基于Visual Lisp 的塔器梯子平臺(tái)參數(shù)化繪圖程序開發(fā)

張晉華

（惠生工程（中國(guó)）有限公司，北京 100102）

AutoCAD 廣泛應(yīng)用于工程公司各專業(yè)，但CAD軟件只提供了基本的繪圖環(huán)境，工程師經(jīng)常使用CAD 進(jìn)行大量重復(fù)的設(shè)計(jì)繪圖工作，繪圖效率偏低。通過(guò)對(duì)CAD 進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)圖形的參數(shù)化自動(dòng)繪制，可以將工程師從重復(fù)復(fù)雜的繪圖工作中解放出來(lái)，將更多的精力放在專業(yè)技能提高上。

市面上有很多CAD 二次開發(fā)插件，但一般均由編程專業(yè)人員開發(fā)，難以滿足工程師專業(yè)性需求。只有工程師自己能充分了解工作中深層需求，若工程師掌握基本的二次開發(fā)能力，開發(fā)適于日常工作的參數(shù)化繪圖程序，將更有效地提高工作效率。

目前AutoCAD 二次開發(fā)工具主要有Visual Lisp、Object ARX、VBA，其 中VLisp 與VBA 相對(duì)簡(jiǎn)單，開發(fā)速度較快，但對(duì)面向?qū)ο蟮墓δ苤С植缓?，Object ARX 基于VC 平臺(tái)，功能強(qiáng)大，可以很好地運(yùn)用各種面向?qū)ο蠹夹g(shù)，但開發(fā)速度較慢，且對(duì)開發(fā)人員的能力要求較高，更適合大系統(tǒng)的開發(fā) [1]。

本文選擇VLisp 為開發(fā)工具，Vlisp 是CAD 自帶的二次開發(fā)工具，嵌套于CAD 內(nèi)部，可以直接調(diào)用CAD 命令、系統(tǒng)變量等，簡(jiǎn)單易學(xué)，與CAD 兼容性好，且對(duì)非編程專業(yè)的工程師非常友好[2]。

塔器梯子平臺(tái)圖繪制在工程設(shè)計(jì)中是一項(xiàng)非常繁瑣的工作，尤其對(duì)于高塔，平臺(tái)數(shù)量可能多達(dá)十幾層，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員通常利用CAD 通過(guò)點(diǎn)線等基礎(chǔ)命令對(duì)梯子和平臺(tái)進(jìn)行繪制，耗費(fèi)大量時(shí)間與精力。本文通過(guò)利用Visual Lisp 對(duì)塔器梯子平臺(tái)圖的繪制進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)圖形的參數(shù)化自動(dòng)繪制，大大提高了繪圖效率，將設(shè)計(jì)人員從重復(fù)性勞動(dòng)中解放出來(lái)。

1 參數(shù)化繪圖程序開發(fā)步驟

參數(shù)化繪圖是指用戶根據(jù)參數(shù)對(duì)話框和命令行的提示，輸入相關(guān)參數(shù)，便可由程序自動(dòng)完成所需圖形繪制工作。本文主要從以下幾方面對(duì)開發(fā)步驟進(jìn)行分析：

1.1 需求分析

二次開發(fā)的首要工作是需求分析，只有充分了解開發(fā)背景、開發(fā)需求、開發(fā)內(nèi)容、開發(fā)目標(biāo)才能準(zhǔn)確完成開發(fā)任務(wù)。

本次開發(fā)的主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)塔器梯子平臺(tái)立面圖、平面圖的參數(shù)化自動(dòng)繪制，通過(guò)輸入基本參數(shù)，實(shí)現(xiàn)圖形自動(dòng)繪制及相關(guān)尺寸的自動(dòng)標(biāo)注，同時(shí)生成預(yù)焊件360°展開圖，便于檢查碰撞。此外，開發(fā)繪圖環(huán)境設(shè)置、技術(shù)要求、節(jié)點(diǎn)圖等輔助模塊。使用本程序繪制的圖形，用戶只要稍加修改，便可達(dá)到出圖要求，快捷高效。

