三維軟件MDT在工業(yè)爐設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2013-05-23 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來(lái)源:仿真在線

陳珠云黑逸容來(lái)源:萬(wàn)方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:三維設(shè)計(jì) 二維設(shè)計(jì) 參數(shù)化非標(biāo)性

MDT(Mechanical Desktop Release)是三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件。三維設(shè)計(jì)是通過(guò)建模的方式,將所用的每一個(gè)零件、部件真實(shí)地創(chuàng)建出來(lái),并把他們按設(shè)計(jì)思路、要求進(jìn)行模型間的焊接、拼裝,直至完工的設(shè)計(jì)過(guò)程。在建模過(guò)程中,設(shè)計(jì)者既設(shè)計(jì)又施工,倍感真實(shí),使CAD設(shè)計(jì)提高了一個(gè)臺(tái)階。

在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中,AutoCAD軟件的成功應(yīng)用和普遍使用使設(shè)計(jì)人員擺脫了圖板、鉛筆等工具,大大提高了繪圖質(zhì)量和工作效率。但設(shè)計(jì)方式并沒(méi)有改變,都是把大腦中設(shè)想的模型,遵循制圖的投影規(guī)則一條線、一個(gè)視圖地手工畫(huà)出來(lái)。正確與否完全依賴設(shè)計(jì)者的空間想象能力。隨著科技的發(fā)展,計(jì)算機(jī)軟件、硬件的不斷開(kāi)發(fā)和公司業(yè)務(wù)逐步向國(guó)外市場(chǎng)拓展,需要不斷提高設(shè)計(jì)水平。而工業(yè)爐的最大特點(diǎn)是非標(biāo)性,這就意味著爐型合理設(shè)計(jì)的重要性和設(shè)計(jì)任務(wù)的繁重性。在這種情況下只有改變?cè)O(shè)計(jì)理念,運(yùn)用全新的設(shè)計(jì)方式才可能進(jìn)一步提高工作效率和設(shè)計(jì)水平。對(duì)此,福臻熱工公司做了大膽的嘗試,將MDT三維設(shè)計(jì)運(yùn)用到了實(shí)際工作中。 MDT是Autodesk公司在PC平臺(tái)上開(kāi)發(fā)的三維機(jī)械CAD系統(tǒng).它是運(yùn)行在AutoCAD之內(nèi)的參數(shù)化實(shí)體造型系統(tǒng)所以對(duì)于熟悉AutoCAD的工業(yè)爐設(shè)計(jì)用戶來(lái)說(shuō),很容易接受MDT中文板的用戶界面和工作環(huán)境.從這一點(diǎn)看MD7,比其它的如UG,SolidWorks,CATIA等三維設(shè)計(jì)軟件更易接受。經(jīng)過(guò)近兩年多的準(zhǔn)備、施實(shí),效果明顯,它將是又一種先進(jìn)的行之有效的設(shè)計(jì)方式。

    1三維設(shè)計(jì)的優(yōu)越性

    1.1直觀性

大家知道,二維圖是需要有一定專(zhuān)業(yè)知識(shí)的人才能看懂的,稍微復(fù)雜的圖紙即使專(zhuān)業(yè)人員也要通過(guò)高平齊、寬對(duì)正、實(shí)線、虛線等制圖規(guī)則,在大腦中不斷建構(gòu)模型,精神要高度集中才能看懂,如遇上圖紙中有錯(cuò)誤,三視圖有對(duì)不上之處,就要反復(fù)看才能識(shí)別。無(wú)論是設(shè)計(jì)過(guò)程還是識(shí)圖過(guò)程都是在不停地進(jìn)行著立體實(shí)物與平面表達(dá)方式的轉(zhuǎn)換過(guò)程,費(fèi)時(shí),費(fèi)腦。而三維圖則不然,它是直接將大腦中的立體模型創(chuàng)建于MDT的三維模型空間中,以實(shí)體的形式直接呈現(xiàn)在設(shè)計(jì)人員面前,見(jiàn)圖1.

