CN113204844B - 一种规则驱动的柔性自适应风管附件设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种规则驱动的柔性自适应风管附件设计方法，结合工程实际，针对管路通风系统中常用风管附件创建不同类型的参数化模板，设置控制风管附件外形的关键参数。其中截面规格参数设置为自动从布置环境中获取，剩余部分作为设计人员快速调整外形的控制参数，实现柔性自适应的风管附件快速创建。另外结合知识工程方法，嵌入不同功能的规则到各类型参数化模板中，包括附件命名、重量计算、法兰孔数量间距判断等，进一步实现规则驱动的柔性自适应风管附件智能设计。本发明实现风管附件基于规则的柔性自适应快速创建功能，极大减少设计人员相关操作，提高布置效率和设计质量。

Description

一种规则驱动的柔性自适应风管附件设计方法

技术领域

本发明属于船舶轮机数字化设计的技术领域，特别涉及一种规则驱动的柔性自适应风管附件设计方法。

背景技术

风管附件包括法兰、异径、三通等，是通风系统重要构成零件。通风系统所使用的风管截面有矩形、圆形、腰圆等不同形状，其中最常用的是矩形风管。以矩形风管为例，相同通风量对应无数种宽高比的矩形风管。加之船舶内部空间紧张，而风管附件空间占位大，风管宽高比大多由设计人员根据实际布置场景现场设定。因此导致通风系统缺少行业通用的风管及其配套附件的标准规格。

除规格无法统一设定外，风管附件同时还面临其他需要调整的外形控制参数。如弯头的弯曲角度半径、异径和管形节的偏心程度与总长等。这些参数在面对不同的布置情况均需要实时调整。上述问题共同造成风管元件在生产上多由各总装厂自制。

在设计上，由于无法提前预知各个风管附件的规格尺寸和其他外形控制参数，目前较为常用的方法是，整理出使用频次较高的风管附件实施建库，管理上鼓励使用库中已有的风管附件。针对库中附件无法满足的场景，采用临时补充建库的方式完成。此种方法可以保障设计实施，但提前实施建库的常用风管附件仍然只能覆盖60％左右的实际场景。仍有大量附件需在设计过程中临时补充建库，浪费人力成本，延长设计周期。补充创建的风管附件库只在单一项目适用，无法形成企业知识工程积累，每一个新项目都需要重新针对不同场景重新补充创建。随着型号项目的累积，造成的浪费越来越多。

随着参数化建模平台的普及，使得提取风管附件关键参数，构建参数化风管附件模板库，几何上实现风管附件的柔性自适应设计成为可能。部分软件平台同时支持模型内嵌规则代码，可进一步增加柔性自适应设计的设计范围，同时增加属性上的规则判断和计算，使得在属性上实现规则驱动成为可能。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术需求而提供一种规则驱动的柔性自适应风管附件设计方法，实现风管附件基于规则的柔性自适应快速创建功能，极大减少设计人员相关操作，提高布置效率和设计质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种规则驱动的柔性自适应风管附件设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)创建参数化的风管附件模板：利用设计类软件，按创建不同类型、区分不同截面形状、创建全参数控制的一系列拓扑风管附件模板，分析不同附件模板的关键尺寸参数，其中控制截面规格尺寸的参数，设置为自动读取布置环境的截面规格相关参数；其他影响风管附件外形的控制参数，方便设计人员柔性调整，将拓扑风管附件模板存入柔性自适风管附件基础库中，以便附件布置时调用；

S2)嵌入知识工程规则:利用设计类软件，针对不同风管附件模板，嵌入知识工程规则，要求知识工程规则在附件首次布置及发生修改时自动运行；

S3)规则驱动的柔性自适应风管附件布置：管附件布置时，从风管附件模板库中，根据当前场景选择相对应的风管附件模板，完成附件模型创建和布置，知识工程规则在附件首次布置时自动运行，实现风管附件命名和重量计算的功能；

S4)规则驱动的柔性自适应风管附件修改：针对风管附件位置调整，当前主流软件平台均支持位置关联调整，即风管附件位置调整后，相连接的其他风管或风管附件均会做出相应调整，修改完成后，知识工程规则在参数发生修改后自动运行，对现有附件状态重新判断，完成名称和重量的修改。

按上述方案，步骤S1中所述风管附件的类型包括三通、异径、管形节、弯头、法兰和垫片，所述风管附件的截面形状包括矩形、圆形、腰圆三种，针对上述类型说明如下：

三通：三通拥有三个相同截面形状的接口，截面规格参数分别从三个接口提取。另外根据实际生产设计需要，设置控制外形的其他控制参数，包括三通总长、分支长度、接口偏心参数；

