三維軟件MDT在工業爐設計中的應用

2013-05-23 by:廣州有限元分析、培訓中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

陳珠云黑逸容來源:萬方數據
關鍵字:三維設計二維設計參數化非標性

MDT(Mechanical Desktop Release)是三維機械設計軟件。三維設計是通過建模的方式,將所用的每一個零件、部件真實地創建出來,并把他們按設計思路、要求進行模型間的焊接、拼裝,直至完工的設計過程。在建模過程中,設計者既設計又施工,倍感真實,使CAD設計提高了一個臺階。

在計算機輔助設計中,AutoCAD軟件的成功應用和普遍使用使設計人員擺脫了圖板、鉛筆等工具,大大提高了繪圖質量和工作效率。但設計方式并沒有改變,都是把大腦中設想的模型,遵循制圖的投影規則一條線、一個視圖地手工畫出來。正確與否完全依賴設計者的空間想象能力。隨著科技的發展,計算機軟件、硬件的不斷開發和公司業務逐步向國外市場拓展,需要不斷提高設計水平。而工業爐的最大特點是非標性,這就意味著爐型合理設計的重要性和設計任務的繁重性。在這種情況下只有改變設計理念,運用全新的設計方式才可能進一步提高工作效率和設計水平。對此,福臻熱工公司做了大膽的嘗試,將MDT三維設計運用到了實際工作中。 MDT是Autodesk公司在PC平臺上開發的三維機械CAD系統.它是運行在AutoCAD之內的參數化實體造型系統所以對于熟悉AutoCAD的工業爐設計用戶來說,很容易接受MDT中文板的用戶界面和工作環境.從這一點看MD7,比其它的如UG,SolidWorks,CATIA等三維設計軟件更易接受。經過近兩年多的準備、施實,效果明顯,它將是又一種先進的行之有效的設計方式。

    1三維設計的優越性

    1.1直觀性

大家知道,二維圖是需要有一定專業知識的人才能看懂的,稍微復雜的圖紙即使專業人員也要通過高平齊、寬對正、實線、虛線等制圖規則,在大腦中不斷建構模型,精神要高度集中才能看懂,如遇上圖紙中有錯誤,三視圖有對不上之處,就要反復看才能識別。無論是設計過程還是識圖過程都是在不停地進行著立體實物與平面表達方式的轉換過程,費時,費腦。而三維圖則不然,它是直接將大腦中的立體模型創建于MDT的三維模型空間中,以實體的形式直接呈現在設計人員面前,見圖1.

三維軟件MDT在工業爐設計中的應用autocad案例圖片1

與一直沿用的平面的不可動的二維設計方式相比,近乎真實施工的、可動的三維設計方式突顯出許多優點。它完全是立體的,能直觀地表達設計意圖和設計效果,在電腦中可按1:1的尺寸真實創建立體模型,不同的零件或部件還可使用不同的顏色,視覺效果非常好,能給人一種愉快的工作心情。

在設計的任何時候,都可通過三維旋轉瀏覽器,對模型進行全方位任何角度的觀察,能既快捷又直觀地看清結構及問題,可以隨時方便地隱藏或顯示任何零件,來觀察系統或部件的內部結構;對可動部分,可方便地顯示各種狀態,并觀察其動作過程。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

三維設計確有二維設計無可比擬的操作效果,但三維模型不能作為施工圖使用,需轉換成二維工程圖。MDT提供快捷的轉換功能。由三維模型可快速轉換為二維工程圖,只需幾秒種的時間,就像有一臺視圖攝像機一樣。通過設置"創建工程圖"對話框還可選擇是否以虛線形式顯示不可見線。創建的視圖包括各正向視圖、各位置剖視圖、軸側圖、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據庫,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應是雙向關聯、同步進行的。MDT工程圖提供完善的視圖投影關系,所以只要模型正確就不用擔心三視圖的對應關系,見圖2。這樣可以準確表達設計意圖,是CAD的一大進步,可以節省設計人員的腦力。

