[发明专利]一种数字化钢厂炼钢连铸工序控件型虚拟设备的制造方法

说明书

技术领域

本发明属于数字化钢厂仿真技术领域，特别涉及一种数字化钢厂炼钢连铸工序控件型虚拟设备的制造方法。

背景技术

1、数字化钢厂简介

利用计算机仿真技术开发出数字化钢厂，是一门前沿的技术。利用数字化钢厂模拟炼钢连铸的生产过程，在作业计划、调度计划释放前对计划质量和稳定性进行评估，找出计划的薄弱环节和生产过程中可能出现的瓶颈设备，并根据仿真结果对作业计划、调度计划进行完善，这已经成为整个炼钢生产过程的一个重要组成部分。因此，建立炼钢连铸生产过程计算机仿真模型并开发计算机仿真系统，即数字化钢厂，能够提高钢铁企业的劳动生产率，降低生产成本。

炼钢连铸生产过程是钢铁产品生产的关键环节，其生产过程及生产组织方式具有以下特点：(1)生产过程复杂，不确定因素多；(2)生产过程高温、连续，实时性要求高；(3)用户合同品种多、批量大小不一。其生产过程和生产组织方式决定了炼钢连铸生产计划与调度问题属于规模大、约束多、强耦合的整数规划问题，目标函数和约束条件往往难以用明确的函数关系表达，传统的基于数学模型的优化方法很难求解这类问题，而人工编制方法由于人的处理能力有限，更无法保证炼钢连铸作业计划、调度计划的质量和稳定性。

2、数字化钢厂的虚拟设备简介

数字化钢厂采用计算机仿真技术，所得到的仿真结果均是以数据的形式表现出来，过于抽象。而将仿真结果通过虚拟设备进行模拟实际过程动作，可以形象、直观地表现出数字化工厂的运行情况。

数字化钢厂所得到的仿真结果，大部分都是表现为时刻和事件的对应关系，即某设备的某工序在某时刻进行，持续一定长度的时间。而虚拟设备均具有相应的时间参数接口，因此将仿真所得到的仿真结果数据通过参数接口传递给虚拟设备，虚拟设备将进行与仿真结果相对应的动作。每次仿真所得到的结果可能是不相同的，则虚拟设备的动作速度将根据每次仿真得到的仿真结果进行自适应的调整。

目前已有的炼钢连铸方面的系统，其设备模型动画主要存在如下缺陷：

(1)文献——刘炜，孙亮亮，俞胜平，柴天佑.炼钢-连铸动画仿真系统设计与开发[J]，控制工程，2010，17(4)：537-546.所介绍的炼钢连铸仿真系统的动画界面是采用2D技术，动画的动作简单，播放速度只能依照固定值进行，不能进行自适应调整。

(2)文献——俞胜平，吕瑞霞，庞新富，郑秉霖，柴天佑.基于虚拟现实的炼钢连铸调度仿真系统[J].中南大学学报，2009，40(增刊一)：277-283.所介绍的仿真系统是基于虚拟现实技术的3D全景动画，采用的开发软件是3D MAX和Flexsim，缺点是3D动画部分由于采用3D MAX进行开发，故而会造成动画部分耗资源严重，对整个系统造成不必要的负担，而且3D全景动画不够直观，不利于使用者观察工艺细节和生产过程的进展情况。

(3)上述两个文献的设备动画模型均不是控件形式，所以造成了和整个系统之间的耦合程度高，故而不利于重用。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种数字化钢厂炼钢连铸工序控件型虚拟设备的制造方法，该制造方法采用了CsGL技术，即在C#环境下，采用OpenGL函数接口建立以设备类为单位的模型和描述工艺过程。

炼钢连铸工序包含的设备为：炼钢阶段的转炉(BOF)和电弧炉(EAF)、精炼部分的LF精炼炉、RH精炼炉、连铸部分的连铸机(CC)。

本发明的数字化钢厂炼钢连铸工序控件型虚拟设备的制造方法，包含如下步骤：

步骤一、配置软件开发环境：

在Visual Studio 2008环境下，采用基于C#的CsGL(C sharp graphics library)库进行开发。

步骤二、构建控件型虚拟设备库的整体结构

一个控件型虚拟设备作为一个设备类，所有的设备类构成一个设备库，即所有设备类集合一起打包封装到DLL文件中，仅暴露每个设备类的工艺过程的主阶段起讫时刻的时间接口。

步骤三、构建设备类的结构

设备类包括OpenGL绘制环境的初始化、窗体重绘函数、时间函数和主绘制函数；

所述OpenGL绘制环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、定义正面、深度测试以及抗锯齿；

所述窗体重绘函数包括视口变换、对正投影的设置，并且在以上两项设置之后，将模型视图矩阵作为当前操作矩阵，同时将该矩阵赋值为单位矩阵，为主绘制函数对模型视图矩阵的操作做好准备；

所述时间函数通过一个全局变量的递增，模拟时间变量。

步骤四、建立各控件型虚拟设备的模型