CN102419869A - 加氢反应器参数化建模绘图系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加氢反应器参数化建模绘图系统，其特征在于：基于Inventor绘图软件，建立四个子系统，各子系统相互独立，分别应用于加氢反应器的四种结构形式：板焊形式，锻焊形式，板焊带堆焊层形式及锻焊带堆焊层形式；每个建模子系统包含部件的参数都链接到外部Excel数据表格；利用Inventor提供的预定义装配元素iMate实现自动装配。通过参数化建模绘图系统对加氢反应器进行建立模型和绘制工程图，不仅可以提高绘图速度，减轻工作负担，还能减少绘图错误，提高绘图精准度。
Description
技术领域
本发明涉及一种加氢反应器参数化建模绘图系统。
背景技术
加氢反应器设计绘图工作量日益繁重，然而目前还没有专门的参数化三维建模和工程图绘图工具。另外，该类设备的特点是结构形式比较固定，施工图纸相似性大，可以应用通用型模板来提高工作效率，而美国AutoDesk公司推出的一款三维可视化实体模拟软件Inventor具有很好的兼容性和可操作性。这为开发一种基于Inventor的参数化建模绘图系统提供了可能。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种能够大幅度提高工作效率的加氢反应器参数化建模绘图系统。本发明采用的技术方案如下：
一种加氢反应器参数化建模绘图系统，其特征在于：基于Inventor绘图软件，建立四个子系统，各子系统相互独立，分别应用于加氢反应器的四种结构形式：板焊形式，锻焊形式，板焊带堆焊层形式及锻焊带堆焊层形式；
每个建模子系统包含的模型有人孔法兰、上下封头、16个筒节及相关接管、各种下封头接管和裙座；每个建模子系统中的每个筒节所包含的接管种类和数量都是相同的，一个筒节中上下两边所包含的接管也是一样的，其中任一筒节包含两个直边外坡口接管法兰、两个内外坡口接管法兰、六个外坡口接管法兰、四个内坡口接管法兰和两个斜接管法兰；
任何一个子建模系统都能完成参数化建模、自动装配、计算反应器设备重心高度、计算零件重量；为实现参数化建模，在建立三维模型时将Inventor中fx参数表链接到外部Excel数据表格，并将表中的数据作为用户参数，建模标注尺寸时引用外部Excel表格中数据后，这样Excel表格数据就可以驱动三维模型，改变表格中的数据经模型更新后，便能够改变模型尺寸；
利用Inventor提供的预定义装配元素iMate实现自动装配，在制作模型时，将欲装配在一起的两个零件上分别定义两个同类型的iMate装配元素，再把这两装配元素编成一组，在名称和匹配列表中取合适的名称，在装配零件时，新装入的零件会首先在装配环境中寻找与自己匹配列表中同名的iMate组进行装配；
在零件属性表中赋予零件合适的材质，三维软件就能自动计算零件重量，在建立装配模型时，将装配环境中的坐标系固定在模型底部，这样装配体属性表中的重心位置即是加氢反应器的重心高度。
还包括：存放了最基本的设备参数的BasicData表格，此表格不与任何模型相关联，其他数据表格中凡是用到了与该表格中相同的数据都是链接该表格中的数据，这样改变BasicData表格中的参数就可以同时改变引用此表格的其他表格中的数据
还包括：为了在一张图纸中用剖视图作为主视图，需要建立两张图纸，在图纸II中建立一个基础视图，再依据此基础视图作一个全剖视图，将此全剖视图转移到图纸I中，这样就建立了以全剖视图作为主视图的图纸I，Inventor的工程图要转化为AutoCAD图纸只需在：保存副本为，对话框中选择保存类型为dwg文件，点击选项按钮，在DWG文件输出选项对话框中选择默认DWG配置去掉打包复选框，点击下一步，去掉所有图纸复选框，选择图纸I，点击完成并保存，这样所建立的Inventor工程图就保存成为dwg文件的过程。
