单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章 接触网CAD系统,第九章 接触网CAD系统,1,第一节 CAD系统基础,接触网CAD系统的研制，是为了在电气化铁道接触网设计中，充分利用计算机高速而精确的计算能力，庞大的数据处理能力以及成熟的图形处理能力，同时配合人的逻辑判断能力、综合分析能力以及大量实践经验，将计算机科学方法同工程科学方法结合起来，对设计进行全面辅助，从而缩短设计周期，提高设计质量，提高接触网设计效率。,一、基本理论技术,（一）系统工程学及软件工程学,系统工程学：提供了系统分析的科学方法，它采用系统的观点和方法来组织管理整个系统的规划、设计、试验及综合评价。,软件工程学：整个CAD软件设计中基本都是采用软件工程方法来进行的。主要包括系统分析和要求定义、软件计划、软件结构化设计、程序设计、软件测试、软件维护及文档编制。,第一节 CAD系统基础 接触网CAD系统的研制，,2,（二）计算机图形学,研究了图形的计算机表示、图形的变换、图形的存储、图形的输出以及计算机图形系统的结构、接口、标准化等问题。,（三）数据库原理和技术,用来存储多种不同类型的数据（非图形数据、图形数据；结构简单的数据、结构复杂的数据）。,（四）数值分析及数据误差分析,数值分析研究了用离散表示寻求数学问题近似解的方法，是计算机进行科学计算的必备工具。,数据误差分析研究了如何近似地表示一个连续量，怎样最大限度的减小其误差的方法。,（五）专业技术知识,接触网CAD系统，需要坚实的接触网理论基础和丰富的现场接触网设计实际经验。,（二）计算机图形学,3,二、CAD系统基本组成部分,（一）硬件系统,CAD系统常用的硬件包括主机、图形设备、大容量存储设备及通信设备；其中，图形输入设备有光笔、鼠标器、操纵杆、跟踪球、数字化仪及大幅画图纸自动扫描仪。图形输出设备是各类绘图仪。,（二)系统软件,指操作系统、程序语言处理系统、网络通信系统及各种诊断程序。它用于管理和控制计算机系统资源，为上层软件提供接口以及为用户提供使用系统的命令接口。,CAD,系统,的主,要组,成部,分及,其层,次结,构图,二、CAD系统基本组成部分CAD,4,（三）数据管理软件,主要指数据库管理系统，负责管理数据库，提供用来建立、检索、存取、修改等管理数据库的命令和程序接口，为实现数据共享、数据保密安全、减少数据冗余及数据一致性和完整性提供手段。,（四）图形软件,实现CAD图形功能的基础，包括以下功能：,基本图素的产生；图素几何属性的控制；图形变换；图元输入；图形编辑及存储。,（五）CAD应用软件,为某一个或某一类问题而专门设计的软件。,（六）目前市场上的CAD系统的配置,主机系统；成套系统；工作站CAD系统；微机CAD系统。,（三）数据管理软件,5,三、CAD软件基本结构,三、CAD软件基本结构,6,四、CAD系统开发的系统工程方法,（一）CAD系统的开发过程；（图）,四、CAD系统开发的系统工程方法,7,（二）系统工程主要方法,系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都具有普遍意义的方法，其目标是以系统的观点研究问题，以工程技术的方法解决问题，努力实现包括经济效益在内的总体效果最优化。,系统开发过程包括明确问题、设立目标、建立评价准则和指标、拟定方案、建模仿真预测、详细测算费用和效益、方案评优、决策选优及规则实施等步骤。,（三）软件工程主要方法（六阶段）,一般经过软件计划、软件需求分析、软件设计、软件编码、软件测试及软件维护六个阶段。,（二）系统工程主要方法,8,（四）CAD开发前期准备（7）,（1）设计流程的过程化,（2）设计方法的整理，包括设计计算公式、规程规范整理。,（3）制图及标注规范化,（4）设计技术数据的整理分析。,（5）设计技术文件的整理及分析。,（6）图纸分析。,（7）计算机系统及其他有关知识的学习,。