CN115495813A - 一种钢闸门标准化、系列化三维设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水利水电工程金属结构设计领域，公开了一种钢闸门标准化、系列化三维设计方法，包括以下步骤：首先将钢闸门各级模板进行参数化、标准化三维设计；然后建立钢闸门模板的系列化三维数据库，并按照特征分类原则分配检索系列代号；再利用可视化编程语言设计用户交互界面、数据库查询和参数设计程序；最后输入设计需求特征和尺寸参数，检索闸门系列号并查询钢闸门系列化数据库，快速完成三维设计和图纸更新；本发明中的需求特征和参数通过图形化交互界面输入，通过调整参数，即可完成三维模型的一键检索和驱动，实用性强，操作简单，“输入”即“输出”，可实现钢闸门标准化、系列化设计，大幅提高设计效率，缩减设计周期。

Description

一种钢闸门标准化、系列化三维设计方法

技术领域

本发明涉及水利水电工程金属结构设计技术领域，尤其涉及一种钢闸门标准化、系列化三维设计方法。

背景技术

钢闸门被广泛应用于各型水利水电工程及抽水蓄能电站中，常用来调节上游水位和控制下泄流量，一般由于工程中钢闸门工作性质、功能要求、制造材料和方法、构造特征、尺寸规模等不同，闸门的种类和型式复杂多变。虽然《水电工程钢闸门设计规范NB35055-2015》对表孔、潜孔和其他闸门孔口尺寸规定了推荐系列，设计水头在不同区间规定了水头系列的递增梯度，但这些推荐系列对于设计来说依然面临庞大的数据库，功能特征、孔口尺寸以及设计水头等的组合导致钢闸门具有明显非标准化特点。

因此，利用传统的二维平面设计方法无法对复杂多变的闸门结构进行标准化和系列化设计，水电工程闸门完全成为一种非标订制，同一工程中不同部位往往需要不同功能特征和不同尺寸的闸门，对于制造来说更不可能像汽车一样实现量产，给设计者带来了较大设计工作量和工作难度。

发明内容

本发明的目的是为了提供了一种钢闸门标准化、系列化三维设计方法，通过建立特征分类和系列代号检索规则，对钢闸门系列化数据库进行特征查询和参数更新，可快速完成钢闸门数字化设计，利用可视化编程语言开发用户交互界面、数据库查询和参数设计程序，通过设计特征和参数输入，完成数据库的一键检索和驱动，通过调整参数，实现“输入”即“输出”。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种钢闸门标准化、系列化三维设计方法，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：