通过参数化建模绘图系统对加氢反应器进行建立模型和绘制工程图，不仅可以提高绘图速度，减轻工作负担，还能减少绘图错误，提高绘图精准度。
附图说明
图1为实施例中参数化建模绘图子系统及相关联的Excel表格画面视图；
图2为实施例中建模子系统所有筒节和零部件装配画面视图；
图3为实施例中任一筒节所包含的接管种类及其数量(其中筒节X代表筒节1～筒节16)的画面视图；
图4为实施例中人孔法兰和上封头尺寸相互关联画面视图；
图5为实施例中接管法兰草图堆焊层带与不带对比画面视图；
具体实施方式
下面结合附图(图1至图5)及具体实施方式对本发明做进一步的阐述：
该系统又分四个子系统，各子系统相互独立，分别应用于加氢反应器的四种结构形式：板焊形式，锻焊形式，板焊带堆焊层形式及锻焊带堆焊层形式。
由于加氢反应器的四种结构形式(板焊、锻焊、板焊带堆焊层、锻焊带堆焊层)基本相同，因此参数化建模绘图系统的四个子系统所包含的模型种类和数量也基本一样。每个建模子系统包含的模型有人孔法兰、上下封头、16个筒节及相关接管(每个筒节包含16个接管)、各种下封头接管和裙座等，每个模型都有相应的Excel表格支持，Excel表格文件名与模型文件名相对应，模型中的尺寸由表格中数据驱动，改变Excel表格中的数据就可改变模型尺寸，无需重新绘制模型。其中BasicData表格中存放了最基本的设备参数，此表格不与任何模型相关联，其他数据表格中凡是用到了与该表格中相同的数据都是链接该表格中的数据，这样改变BasicData表格中的参数就可以同时改变引用此表格的其他表格中的数据。任一参数化建模绘图子系统所包含的模型及相关联的Excel表格总体框架如图1所示，每个建模子系统所有筒节和零部件装配在一起如图2所示。
每个建模子系统中的每个筒节所包含的接管种类和数量都是相同的，一个筒节中上下两边所包含的接管也是一样的，其中任一筒节包含两个直边外坡口接管法兰、两个内外坡口接管法兰、六个外坡口接管法兰、四个内坡口接管法兰和两个斜接管法兰。接管种类和数量如图3所示，各接管与相关联的数据表格如表1所示。
表1接管与相关联的数据表格
任何一个子建模系统都能完成参数化建模、自动装配、计算反应器设备重心高度、计算零件重量等功能。为实现参数化建模，在建立三维模型时将Inventor中fx参数表链接到外部Excel数据表格，并将表中的数据作为用户参数。建模标注尺寸时引用外部Excel表格中数据后，这样Excel表格数据就可以驱动三维模型，改变表格中的数据经模型更新后即可改变模型尺寸。
利用Inventor提供的预定义装配元素iMate实现自动装配，在制作模型时，将欲装配在一起的两个零件上分别定义两个同类型的iMate装配元素，再把这两装配元素编成一组，在名称和匹配列表中取合适的名称，在装配零件时，新装入的零件会首先在装配环境中寻找与自己匹配列表中同名的iMate组进行装配。在零件属性表中赋予零件合适的材质，三维软件就能自动计算零件重量。在建立装配模型时，将装配环境中的坐标系固定在模型底部，这样装配体属性表中的重心位置即是加氢反应器的重心高度。
下面就具体各部分的具体实现方式做进一步说明：
Excel表格实现模型尺寸驱动的方法：在Inventor草图绘制和三维造型过程中生成的尺寸，软件会自动记录到fx参数表中，并赋予一个默认的尺寸名，这部分尺寸在fx参数表中为模型参数。用户可以在fx参数表中自定义参数，还可以链接外部Excel表格中的数据作为用户参数。模型参数引用用户参数的方法为在模型参数的等式栏中输入用户参数的尺寸名。模型参数引用外部Excel表格中数据后，Excel表格数据就可以驱动三维模型了。外部Excel表格中数据编制需满足一定顺序，表格第一列为变量名，第二列为变量值，第三列为变量单位，Inventor还可以指定从表格的第几行开始读取数据。引用外部Excel表格数据方法为打开fx参数表，点击“链接”按钮，在打开对话框中定位到所要链接的表格，并指定要开始读取数据的单元格，点击确定即可。
