选煤厂管道3D 设计软件二次开发应用

韩小恒, 云玉鹏, 梁彦国, 张卫明

(普赛斯(北京)工程技术有限公司, 北京 100021)

随着科技的进步, 计算机软硬件及相关外围设备的不断发展, 工程设计行业已逐步步入三维精确化行列, 采用计算机实现工程设计的三维化, 处理实际问题将变得更加简单便捷, 直观化、 可视化的三维图形可实现设计中的碰撞干涉检查, 减少或避免设计失误。

目前选煤厂设计行业的几大设计公司, 根据本公司的实际情况, 也都在推进土建、 非标及管道三维设计软件的应用普及, 并开始进行软件的二次开发, 一些成果已经开始应用到日常设计工作中。 笔者通过对一种选煤厂管道三维设计软件二次开发的尝试, 来提高施工图设计出图效率,加快选煤厂设计项目进度, 提高施工设计图质量。

1 软件选择

现在主流的三维软件BIM、 Solidworks、 Pro/E、 Inventor、 UG 等都基本自带有三维管道设计功能, 还有一些专业的三维管道设计软件, 如PDPM, 这些软件具有一定的通用性, 在其他行业应用也很广泛, 比如机械、 化工、 石油等行业, 均可实现线3D 管道的设计。 但由于三维管线的规划在空间角度实现上较为复杂, 并且其标准库中的管道、 阀门等管件库均不太适合选煤厂工艺管道复杂多变的要求。 故此这些软件要适应选煤专业对管道设计要求, 还需要在原功能基础上进行二次开发。

在众多的三维软件中经过比较, 其中Inventor 软件是比较理想的选择, 其最大优势是能与常规绘图软件AutoCAD 具有很强的兼容性,他们之间能够互相拷贝, 且后缀DWG 文件三维工程图和二维工程图能做到互认, 尤其在3D 设计和2D 设计出图共存的状态下, 能减少格式转换环节, 节约设计时间。

另外Inventor 软件具有自带的智能设计特点,其内置的iLogic、 iPart、 iMate 等附件功能, 可以帮助用户比较方便地用少量编码(规则)定义自己的工作流逻辑, 为用户提供了理想的二次开发设计环境。 其中的iLogic 的编码, 是极具亲和力又简单的Visual Basic 代码。 为了方便使用, 在iLogic 中可以直接使用写规则。 iLogic 还提供了大量预制的代码片段供设计师引用。

一个典型的选煤厂工程包含多种类型及规格的管路, 虽然它们的走向、 直径、 长度、 材质和需要附加的管件等都不一样, 但是它们也有一个共同点, 都是由直管加弯头, 再加上法兰、 阀门等管件组合装配而成, 所以只需要建立一个通用的管线模型母体, 找到相关的主要参数, 再通过设计人员调整相关的参数, 来生成不同的管道模型, 从而实现不同管道的设计。 本文主要是利用的Inventor 中iLogic 功能进行开发, 实现上述功能, 其中主要流程包括: ① 管道关键参数的定义; ② 管件的装配规则; ③ 调整参数生成表单。

2 标准管件库的创建

主要是利用Inventor 的iPart 功能, 将常用通用阀门及法兰等管件的外形尺寸参数整理成Excel 数据表格, 提取主要参数数据, 驱动通用模型, 整理发布, 管件做成系列化, 并添加iMate 后发布到Inventor 标准库中, 从而实现后期快速装配的功能。 如图1 所示。

图1 自定义iPart 管件库示意

3 通用模型设计

3.1 创建三维草图

管道三维草图为管线走向的基础, 创建零件, 并创建三维草图, 预设管道三维草图为5 段(经工程验证, 通常选煤厂单根管道不多于5 个转弯, 如遇个别较长管道, 可进行拼接), 并将每个拐点的X、 Y、 Z 三维坐标进行标注, 对相邻管件进行圆角并进行标注, 并标注圆角半径,如图2 所示。

图2 管线三维草图局部示意

3.2 创建直管及弯头

以三维草图为基础, 分别创建每段直管及弯头零件, 采用衍生方法, 将三维草图衍生至各个零件, 然后以每段起点为准, 垂直于三维草图基准线建立二维圆草图, 并沿三维草图线进行扫掠, 形成各个直管及弯头管段。