异径：异径拥有两个截面尺寸不同的接口，截面规格参数分别从两个接口提取。另外需设置控制外形的其他控制；

管形节：管形节拥有两个截面形状不同的接口，按不同截面形状的组合创建不同的管形节模板，截面规格参数分别从两个接口提取，另外设置控制外形的其他控制参数，包括管形节总长、接口偏心参数；

弯头：弯头拥有两个相同截面形状的接口，非圆形截面的弯头需区分水平弯头和垂直弯头，创建不同的弯头模板，截面规格参数分别从两个接口提取，弯曲角度、弯曲半径从弯头布置环境中提取；

法兰：法兰拥有两个相同截面形状、相同截面尺寸的接口，截面规格参数从其中一个接口提取，法兰孔相关的外形可通过设置知识工程规则，判断截面规格自动获取，或者设置相关参数，布置时由设计人员判断写入；

垫片：垫片拥有两个相同截面形状、相同截面尺寸的接口，截面规格参数从其中一个接口提取。

按上述方案，步骤S2中所述知识工程规则嵌入的内容包括但不限定于:通过实时读取风管附件的相关参数，按规则自动组合并完成附件命名；计算风管附件体积，通过材质属性获取密度，得到附件重量并赋值到模型属性中；针对法兰模板，获取截面规格尺寸，根据标准规则判断法兰孔位置及数量。

按上述方案，步骤S3中所述附件模型创建和布置包括如下内容：新建的附件模型与当前场景的管材、其他附件产生连接关系，其接口将自动提取相连的接口截面规格参数，并通过参数驱动生成相应附件，弯头附件将额外提取其布置位置的弯曲半径和弯曲角度，产生对应的几何变化，其他参数如总长、偏心距离参数按模板初始默认值。

按上述方案，步骤S4中所述调整的具体内容为：柔性自适风管附件的截面规格来源于其连接的风管或风管附件接口属性，属从动参数，在周围环境发生修改后，重新获取其连接接口属性中的规格参数，自适应修改，其他几何外形修改包括总长、偏心等，通过预先设置的参数的重新赋值实现。

本发明的有益效果是：提供一种规则驱动的柔性自适应风管附件设计方法，将传统的提出需求-补充建库-风管附件布置的流程，转变为仅需要风管附件布置，不仅提高风管附件布置效率，更将原先多流程任务变为单人任务，极大缩短设计周期。同时，使用规则驱动的柔性自适应的风管附件设计方法创建的风管附件模板库可以多项目通用，将各个项目积累的知识成果以模板为载体记录积累，随着采用本方案实施风管附件布置设计的项目增多，产生的效益越大。

附图说明

图1为本发明一个实施例的矩形异径模型的正视图。

图2为本发明一个实施例的矩形异径模型的俯视图。

图3为本发明一个实施例的矩形异径的知识工程规则语句架构图。

图4为本发明一个实施例的基于知识工程的矩形异径布置流程图。

具体实施方式

现结合附图对本发明实施方式进行说明，本发明并不局限于下述实施例。

一种规则驱动的柔性自适应风管附件设计方法，具体针对不同的设计场景进行风管附件的自适应快速生成；其他附件截面规格发生修改后，能重新读取截面参数，实现自适应调整；在几何外形需要其他修改时，通过提前设置的控制参数重新赋值，实现风管附件的柔性调整；能自动提取相关参数，内嵌自动命名、重量计算等规则，实现风管附件的全自动命名和重量计算等功能。

技术要点包括：

步骤1：创建参数化的风管附件模板

利用设计类软件，按创建不同类型、区分不同截面形状、创建全参数控制的一系列拓扑风管附件模板。分析不同附件模板的关键尺寸参数。其中控制截面规格尺寸的参数，设置为自动读取布置环境的截面规格相关参数；其他影响风管附件外形的控制参数，方便设计人员柔性调整。

本发明拓扑类型包括三通、异径、管形节、弯头、法兰、垫片，共计6大类，结合风管附件的截面形状包括矩形、圆形、腰圆(扁圆)三种，对应创建参数化模板。

下面就上述模板类型依次说明：

1)三通(Tee)：三通拥有三个相同截面形状的接口，截面规格参数分别从三个接口提取。另外根据实际生产设计需要，设置控制外形的其他控制参数，包括三通总长、分支长度、接口偏心参数等。

2)异径(Reducer)：异径拥有两个截面尺寸不同的接口，截面规格参数分别从两个接口提取。另外需设置控制外形的其他控制参数，包括异径总长、接口偏心参数。

3)管形节(Transition)：管形节拥有两个截面形状不同的接口。按不同截面形状的组合创建不同的管形节模板，截面规格参数分别从两个接口提取。另外需设置控制外形的其他控制参数，包括管形节总长、接口偏心参数。