三維軟件MDT在工業(yè)爐設(shè)計(jì)中的應(yīng)用autocad案例圖片1

與一直沿用的平面的不可動(dòng)的二維設(shè)計(jì)方式相比,近乎真實(shí)施工的、可動(dòng)的三維設(shè)計(jì)方式突顯出許多優(yōu)點(diǎn)。它完全是立體的,能直觀地表達(dá)設(shè)計(jì)意圖和設(shè)計(jì)效果,在電腦中可按1:1的尺寸真實(shí)創(chuàng)建立體模型,不同的零件或部件還可使用不同的顏色,視覺(jué)效果非常好,能給人一種愉快的工作心情。

在設(shè)計(jì)的任何時(shí)候,都可通過(guò)三維旋轉(zhuǎn)瀏覽器,對(duì)模型進(jìn)行全方位任何角度的觀察,能既快捷又直觀地看清結(jié)構(gòu)及問(wèn)題,可以隨時(shí)方便地隱藏或顯示任何零件,來(lái)觀察系統(tǒng)或部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu);對(duì)可動(dòng)部分,可方便地顯示各種狀態(tài),并觀察其動(dòng)作過(guò)程。而二維圖要顯示這些情景是很難的。

    1.2三維模型和二維工作圖的一致性

三維設(shè)計(jì)確有二維設(shè)計(jì)無(wú)可比擬的操作效果,但三維模型不能作為施工圖使用,需轉(zhuǎn)換成二維工程圖。MDT提供快捷的轉(zhuǎn)換功能。由三維模型可快速轉(zhuǎn)換為二維工程圖,只需幾秒種的時(shí)間,就像有一臺(tái)視圖攝像機(jī)一樣。通過(guò)設(shè)置"創(chuàng)建工程圖"對(duì)話框還可選擇是否以虛線形式顯示不可見(jiàn)線。創(chuàng)建的視圖包括各正向視圖、各位置剖視圖、軸側(cè)圖、輔助視圖、局部視圖、打斷視圖和剖面視圖等。且因三維模型與二維視圖使用同一圖像數(shù)據(jù)庫(kù),所以修改三維模型二維視圖可同步更新,即三維模型與二維工程圖的對(duì)應(yīng)是雙向關(guān)聯(lián)、同步進(jìn)行的。MDT工程圖提供完善的視圖投影關(guān)系,所以只要模型正確就不用擔(dān)心三視圖的對(duì)應(yīng)關(guān)系,見(jiàn)圖2。這樣可以準(zhǔn)確表達(dá)設(shè)計(jì)意圖,是CAD的一大進(jìn)步,可以節(jié)省設(shè)計(jì)人員的腦力。

三維軟件MDT在工業(yè)爐設(shè)計(jì)中的應(yīng)用autocad案例圖片2

1.3能自動(dòng)產(chǎn)生零件名細(xì)表及材料表

工業(yè)爐因其非標(biāo)件很多,包括各種材質(zhì)、多種規(guī)格的型材、板材、管材等金屬材料,更有各種保溫耐火等非金屬材料,所以材料表的制作是一件非常麻煩的事情,材料需一項(xiàng)一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)、歸類(lèi)。這就容易多項(xiàng)、漏項(xiàng)或計(jì)算錯(cuò)誤。每一項(xiàng)都要先算出它的體積再與其比重相乘算出單重,如有相同的多個(gè)零件還要乘數(shù)量得出總重。在計(jì)算體積時(shí)如零件外型復(fù)雜或計(jì)算保溫材料時(shí),準(zhǔn)確計(jì)算體積是很困難的。合計(jì)也要逐項(xiàng)手動(dòng)去算。特別是當(dāng)結(jié)構(gòu)材料有變時(shí),材料表的修改不僅需要人耐心和細(xì)心,更需要花費(fèi)時(shí)間。雖然在工作過(guò)程中會(huì)通過(guò)查表查找諸如型材、管材等的每米單重再利用Excel電子表格輸人一些相關(guān)公式或使用計(jì)算器等工具,但這些都不能直接與圖相聯(lián),仍需逐項(xiàng)手動(dòng)輸人到材料表中,仍顯得十分繁瑣。為了滿足出圖和材料采購(gòu)等的需要,材料常須以不同的組合或合計(jì)方式列出,打印成不同分類(lèi)形式的表格。雖然可采用復(fù)制,但表格行數(shù)需自行編輯,合計(jì)還需手動(dòng)去算。

