔(dān)， 而且3D全景動(dòng)畫(huà)不夠直觀，不利于使用者觀察工藝細(xì)節(jié)和生產(chǎn)過(guò)程的進(jìn)展情況。
(3)上述兩個(gè)文獻(xiàn)的設(shè)備動(dòng)畫(huà)模型均不是控件形式，所以造成了和整個(gè)系統(tǒng)之間的耦合程度高，故而不利于重用。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種數(shù)字化鋼廠煉鋼連鑄工序控件型虛擬設(shè)備的制造方法，該制造方法采用了 CsGL技術(shù)，即在C#環(huán)境下，采用OpenGL函數(shù)接口建立以設(shè)備類(lèi)為單位的模型和描述工藝過(guò)程。煉鋼連鑄工序包含的設(shè)備為煉鋼階段的轉(zhuǎn)爐(BOF)和電弧爐(EAF)、精煉部分的 LF精煉爐、RH精煉爐、連鑄部分的連鑄機(jī)(CC)。本發(fā)明的數(shù)字化鋼廠煉鋼連鑄工序控件型虛擬設(shè)備的制造方法，包含如下步驟步驟一、配置軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境在Visual Studio 2008環(huán)境下，采用基于C# 的 CsGL(C sharp graphics library) 庫(kù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。步驟二、構(gòu)建控件型虛擬設(shè)備庫(kù)的整體結(jié)構(gòu)一個(gè)控件型虛擬設(shè)備作為一個(gè)設(shè)備類(lèi)，所有的設(shè)備類(lèi)構(gòu)成一個(gè)設(shè)備庫(kù)，即所有設(shè)備類(lèi)集合一起打包封裝到DLL文件中，僅暴露每個(gè)設(shè)備類(lèi)的工藝過(guò)程的主階段起訖時(shí)刻的時(shí)間接口。步驟三、構(gòu)建設(shè)備類(lèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)備類(lèi)包括OpenGL繪制環(huán)境的初始化、窗體重繪函數(shù)、時(shí)間函數(shù)和主繪制函數(shù)；所述OpenGL繪制環(huán)境的初始化包括光照和背景色的初始化、平面光滑模式的初始化、定義正面、深度測(cè)試以及抗鋸齒；所述窗體重繪函數(shù)包括視口變換、對(duì)正投影的設(shè)置，并且在以上兩項(xiàng)設(shè)置之后，將模型視圖矩陣作為當(dāng)前操作矩陣，同時(shí)將該矩陣賦值為單位矩陣，為主繪制函數(shù)對(duì)模型視圖矩陣的操作做好準(zhǔn)備；所述時(shí)間函數(shù)通過(guò)一個(gè)全局變量的遞增，模擬時(shí)間變量。步驟四、建立各控件型虛擬設(shè)備的模型在OpenGL中，應(yīng)用三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，用基本圖形的組合搭建各控件型虛擬設(shè)備；1)建立轉(zhuǎn)爐(BOF)爐體的模型、模擬轉(zhuǎn)爐(BOF)爐體內(nèi)鋼水液面建立轉(zhuǎn)爐(BOF)爐體的模型其爐體采用圓柱體(gluCylinderO函數(shù))、圓環(huán)(gluDiskO 函數(shù))、球體(glutSolidSphereO 函數(shù))、圓環(huán)面(glutSolicTTorus ()函數(shù))等基本立體圖形進(jìn)行搭建；各基本圖形在模型構(gòu)建空間中的位置坐標(biāo)，采用平移 (glTranslatefO函數(shù))、旋轉(zhuǎn)(glRotatefO函數(shù))、縮放(glScalefO函數(shù))等進(jìn)行變換；模擬轉(zhuǎn)爐(BOF)爐體內(nèi)鋼水液面；首先，使用若干個(gè)同軸，且高度足夠，底面半徑等差的圓柱面，模擬出一個(gè)位于爐體內(nèi)部的“實(shí)心”圓柱體；其次，通過(guò)立體幾何計(jì)算，將這若干個(gè)圓柱面的高度進(jìn)行調(diào)整，以使其與轉(zhuǎn)爐爐底的圓弧面相匹配；然后，使用一個(gè)截面將 “實(shí)心”圓柱的上部截除，截面以下的圓柱面保留，以模擬鋼水，控制截面的上升、下降和傾斜，則可以模擬鋼水液面的上升、下降和傾斜，注意，截面僅對(duì)“鋼水”有效，對(duì)轉(zhuǎn)爐爐體等無(wú)效；再次，在轉(zhuǎn)爐進(jìn)行吹煉時(shí)，需要在鋼水液面的中心位置表現(xiàn)出一個(gè)沖擊坑，使用正弦函數(shù)在半個(gè)周期內(nèi)的特性模擬若干個(gè)圓柱面的高度即可；最后，可以通過(guò)設(shè)置這若干個(gè)圓柱面的材料屬性，完成對(duì)于鋼水顏色漸變效果的模擬。