4)弯头(Elbow)：弯头拥有两个相同截面形状的接口。非圆形截面的弯头需区分水平弯头和垂直弯头，创建不同的弯头模板。截面规格参数分别从两个接口提取，弯曲角度、弯曲半径从弯头布置环境中提取。

5)法兰(Flange)：法兰拥有两个相同截面形状、相同截面尺寸的接口，截面规格参数从其中一个接口提取即可。法兰孔相关的外形可通过设置知识工程规则，判断截面规格自动获取，或者设置相关参数，布置时由设计人员判断写入。

6)垫片(Gasket)：垫片拥有两个相同截面形状、相同截面尺寸的接口，截面规格参数从其中一个接口提取即可。

将拓扑风管附件模板存入柔性自适风管附件基础库中，以便附件布置时调用。

步骤2：嵌入知识工程规则

利用设计类软件，针对不同风管附件模板，嵌入知识工程规则。要求知识工程规则在附件首次布置及发生修改时自动运行，其内容包括但不限定于:通过实时读取风管附件的相关参数，按规则自动组合并完成附件命名；计算风管附件体积，通过材质属性获取密度，得到附件重量并赋值到模型属性中；针对法兰模板，获取截面规格尺寸，根据标准规则判断法兰孔位置及数量等。

步骤3：规则驱动的柔性自适应风管附件布置

风管附件布置时，从柔性自适风管附件模板库中，根据当前场景选择相对应的风管附件模板，完成附件模型创建和布置。此时新建的附件模型与当前场景的管材、其他附件产生连接关系，其接口将自动提取相连的接口截面规格参数，并通过参数驱动生成相应附件。弯头附件将额外提取其布置位置的弯曲半径和弯曲角度，产生对应的几何变化。其他参数如总长、偏心距离等参数按模板初始默认值。

同时知识工程规则在附件首次布置时自动运行，实现风管附件命名和重量计算等功能。

步骤4：规则驱动的柔性自适应风管附件修改

针对风管附件位置调整，当前主流软件平台均支持位置关联调整，即风管附件位置调整后，相连接的其他风管或风管附件均会做出相应调整。

本发明柔性自适风管附件的截面规格来源于其连接的风管或风管附件接口属性，属从动参数。在周围环境发生修改后，重新获取其连接接口属性中的规格参数，自适应修改。其他几何外形修改包括总长、偏心等，通过预先设置的参数的重新赋值实现。

修改完成后，知识工程规则在参数发生修改后自动运行，对现有附件状态重新判断，完成名称和重量的修改。

实施例一

基于3D Experience设计平台，以矩形异径为例，进行具体实施说明：

1)创建矩形异径模型；

创建两个截面，通过扫略形成壳体，完成矩形异径的基础外形创建。两截面中心分别设置通风接口，异径大端命名为Port1，小端命名为Port2。Port1在原点中心处，矩形截面短边与Z轴平行(见图1、图2)。

设置Port1和Port2中的属性默认值，提取Port1和Port2属性中的长、宽、壁厚值作为外部参数。长、宽参数分别使用在对应截面矩形绘制上，壁厚参数使用在抽壳特征上。

设置控制参数，包括总长L、高度方向偏心△H、宽度方向偏心△W，分别对其设置默认值。总长L参数用来控制两截面之间的间距，△H、△W用来控制Port2相对Port1在两个维度上的偏移距离。

为了方便规则驱动的柔性自适应风管附件模板调用，可建立矩形异径模板库。

2)嵌入知识工程规则；

矩形异径命名规则为“中文描述_规格_材质”。其中，中文描述字段为“矩形异径接头”或“矩形偏心异径接头”；规格字段由两接口的截面规格组成，提取Port1端宽W1、高H1和Port2端宽W2、高W2，按“W1XH1/W2XH2”格式组合，如“200X100/150X80”；材质字段为材质牌号。

在上述条件下，知识工程规则架构见图3。

在3Eexperience平台中，使用“Rule”在模板中写入知识工程规则，即可实现规则在参数更新时自动运行。

3)规则驱动的柔性自适应矩形异径布置，流程详见图4；

矩形异径一般在两根不同截面尺寸的风管或附件间布置。通过风管附件模板库调用矩形异径模板，在总长L、高度方向偏心△H、宽度方向偏心△W为默认值的情况下，两接口自动读取两端连接的Port点属性中截面规格尺寸及壁厚，写入到自身Port属性中，并通过W1、H1、W2、H2、T参数实现矩形异径截面规格的自适应。

此时参数发生修改，激活内嵌的知识工程规则运行，根据当前默认的△H和△W值判断是否为偏心，读取W1、H1、W2、H2组成矩形异径的规格，完成矩形异径的自动命名。获取矩形异径的体积和密度，完成矩形异径的重量计算。

