韓小恒, 云玉鵬, 梁彥國(guó), 張衛(wèi)明

(普賽斯(北京)工程技術(shù)有限公司, 北京 100021)

隨著科技的進(jìn)步, 計(jì)算機(jī)軟硬件及相關(guān)外圍設(shè)備的不斷發(fā)展, 工程設(shè)計(jì)行業(yè)已逐步步入三維精確化行列, 采用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)工程設(shè)計(jì)的三維化, 處理實(shí)際問(wèn)題將變得更加簡(jiǎn)單便捷, 直觀化、 可視化的三維圖形可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的碰撞干涉檢查, 減少或避免設(shè)計(jì)失誤。

目前選煤廠設(shè)計(jì)行業(yè)的幾大設(shè)計(jì)公司, 根據(jù)本公司的實(shí)際情況, 也都在推進(jìn)土建、 非標(biāo)及管道三維設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用普及, 并開始進(jìn)行軟件的二次開發(fā), 一些成果已經(jīng)開始應(yīng)用到日常設(shè)計(jì)工作中。 筆者通過(guò)對(duì)一種選煤廠管道三維設(shè)計(jì)軟件二次開發(fā)的嘗試, 來(lái)提高施工圖設(shè)計(jì)出圖效率,加快選煤廠設(shè)計(jì)項(xiàng)目進(jìn)度, 提高施工設(shè)計(jì)圖質(zhì)量。

1 軟件選擇

現(xiàn)在主流的三維軟件BIM、 Solidworks、 Pro/E、 Inventor、 UG 等都基本自帶有三維管道設(shè)計(jì)功能, 還有一些專業(yè)的三維管道設(shè)計(jì)軟件, 如PDPM, 這些軟件具有一定的通用性, 在其他行業(yè)應(yīng)用也很廣泛, 比如機(jī)械、 化工、 石油等行業(yè), 均可實(shí)現(xiàn)線3D 管道的設(shè)計(jì)。 但由于三維管線的規(guī)劃在空間角度實(shí)現(xiàn)上較為復(fù)雜, 并且其標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中的管道、 閥門等管件庫(kù)均不太適合選煤廠工藝管道復(fù)雜多變的要求。 故此這些軟件要適應(yīng)選煤專業(yè)對(duì)管道設(shè)計(jì)要求, 還需要在原功能基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)。

在眾多的三維軟件中經(jīng)過(guò)比較, 其中Inventor 軟件是比較理想的選擇, 其最大優(yōu)勢(shì)是能與常規(guī)繪圖軟件AutoCAD 具有很強(qiáng)的兼容性,他們之間能夠互相拷貝, 且后綴DWG 文件三維工程圖和二維工程圖能做到互認(rèn), 尤其在3D 設(shè)計(jì)和2D 設(shè)計(jì)出圖共存的狀態(tài)下, 能減少格式轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié), 節(jié)約設(shè)計(jì)時(shí)間。

另外Inventor 軟件具有自帶的智能設(shè)計(jì)特點(diǎn),其內(nèi)置的iLogic、 iPart、 iMate 等附件功能, 可以幫助用戶比較方便地用少量編碼(規(guī)則)定義自己的工作流邏輯, 為用戶提供了理想的二次開發(fā)設(shè)計(jì)環(huán)境。 其中的iLogic 的編碼, 是極具親和力又簡(jiǎn)單的Visual Basic 代碼。 為了方便使用, 在iLogic 中可以直接使用寫規(guī)則。 iLogic 還提供了大量預(yù)制的代碼片段供設(shè)計(jì)師引用。

一個(gè)典型的選煤廠工程包含多種類型及規(guī)格的管路, 雖然它們的走向、 直徑、 長(zhǎng)度、 材質(zhì)和需要附加的管件等都不一樣, 但是它們也有一個(gè)共同點(diǎn), 都是由直管加彎頭, 再加上法蘭、 閥門等管件組合裝配而成, 所以只需要建立一個(gè)通用的管線模型母體, 找到相關(guān)的主要參數(shù), 再通過(guò)設(shè)計(jì)人員調(diào)整相關(guān)的參數(shù), 來(lái)生成不同的管道模型, 從而實(shí)現(xiàn)不同管道的設(shè)計(jì)。 本文主要是利用的Inventor 中iLogic 功能進(jìn)行開發(fā), 實(shí)現(xiàn)上述功能, 其中主要流程包括: ① 管道關(guān)鍵參數(shù)的定義; ② 管件的裝配規(guī)則; ③ 調(diào)整參數(shù)生成表單。

