多繩摩擦提升系統輔助設計軟件開發

摘要：多繩摩擦提升系統的選型設計過程非常復雜繁瑣，工作量大，因此運用VB及VBA編程技術、數據庫技術等，成功開發了多繩摩擦提升系統輔助設計軟件。該軟件具備多繩摩擦提升設計所需的理論計算、選型、報表輸出等功能，使得用戶從繁冗低效的手工設計中得以解脫，降低了勞動強度，提高了工作效率。

關鍵詞：多繩摩擦提升系統;設備選型;CAD;軟件開發;礦井設計;輔助設計軟件 文獻標識碼：A

中圖分類號：TD534 文章編號：1009-2374（2015）02-0023-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0110

1 概述

多繩摩擦提升系統的設計過程是一項繁雜的、重復性較大的工作，這是因為該過程需要涉及的公式多、變量多、參數多、規程規范多、需查資料多，況且變量與參數之間關聯多，限制條件多;計算數據前后聯系密切，前面的選型結果通常作為后續選型的輸入，前面任何一點出現錯誤將直接導致后續的選型錯誤。特別是在以往的手工設計計算時，由于每個設計人員的思維方式、行為習慣都各有不同，致使后續的查錯比較困難，檢查效率低下。所有這些原因，都會造成產品選型設計周期的延長。基于CAD技術的“快速響應設計”已成為設計人員不斷追求的目標，也是相關行業進行現代化設計與高效管理的客觀要求。因此，為了提高設計效率和質量、獲得最優方案，采用先進的設計技術與管理理念開發出一套多繩摩擦提升系統輔助設計軟件，把設計人員從落后的設計狀態中解放出來，不但非常必要而且具有重要的實際應用價值。

2 軟件的設計與開發

2.1 軟件開發平臺的選擇

Microsoft Excel是一款大眾化的專門用來處理數據信息的辦公軟件，普及性好，可以用來制作電子表格、完成許多復雜的數據運算與處理。利用Excel所提供的公式審核工具欄中的工具可以對工作表中的數據項等進行求值計算或錯誤檢查;查看數據間的引用與從屬關系，從而觀察軟件的數據流程圖;可以追蹤錯誤根源，并圈釋出無效數據，從而保證程序數據的正確性。Excel本身就是一種關系型數據庫，不僅能實現大宗數據的存儲與管理，而且能夠通過其自帶的VBA程序進行編程以及與其他軟件方便地進行數據交換等，以實現復雜的功能設計和軟件開發。因此，基于Excel 2003開發多繩摩擦提升系統輔助設計軟件，可不用考慮兼容與接口問題，從而降低了開發難度、減少了設計工作量，其運行速度更快，故障率更低。

2.2 軟件的功能設計

為使開發的軟件具有較強的通用性，則要求滿足多種類型的多繩摩擦提升設計要求：可以是雙容器（罐籠或箕斗等）提升，也可以是單容器配平衡錘提升;既可適用于主井或副井，也可適用于井塔式或落地式提升系統。在軟件開發初期，通過對相關技術人員及用戶的需求分析，確定了軟件的基本功能。

2.2.1 計算與校核。軟件能夠根據設計依據，完成整個提升系統的設計，其中包括提升容器、提升鋼絲繩、電動機等主要零部件的選型、計算和校核等。還能夠根據設計過程中的參數，選出合適的設備或校核已有設備的參數。

2.2.2 方案對比。設計完成后，利用Excel的工作表成組編輯功能修改某些參數后生成其他方案，軟件自動生成各方案的方案對比部分，從而形成方案對比表。用戶可對方案中的提升容器、提升鋼絲繩、提升機、提升能力等進行多方案比較，也可以在技術經濟分析后對技術經濟的投資、年運行費、綜合費用差值等進行多方案比較。

2.2.3 結果輸出。為了使設計結果形象直觀、便于存儲，以利于日后分析和使用，所開發軟件提供了多種結果輸出方式和途徑。例如：利用表格形式展示出最大班作業時間平衡表，能夠直觀展示出提升容器的提升速度圖、鋼絲繩的提升力圖等。此外，由該軟件生成的設計文檔能夠滿足編制可行性研究報告及初步設計文件的要求，并能夠利用Excel的相關功能完成這些設計文檔的存儲或打印，方便設計人員日后進行研究和使用。

2.2.4 加密保護。通過有效的軟件加密等保護措施，減少軟件泄漏、軟件反編譯等情況的發生，保護自己的權利。軟件總體結構如圖1所示。用戶只要按照從左至右的流程進行設計，即可順利完成多繩摩擦提升的計算機輔助設計。

圖1 軟件總體流程圖

2.3 數據庫的創建

建立數據庫必須首先確定數據庫結構，其中包括定義各字段的名稱、數量、類型和數據長度等。在Excel軟件中，用于體現數據庫結構并能夠存儲各種數據的容器是一個個數據表。在本軟件開發中，整個提升輔助設計軟件的數據庫包含了多個數據表，主要包括過卷距離表、罐籠進出礦車的休止時間表、罐籠表、礦車表、材料車表、平板車表、箕斗表、（圓）鋼絲繩表、扁尾繩表、落地式提升機表、井塔式提升機表等。表1是摩擦提升機的數據表，而其他的數據表則與之類似。