2)建立電弧爐(EAF)的模型、模擬電弧爐(EAF)爐體內(nèi)鋼水液面建立電弧爐(EAF)的模型其爐體采用圓柱體(gluCy 1 inder 0函數(shù))、圓環(huán) (gluDiskO 函數(shù))、球體(glutSolidSphereO 函數(shù))、圓環(huán)面(glutSolidTorus ()函數(shù))等基本立體圖形進(jìn)行搭建；各基本圖形在模型構(gòu)建空間中的位置坐標(biāo)，采用平移 (glTranslatefO函數(shù))、旋轉(zhuǎn)(glRotatefO函數(shù))、縮放(glScalefO函數(shù))等進(jìn)行變換；模擬電弧爐(EAF)爐體內(nèi)鋼水液面；首先，使用若干個(gè)同軸，且高度足夠，底面半徑等差的圓柱面，模擬出一個(gè)位于爐體內(nèi)部的“實(shí)心”圓柱體；其次，利用平移函數(shù) glTranslatefO將各個(gè)圓柱面在空間的位置進(jìn)行調(diào)整，并通過(guò)立體幾何計(jì)算，將這若干個(gè)圓柱面的高度進(jìn)行重新設(shè)值，以使其與轉(zhuǎn)爐爐底的圓弧面相匹配且各個(gè)圓柱面頂面處在一個(gè)水平面上；再次，使用一個(gè)截面將“實(shí)心”圓柱的上部截除，截面以下的圓柱面保留，以模擬鋼水，控制截面的上升、下降和傾斜，則可以模擬鋼水液面的上升、下降、傾斜以及爐內(nèi)原料通電融化的過(guò)程，注意，截面僅對(duì)“鋼水”有效，對(duì)轉(zhuǎn)爐爐體等無(wú)效；最后，可以通過(guò)設(shè)置這若干個(gè)圓柱面的材料屬性，完成對(duì)于鋼水顏色漸變效果的模擬。3)建立LF精煉爐的模型、模擬LF精煉爐爐體內(nèi)鋼水液面建立LF精煉爐的模型其爐體采用圓柱體(gluCyl inder 0函數(shù))、圓環(huán) (gluDiskO 函數(shù))、球體(glutSolidSphereO 函數(shù))、圓環(huán)面(glutSolidTorus ()函數(shù))等基本立體圖形進(jìn)行搭建；各基本圖形在模型構(gòu)建空間中的位置坐標(biāo)，采用平移 (glTranslatefO函數(shù))、旋轉(zhuǎn)(glRotatefO函數(shù))、縮放(glScalefO函數(shù))等進(jìn)行變換；模擬LF精煉爐爐體內(nèi)鋼水液面；首先，使用若干個(gè)同軸同高，底面半徑等差的圓柱面，模擬出一個(gè)位于爐體內(nèi)部的“實(shí)心”圓柱體；其次，在精煉爐進(jìn)行精煉時(shí)，需要在鋼水液面模擬出鋼水通電產(chǎn)生的現(xiàn)象，使用正弦函數(shù)在半個(gè)周期內(nèi)的特性模擬若干個(gè)圓柱面的高度即可。4)建立RH精煉爐的模型、模擬RH精煉爐爐體及真空室內(nèi)鋼水液面建立RH精煉爐的模型其爐體采用圓柱體(gluCyl inder 0函數(shù))、圓環(huán) (gluDiskO 函數(shù))、球體(glutSolidSphereO 函數(shù))、圓環(huán)面(glutSolidTorus ()函數(shù))等基本立體圖形進(jìn)行搭建；各基本圖形在模型構(gòu)建空間中的位置坐標(biāo)，采用平移 (glTranslatefO函數(shù))、旋轉(zhuǎn)(glRotatefO函數(shù))、縮放(glScalefO函數(shù))等進(jìn)行變換；模擬RH精煉爐爐體及真空室內(nèi)鋼水液面；①由于對(duì)精煉爐爐內(nèi)鋼水表現(xiàn)沒(méi)有太多要求，所以此處僅僅用一個(gè)矩形面與半圓面分別模擬爐內(nèi)鋼水和鋼水液面即可。利用平移函數(shù)glTranslatefO和矩形面高度變化即可模擬爐內(nèi)鋼水液面的升降；②真空室內(nèi)的鋼水由矩形面來(lái)模擬，鋼水液面則由若干個(gè)(例如46個(gè))同寬，長(zhǎng)度依真空室內(nèi)表面變化的矩形面來(lái)模擬，各個(gè)矩形面所在的豎直高度由正弦函數(shù)在半個(gè)周期內(nèi)的特性來(lái)決定，并通過(guò)改變正弦函數(shù)的振幅便可實(shí)現(xiàn)真空室內(nèi)鋼水液面的起伏變化。至于鋼珠，也是由正弦函數(shù)在半個(gè)周期內(nèi)的特性來(lái)決定其運(yùn)動(dòng)軌跡，并由時(shí)間變量的變化來(lái)模擬其大小變化。5)建立連鑄機(jī)(CC)的模型、模擬連鑄機(jī)(CC)鋼水建立連鑄機(jī)(CC)的模型其爐體采用圓柱體(gluCylinderO函數(shù))、圓環(huán) (gluDiskO 函數(shù))、球體(glutSolidSphereO 函數(shù))、圓環(huán)面(glutSolidTorus Q 函