,（四）CAD开发前期准备（7）,9,第二节 接触网CAD系统结构及功能,一、研制接触网CAD的必要性及可能性,必要性,设计工作量大、设计周期长、资料多而零散，设计质量不稳定，设计中出现失误、漏项等难查找。,可行性,计算机快速的计算能力、大量的存储能力、计算机图形技术的优势、CAD技术的成熟，工程数据库的兴起，各类图形工作站的出现，价格的下降，接触网设计的理论、实践和经验。,第二节 接触网CAD系统结构及功能一、研制接触网CAD的必要,10,二、接触网常规设计分析,（一）、设计的工作流程,二、接触网常规设计分析,11,（二）、接触网常规设计过程分析,（二）、接触网常规设计过程分析,12,三、机辅范围及深度分析,计算机辅助设计的主要任务是用计算机来辅助设计者完成某应用领域的具体设计。,设计者的主要任务,设计任务书的研究；原始资料、技术资料的收集整理；重大技术问题的确定；现场实测；其它,计算机的主要任务,原始资料、技术资料的存储及管理；各种数值计算；图形存储及检索；图形绘制,人机交互的主要任务,支柱布置；锚段划分；设备安装；设计调整,三、机辅范围及深度分析,13,四、接触网CAD系统结构及功能说明,（一）设计总原则,系统结构的设计采用集成CAD系统的思想，充分利用现有环境，在各应用子系统间建立友好界面并考虑方便扩充新的应用软件。,系统应具有高度的图形交互处理能力，以使设计者能灵活运用自己的经验修改、调整整个设计。,尽可能统一管理设计时的各种信息、数据集中处理，采用数据库技术并考虑数据库与各子系统间的数据转换接口。,应用程序的流程应建立在常规设计过程上以完整地反映设计的过程。,应用程序的设计应表现层次的组织，采用模块化分析及设计方法。,功能模块划分时尽量降低模块间的耦合，保证模块功能的独立性并具有简单的模块接口。,四、接触网CAD系统结构及功能说明,14,（二）系统结构,数据库集、数据管理接口、图形系统、应用程序集及对话和执行控制程序,构成了整个系统。,（二）系统结构数据库集、数据管理接口、图形系统、应用程序集及,15,第三节 数据库实现方法,一、数据分析,（一）数据内容及特点,从接触网设计过程分析，接触网CAD处理的数据主要有：,（1）原始数据，其特点是它们随线路情况不同而不同，一经建立，在整个程序运行中很少改变。如线路数据（包括线路长、曲线路半径、缓和曲线、站台、道岔、桥、涵、隧、信号机等）、气象数据、地质数据、供电资料及概算资料等。,（2）计算结果数据，其特点是由系统生成，如支柱布置数据、锚段布置数据、支持结构零件选择结果数据，基础选择结果数据等。,（3）设计规程、原则及各种参数选择表，其特点是在软件系统完成后就很少改变，如设计中各种规范规定的数据、经验数据、各种固定参数等。,（4）图形数据，其特点是与图形设计相关，如平面图、安装图、零件图图形数据及常用接触网图例符号图形数据等。,第三节 数据库实现方法一、数据分析,16,（二）数据分析,（1）从数据特点可见，一个主要特点是设计过程中静态数据多，进行的主要操作是查询；动态数据要求响应速度快，进行的主要操作是修改。,（2）从数据特点可见，另一个主要特点是设计中的数据主要分为两大类，即图形数据和非图形数据。,（三）接触网CAD 对数据管理的要求,数据共享；数据独立；数据安全及完整性；冗余数据少；,检索、存取快。,（二）数据分析,17,二、接触网CAD 数据管理方法,（一）文件管理下的CAD系统,主要思想是把众多的数据分类，根据其操作特点设计相应类型的文件（顺序、随机、索引），最后形成数据文件集，并采用文件管理的方法加以管理。许多商品化的CAD 系统都采用这种方法。,这种方法的优点是易实现，响应速度快，存储空间少且存取方便。但数据文件与应用程序间独立性差，文件间冗余数据大，用户必须熟悉数据的精确格式和文件组织，数据共享、数据安全及管理比较困难。只适于小型CAD系统。