1.2 開發(fā)思路分析

本程序的開發(fā)主要包括以下幾步：

（1）分析結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提煉規(guī)律，確定繪圖模塊；

（2）確定繪圖參數(shù)，設(shè)計(jì)人機(jī)交互對(duì)話框；

（3）理清繪圖流程，編寫繪圖程序；

（4）程序調(diào)試與測(cè)試；

（5）加載程序，實(shí)現(xiàn)圖形參數(shù)化繪制。

1.3 開發(fā)過(guò)程分析

本程序以HG/T 21543—2009《圓形塔平臺(tái)通用圖》為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā)。

1.3.1 分析結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提煉規(guī)律，確定繪圖模塊

二次開發(fā)中，編程語(yǔ)言只是工具，開發(fā)的核心在于思路的提煉與整理，簡(jiǎn)潔和清晰的思路會(huì)使得開發(fā)事半功倍。本文以梯子平臺(tái)立面圖為例對(duì)開發(fā)過(guò)程進(jìn)行分析。

立面圖繪制主要集中在塔輪廓、平臺(tái)、梯子三個(gè)方面，提煉繪圖模塊分類見表1?？紤]到繪圖的快捷簡(jiǎn)便性和后期修改的靈活性，在開發(fā)立面圖總模塊同時(shí)開發(fā)塔輪廓、平臺(tái)、梯子三個(gè)子模塊。總模塊可實(shí)現(xiàn)立面圖總圖（包含尺寸標(biāo)注與標(biāo)識(shí)）的一次性繪制；子模塊可實(shí)現(xiàn)各部件的單獨(dú)繪制，也可用于對(duì)全塔圖的修改，使用靈活。

表1 塔輪廓、平臺(tái)、梯子繪圖模塊分類Table 1 Classification of drawing module for tower outline,platform, ladder

1.3.2 確定繪圖參數(shù)，設(shè)計(jì)人機(jī)交互對(duì)話框

Visual Lisp 編程語(yǔ)言中，Lisp 用于實(shí)現(xiàn)圖形繪制，DCL 用于建立人機(jī)交互對(duì)話框。友好的對(duì)話框?qū)τ趨?shù)化繪圖程序非常重要，可通過(guò)必要的文字和圖片提示來(lái)增加可讀性，使用戶操作更便捷。

1.3.2.1 確定繪圖參數(shù)并搭建DCL 對(duì)話框

結(jié)合立面圖繪圖模塊，提煉所需繪圖參數(shù)于表2中，并搭建圖1 所示DCL 參數(shù)錄入對(duì)話框。

圖1 塔器梯子平臺(tái)立面圖繪制對(duì)話框Fig.1 DCL for Elevation drawing for Platform and Ladder of Tower

表2 塔器梯子平臺(tái)立面圖繪圖參數(shù)Table 2 Elevation drawing parameters for Platform and Ladder of Tower

1.3.2.2 DCL 對(duì)話框特點(diǎn)

（1）記憶上次數(shù)據(jù)，減免用戶對(duì)相同類型數(shù)據(jù)的重復(fù)輸入，也可幫助用戶出錯(cuò)時(shí)快速載入?yún)?shù)重新繪制。

（2）內(nèi)嵌平臺(tái)和梯子子對(duì)話框，不同塔設(shè)備所需平臺(tái)和梯子的數(shù)量及形式不同，高塔可能設(shè)置十幾層平臺(tái)，結(jié)合DCL 與Lisp 編寫隨數(shù)量變化的參數(shù)錄入對(duì)話框（見圖2），可以靈活方便地錄入所有平臺(tái)和梯子參數(shù)，并記憶所有參數(shù)，避免重復(fù)輸入。