8數(shù))等基本立體圖形進(jìn)行搭建；各基本圖形在模型構(gòu)建空間中的位置坐標(biāo)，采用平移 (glTranslatefO函數(shù))，旋轉(zhuǎn)(glRotatefO函數(shù))，縮放(glScalefO函數(shù))等進(jìn)行變換；模擬連鑄機(jī)(CC)鋼水；連鑄機(jī)的鋼水包括轉(zhuǎn)爐、中包、結(jié)晶器的鋼水和輥道上的鑄坯①轉(zhuǎn)爐、中包和結(jié)晶器的鋼水皆由矩形面與圓面來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)；②輥道上的鑄坯分為兩段，一段是二次冷卻裝置中的一段，這段鑄坯帶有弧度，由若干個(gè)大小相同的矩形面在空間中按照一定的規(guī)律依次排布模擬實(shí)現(xiàn)；另一段是拉矯機(jī)中的一段，這段鑄坯水平，由若干個(gè)大小相同的矩形面在水平面上依次排布實(shí)現(xiàn)，各個(gè)矩形面的材料屬性值漸次變化，模擬出鑄坯顏色的漸變過(guò)程；對(duì)上述每個(gè)控件型虛擬設(shè)備的模型均做剖面(glClipPlane ()函數(shù))。步驟五、描述各控件型虛擬設(shè)備的工藝流程將各控件型虛擬設(shè)備的工藝過(guò)程分成若干個(gè)主階段，每一個(gè)主階段分成若干個(gè)子階段，再分別根據(jù)各控件型虛擬設(shè)備的具體特性描述其工藝流程。步驟六、制造控件型虛擬設(shè)備庫(kù)將所有的設(shè)備類(lèi)，打包封裝到一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)(DLL)中，構(gòu)成控件型虛擬設(shè)備庫(kù)， 僅暴露每個(gè)設(shè)備類(lèi)的工藝過(guò)程的主階段起訖時(shí)刻的參數(shù)接口。本發(fā)明的有益效果1、采用CsGL技術(shù)開(kāi)發(fā)出3D模型，并且暴露出時(shí)間接口，通過(guò)向該時(shí)間接口傳遞時(shí)間參數(shù)，形象、直觀、準(zhǔn)確地將煉鋼連鑄生產(chǎn)過(guò)程表現(xiàn)出來(lái)；同時(shí)時(shí)間接口為仿真過(guò)程中各工藝主階段的起訖時(shí)刻點(diǎn)；針對(duì)于每次仿真得到的不同結(jié)果，3D模型動(dòng)畫(huà)的播放速度可以進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，以使得3D模型的動(dòng)作和仿真結(jié)果達(dá)到完全匹配；2、采用控件的形式進(jìn)行制造，一方面保證了整個(gè)控件型虛擬設(shè)備組與數(shù)字化鋼廠低耦合，從而實(shí)現(xiàn)了控件型虛擬設(shè)備組使用的通用性，即在其它需要使用煉鋼連鑄虛擬設(shè)備的系統(tǒng)(如煉鋼連鑄生產(chǎn)計(jì)劃調(diào)度系統(tǒng)，煉鋼連鑄工藝過(guò)程演示系統(tǒng)等)中，均可以直接使用該控件型虛擬設(shè)備；另一方面，也保證了控件型虛擬設(shè)備庫(kù)使用的方便性；由于各設(shè)備類(lèi)都已被封裝在一個(gè)DLL文件中，只需要在項(xiàng)目工程中引用該DLL文件，并進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，即可使用。