步骤一，将钢闸门模板进行参数化、标准化三维设计；

步骤二，建立钢闸门模板的系列化三维数据库；

步骤三，设计用户交互界面、钢闸门模板的系列化三维数据库查询和参数设计程序；

步骤四，需求特征及参数输入，完成三维模型设计和图纸更新。

优选地，所述步骤一中将钢闸门模板按装配关系划分为三个级别，分别为：一级模板为总装配级；二级模板为部件/装置级；三级模板为构件/零件级。

优选地，所述步骤一中钢闸门模板包括钢闸门三维模型和图纸模板，所述图纸模板由钢闸门三维模型投影生成，一一对应且关联。

优选地，所述三维模型包括钢闸门必要的组成部分：钢结构件，功能附属部件，机械零件，闸门的整体总装配，以及设计参考网格或骨架模型。

优选地，所述步骤一中的钢闸门模板建立主要利用参数化和知识工程，实现局部构造和尺寸参数的变化。

优选地，步骤二具体包括：

(1)建立钢闸门三维模型数据库，包括钢闸门模板的各级模板和对应图纸模板文件；

(2)对钢闸门模型的几何构进行造特征分类，约定不同特征可用不同代号表示，建立特征分类和检索规则；

(3)在数据库管理系统中建立数据库检索目录和查询表，建立参数化设计模型的参数集；

(4)利用特征分类和检索规则将数据库目录与数据库文件完全匹配。

优选地，针对不同级别模板建立不同数据库检索目录和检索地址，检索目录的每一条目均对应一个标准化系列闸门模板。

优选地，所述数据库检索目录的主关键字由描述闸门模板征特的系列代号组成，其余关键字为钢闸门设计尺寸参数。

优选地，步骤三具体包括：

(1)设置与三维建模软件的接口，建立钢闸门参数化设计程序的用户界面，包括输入及计算模块、检索查询模块、结构设计模块、结果输出模块；

(2)将输入及计算模块中的特征分类和尺寸参数值按钢闸门模板的系列化三维数据库中的数据格式进行整理，建立需求数据条目和检索代号，用于检索和驱动参数化模型；

(3)建立钢闸门模板的系列化三维数据库查询窗口，根据需求数据条目和检索代号进行数据查询，找到匹配的数据项目；

(4)调用三维建模软件进行匹配数据项目的另存和更新，输出模型和图纸结果；

(5)完善程序代码执行逻辑顺序和使用功能，对程序封装生成后缀名为.exe的可执行文件，建立钢闸门数字化设计程序。

优选地，所述结果输出模块可以对参数驱动更新完成后的模型和图纸结果作为新的数据项目批量保存至数据库，进行数据库的自动更新扩充。

本发明具备以下有益效果：

1、实现了钢闸门的标准化三维设计。基于知识数据库和特征分类检索，建立特征分类和检索规则，将非标订制的水利水电工程钢闸门实现了标准化设计。

2、实现了钢闸门的数据库快速检索和专家知识积累。通过建立钢闸门系列化数据库，包含：数据库检索目录、模型参数集、三维模型数据文件、模型关联图纸文件。通过特征分类和检索规则，按检索代码与之对应的三维模型数据文件和图纸文件名称进行匹配，并能自动更新扩充，大大丰富了设计经验和专家知识成果的积累。

3、实现了闸门的可视化、参数化设计。利用交互界面，通过查询特征、匹配模板、调整参数，进行一键检索和参数化驱动，实现产品设计的“输入”即“输出”，在产品系列设计、相似设计及优化设计中具有很高的应用价值。

附图说明

图1为本发明设计方法流程图。

图2为本发明钢闸门的整体门叶结构三维标准化、系列化设计模型。

图3为本发明钢闸门的单节门叶结构三维标准化、系列化设计模型。

图4为本发明钢闸门的整体门叶结构模型关联图纸。

图5为本发明钢闸门的单节门叶结构模型关联图纸。

图6为本发明中钢闸门系列化数据库检索目录示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1至图6，本发明提供一种技术方案：钢闸门标准化、系列化三维设计方法，该设计方法包括：

步骤一，将钢闸门各级模板进行参数化、标准化三维设计。

在参数化、标准化三维设计之前，先对钢闸门模板进行分级。按照钢闸门三维模型装配关系将其划分为三个级别：

第一级为总装配级，根据钢闸门的共性特征分类，以具有独立分项功能的结构或机构总装配为依据，调用该级模版可重现一套钢闸门门叶；

第二级为部件/装置级，根据单节门叶共性特征分类，包含单节门叶及各附件装置、机构等，以工程中的某一项产品部件或结构装配部件为依据，调用该级模版可重现一套产品结构部件、机构或装置；

第三级为构件/零件级，根据单个构件/零件特征进行分类，包括各种结构构件、零件和连接元件，模板最小单元，由单个设备零件或结构构件、单根梁或钢板等。

钢闸门模板包括钢闸门必要的组成部分：钢结构件(门叶结构、吊耳结构等)，功能附属部件(支承装置、水封装置、充水阀装置、锁定装置等)，机械零件(销轴、螺栓副、挡板等)，闸门的整体总装配，以及设计参考网格或骨架模型。

钢闸门各级模板包括钢闸门各级模板的三维模型和订制图纸模板，订制图纸模板由三维模型投影生成，一一对应且关联。

钢闸门模板主要利用参数化和知识工程进行建模，实现局部构造和尺寸参数的变化，并保证在合理参数范围内模型不出错。各级模板主要以自定义特征模板UDF、超级副本模版、或零件文档模板的方式存在。