表1 摩擦提升機數據表結構

字段名 類型 寬度

（顯示） 小數

位數 備注

型號 文本型 14

摩擦輪直徑（m） 數值型 6 2

鋼絲繩根數 數值型 3 0

摩擦系數 數值型 4 2

鋼絲繩最大靜

張力差（kN） 文本型 8 “/”前后分別為有、無導向輪情況

鋼絲繩最大

靜張力（kN） 文本型 8 “/”前后分別為有、無導向輪情況

鋼絲繩間距（mm） 數值型 4 0

最大提升速度

（m/s） 數值型 10 2 “/”前后分別為有、無減速器情況

導向輪/

天輪直徑（m） 數值型 5 2

導向輪變位

重量（kg） 數值型 6 2

機器變位重量

（Ⅰ型）（kg） 數值型 6 2 不含電機與天輪

機器變位重量

（Ⅱ型）（kg） 數值型 6 2 不含電機與天輪

機器變位重量

（Ⅲ型）（kg） 數值型 6 2 不含電機與天輪

單獨數據表的創建相對簡單，只需在Excel中輸入數據即可。但對于多個數據表而言，由于產品的類型、規格等不盡相同，所以位于各個表中的參數的名稱、數量及其在表中顯示的位置也有所不同。為了方便后續的程序設計，專門把產品中沒有的參數用空行或空列來替代，以保證同一數據庫中的所有數據表具有統一的格式，這樣就可以減少編程中許多不必要的麻煩。另外，在相關數據表中還包含了常用的參數序列，在軟件中設置為“分類列表”，可達到“快速統一輸入”的目的。通過人機界面，能夠根據設備型號或參數選出用戶所需的設備。

2.4 主要程序的設計

由于Excel軟件提供了非常強大的數據計算與管理功能，因此基于Excel的數據表進行軟件開發也非常容易，只要在單元格中輸入公式與函數即可。但由于Excel自帶的“查詢”功能無法跨越多個工作表進行查詢，故采用“名稱”、“元數據”等方法實現了“跨表查詢”功能，并通過查找與引用函數OFFSET、VLOOKUP、HLOOKUP等進行數據庫中數據的查找。例如：在圓鋼絲繩數據表中查找參數用的一些公式見表2：

表2 圓鋼絲繩參數公式對照表

參數名稱 所用公式

單位長度質量 IF（ISBLANK（Q9），VLOOKUP（N7，OFFSET（OFFSET（鋼絲繩！$B$114，K20+1，0，1，1），

1，0，K19-K18+1，20），2+K17）/100，Q9）

換算系數 IF（ISBLANK（Q10），OFFSET（鋼絲繩！$H$24，K15-1，IF（N5=\"纖維芯\"，4，5），1，1），Q10）

鋼絲繩

最小

破斷拉力 IF（ISBLANK（Q11），VLOOKUP（N7，OFFSET（OFFSET（鋼絲繩！$B$114，K20+1，0，1，1），

1，0，K19-K18+1，20），4+2*（INT（（K8+10-1270）/100））+IF（N5=\"纖維芯\"，0，1）），Q11）

該軟件能夠進行多種提升方式的計算。為了能使界面清新整潔、方便設計人員能夠正確閱讀、理解與使用，在程序設計過程中采取了多種方法與措施，如對于不同類型、不同功能、不同用途的數據或信息，分別通過設置字體顏色、單元格填充色、單元格邊框、批注等加以注釋和區分，如圖2所示;在設計過程中，為了給設計人員提供盡可能多的資料信息，系統設置了數據注釋、數據備注、情況說明等功能，旨在使設計人員感到“無所適從”時可以獲得技術幫助，如圖3所示;當界面上的關鍵點內容或信息發生變化后，可使用作者預置的一些按鈕將界面中相應內容顯示或隱藏，也可使用作者預置的“一鍵刷新”按鈕對界面進行整體刷新，系統會隱藏所有無關內容只留下相關內容，并對相關單元格自動賦值，鑒于篇幅所限，其相應的程序代碼略去。

圖2 首繩選型界面

圖3 數據注釋界面

另外，該軟件還利用Excel的圖表功能建立了多繩摩擦提升系統的速度圖、力圖等。這些圖形能夠隨著設計數據的變化而變化，這樣既可以從直觀上檢驗設計結果的正確性，也可以被提取出來作為非正式文件的插圖。

圖4是由系統自動生成的速度圖，力圖則與之類似。

圖4 速度圖界面

3 結語

多繩摩擦提升系統輔助設計軟件是以“規程”、“規范”等為準則，運用VB及VBA編程技術、數據庫技術等開發的一款CAD軟件，能夠實現多繩摩擦提升系統的理論計算、選型、報表輸出等多種實用功能。該軟件不僅能夠實現工程設計中計算過程數據與正式文件的整體統一，還可同時進行多種方案的比對，可以自動生成圖表一體化標準格式的計算說明書。因此能將用戶從原來重復低效的手工設計中解脫出來，不僅降低勞動強度、提高工作效率、縮短工程設計周期，而且還方便技術人員培訓，為企業帶來可觀的經濟效益和社會效益。

作者簡介：高進興（1977-），河北邯鄲人，峰峰集團瑞達工程設計有限公司工程師，碩士，研究方向：煤礦機電與運輸設備方面的設計與開發等。

（責任編輯：周 瓊）