MDT的材料表是隨設(shè)計(jì)過(guò)程自動(dòng)編輯的,因?yàn)樗c材料表數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接著。每創(chuàng)建一個(gè)零件或部件的同時(shí),它的名稱(chēng)、標(biāo)準(zhǔn)號(hào)、重量、數(shù)量等屬性已在數(shù)據(jù)庫(kù)中記錄了,任何時(shí)候都可查看數(shù)據(jù)庫(kù)。當(dāng)要制作材料表時(shí)先打開(kāi)材料表數(shù)據(jù)庫(kù),這時(shí)模型中的每一個(gè)零件或部件及所有零部件合計(jì)值都會(huì)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)庫(kù)中,完全相同的多個(gè)零件或部件,已自動(dòng)累計(jì),并顯示數(shù)量。

通過(guò)設(shè)置其對(duì)象特性可編輯材料表樣式,然后進(jìn)行項(xiàng)目編輯。在數(shù)據(jù)庫(kù)中所有不同的零件都可逐項(xiàng)單獨(dú)展開(kāi)顯示,也可通過(guò)點(diǎn)擊每項(xiàng)左側(cè)的"+、-"號(hào)來(lái)展開(kāi)或收攏各部件,并可拖動(dòng)某項(xiàng)到其它部件中或改變其在表中的順序位置。此項(xiàng)操作也可在瀏覽器中進(jìn)行,整理結(jié)果在數(shù)據(jù)庫(kù)中同步反映。部件屬性可整體顯示,也可按展開(kāi)的零件來(lái)顯示。零部件的名稱(chēng)是可編輯的。零件的單重是根據(jù)不同的材質(zhì)編輯比重而實(shí)現(xiàn)重量的準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì),也就是說(shuō)每創(chuàng)建一個(gè)零件的同時(shí)它的體積就同步確定顯示了,是不可編輯的(除非修改模型)。

在零件的質(zhì)量特性中同時(shí)反映的還有零件的外表面積、質(zhì)心、質(zhì)量慣性矩等,這也給工程計(jì)算提供很多現(xiàn)成的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。整理達(dá)到所需目的后即可插人明細(xì)表打印,見(jiàn)圖3。如果要出不同分類(lèi)方式的表格,對(duì)MDT來(lái)說(shuō)也是易如反掌,只要重新整理數(shù)據(jù)庫(kù)或配合使用材料表過(guò)濾器來(lái)插人所需部分零部件的材料表即可,數(shù)據(jù)庫(kù)可多次整理。當(dāng)設(shè)計(jì)有變動(dòng)時(shí),材料表會(huì)自動(dòng)跟蹤變化,同步統(tǒng)計(jì)反映。MDT中材料表的處理是一個(gè)整理的過(guò)程,而二維材料表的處理是手工輸入的過(guò)程。與數(shù)據(jù)庫(kù)的鏈接是MDT的一大優(yōu)點(diǎn),既準(zhǔn)確又為設(shè)計(jì)者節(jié)省很多時(shí)間和精力。

三維軟件MDT在工業(yè)爐設(shè)計(jì)中的應(yīng)用autocad技術(shù)圖片3

    1.4易于實(shí)現(xiàn)團(tuán)隊(duì)協(xié)同設(shè)計(jì),提高效率

工業(yè)爐的設(shè)計(jì)不會(huì)是一、兩個(gè)人能完成的,每一個(gè)項(xiàng)目都需多人協(xié)作共同完成。這就有一個(gè)各部分間的銜接問(wèn)題。幾個(gè)零件間的組裝容易查出組裝是否合理或干涉問(wèn)題,但零部件較多的大型部件間的裝配由于二維圖的平面視圖效果,再加上如有部件的剖切與總圖的剖切位置不相同時(shí),就很難全面檢查銜接問(wèn)題,要靠想像然后局部重點(diǎn)檢查。而MDT三維模型的組裝是把單個(gè)模型象搭積木一樣有序裝配成一個(gè)系統(tǒng),多個(gè)系統(tǒng)又可組成一個(gè)完整體系。每一部分的模型都在世界坐標(biāo)系下,在總圖所給定的空間位置上組建模型。這樣就可以方便地把每個(gè)人設(shè)計(jì)的三維系統(tǒng)在世界坐標(biāo)系下自動(dòng)裝配到一起以審核整體效果和相互間的真實(shí)關(guān)系,而不用手動(dòng)去拖動(dòng)各部件。這個(gè)過(guò)程遠(yuǎn)比把不同人設(shè)計(jì)的二維圖裝在一起要快得多,容易得多,也直觀清楚。這時(shí)用三維旋轉(zhuǎn)瀏覽器就可以全方位觀查或使用干涉檢查工具顯示是否有干涉情況和干涉的程度有多大。