步骤二，建立钢闸门模板的系列化三维数据库，并按照特征分类原则分配钢闸门检索系列代号。

1)根据步骤一建立的钢闸门各级模板的三维模型和图纸模板，在三维建模软件中建立各级模板对应的数据库，一个级别的数据库包括本级模板和对应图纸文件。

2)针对建立的各级模板数据库，建立特征分类和检索规格。

特征分类：根据钢闸门模型的几何构造特征进行分类，约定不同的特征用不同的代号表示。

将钢闸门一级模板按几何构造的共性特征共分为16个，上述主要特征决定了闸门的整体构造；功能性质；孔口性质；吊点形式；分节数/支臂数；门叶纵隔数；主支承方式；主支承细分类；侧导向分类；节间连接方式；闭门方式；面板位置；止水位置；顶、侧止水形式；平压方式；锁定方式。

将钢闸门二级模板即单节门叶按几何构造的共性特征共分为13个，上述主要特征决定了单节门叶的所在位置；门叶纵隔数量；主支承分类；侧导向分类；节间连接方式；面板位置；止水位置；顶、侧水封形式；锁定结构；底部水柱特征；吊耳型式；平压方式；梁格布置。

第三级为构件/零件级，根据单个构件/零件特征进行分类。

检索规则：为了便于特征检索，对闸门不同分类特征，分配特征值索引代号，一个特征值对应一个字符代码，单个特征索引代号以单个大写字母或数字表示，对于个性化特征，其值按不同分类系列可以缺省，缺省时用0表示。

为了区分钢闸门与其他各类金属结构设备，闸门类索引代码为ZM，根据闸门性质细分，单节门叶类索引代码为ML。构件名称由构件代码和特征代码两部分组成，构件代码为构件名称的缩写，如面板MB、主梁ZL、次梁CL等。

3)根据步骤二的特征分类和检索规则，在Access、SQLServer等数据库管理系统中建立数据库检索目录和查询表，建立设计参数集；

针对不同级别模板的数据库，建立不同级别模板的检索目录和检索地址，检索目录的每一条目均对应一个标准化系列闸门模板。数据库检索目录的主关键字由描述闸门模板征特的系列代号组成，其余关键字为钢闸门设计尺寸参数。

模型参数集由闸门模板的整体控制尺寸、几何构造尺寸、以及网格线或骨架定位尺寸等参数组成。

4)利用特征分类和检索规则将各级模板的数据库的检索目录与数据库文件完全匹配。

通过需求特征查询闸门系列代码，利用查询界面进行特征值选择，通过编码规则自动编译为检索系列代码，通过字符逐级匹配，最终完成三维数据库模板文件的精确检索。

步骤二建立的钢闸门模板系列化数据库包含：数据库检索目录、模型参数集、三维模型数据文件、模型关联图纸文件。

步骤三、利用VB、C等编程语言设计用户交互界面、数据库查询和参数设计程序：

(1)在编程软件中设置与三维建模软件的接口或配置编程环境，建立钢闸门参数化设计程序的用户界面，包括输入及计算模块、检索查询模块、结构设计模块、结果输出模块，其中结构设计模块下设置钢闸门整体门叶、单节门叶、结构构件(面板、主次梁及纵隔、边梁等)参数的图形化输入和计算窗口；检索查询模块下可通过检索按钮，实现数据库的查询匹配或项目选择；结果输出模块可通过新建和更新按钮，对检索出的匹配项进行模型参数驱动和图纸更新。

输入及计算模块包含特理参数、结构特征、布置参数和尺寸参数的输入和计算，可以对闸门整体门叶尺寸和单节门叶梁格布置参数进行合理化建议。可以对输入的结构尺寸参数进行平面体系的力学计算，为部分梁截面尺寸的初选提供依据。输入的尺寸参数由闸门模板的整体控制尺寸、几何构造尺寸、以及网格线或骨架定位尺寸等参数组成。