三維軟件MDT在工業爐設計中的應用autocad案例圖片2

1.3能自動產生零件名細表及材料表

工業爐因其非標件很多,包括各種材質、多種規格的型材、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,材料需一項一項統計、歸類。這就容易多項、漏項或計算錯誤。每一項都要先算出它的體積再與其比重相乘算出單重,如有相同的多個零件還要乘數量得出總重。在計算體積時如零件外型復雜或計算保溫材料時,準確計算體積是很困難的。合計也要逐項手動去算。特別是當結構材料有變時,材料表的修改不僅需要人耐心和細心,更需要花費時間。雖然在工作過程中會通過查表查找諸如型材、管材等的每米單重再利用Excel電子表格輸人一些相關公式或使用計算器等工具,但這些都不能直接與圖相聯,仍需逐項手動輸人到材料表中,仍顯得十分繁瑣。為了滿足出圖和材料采購等的需要,材料常須以不同的組合或合計方式列出,打印成不同分類形式的表格。雖然可采用復制,但表格行數需自行編輯,合計還需手動去算。

MDT的材料表是隨設計過程自動編輯的,因為它與材料表數據庫鏈接著。每創建一個零件或部件的同時,它的名稱、標準號、重量、數量等屬性已在數據庫中記錄了,任何時候都可查看數據庫。當要制作材料表時先打開材料表數據庫,這時模型中的每一個零件或部件及所有零部件合計值都會出現在數據庫中,完全相同的多個零件或部件,已自動累計,并顯示數量。

通過設置其對象特性可編輯材料表樣式,然后進行項目編輯。在數據庫中所有不同的零件都可逐項單獨展開顯示,也可通過點擊每項左側的"+、-"號來展開或收攏各部件,并可拖動某項到其它部件中或改變其在表中的順序位置。此項操作也可在瀏覽器中進行,整理結果在數據庫中同步反映。部件屬性可整體顯示,也可按展開的零件來顯示。零部件的名稱是可編輯的。零件的單重是根據不同的材質編輯比重而實現重量的準確統計,也就是說每創建一個零件的同時它的體積就同步確定顯示了,是不可編輯的(除非修改模型)。

在零件的質量特性中同時反映的還有零件的外表面積、質心、質量慣性矩等,這也給工程計算提供很多現成的準確數據。整理達到所需目的后即可插人明細表打印,見圖3。如果要出不同分類方式的表格,對MDT來說也是易如反掌,只要重新整理數據庫或配合使用材料表過濾器來插人所需部分零部件的材料表即可,數據庫可多次整理。當設計有變動時,材料表會自動跟蹤變化,同步統計反映。MDT中材料表的處理是一個整理的過程,而二維材料表的處理是手工輸入的過程。與數據庫的鏈接是MDT的一大優點,既準確又為設計者節省很多時間和精力。

三維軟件MDT在工業爐設計中的應用autocad技術圖片3

    1.4易于實現團隊協同設計,提高效率

工業爐的設計不會是一、兩個人能完成的,每一個項目都需多人協作共同完成。這就有一個各部分間的銜接問題。幾個零件間的組裝容易查出組裝是否合理或干涉問題,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,就很難全面檢查銜接問題,要靠想像然后局部重點檢查。而MDT三維模型的組裝是把單個模型象搭積木一樣有序裝配成一個系統,多個系統又可組成一個完整體系。每一部分的模型都在世界坐標系下,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人設計的三維系統在世界坐標系下自動裝配到一起以審核整體效果和相互間的真實關系,而不用手動去拖動各部件。這個過程遠比把不同人設計的二維圖裝在一起要快得多,容易得多,也直觀清楚。這時用三維旋轉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。

    2三維設計的基本過程

基于歷史的原因及工業爐本身的結構特點和使用條件的復雜性,目前工業爐的設計依然是非標性很強的設計。在爐子設計階段為求得最佳方案,零部件及結構的改進在所難免,有時要反復修改。沒有使用過或初次接觸三維設計的人大都有三維造型很難和如何修改的顧慮。因為二維是平面的概念而三維則是立體的概念。