    2三維設(shè)計(jì)的基本過(guò)程

基于歷史的原因及工業(yè)爐本身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用條件的復(fù)雜性,目前工業(yè)爐的設(shè)計(jì)依然是非標(biāo)性很強(qiáng)的設(shè)計(jì)。在爐子設(shè)計(jì)階段為求得最佳方案,零部件及結(jié)構(gòu)的改進(jìn)在所難免,有時(shí)要反復(fù)修改。沒(méi)有使用過(guò)或初次接觸三維設(shè)計(jì)的人大都有三維造型很難和如何修改的顧慮。因?yàn)槎S是平面的概念而三維則是立體的概念。

    2.1零件的創(chuàng)建及修改

三維設(shè)計(jì)主要是在MDT提供的模型空間中進(jìn)行的,模型空間就象是施工的現(xiàn)場(chǎng),零部件模型按照施工的順序逐一創(chuàng)建,并依次組裝。由于三維模型是基于特征的實(shí)體造型,就是說(shuō)每一個(gè)零件的創(chuàng)建都是先創(chuàng)建一個(gè)基礎(chǔ)特征,然后在基礎(chǔ)特征上根據(jù)需要多次添加各種特征,如拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃掠、倒角等特征,只要掌握了三維坐標(biāo)的方向問(wèn)題,模型的創(chuàng)建是容易的。這為工業(yè)爐多種非標(biāo)件的造型提供了方便。特征的參數(shù)化指決定模型形狀和大小的所有尺寸都是以可隨時(shí)編輯的參數(shù)表示的,參數(shù)與模型雙向關(guān)聯(lián),即修改參數(shù)可以改變模型,改變模型也可修改參數(shù),操作靈活方便。常規(guī)二維設(shè)計(jì)的修改是對(duì)已有視圖的修改,局部的改動(dòng)可能會(huì)給視圖造成很大差異且要所有視圖一一修改,經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)改不全或漏改的情況,從而給讀圖帶來(lái)麻煩,甚至?xí)r常感覺(jué)改圖不如重畫(huà)圖。而三維圖的修改只是對(duì)模型的修改。模型的直觀性使設(shè)計(jì)人員的操作更有針對(duì)性。如果只修改零部件間的相對(duì)位置則只需像搭積木一樣重新調(diào)整位置就行。如果是對(duì)單個(gè)零件形狀的修改,那就可以利用MDT提供的特征參數(shù)化不斷修改各特征的參數(shù)并觀察效果,直至達(dá)到設(shè)計(jì)愿望為止,不必重建模型。

2.2創(chuàng)建并整理部件

在Desktop瀏覽器中可以創(chuàng)建部件,根據(jù)需要將多個(gè)零件組成一個(gè)部件,部件是作為一個(gè)整體參與編輯、組裝的。通過(guò)在不同的部件間拖動(dòng)零件可以方便地改變部件的組成。這種拖動(dòng)、組合也可在不同級(jí)別的部件間實(shí)現(xiàn)。

    2.3總圖組裝

當(dāng)團(tuán)隊(duì)協(xié)同設(shè)計(jì)時(shí),所有人都在世界坐標(biāo)系下按照總圖給定的空間位置建構(gòu)模型,這時(shí)組裝時(shí)只要選擇插人原坐標(biāo),各部件將快速自動(dòng)裝到預(yù)定的位置上,完成總圖的組裝。但三維模型文件很大,總圖組裝后往往操作很慢,可采用以外部參照的方式將大的部件裝人總圖中,效果相同,但文件不會(huì)變大,方便操作。

    2.4與AutoCAD共享圖形倍息

如果要利用AutoCAD對(duì)工程圖作進(jìn)一步的處理,或與只有AutoCAD的其它用戶共享工程圖信息,可以將MDT工程圖輸出為AutoCAD二維圖形文件。