圖1為控件型虛擬設(shè)備庫(kù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為控件型虛擬設(shè)備的主、子階段起訖時(shí)刻參數(shù)定義示意圖；圖3為控件型虛擬設(shè)備類(lèi)的程序流程圖；圖4為模型動(dòng)畫(huà)播放速度自適應(yīng)調(diào)節(jié)及實(shí)時(shí)調(diào)整示意圖；圖5為轉(zhuǎn)爐(BOF)工藝流程及主階段時(shí)間參數(shù)設(shè)置圖；圖6為電弧爐(EAF)工藝流程及主階段時(shí)間參數(shù)設(shè)置圖；圖7為L(zhǎng)F精煉爐工藝流程及主階段時(shí)間參數(shù)設(shè)置；圖8為RH精煉爐工藝流程及主階段時(shí)間參數(shù)設(shè)置圖；圖9為連鑄機(jī)(CC)工藝流程及主階段時(shí)間參數(shù)設(shè)置圖；圖10為轉(zhuǎn)爐(BOF)運(yùn)行時(shí)截圖；圖11為電弧爐(EAF)運(yùn)行時(shí)截圖12為L(zhǎng)F精煉爐運(yùn)行時(shí)截圖；圖13為RH精煉爐運(yùn)行時(shí)截圖；圖14為連鑄機(jī)(CC)運(yùn)行時(shí)截圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的數(shù)字化鋼廠煉鋼連鑄工序控件型虛擬設(shè)備的制造方法做進(jìn)一步詳細(xì)描述。本發(fā)明中所提到的相關(guān)名詞解釋如下1、主階段連鑄工序的每個(gè)設(shè)備的工藝過(guò)程的最小周期分為若干個(gè)具有完整工藝意義的主要階段，這樣的主要階段稱為主階段。例如，轉(zhuǎn)爐的主階段包括廢鋼裝入階段、鐵水裝入階段、吹煉階段、鎮(zhèn)靜階段、出鋼階段、濺渣階段、排渣階段等主階段；2、子階段每個(gè)主階段由若干不具有完整工藝意義，但是具有影響動(dòng)畫(huà)模型矩陣意義的階段組成，這些階段稱為子階段。子階段的開(kāi)始時(shí)刻均大于或等于主階段的開(kāi)始時(shí)刻，子階段的結(jié)束時(shí)刻均小于或等于主階段的結(jié)束時(shí)刻。例如，轉(zhuǎn)爐的廢鋼裝入主階段包括轉(zhuǎn)爐模型旋轉(zhuǎn)、料車(chē)模型平移、料車(chē)模型旋轉(zhuǎn)、廢鋼模型下落等子階段；3、參考時(shí)間軸各虛擬設(shè)備的主階段的起訖時(shí)刻以常值的形式出現(xiàn)，動(dòng)畫(huà)按照該常值進(jìn)行播放，播放速度不可改變。參考時(shí)間軸的主要作用是在調(diào)試開(kāi)發(fā)階段，設(shè)計(jì)各子階段和主階段的時(shí)間比例和包含關(guān)系，以利于在實(shí)際時(shí)間軸中的應(yīng)用；4、實(shí)際時(shí)間軸通過(guò)時(shí)間接口給虛擬設(shè)備的主階段起訖時(shí)刻賦予本次仿真結(jié)果得到的值。如此，設(shè)備模型即可按照該次仿真結(jié)果進(jìn)行動(dòng)作。當(dāng)在實(shí)際時(shí)間軸中各主階段起訖時(shí)刻得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)時(shí)，實(shí)際時(shí)間軸中的動(dòng)畫(huà)播放節(jié)奏將進(jìn)行相應(yīng)的自適應(yīng)調(diào)整。本發(fā)明的數(shù)字化鋼廠煉鋼連鑄工序控件型虛擬設(shè)備的制造方法，包括如下步驟步驟一、配置軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境
在Visual Studio 2008環(huán)境下，采用基于C# 的 CsGL(C sharp graphics library) 庫(kù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。CsGL是OpenGL與0#結(jié)合的產(chǎn)物，相對(duì)于傳統(tǒng)的基于VC++，采用OpenGL庫(kù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)的3D模型，CsGL庫(kù)可以使得程序中減少很多工作。在IDE中引用了 csgl. dll和 csgl. native, dll這兩個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)。其中csgl. dll文件中的CsGL. OpenGL命名空間包含了非常豐富的OpenGL函數(shù)。只需要在程序的開(kāi)始部分使用“using CsGL. OpenGL”，引用該命名空間，即可使用該空間中的類(lèi)，以及函數(shù)接口。步驟二、構(gòu)建控件型虛擬設(shè)備庫(kù)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示，一個(gè)控件型虛擬設(shè)備作為一個(gè)設(shè)備類(lèi)，所有的設(shè)備類(lèi)構(gòu)成一個(gè)設(shè)備庫(kù)，即所有設(shè)備類(lèi)集合一起打包封裝到DLL文件中，僅暴露各設(shè)備工藝過(guò)程的主階段起訖時(shí)刻的時(shí)間接口。