圖2 平臺(tái)參數(shù)錄入子對(duì)話框Fig.2 Sub-DCL for Platform parameters

（3）繪圖比例設(shè)置，結(jié)合塔頂標(biāo)高給出推薦的圖紙比例，用于尺寸標(biāo)注及文字比例設(shè)置。

（4）嵌套質(zhì)量估算及預(yù)焊件繪圖模塊，供用戶選擇。

（5）設(shè)置可放大的參考圖，便于用戶準(zhǔn)確了解參數(shù)的意義。

（6）對(duì)話框結(jié)合命令行，根據(jù)參數(shù)特點(diǎn)，對(duì)難以錄入對(duì)話框的部分參數(shù)采取繪圖過(guò)程中通過(guò)命令行來(lái)輸入的方式，如梯子支耳間距。

1.3.3 理清繪圖流程，編寫繪圖程序

繪圖程序編寫前應(yīng)對(duì)繪圖流程進(jìn)行分析，理清圖形中存在的數(shù)學(xué)關(guān)系和約束條件，確定繪圖方法、流程、所需節(jié)點(diǎn)等，以此來(lái)有效指導(dǎo)程序的編寫。結(jié)合Lisp 程序設(shè)計(jì)特點(diǎn)，將立面圖參數(shù)化繪制的流程簡(jiǎn)述如下[3]：

（1）系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置

繪圖開始應(yīng)對(duì)CAD 的系統(tǒng)環(huán)境進(jìn)行設(shè)置，使其符合企業(yè)的繪圖規(guī)范。參照公司制圖規(guī)定，通過(guò)command 函數(shù)或setvar 函數(shù)依次對(duì)圖層樣式、標(biāo)注樣式、文字樣式、主單位精度等系統(tǒng)變量進(jìn)行設(shè)置。

（2）塔輪廓建模

塔輪廓建模涉及基本輪廓外形尺寸，所需參數(shù)（形式、外徑、高度等）均從DCL 對(duì)話框獲取，采取點(diǎn)線建模方式完成自動(dòng)繪圖，算法簡(jiǎn)單。同時(shí)，可根據(jù)用戶對(duì)預(yù)焊件的繪制需求進(jìn)行塔輪廓復(fù)制和預(yù)焊件的360°展開圖繪制。

（3）平臺(tái)建模

平臺(tái)建模涉及參數(shù)有平臺(tái)標(biāo)高（以塔器基礎(chǔ)底面中心為0 標(biāo)高位置）、平臺(tái)寬度、塔保溫參數(shù)等，參數(shù)關(guān)系及樣式選擇按HG/T21543-2009《圓形塔平臺(tái)通用圖》要求。平臺(tái)建模流程模擬實(shí)際繪圖過(guò)程，通過(guò)Lisp 語(yǔ)言復(fù)現(xiàn)繪圖命令，利用cond 條件語(yǔ)句進(jìn)行判斷，利用循環(huán)語(yǔ)句進(jìn)行簡(jiǎn)化，算法相對(duì)簡(jiǎn)單。

此外，可根據(jù)用戶需求進(jìn)行預(yù)焊件繪制及質(zhì)量估算。循環(huán)繪制多個(gè)平臺(tái)。

（4）梯子建模：

梯子建模涉及參數(shù)有起始平臺(tái)標(biāo)高、終止平臺(tái)標(biāo)高、梯子位置、支耳間距等。梯子繪圖型式變化多樣，根據(jù)梯子所在標(biāo)高處塔輪廓外形不同可分為直梯、斜梯、斜梯+直梯、直梯+斜梯+直梯等。

梯子建模包含梯子主體（梯棍、踏步）、支耳、護(hù)籠三部分，自動(dòng)繪圖中，首先通過(guò)梯子標(biāo)高結(jié)合塔外形對(duì)梯子型式進(jìn)行判斷，確定各部分繪圖樣式，然后結(jié)合已錄入?yún)?shù)，按表3 自動(dòng)繪圖算法原則完成圖形繪制及相關(guān)標(biāo)注標(biāo)識(shí)工作，用戶按需將繪制的梯子組進(jìn)行鏡像和平移操作。

表3 梯子自動(dòng)繪圖算法原則Table 3 Algorithm principle for ladder automatic drawing

此外，可根據(jù)用戶需求進(jìn)行預(yù)焊件繪制及質(zhì)量估算。循環(huán)繪制多個(gè)梯子。

至此程序繪圖結(jié)束，詳細(xì)流程如圖3 所示。

圖3 梯子平臺(tái)立面圖繪制流程Fig.3 Elevation drawing flow chart for Platform and Ladder of Tower