,（二）DBMS支持下的CAD系统,这种方法的主要思想是利用或修改商业用数据库管理系统（DBMS）来管理CAD数据，即通过分析设计中的数据组织建立数据库并选择合适的DBMS对其进行管理。目前，许多CAD系统采用这类方法。,用户通过DBMS提供的数据操作语言来使用数据库。,优点：避免了文件系统的弊病，解决了数据共享、独立、冗余、完整及安全问题。开发易。但对图形数据及动态数据处理，该方法显得不足。,二、接触网CAD 数据管理方法,18,（三）EDBMS支持下的CAD系统,这种方法的主要思想是针对具体CAD 系统的要求，开发适合于工程处理的专用数据库及工程数据库管理系统（EDBMS），尚处于开发阶段，是开发下一代CAD系统的主流。,（四）适合接触网CAD系统的数据管理方法,从实用的角度看，资料数据库可采用关系数据库系统进行管理；图形数据库 可采用图形系统提供的功能进行管理，临时数据可采用关系数据库管理系统进行管理或跟随相应的处理程序以文件形式传输并采用文件管理。,（三）EDBMS支持下的CAD系统,19,三、接触网CAD数据库设计与管理方法,1、概念设计,设计各子系统的分E-R图；综合各子系统的分E-R图；消除数据冗余形成基本E-R图。,图示,单,位,负,载,计,算,的,分,E-R,图,示,意,三、接触网CAD数据库设计与管理方法单,20,2、逻辑设计,把概念结构转换为所选用的DBMS支持的数据类型。实质是关系数据模式的设计，最后形成各种关系表。,如支柱布置的关系模式为：,支柱布置（站区名，支柱号，跨距，侧面限界，拉出值，导线高度，支柱类型容量，支持结构，基础选择）,3、物理设计,是对给定的逻辑数据类型选取最适合应用环境的物理结构。主要确定：,1）确定存储分配；,2）确定数据存放位置；,3）存取路径选择；,2、逻辑设计,21,4、应用及管理方法,1）数据库的建立：数据库设计完成后，通过交互式SQL可建立数据库。,2）数据载入；交互式，批处理式，,3）数据管理：采用交互SQL命令或开发管理应用程序可方便地对数据库的数据进行检索、存取及修改操作。,4）应用：在应用程序中嵌入SQL语句即可完成。,4、应用及管理方法,22,第三节 图形功能实现方法,一、接触网CAD系统对图形功能的要求及设计内容,（一）接触网CAD要求的主要图形功能：,1、能根据参数建立基本图素模型并显示。,2、能完成图形变换，方便观察。,3、能完成图形编辑，以便调整。,4、能完成图形存储。,5、能完成图形管理（检索、插入、删除）,6、有良好的用户界面和交互图形接口。,7、能完成图形显示及绘制。,第三节 图形功能实现方法一、接触网CAD系统对图形功能的要求,23,（二）主要设计内容,1、基本图形软件的选择。,2、子图库、图库的建立及管理方法。,3、交互图形接口及用户界面。,4、图形布局及实现方法。,二、图形功能实现方法,（一）基本图形软件的选择,1、选择时应考虑存图方式、图形的操作方式和操作层次以及对图形的管理方式等。,2、评价人机交互能力。,3、系统扩充时应具有多种用户界面、自定义菜单、应用程序能否方便进入系统。,4、与国际图形标准的关系。,5、易于实现汉字功能。,（二）主要设计内容,24,（二）子图库、图形库的建立和管理,1）子图库设计方法,在设计中有很多重复使用的图符，这些图符只需定义一次，可多次应用。这些图符的定义及存储形成了子图库。,建立子图库的方法有：,1、过程法；2、存图法；3、元素扩充法,2）图形库的建立和管理,打开或建立图形库；输出图形库目录；读目录文件；把图形库中图形加到一个激活的图形中；从图形库取出图形；把图形存储到图形库。,（二）子图库、图形库的建立和管理,25,（三）交互图形及用户界面的实现,1、交互图形功能,交互技术是一种通过显示向用户要求或处理用户图形输入数据的技术，图形交互技术有两大类：构造和选取技术。构造技术 主要用于增删或改变图形内容，有拖拽技术、约束技术和徒手画技术；选取技术用以指示已经在屏幕上的图形内容，即交互地选择要处理的显示对象。,2、用户接口,是指决定用户与计算机如何