2 標(biāo)準(zhǔn)管件庫(kù)的創(chuàng)建

主要是利用Inventor 的iPart 功能, 將常用通用閥門及法蘭等管件的外形尺寸參數(shù)整理成Excel 數(shù)據(jù)表格, 提取主要參數(shù)數(shù)據(jù), 驅(qū)動(dòng)通用模型, 整理發(fā)布, 管件做成系列化, 并添加iMate 后發(fā)布到Inventor 標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中, 從而實(shí)現(xiàn)后期快速裝配的功能。 如圖1 所示。

圖1 自定義iPart 管件庫(kù)示意

3 通用模型設(shè)計(jì)

3.1 創(chuàng)建三維草圖

管道三維草圖為管線走向的基礎(chǔ), 創(chuàng)建零件, 并創(chuàng)建三維草圖, 預(yù)設(shè)管道三維草圖為5 段(經(jīng)工程驗(yàn)證, 通常選煤廠單根管道不多于5 個(gè)轉(zhuǎn)彎, 如遇個(gè)別較長(zhǎng)管道, 可進(jìn)行拼接), 并將每個(gè)拐點(diǎn)的X、 Y、 Z 三維坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)注, 對(duì)相鄰管件進(jìn)行圓角并進(jìn)行標(biāo)注, 并標(biāo)注圓角半徑,如圖2 所示。

圖2 管線三維草圖局部示意

3.2 創(chuàng)建直管及彎頭

以三維草圖為基礎(chǔ), 分別創(chuàng)建每段直管及彎頭零件, 采用衍生方法, 將三維草圖衍生至各個(gè)零件, 然后以每段起點(diǎn)為準(zhǔn), 垂直于三維草圖基準(zhǔn)線建立二維圓草圖, 并沿三維草圖線進(jìn)行掃掠, 形成各個(gè)直管及彎頭管段。

為方便后期法蘭的快速安裝, 在各個(gè)直管及彎頭的兩端添加iMate, 如圖3 所示。

圖3 直管創(chuàng)建示意

3.3 管道裝配

創(chuàng)建組件, 將5 個(gè)直管段、 4 個(gè)彎頭及三維草圖進(jìn)行裝配, 由于各個(gè)直管及彎頭均是在三維草圖基礎(chǔ)上進(jìn)行衍生創(chuàng)建, 其坐標(biāo)系均相同, 只需采用坐標(biāo)系對(duì)齊即可完成快速裝配工作, 如圖4 所示。

圖4 裝配后示意

3.4 iLogic 參數(shù)化

前述創(chuàng)建三維草圖時(shí), 已經(jīng)將各個(gè)拐點(diǎn)的三維坐標(biāo)分別用(x1、 y1、 z1)(x2、 y2、 z2)(x3、y3、 z3) (x4、 y4、 z4) (x5、 y5、 z5) (x6、 y6、z6)表示了出來(lái)。 在裝配體中設(shè)置自定義參數(shù),與草圖坐標(biāo)參數(shù)一致, 新建ilogic 規(guī)則, 將對(duì)應(yīng)坐標(biāo)參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

常規(guī)按照坐標(biāo)繪制管路時(shí), 確定起始點(diǎn)坐標(biāo)后, 其他均為在上一點(diǎn)坐標(biāo)的基礎(chǔ)上的增量, 因此新建增量用戶參數(shù)分別為(X1、 Y1、 Z1)(X2、Y2、 Z2) (X3、 Y3、 Z3) (X4、 Y4、 Z4) (X5、Y5、 Z5)(X6、 Y6、 Z6), 然后將前一個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)加上增量值作為下一點(diǎn)絕對(duì)坐標(biāo)輸入給三維草圖, 如圖5 所示。