模型尺寸相互关联的实现方法：反应器各零件中有些尺寸是相互关联的，如人孔法兰的焊缝高H2与上封头开孔中焊肉高H1应一致，同时上封头开孔直径Φ3、Φ4与人孔法兰底部直径Φ1、Φ2应关联的，两者关系如图4所示。上封头的开孔直径与人孔法兰底部直径是通过各自Excel表格中相应单元格之间的关联来实现的。人孔法兰的焊缝高H2与上封头开孔焊肉高H1是通过衍生零件尺寸实现关联的。人孔法兰底部直径Φ1、Φ2是已知的，上封头开孔直径Φ3、Φ4分别比Φ1、Φ2大2mm，因此也是已知的。在开孔直径既定的情况下，开孔焊肉高H1是个确定的数值，在Inventor中标注这个尺寸会得到一个参考尺寸，在fx参数表中将此尺寸设置为输出参数。在人孔法兰的零件特征环境下衍生上封头，在衍生零件对话框中将“输出的参数”中焊肉高H1设置为“+”，这样就可以在人孔法兰草图绘制标注尺寸H2时引用H1，也就实现了尺寸的关联性。
建模系统自动装配的实现方法：在加氢反应器中装配关系相对简单，不管是筒节与筒节还是筒节与法兰都是对接关系，插入和配合就可以完成所有装配，利用Inventor提供的预定义装配元素iMate可以完成自动装配。仍以人孔法兰和上封头为例，在人孔法兰上选取A点所在圆周定义一个反向插入的iMate，取名InsertManHole，其匹配列表中输入名InsertTopHead。同理用通过人孔法兰中心轴线的坐标平面定义一个配合iMate，取名PlaMatManHo，在其匹配列表中输入名PlaMatTopHe。将上述两个iMate组成一组，取名ForTopHead，在组的匹配列表中输入名ForManHole。到此人孔法兰上的预定义装配元素已定义完毕。用同样的方法在上封头上选取B点所在圆周定义一个插入iMate，其名称和匹配列表中的名分别是人孔法兰插入iMate定义时的匹配列表中的名和iMate名称。用通过上封头中心轴线的坐标平面定义配合iMate，其名称和匹配列表中的名分别是人孔法兰配合iMate定义时匹配列表中的名和iMate名称。也将上述两个iMate组成一组，其名称和匹配列表中的名分别是人孔法兰定义iMate组时匹配列表中的名和组名。到此上封头的预定义装配元素也定义完毕，两者能实现自动装配了。
建模系统在装配零件时，新装入的零件会首先在装配环境中寻找与自己匹配列表中同名的iMate组进行装配，但由于几乎所有的预定义装配都使用了同种类的iMate，一个零件被装入一次后，还能和装配环境中其他未被使用的能与自身匹配的预定义装配进行装配，因此每个零件只能装入一次。
iPart特征与其上定义的iMate抑制关联实现方法：每个筒节在制作时都有相同种类和数量开孔，实际建模时不是所有开孔都要用到，因此筒节和下封头都制作了iPart，建模时根据实际需要抑制不需要的开孔，但在抑制某些开孔后其上定义的iMate就会因失去定义对象而报错，因此开孔被抑制时其上定义的iMate要同时被抑制。做到同时抑制的方法为在iPart编写器中选择“抑制”选项卡，每个特征和iMate都列在对话框左边的列表中，将各开孔和iMate组转移至右边的列表框中，也就出现在下边的表格中，在默认情况下，表格中值为“计算”或“抑制”，分别表示出现或抑制特征。选择iPart表快捷菜单中的通过电子表格编辑，开孔特征值改用“1”或“0”分别表示出现或抑制，将iMate组的值通过Excel编程与相应开孔特征值绑定，这样预定义装配元素就和开孔同步抑制和出现了。
关于堆焊层实现方法：和无堆焊层的建模系统相比，带堆焊层的建模系统区别在于模型草图，带堆焊层建模系统的模型草图在绘制时要将堆焊层根据实际情况画出来。如图5所示为外坡口接管法兰带堆焊层与不带堆焊层的对比图。带堆焊层法兰在用旋转方法生成特征时以最外层封闭区域为旋转截面生成的。生成工程图时以草图平面作为剖切面剖切整个法兰得到法兰的全剖图，但此时全剖图上没有显示堆焊层，在工程图的模型树上展开剖视图的树形结构，右键点击接管法兰实体模型，选择快捷菜单中的“获得模型草图”，展开下面生成接管的旋转特征前的“+”号，右键点击旋转特征的草图，选择快捷菜单中“包含”，这样剖视图上就出现了堆焊层。