1.3.4 程序調(diào)試與測(cè)試

程序開發(fā)過(guò)程中需不斷進(jìn)行調(diào)試，確保程序?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)功能的同時(shí)應(yīng)不斷優(yōu)化簡(jiǎn)化程序。調(diào)試的方法為：在關(guān)注位置設(shè)置斷點(diǎn)→通過(guò)檢驗(yàn)查看變量值、通過(guò)添加監(jiān)視查看變量值的變化→根據(jù)問題修改程序源代碼→重新運(yùn)行調(diào)試→直至程序調(diào)試合格。

開發(fā)人員對(duì)程序調(diào)試合格后，還需邀請(qǐng)使用人員對(duì)程序進(jìn)行測(cè)試。開發(fā)人員的視野和經(jīng)驗(yàn)畢竟有限，且在開發(fā)過(guò)程中傾向于根據(jù)自己的工作思路進(jìn)行開發(fā)，當(dāng)別的設(shè)計(jì)人員使用時(shí)便可能會(huì)因思路不同而出錯(cuò)。只有經(jīng)使用人員大量測(cè)試，結(jié)合測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的問題不斷對(duì)程序完善，才能使得程序更加穩(wěn)定，界面更加友好，更符合用戶的需求與習(xí)慣。

1.3.5 加載程序，實(shí)現(xiàn)圖形參數(shù)化繪制

程序調(diào)試合格后將程序編譯為擴(kuò)展名為“.vlx”的工程文件進(jìn)行加載，程序的加載方式有命令行加載、啟動(dòng)組加載、制作菜單欄、制作工具欄等多種方式，其中菜單欄方式最方便簡(jiǎn)潔。加載成功，按對(duì)話框和命令行提示輸入相關(guān)參數(shù)，便可完成自動(dòng)繪圖工作，手動(dòng)對(duì)圖形進(jìn)行局部調(diào)整，按照繪圖前設(shè)定的比例將圖形放入A1 圖框中即可。

2 開發(fā)成果

此次主要完成了塔器梯子平臺(tái)立面圖總圖、平面圖總圖、立面圖子模塊、預(yù)焊件繪制、360°干涉展開圖繪制、質(zhì)量估算、技術(shù)要求、節(jié)點(diǎn)圖等模塊開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了梯子平臺(tái)繪圖的高度自動(dòng)化與參數(shù)化，以前需要幾小時(shí)繪制的圖紙，使用此程序幾分鐘便可以完成，極大提高了繪圖效率。部分繪制樣圖見圖4。

圖4 繪制樣圖（立面圖、預(yù)焊件圖、360°展開圖）Fig.4 Sample drawing（elevation drawing, pre-weldment drawing, 360° expended drawing）

3 程序開發(fā)技巧及重難點(diǎn)問題

3.1 全局變量與局部變量

程序中參數(shù)分為全局變量和局部變量，盡可能將變量設(shè)置為局部變量，在程序結(jié)束時(shí)將變量從內(nèi)存中釋放，避免占用大量?jī)?nèi)存空間，有效提高運(yùn)行效率。此外，若在不同程序中誤使用相同的全局變量名稱，全局變量可能互相干擾，使得繪圖出錯(cuò)。

本程序僅在為用戶記憶上次輸入?yún)?shù)時(shí)使用全局變量。

3.2 錯(cuò)誤處理

程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)變量修改，但有時(shí)為保證自動(dòng)繪圖準(zhǔn)確，需臨時(shí)對(duì)部分系統(tǒng)變量進(jìn)行修改（如對(duì)象捕捉），程序結(jié)束后將這些系統(tǒng)變量還原。但如果程序在運(yùn)行中意外出錯(cuò)，程序會(huì)直接中斷跳出，使得系統(tǒng)變量無(wú)法還原，給用戶的操作帶來(lái)不便。通過(guò)增加錯(cuò)誤處理子函數(shù)可解決此問題，將修改前用戶的系統(tǒng)變量備份，在出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)將備份的系統(tǒng)變量還原。具體操作如下：