为方便后期法兰的快速安装, 在各个直管及弯头的两端添加iMate, 如图3 所示。

图3 直管创建示意

3.3 管道装配

创建组件, 将5 个直管段、 4 个弯头及三维草图进行装配, 由于各个直管及弯头均是在三维草图基础上进行衍生创建, 其坐标系均相同, 只需采用坐标系对齐即可完成快速装配工作, 如图4 所示。

图4 装配后示意

3.4 iLogic 参数化

前述创建三维草图时, 已经将各个拐点的三维坐标分别用(x1、 y1、 z1)(x2、 y2、 z2)(x3、y3、 z3) (x4、 y4、 z4) (x5、 y5、 z5) (x6、 y6、z6)表示了出来。 在装配体中设置自定义参数,与草图坐标参数一致, 新建ilogic 规则, 将对应坐标参数进行关联。

常规按照坐标绘制管路时, 确定起始点坐标后, 其他均为在上一点坐标的基础上的增量, 因此新建增量用户参数分别为(X1、 Y1、 Z1)(X2、Y2、 Z2) (X3、 Y3、 Z3) (X4、 Y4、 Z4) (X5、Y5、 Z5)(X6、 Y6、 Z6), 然后将前一个点坐标加上增量值作为下一点绝对坐标输入给三维草图, 如图5 所示。

图5 iLogic 规则代码示意

接下来创建管径、 管道类型等用户参数, 并将该参数采用iLogic 规则关联至各个直管及弯头, 根据管径大小在参数中预制弯头曲率半径。为达到最终工程图自动输出材料表, 将各个直管及弯头的iProperties.Value 用规则关联至长度及管道类型等参数。

为实现1 至5 段管道的通用性, 新建一用户参数N 为管段数, N=(1、 2、 3、 4、 5)。 新建管段数规则, 在规则中设置当管段数分别为用户选择值时, 将其余管段进行抑制, 来实现管段数需求, 例如, 当用户选择3 段时, 系统规则会将弯头3、 弯头4、 直管4、 直管5 进行抑制。

3.5 制作表单

为方便后期用户使用此参数化管道的使用,根据需要将参数全部添加在一张表单上, 实现用户直接通过表单输入数据驱动模型参数的目的,如图6 所示。

图6 表单示意

在图6 表单中, 左侧X 值、 Y 值、 Z 值除起始坐标外, 其余均为上一点坐标的增量。 右侧显示为各个点的绝对坐标, 初步规划时采用左侧相对坐标, 后期局部微调时可采用右侧绝对坐标来调整, 可避免影响整个管道的坐标值。 另外还设置了管道代号、 单项名称及管道名称等参数, 方便后期工程图标题栏的自动修改。

3.6 管道装配

管道主体绘制完毕后, 根据需要将法兰、 阀门等管件利用前面创建的管件库, 调入装配体,选择与主管匹配的参数, 使用iMate 实现自动装配, 如图7 所示。

图7 法兰自动装配示意

4 工程图

所有管件安装完成后, 新建dwg 格式的工程图, 以保证后期与CAD 的兼容性, 对明细栏进行自定义整理, 当放入基础零件(已完成管道)后, 插入自定义的明细栏, 内容会自动生成, 如图8 示意。 如果需要绘制安装图, 可以用CAD打开该工程图文件, 将设备布置图放入CAD 模型中, 通过布局视口将需要的CAD 图纸调入该图中, 最后与相应管道对齐即可。

图8 工程图示意(轴测图)

5 结 语

利用Inventor 软件的智能开发工具, 深度结合选煤行业的特性, 进行二次开发应用, 最终将管道参数化处理, 通过简洁友好的对话框模式,即可实现“傻瓜式” 制图, 实现材料统计的自动化, 并可将最终绘制的所有管道装配到一起, 实现碰撞检查, 缩短设计人员出图时间, 提高工作效率, 同时提高了设计精度。 当然这只是利用Inventor 二次开发应用的冰山一角, 随着三维化及参数化理念在实际工程中不断应用, 针对过程中存在的问题及需求进行升级, 后续可以做到更加智能高效。