工程图生成和转换方法：开发建模系统的最终目的是为了更加高效准确的获得加氢反应器的施工图，因此建立各模型的工程图是必要的。在加氢反应器施工图的绘制习惯上，无论是筒节还是相关接管法兰主视图都采用全剖视图，但在Inventor工程图建立中，第一个视图只能是基础视图，不能是剖视图。为了在一张图纸中用剖视图作为主视图，需要建立两张图纸。在图纸II中建立一个基础视图，再依据此基础视图作一个全剖视图，将此全剖视图转移到图纸I中，这样就建立了以全剖视图作为主视图的图纸I。Inventor的工程图要转化为AutoCAD图纸只需在“保存副本为：对话框中选择保存类型为dwg文件，点击“选项”按钮，在“DWG文件输出选项”对话框中选择“默认DWG配置”去掉“打包”复选框，点击“下一步”，去掉“所有图纸”复选框，选择“图纸I”，点击“完成”并保存，这样所建立的Inventor工程图就保存成为dwg文件了。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种加氢反应器参数化建模绘图系统，其特征在于：基于Inventor绘图软件，建立四个子系统，各子系统相互独立，分别应用于加氢反应器的四种结构形式：板焊形式，锻焊形式，板焊带堆焊层形式及锻焊带堆焊层形式；
每个建模子系统包含的模型有人孔法兰、上下封头、16个筒节及相关接管、各种下封头接管和裙座；每个建模子系统中的每个筒节所包含的接管种类和数量都是相同的，一个筒节中上下两边所包含的接管也是一样的，其中任一筒节包含两个直边外坡口接管法兰、两个内外坡口接管法兰、六个外坡口接管法兰、四个内坡口接管法兰和两个斜接管法兰；
任何一个子建模系统都能完成参数化建模、自动装配、计算反应器设备重心高度、计算零件重量；为实现参数化建模，在建立三维模型时将Inventor中fx参数表链接到外部Excel数据表格，并将表中的数据作为用户参数，建模标注尺寸时引用外部Excel表格中数据后，这样Excel表格数据就可以驱动三维模型，改变表格中的数据经模型更新后，便能够改变模型尺寸；
利用Inventor提供的预定义装配元素iMate实现自动装配，在制作模型时，将欲装配在一起的两个零件上分别定义两个同类型的iMate装配元素，再把这两装配元素编成一组，在名称和匹配列表中取合适的名称，在装配零件时，新装入的零件会首先在装配环境中寻找与自己匹配列表中同名的iMate组进行装配；
在零件属性表中赋予零件合适的材质，三维软件就能自动计算零件重量，在建立装配模型时，将装配环境中的坐标系固定在模型底部，这样装配体属性表中的重心位置即是加氢反应器的重心高度。
2.根据权利要求1所述的一种加氢反应器参数化建模绘图系统，其特征在于还包括：存放了最基本的设备参数的BasicData表格，此表格不与任何模型相关联，其他数据表格中凡是用到了与该表格中相同的数据都是链接该表格中的数据，这样改变BasicData表格中的参数就可以同时改变引用此表格的其他表格中的数据
3.根据权利要求1或2所述的一种加氢反应器参数化建模绘图系统，其特征在于还包括：为了在一张图纸中用剖视图作为主视图，需要建立两张图纸，在图纸II中建立一个基础视图，再依据此基础视图作一个全剖视图，将此全剖视图转移到图纸I中，这样就建立了以全剖视图作为主视图的图纸I，Inventor的工程图要转化为AutoCAD图纸只需在：保存副本为，对话框中选择保存类型为dwg文件，点击选项按钮，在DWG文件输出选项对话框中选择默认DWG配置去掉打包复选框，点击下一步，去掉所有图纸复选框，选择图纸I，点击完成并保存，这样所建立的Inventor工程图就保存成为dwg文件的过程。
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