4)规则驱动的柔性自适应矩形异径修改；

总长L、高度方向偏心△H、宽度方向偏心△W初始为默认值，可通过重新赋值修改，以此调整异径的总长度和偏心程度。

矩形异径其相连接的风管件的截面规格尺寸发生修改后，在3Eexperience平台中使用“Copy Parametric Attributes”功能，矩形异径的可再次从连接的Port点属性中获取新的截面规格尺寸并写入Port自身属性中，通过取W1、H1、W2、H2、T参数反映到矩形异径的几何中。

此时参数发生修改，激活内嵌的知识工程规则运行，根据当前的△H和△W值判断是否为偏心，读取W1、H1、W2、H2组成矩形异径的规格，完成矩形异径的自动命名。重新获取矩形异径的体积，结合密度，完成重量计算。

Claims (4)

1.一种规则驱动的柔性自适应风管附件设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1)创建参数化的风管附件模板：利用设计类软件，按创建不同类型、区分不同截面形状、创建全参数控制的一系列拓扑风管附件模板，分析不同附件模板的关键尺寸参数，其中控制截面规格尺寸的参数，设置为自动读取布置环境的截面规格相关参数；其他影响风管附件外形的控制参数，方便设计人员柔性调整，将拓扑风管附件模板存入柔性自适应风管附件基础库中，以便附件布置时调用；

S2)嵌入知识工程规则:利用设计类软件，针对不同风管附件模板，嵌入知识工程规则，要求知识工程规则在附件首次布置及发生修改时自动运行；

S3)规则驱动的柔性自适应风管附件布置：管附件布置时，新建的附件模型与当前场景的管材、其他附件产生连接关系，其接口将自动提取相连的接口截面规格参数，并通过参数驱动生成相应附件，弯头附件将额外提取其布置位置的弯曲半径和弯曲角度，产生对应的几何变化，其他参数按模板初始默认值，知识工程规则在附件首次布置时自动运行，实现风管附件命名和重量计算的功能；

S4)规则驱动的柔性自适应风管附件修改：针对风管附件位置调整，相连接的其他风管或风管附件均会做出相应调整，修改完成后，知识工程规则在参数发生修改后自动运行，对现有附件状态重新判断，完成名称和重量的修改。

2.根据权利要求1所述的一种规则驱动的柔性自适应风管附件设计方法，其特征在于步骤S1中所述风管附件的类型包括三通、异径、管形节、弯头、法兰和垫片，所述风管附件的截面形状包括矩形、圆形、腰圆三种，针对上述类型说明如下：

三通：三通拥有三个相同截面形状的接口，截面规格参数分别从三个接口提取，另外根据实际生产设计需要，设置控制外形的其他控制参数，包括三通总长、分支长度、接口偏心参数；

异径：异径拥有两个截面尺寸不同的接口，截面规格参数分别从两个接口提取，另外需设置控制外形的其他控制；

管形节：管形节拥有两个截面形状不同的接口，按不同截面形状的组合创建不同的管形节模板，截面规格参数分别从两个接口提取，另外设置控制外形的其他控制参数，包括管形节总长、接口偏心参数；

弯头：弯头拥有两个相同截面形状的接口，非圆形截面的弯头需区分水平弯头和垂直弯头，创建不同的弯头模板，截面规格参数分别从两个接口提取，弯曲角度、弯曲半径从弯头布置环境中提取；

法兰：法兰拥有两个相同截面形状、相同截面尺寸的接口，截面规格参数从其中一个接口提取，法兰孔相关的外形通过设置知识工程规则，判断截面规格自动获取，或者设置相关参数，布置时由设计人员判断写入；

垫片：垫片拥有两个相同截面形状、相同截面尺寸的接口，截面规格参数从其中一个接口提取。

3.根据权利要求1或2所述的一种规则驱动的柔性自适应风管附件设计方法，其特征在于步骤S2中所述知识工程规则嵌入的内容包括但不限定于:通过实时读取风管附件的相关参数，按规则自动组合并完成附件命名；计算风管附件体积，通过材质属性获取密度，得到附件重量并赋值到模型属性中；针对法兰模板，获取截面规格尺寸，根据标准规则判断法兰孔位置及数量。

4.根据权利要求3所述的一种规则驱动的柔性自适应风管附件设计方法，其特征在于步骤S4中所述调整的具体内容为：柔性自适风管附件的截面规格来源于其连接的风管或风管附件接口属性，属从动参数，在周围环境发生修改后，重新获取其连接接口属性中的规格参数，自适应修改，其他几何外形修改，通过预先设置的参数的重新赋值实现。

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