各控件型虛擬設(shè)備類(lèi)(如BOF. cs)，均繼承于CsGL. OpenGL. OpenGLControl 類(lèi)，而該類(lèi)是以System. Windows. Forms. Control為父類(lèi)的；其中OpenGLDraw. cs是自定義類(lèi)，包含各控件型虛擬設(shè)備類(lèi)需要使用的自定義函數(shù)。若其它需要使用煉鋼連鑄過(guò)程中虛擬設(shè)備的工程需要使用該控件庫(kù)，則只需引入該DLL文件，實(shí)例化相應(yīng)的控件型虛擬設(shè)備類(lèi)，并通過(guò)時(shí)間接口給實(shí)例化后的對(duì)象賦予相應(yīng)的參數(shù)值即可。步驟三、構(gòu)建設(shè)備類(lèi)的結(jié)構(gòu)設(shè)備類(lèi)包括OpenGL繪制環(huán)境的初始化、窗體重繪函數(shù)、時(shí)間函數(shù)和主繪制函數(shù)；
所述OpenGL繪制環(huán)境的初始化包括光照和背景色的初始化、平面光滑模式的初始化、定義正面、深度測(cè)試以及抗鋸齒；所述窗體重繪函數(shù)包括視口變換、對(duì)正投影的設(shè)置，并且在以上兩項(xiàng)設(shè)置之后，將模型視圖矩陣作為當(dāng)前操作矩陣，同時(shí)將該矩陣賦值為單位矩陣，為主繪制函數(shù)對(duì)模型視圖矩陣的操作做好準(zhǔn)備；窗體重繪函數(shù)的作用是當(dāng)窗體大小或是位置發(fā)生改變時(shí)，重新繪制窗體中的內(nèi)容，從而達(dá)到窗體刷新和動(dòng)畫(huà)連續(xù)播放的目的；所述時(shí)間函數(shù)BOFTimeO通過(guò)全局變量tt的遞增，模擬時(shí)間變量；當(dāng)該全局變量
在不同范圍內(nèi)時(shí)，對(duì)相應(yīng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置即可控制動(dòng)畫(huà)流程的進(jìn)行。其主要內(nèi)容示例如下
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字化鋼廠煉鋼連鑄工序控件型虛擬設(shè)備的制造方法，其特征在于包括如下步驟步驟一、配置軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境在 Visual Studio 2008 環(huán)境下，采用基于 C# 的 CsGL (C sharp graphics library)庫(kù)進(jìn)行開(kāi)發(fā)；步驟二、構(gòu)建控件型虛擬設(shè)備庫(kù)的整體結(jié)構(gòu)每個(gè)控件型虛擬設(shè)備作為一個(gè)設(shè)備類(lèi)，所有的設(shè)備類(lèi)構(gòu)成一個(gè)設(shè)備庫(kù)，即所有設(shè)備類(lèi)集合一起打包封裝到DLL文件中，僅暴露每個(gè)設(shè)備類(lèi)的工藝過(guò)程的主階段起訖時(shí)刻的時(shí)間接口 ；步驟三、構(gòu)建控件型虛擬設(shè)備類(lèi)的結(jié)構(gòu)控件型虛擬設(shè)備類(lèi)包括OpenGL繪制環(huán)境的初始化、窗體重繪函數(shù)、時(shí)間函數(shù)和主繪制函數(shù)；所述OpenGL繪制環(huán)境的初始化包括光照和背景色的初始化、平面光滑模式的初始化、 定義正面、深度測(cè)試以及抗鋸齒；所述窗體重繪函數(shù)包括視口變換、對(duì)正投影的設(shè)置，并且在以上兩項(xiàng)設(shè)置之后，將模型視圖矩陣作為當(dāng)前操作矩陣，同時(shí)將該矩陣賦值為單位矩陣，為主繪制函數(shù)對(duì)模型視圖矩陣的操作做好準(zhǔn)備；所述時(shí)間函數(shù)通過(guò)一個(gè)全局變量的遞增，模擬時(shí)間變量；步驟四、建立各控件型虛擬設(shè)備的模型在OpenGL中，應(yīng)用三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，用基本圖形的組合搭建各控件型虛擬設(shè)備1)建立轉(zhuǎn)爐(BOF)爐體的模型、模擬轉(zhuǎn)爐(BOF)爐體內(nèi)鋼水液面；2)建立電弧爐(EAF)的模型、模擬電弧爐(EAF)爐體內(nèi)鋼水液面；3)建立LF精煉爐的模型、