    2.1零件的創建及修改

三維設計主要是在MDT提供的模型空間中進行的,模型空間就象是施工的現場,零部件模型按照施工的順序逐一創建,并依次組裝。由于三維模型是基于特征的實體造型,就是說每一個零件的創建都是先創建一個基礎特征,然后在基礎特征上根據需要多次添加各種特征,如拉伸、旋轉、掃掠、倒角等特征,只要掌握了三維坐標的方向問題,模型的創建是容易的。這為工業爐多種非標件的造型提供了方便。特征的參數化指決定模型形狀和大小的所有尺寸都是以可隨時編輯的參數表示的,參數與模型雙向關聯,即修改參數可以改變模型,改變模型也可修改參數,操作靈活方便。常規二維設計的修改是對已有視圖的修改,局部的改動可能會給視圖造成很大差異且要所有視圖一一修改,經常會出現改不全或漏改的情況,從而給讀圖帶來麻煩,甚至時常感覺改圖不如重畫圖。而三維圖的修改只是對模型的修改。模型的直觀性使設計人員的操作更有針對性。如果只修改零部件間的相對位置則只需像搭積木一樣重新調整位置就行。如果是對單個零件形狀的修改,那就可以利用MDT提供的特征參數化不斷修改各特征的參數并觀察效果,直至達到設計愿望為止,不必重建模型。

2.2創建并整理部件

在Desktop瀏覽器中可以創建部件,根據需要將多個零件組成一個部件,部件是作為一個整體參與編輯、組裝的。通過在不同的部件間拖動零件可以方便地改變部件的組成。這種拖動、組合也可在不同級別的部件間實現。

    2.3總圖組裝

當團隊協同設計時,所有人都在世界坐標系下按照總圖給定的空間位置建構模型,這時組裝時只要選擇插人原坐標,各部件將快速自動裝到預定的位置上,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,但文件不會變大,方便操作。

    2.4與AutoCAD共享圖形倍息

如果要利用AutoCAD對工程圖作進一步的處理,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如何加快三維設計

    3.1利用通用標準件庫并建立本公司專用零、部件庫

根據工業爐設計的需要,事先要做一些常規標準件和大量用到的爐用標準件、企業標準件以方便快速出圖。常規二維設計的做法是每一規格的標準件都要手動畫出它的三視圖才可方便使用。簡單的型鋼也得畫出每一規格的斷面。因為不同規格間斷面的變化不是按某一比例調整的,也不能通過單獨拉伸一、兩個方向的尺寸能完全改變的。且工業爐涉及標準件種類多、規格范圍較大,所以制作標準件的工作量就很大。即使這樣在使用時由于所選標準件在部件中所處位置與三視圖的投影的關系仍需修改部分線條的可見性。如何更快更高效、方便地制作及使用標準件仍有待進一步探索。通過做三維標準件,筆者發現三維標準件在各方面要大大優于二維標準件的制作和使用。

三維設計中使用的標準件也是三維模型。MDT軟件中自帶著許多標準件,如常規的緊固件、軸用零件、型材等約50萬個標準件,只要選擇、插入即可,使用非常方便。對于大量使用的爐用件及企業常用件的制作,也因MDT提供的參數化實體造型和能與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格的一系列零件,如管件、閥門、車輪等時,只要做出其中一個模型,然后將確定該模型的參數化尺寸設為變量并賦值,再鏈接到Excel電子表格中,將其它規格零件的特征尺寸值對應地輸人即可,也就是所謂的表驅動。使用表驅動可以快捷地創建一個個零件族,見圖4.

三維軟件MDT在工業爐設計中的應用autocad技術圖片4

在使用時只要點擊想要的規格,對應模型自動調整。熟練使用電子表格驅動可使設計處于一個參數化系統中,這是三維造型的高層操作。

    3.2建立本公司專用菜單,加快調用圖塊

運用軟件自帶的VB編輯器,把企業標準件加載到操作窗口的菜單中,可方便調用標準件以加快標準件檢索及調用速度。

    4三維設計對硬件的要求

目前硬件發展水平,已能適應3D設計的需要。但在配備硬件時,還要選較高的配置。主要是CPU,內存及顯卡。CPU主頻應在3G或以上,內存1G或更多,采用專用圖形顯卡。

    5結束語

如果說從圖板繪圖到電腦二維CAD畫圖是繪圖質量的一次飛躍,那么從二維CAD到三維CAD則是設計理念的改變。總之,三維設計更接近實際,不再完全依賴于平面視圖的投影關系,使圖紙不再顯得高深難懂。它將以形象、高效、快速、適用贏得廣大工業爐設計人員的青睞,值得推廣。