    3如何加快三維設(shè)計(jì)

    3.1利用通用標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)并建立本公司專(zhuān)用零、部件庫(kù)

根據(jù)工業(yè)爐設(shè)計(jì)的需要,事先要做一些常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)件和大量用到的爐用標(biāo)準(zhǔn)件、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件以方便快速出圖。常規(guī)二維設(shè)計(jì)的做法是每一規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件都要手動(dòng)畫(huà)出它的三視圖才可方便使用。簡(jiǎn)單的型鋼也得畫(huà)出每一規(guī)格的斷面。因?yàn)椴煌?guī)格間斷面的變化不是按某一比例調(diào)整的,也不能通過(guò)單獨(dú)拉伸一、兩個(gè)方向的尺寸能完全改變的。且工業(yè)爐涉及標(biāo)準(zhǔn)件種類(lèi)多、規(guī)格范圍較大,所以制作標(biāo)準(zhǔn)件的工作量就很大。即使這樣在使用時(shí)由于所選標(biāo)準(zhǔn)件在部件中所處位置與三視圖的投影的關(guān)系仍需修改部分線條的可見(jiàn)性。如何更快更高效、方便地制作及使用標(biāo)準(zhǔn)件仍有待進(jìn)一步探索。通過(guò)做三維標(biāo)準(zhǔn)件,筆者發(fā)現(xiàn)三維標(biāo)準(zhǔn)件在各方面要大大優(yōu)于二維標(biāo)準(zhǔn)件的制作和使用。

三維設(shè)計(jì)中使用的標(biāo)準(zhǔn)件也是三維模型。MDT軟件中自帶著許多標(biāo)準(zhǔn)件,如常規(guī)的緊固件、軸用零件、型材等約50萬(wàn)個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件,只要選擇、插入即可,使用非常方便。對(duì)于大量使用的爐用件及企業(yè)常用件的制作,也因MDT提供的參數(shù)化實(shí)體造型和能與Excel電子表格軟件相鏈接的功能而顯得輕松自如。比如,要做外形相差不大而具有不同規(guī)格的一系列零件,如管件、閥門(mén)、車(chē)輪等時(shí),只要做出其中一個(gè)模型,然后將確定該模型的參數(shù)化尺寸設(shè)為變量并賦值,再鏈接到Excel電子表格中,將其它規(guī)格零件的特征尺寸值對(duì)應(yīng)地輸人即可,也就是所謂的表驅(qū)動(dòng)。使用表驅(qū)動(dòng)可以快捷地創(chuàng)建一個(gè)個(gè)零件族,見(jiàn)圖4.

三維軟件MDT在工業(yè)爐設(shè)計(jì)中的應(yīng)用autocad技術(shù)圖片4

在使用時(shí)只要點(diǎn)擊想要的規(guī)格,對(duì)應(yīng)模型自動(dòng)調(diào)整。熟練使用電子表格驅(qū)動(dòng)可使設(shè)計(jì)處于一個(gè)參數(shù)化系統(tǒng)中,這是三維造型的高層操作。

    3.2建立本公司專(zhuān)用菜單,加快調(diào)用圖塊

運(yùn)用軟件自帶的VB編輯器,把企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件加載到操作窗口的菜單中,可方便調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件以加快標(biāo)準(zhǔn)件檢索及調(diào)用速度。

    4三維設(shè)計(jì)對(duì)硬件的要求

目前硬件發(fā)展水平,已能適應(yīng)3D設(shè)計(jì)的需要。但在配備硬件時(shí),還要選較高的配置。主要是CPU,內(nèi)存及顯卡。CPU主頻應(yīng)在3G或以上,內(nèi)存1G或更多,采用專(zhuān)用圖形顯卡。

    5結(jié)束語(yǔ)

如果說(shuō)從圖板繪圖到電腦二維CAD畫(huà)圖是繪圖質(zhì)量的一次飛躍,那么從二維CAD到三維CAD則是設(shè)計(jì)理念的改變。總之,三維設(shè)計(jì)更接近實(shí)際,不再完全依賴于平面視圖的投影關(guān)系,使圖紙不再顯得高深難懂。它將以形象、高效、快速、適用贏得廣大工業(yè)爐設(shè)計(jì)人員的青睞,值得推廣。