模擬LF精煉爐爐體內(nèi)鋼水液面；4)建立RH精煉爐的模型、模擬RH精煉爐爐體及真空室內(nèi)鋼水液面；5)建立連鑄機(jī)(CC)的模型、模擬連鑄機(jī)(CC)鋼水；對(duì)上述每個(gè)控件型虛擬設(shè)備的模型均做剖面(glClipPlaneO函數(shù))；步驟五、描述各控件型虛擬設(shè)備的工藝流程將各控件型虛擬設(shè)備的工藝過(guò)程分成若干個(gè)主階段，每一個(gè)主階段分成若干個(gè)子階段，再分別根據(jù)各控件型虛擬設(shè)備的具體特性描述其工藝流程；步驟六、制造控件型虛擬設(shè)備庫(kù)將各控件型虛擬設(shè)備類(lèi)，打包封裝到一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中，構(gòu)成控件型虛擬設(shè)備庫(kù)，僅暴露主階段起訖時(shí)刻的參數(shù)接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化鋼廠煉鋼連鑄工序控件型虛擬設(shè)備的制造方法，其特征在于所述的建立轉(zhuǎn)爐(BOF)爐體的模型、模擬轉(zhuǎn)爐(BOF)爐體內(nèi)鋼水液面的方法如下建立轉(zhuǎn)爐(BOF)爐體的模型其爐體采用圓柱體(gluCylinderO函數(shù))、圓環(huán) (gluDiskO 函數(shù))、球體(glutSolidSphereO 函數(shù))、圓環(huán)面(glutSolidTorus ()函數(shù))等基本立體圖形進(jìn)行搭建；各基本圖形在模型構(gòu)建空間中的位置坐標(biāo)，采用平移 (glTranslatefO函數(shù))、旋轉(zhuǎn)(glRotatefO函數(shù))、縮放(glScalefO函數(shù))等進(jìn)行變換；模擬轉(zhuǎn)爐(BOF)爐體內(nèi)鋼水液面；首先，使用若干個(gè)同軸，且高度足夠，底面半徑等差的圓柱面，模擬出一個(gè)位于爐體內(nèi)部的“實(shí)心”圓柱體；其次，通過(guò)立體幾何計(jì)算，將這若干個(gè)圓柱面的高度進(jìn)行調(diào)整，以使其與轉(zhuǎn)爐爐底的圓弧面相匹配；然后，使用一個(gè)截面將“實(shí)心”圓柱的上部截除，截面以下的圓柱面保留，以模擬鋼水，控制截面的上升、下降和傾斜， 則可以模擬鋼水液面的上升、下降和傾斜，注意，截面僅對(duì)“鋼水”有效，對(duì)轉(zhuǎn)爐爐體等無(wú)效； 再次，在轉(zhuǎn)爐進(jìn)行吹煉時(shí)，需要在鋼水液面的中心位置表現(xiàn)出一個(gè)沖擊坑，使用正弦函數(shù)在半個(gè)周期內(nèi)的特性模擬若干個(gè)圓柱面的高度即可；最后，可以通過(guò)設(shè)置這若干個(gè)圓柱面的材料屬性，完成對(duì)于鋼水顏色漸變效果的模擬。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化鋼廠煉鋼連鑄工序控件型虛擬設(shè)備的制造方法，其特征在于所述的建立電弧爐(EAF)的模型、模擬電弧爐(EAF)爐體內(nèi)鋼水液面的方法如下建立電弧爐(EAF)的模型其爐體采用圓柱體(gluCylinder ()函數(shù))、圓環(huán) (gluDiskO 函數(shù))、球體(glutSolidSphereO 函數(shù))、圓環(huán)面(glutSolidTorus ()函數(shù))等基本立體圖形進(jìn)行搭建；各基本圖形在模型構(gòu)建空間中的位置坐標(biāo)，采用平移 (glTranslatefO函數(shù))、旋轉(zhuǎn)(glRotatefO函數(shù))、縮放(glScalefO函數(shù))等進(jìn)行變換；模擬電弧爐(EAF)爐體內(nèi)鋼水液面；首先，使用若干個(gè)同軸，且高度足夠，底面半徑等差的圓柱面，模擬出一個(gè)位于爐體內(nèi)部的“實(shí)心”圓柱體；其次，利用平移函數(shù) glTranslatefO將各個(gè)圓柱面在空間的位置進(jìn)行調(diào)整，并通過(guò)立體幾何計(jì)算，將這若干個(gè)圓柱面的高度進(jìn)行重新設(shè)值，以使其與轉(zhuǎn)爐爐底的圓弧面相匹配且各個(gè)圓柱面頂面處在一個(gè)水平面上；再次，使用一個(gè)截面將“實(shí)心”圓柱的上部截除，截面以下的圓柱面保留，以模擬鋼水，控制截面的上升、下降和傾斜，則可以模擬鋼水液面的上升、下降、傾斜以及爐內(nèi)原料通電融化的過(guò)程，注意，截面僅對(duì)“鋼水”有效，對(duì)轉(zhuǎn)爐爐體等無(wú)效；最后，可以通過(guò)設(shè)置這若干個(gè)圓柱面的材料屬性，完成對(duì)于鋼水顏色漸變效果的模擬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化鋼廠煉鋼連鑄工序控件型虛擬設(shè)備的制造方法，其特征在于所述的建立LF精煉爐的模型、模擬LF精煉爐爐體內(nèi)鋼水液面的方法如下建立LF精煉爐的模型其爐體采用圓柱體(gluCylinderO函數(shù))、圓環(huán)(gluDiskO函數(shù))、球體(glutSolidSphereO函數(shù))、圓環(huán)面(glutSolidTorus ()函數(shù))等基本立體圖形進(jìn)行搭建；各基本圖形在模型構(gòu)建空間中的位置坐標(biāo)，采用平移(glTranslatefO函數(shù))、 旋轉(zhuǎn)(glRotatefO函數(shù))、縮放(glkalefO函數(shù))等進(jìn)行變換；模擬LF精煉爐爐體內(nèi)鋼水液面；首先，使用若干個(gè)同軸同高，底面半徑等差的圓柱面， 模擬出一個(gè)位于爐體內(nèi)部的“實(shí)心”圓柱體；其次，在精煉爐進(jìn)行精煉時(shí)，需要在鋼水液面模擬出鋼水通電產(chǎn)生的現(xiàn)象，使用正弦函數(shù)在半個(gè)周期內(nèi)的特性模擬若干個(gè)圓柱面的高度即可。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化鋼廠煉鋼連鑄工序控件型虛擬設(shè)備的制造方法，其特征在于所述的建立RH精煉爐的模型、模擬RH精煉爐爐體及真空室內(nèi)鋼水液面的方法如下建立RH精煉爐的模型其爐體采用圓柱體(gluCylinderO函數(shù))、圓環(huán)(gluDiskO函數(shù))、球體(glutSolidSphereO函數(shù))、圓環(huán)面(glutSolidTorus ()函數(shù))等基本立體圖形進(jìn)行搭建；各基本圖形在模型構(gòu)建空間中的位置坐標(biāo)，采用平移(glTranslatefO函數(shù))、 旋轉(zhuǎn)(glRotatefO函數(shù))、縮放(glkalefO函數(shù))等進(jìn)行變換；模擬RH精煉爐爐體及真空室內(nèi)鋼水液面；①由于對(duì)精煉爐爐內(nèi)鋼水表現(xiàn)沒(méi)有太多要求，所以此處僅僅用一個(gè)矩形面與半圓面分別模擬爐內(nèi)鋼水和鋼水液面即可，利用平移函數(shù)glTranslatefO和矩形面高度變化即可模擬爐內(nèi)鋼水液面的升降；②真空室內(nèi)的鋼水由矩形面來(lái)模擬，鋼水液面則由若干個(gè)同寬，長(zhǎng)度依真空室內(nèi)表面變化的矩形面來(lái)模擬，各個(gè)矩形面所在的豎直高度由正弦函數(shù)在半個(gè)周期內(nèi)的特性來(lái)決定，并通過(guò)改變正弦函數(shù)的振幅便可實(shí)現(xiàn)真空室內(nèi)鋼水液面的起伏變化；至于鋼珠，也是由正弦函數(shù)在半個(gè)周期內(nèi)的特性來(lái)決定其運(yùn)動(dòng)軌跡，并由時(shí)間變量的變化來(lái)模擬其大小變化。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化鋼廠煉鋼連鑄工序控件型虛擬設(shè)備的制造方法，其特征在于所述的建立連鑄機(jī)(CC)的模型、模擬連鑄機(jī)(CC)鋼水的方法如下建立連鑄機(jī)(CC)的模型其爐體采用圓柱體(gluCylinderO函數(shù))、圓環(huán)(gluDiskO 函數(shù))、球體(glutSolidSphereO函數(shù))、圓環(huán)面(glutSolidTorus ()函數(shù))等基本立體圖形進(jìn)行搭建；各基本圖形在模型構(gòu)建空間中的位置坐標(biāo)，采用平移(glTranslatefO函數(shù))，旋轉(zhuǎn)(glRotatefO函數(shù))，縮放(glkalefO函數(shù))等進(jìn)行變換；模擬連鑄機(jī)(CC)鋼水；連鑄機(jī)的鋼水包括轉(zhuǎn)爐、中包、結(jié)晶器的鋼水和輥道上的鑄坯 ①轉(zhuǎn)爐、中包和結(jié)晶器的鋼水皆由矩形面與圓面來(lái)模擬實(shí)現(xiàn)；②輥道上的鑄坯分為兩段，一段是二次冷卻裝置中的一段，這段鑄坯帶有弧度，由若干個(gè)大小相同的矩形面在空間中按照一定的規(guī)律依次排布模擬實(shí)現(xiàn)；另一段是拉矯機(jī)中的一段，這段鑄坯水平，由若干個(gè)大小相同的矩形面在水平面上依次排布實(shí)現(xiàn)，各個(gè)矩形面的材料屬性值漸次變化，模擬出鑄坯顏色的漸變過(guò)程。