圖5 iLogic 規(guī)則代碼示意

接下來(lái)創(chuàng)建管徑、 管道類型等用戶參數(shù), 并將該參數(shù)采用iLogic 規(guī)則關(guān)聯(lián)至各個(gè)直管及彎頭, 根據(jù)管徑大小在參數(shù)中預(yù)制彎頭曲率半徑。為達(dá)到最終工程圖自動(dòng)輸出材料表, 將各個(gè)直管及彎頭的iProperties.Value 用規(guī)則關(guān)聯(lián)至長(zhǎng)度及管道類型等參數(shù)。

為實(shí)現(xiàn)1 至5 段管道的通用性, 新建一用戶參數(shù)N 為管段數(shù), N=(1、 2、 3、 4、 5)。 新建管段數(shù)規(guī)則, 在規(guī)則中設(shè)置當(dāng)管段數(shù)分別為用戶選擇值時(shí), 將其余管段進(jìn)行抑制, 來(lái)實(shí)現(xiàn)管段數(shù)需求, 例如, 當(dāng)用戶選擇3 段時(shí), 系統(tǒng)規(guī)則會(huì)將彎頭3、 彎頭4、 直管4、 直管5 進(jìn)行抑制。

3.5 制作表單

為方便后期用戶使用此參數(shù)化管道的使用,根據(jù)需要將參數(shù)全部添加在一張表單上, 實(shí)現(xiàn)用戶直接通過(guò)表單輸入數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型參數(shù)的目的,如圖6 所示。

圖6 表單示意

在圖6 表單中, 左側(cè)X 值、 Y 值、 Z 值除起始坐標(biāo)外, 其余均為上一點(diǎn)坐標(biāo)的增量。 右側(cè)顯示為各個(gè)點(diǎn)的絕對(duì)坐標(biāo), 初步規(guī)劃時(shí)采用左側(cè)相對(duì)坐標(biāo), 后期局部微調(diào)時(shí)可采用右側(cè)絕對(duì)坐標(biāo)來(lái)調(diào)整, 可避免影響整個(gè)管道的坐標(biāo)值。 另外還設(shè)置了管道代號(hào)、 單項(xiàng)名稱及管道名稱等參數(shù), 方便后期工程圖標(biāo)題欄的自動(dòng)修改。

3.6 管道裝配

管道主體繪制完畢后, 根據(jù)需要將法蘭、 閥門等管件利用前面創(chuàng)建的管件庫(kù), 調(diào)入裝配體,選擇與主管匹配的參數(shù), 使用iMate 實(shí)現(xiàn)自動(dòng)裝配, 如圖7 所示。

圖7 法蘭自動(dòng)裝配示意

4 工程圖

所有管件安裝完成后, 新建dwg 格式的工程圖, 以保證后期與CAD 的兼容性, 對(duì)明細(xì)欄進(jìn)行自定義整理, 當(dāng)放入基礎(chǔ)零件(已完成管道)后, 插入自定義的明細(xì)欄, 內(nèi)容會(huì)自動(dòng)生成, 如圖8 示意。 如果需要繪制安裝圖, 可以用CAD打開該工程圖文件, 將設(shè)備布置圖放入CAD 模型中, 通過(guò)布局視口將需要的CAD 圖紙調(diào)入該圖中, 最后與相應(yīng)管道對(duì)齊即可。

圖8 工程圖示意(軸測(cè)圖)

5 結(jié) 語(yǔ)

利用Inventor 軟件的智能開發(fā)工具, 深度結(jié)合選煤行業(yè)的特性, 進(jìn)行二次開發(fā)應(yīng)用, 最終將管道參數(shù)化處理, 通過(guò)簡(jiǎn)潔友好的對(duì)話框模式,即可實(shí)現(xiàn)“傻瓜式” 制圖, 實(shí)現(xiàn)材料統(tǒng)計(jì)的自動(dòng)化, 并可將最終繪制的所有管道裝配到一起, 實(shí)現(xiàn)碰撞檢查, 縮短設(shè)計(jì)人員出圖時(shí)間, 提高工作效率, 同時(shí)提高了設(shè)計(jì)精度。 當(dāng)然這只是利用Inventor 二次開發(fā)應(yīng)用的冰山一角, 隨著三維化及參數(shù)化理念在實(shí)際工程中不斷應(yīng)用, 針對(duì)過(guò)程中存在的問(wèn)題及需求進(jìn)行升級(jí), 后續(xù)可以做到更加智能高效。