主程序中開始處增加：

(setq *error*_bak *error*)

;;將系統(tǒng)內(nèi)置的出錯(cuò)函數(shù)備份

(setq *error* *error*_new)

;;將自定義的出錯(cuò)函數(shù)復(fù)制給系統(tǒng)出錯(cuò)函數(shù)

主程序中結(jié)尾處增加：

(setq *error* *error*_bak)

;;若程序正常執(zhí)行，則還原備份的出錯(cuò)函數(shù)

自定義出錯(cuò)子函數(shù)如下：

(defun *error*_new (msg)

(command)

;; 對(duì)CAD 內(nèi) 置command 命 令 執(zhí) 行 的 使 用（command）取消執(zhí)行

(setq *error* *error*_bak)

;;將系統(tǒng)出錯(cuò)函數(shù)進(jìn)行還原

3.3 梯子繪圖復(fù)雜情況處理

梯子模塊開發(fā)中，梯子繪制方法隨筒體變徑情況不同而變化，樣式繁多，給開發(fā)帶來(lái)極大困難。開發(fā)中應(yīng)盡可能窮盡常用組合，理清數(shù)學(xué)關(guān)系，但以解決80%的情況為目標(biāo)，保證程序的簡(jiǎn)潔友好，避免程序過(guò)于龐大。

3.4 對(duì)象編組

平臺(tái)梯子繪圖繁瑣線條較多，在程序編制中使用組group 功能將平臺(tái)組件、梯子組件分別組合成對(duì)象組，便于后期用戶對(duì)這些部件進(jìn)行整體操作（如移動(dòng)、鏡像等）。

3.5 命令行防回顯

程序執(zhí)行中調(diào)用command 命令時(shí)命令行會(huì)顯示命令執(zhí)行過(guò)程參數(shù)，顯得很亂且非常影響繪圖速度，可在程序開始添加（setvar “cmdecho” 0）來(lái)關(guān)閉命令響應(yīng)，且最好在每個(gè)包含command 命令的子程序均增加此語(yǔ)句，可有效防止命令行回顯且提高運(yùn)行速度[4]。

3.6 出現(xiàn)未知命令

程序執(zhí)行中有時(shí)會(huì)在命令行出現(xiàn)未知命令，但不影響程序正常運(yùn)行，此種情況多因command 命令中增加了多余的“”雙引號(hào)造成，刪除即可解決。

3.7 DCL對(duì)話框參數(shù)響應(yīng)

對(duì)話框參數(shù)錄入狀態(tài)及響應(yīng)關(guān)系應(yīng)清晰，如筒體結(jié)構(gòu)分有變徑和無(wú)變徑兩種情況，不同情況下所需輸入的相關(guān)參數(shù)不同，不需輸入的參數(shù)應(yīng)處于灰色不激活狀態(tài)，在用戶切換選擇類型時(shí)參數(shù)應(yīng)能準(zhǔn)確調(diào)整激活狀態(tài)。

DCL 對(duì)話框搭建過(guò)程中也應(yīng)盡可能窮盡不同參數(shù)交叉組合時(shí)的相互響應(yīng)，對(duì)參數(shù)狀態(tài)了然于心，然后編寫Lisp 程序?qū)?shù)激活狀態(tài)進(jìn)行控制，只有參數(shù)狀態(tài)清晰用戶使用才能得心應(yīng)手。

4 結(jié)論

在AutoCAD 平臺(tái)下應(yīng)用Visual Lisp 語(yǔ)言進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了塔器梯子平臺(tái)圖紙的參數(shù)化自動(dòng)化繪制，減少了設(shè)計(jì)人員不必要的重復(fù)繪圖勞動(dòng)，使流程標(biāo)準(zhǔn)化，幾分鐘便可完成一張圖紙的繪制工作，節(jié)約繪圖時(shí)間，提高工作效率。本成果對(duì)其他類似系統(tǒng)的開發(fā)具有參考價(jià)值。