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)字化鋼廠煉鋼連鑄工序控件型虛擬設(shè)備的制造方法，其特征在于所述的描述各控件型虛擬設(shè)備的工藝流程具體方法如下將各控件型虛擬設(shè)備的工藝過(guò)程分為η個(gè)主階段，分別為Atl，A1,……，Alri，且第一個(gè)主階段Atl分為m個(gè)子階段，分別為Atltl, A01,……，Atl0rf,整個(gè)工藝過(guò)程的起始時(shí)刻為、，終止時(shí)刻為tn ；各主階段的起訖時(shí)刻為(表示方法階段名[開(kāi)始時(shí)刻，終止時(shí)刻])=A0[t0, t0"], A1Et1, t/，]，……，Alri [t^，tn_i”]，而且，各主階段的起訖時(shí)刻滿足如下關(guān)系、”=、，、” =t2，……，tn_2 ” = tn_i; I, = tn，即相互之間沒(méi)有交叉，沒(méi)有縫隙；各子階段的起訖時(shí)刻為=AciJtc ，t00" 1，A 01 [t〇l，t0i ]，......，A0(J11-I) [to(m-l)，t0(m—1) 1，各子階段的起訖時(shí)刻滿足如下關(guān)系tQ(1，tQ1，……，、(^)彡Vtcici”，tQ1”，……，、(^)’ ^ t0"； 但各子階段之間可能有交叉，可能有縫隙；煉鋼連鑄虛擬設(shè)備中，要求虛擬設(shè)備模型所顯示的內(nèi)容與仿真得到的結(jié)果相匹配，即每一個(gè)子階段的動(dòng)畫(huà)播放節(jié)奏均需要按照主階段的起訖時(shí)刻參數(shù)進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，模型動(dòng)畫(huà)播放速度自適應(yīng)調(diào)節(jié)算法如下在參考時(shí)間軸中，ti、t2為參考主階段起訖時(shí)刻，ta、tb為參考子階段起訖時(shí)刻，在ta到tb時(shí)間段，動(dòng)畫(huà)中的某物體位移為S，則其移動(dòng)速度為V ；在實(shí)際時(shí)間軸中，t/、t2’為對(duì)應(yīng)的實(shí)際主階段起訖時(shí)刻，ta’、tb’為對(duì)應(yīng)的實(shí)際子階段起訖時(shí)刻；為達(dá)到動(dòng)畫(huà)自適應(yīng)調(diào)整播放速度的目的，需要滿足動(dòng)畫(huà)中的對(duì)應(yīng)物體在ta’和tb’之間的位移保持為S，其移動(dòng)速度為V'，具體如下參考時(shí)間軸
全文摘要
本發(fā)明提供一種數(shù)字化鋼廠煉鋼連鑄工序控件型虛擬設(shè)備的制造方法，屬于數(shù)字化鋼廠仿真技術(shù)領(lǐng)域，該方法步驟包括配置軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境、構(gòu)建控件型虛擬設(shè)備庫(kù)的整體結(jié)構(gòu)、構(gòu)建設(shè)備類(lèi)的結(jié)構(gòu)、描述各控件型虛擬設(shè)備的工藝流程、制造控件型虛擬設(shè)備庫(kù)；本發(fā)明采用CsGL技術(shù)開(kāi)發(fā)出3D模型，并且暴露出時(shí)間接口，通過(guò)向該時(shí)間接口傳遞時(shí)間參數(shù)，形象、直觀、準(zhǔn)確地將煉鋼連鑄生產(chǎn)過(guò)程表現(xiàn)出來(lái)；針對(duì)于每次仿真得到的不同結(jié)果，3D模型動(dòng)畫(huà)的播放速度可以進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整；采用控件的形式進(jìn)行制造，保證了整個(gè)控件型虛擬設(shè)備組與數(shù)字化鋼廠低耦合，從而實(shí)現(xiàn)了控件型虛擬設(shè)備組使用的通用性。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102156786SQ20111009841
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月19日
發(fā)明者劉士新, 葉瑋, 孫超, 康毅, 張兆磊 申請(qǐng)人:東北大學(xué)