检索查询模块对数据库检索目录的主关键字进行查询，并按检索代码与之对应的三维模型数据文件和图纸文件名称进行匹配。

结果输出模块可以对参数驱动更新完成后的模型和图纸结果作为新的数据项目批量保存至数据库，进行数据库的自动更新扩充。

(2)在编程软件中编写程序代码，将输入及计算模块中的分类特征和尺寸参数值按所述模板数据库中的数据格式进行整理，建立需求数据条目和检索代号，用于检索和驱动参数化模型；

(3)在编程软件中编写程序代码，建立数据库查询窗口，根据需求数据条目和检索代号进行数据查询，找到匹配的数据项目；

(4)在编程软件中编写程序代码，调用三维建模软件进行匹配数据项目的另存和更新，输出模型和图纸结果。

(5)在编程软件中编译并调试程序，完善程序代码执行逻辑顺序和使用功能，对程序封装生成后缀名为.exe的可执行文件，建立钢闸门数字化设计程序。

步骤四，设计程序的封装和使用，设计需求特征和尺寸参数的输入，一键检索，一键驱动更新，快速完成三维设计和图纸更新。

利用编程语言开发用户交互界面、数据库查询和参数设计程序，通过设计特征和参数输入，完成数据库的一键检索和驱动，通过调整参数，实现“输入”即“输出”。

Claims (10)

1.一种钢闸门标准化、系列化三维设计方法，其特征在于，所述设计方法包括以下步骤：

步骤一，将钢闸门模板进行参数化、标准化三维设计；

步骤二，建立钢闸门模板的系列化三维数据库；

步骤三，设计用户交互界面、钢闸门模板的系列化三维数据库查询和参数设计程序；

步骤四，需求特征及参数输入，完成三维模型设计和图纸更新。

2.根据权利要求1所述的钢闸门标准化、系列化三维设计方法，其特征在于，所述步骤一中将钢闸门模板按装配关系划分为三个级别，分别为：一级模板为总装配级；二级模板为部件/装置级；三级模板为构件/零件级。

3.根据权利要求1所述的钢闸门标准化、系列化三维设计方法，其特征在于，所述步骤一中钢闸门模板包括钢闸门三维模型和图纸模板，所述图纸模板由钢闸门三维模型投影生成，一一对应且关联。

4.根据权利要求3所述的一种钢闸门标准化、系列化三维设计方法，其特征在于，所述三维模型包括钢闸门必要的组成部分：钢结构件，功能附属部件，机械零件，闸门的整体总装配，以及设计参考网格或骨架模型。

5.根据权利要求1所述的一种钢闸门标准化、系列化三维设计方法，其特征在于，所述步骤一中的钢闸门模板建立主要利用参数化和知识工程，实现局部构造和尺寸参数的变化。

6.根据权利要求2所述的钢闸门标准化、系列化三维设计方法，其特征在于，步骤二具体包括：

(1)建立钢闸门三维模型数据库，包括钢闸门模板的各级模板和对应图纸模板文件；

(2)对钢闸门模型的几何构进行造特征分类，约定不同特征可用不同代号表示，建立特征分类和检索规则；

(3)在数据库管理系统中建立数据库检索目录和查询表，建立参数化设计模型的参数集；

(4)利用特征分类和检索规则将数据库目录与数据库文件完全匹配。

7.根据权利要求6所述的一种钢闸门标准化、系列化三维设计方法，其特征在于，针对不同级别模板建立不同数据库检索目录和检索地址，检索目录的每一条目均对应一个标准化系列闸门模板。

8.根据权利要求6所述的一种钢闸门标准化、系列化三维设计方法，其特征在于，所述数据库检索目录的主关键字由描述闸门模板征特的系列代号组成，其余关键字为钢闸门设计尺寸参数。

9.根据权利要求6所述的钢闸门标准化、系列化三维设计方法，其特征在于，步骤三具体包括：

(1)设置与三维建模软件的接口，建立钢闸门参数化设计程序的用户界面，包括输入及计算模块、检索查询模块、结构设计模块、结果输出模块；

(2)将输入及计算模块中的特征分类和尺寸参数值按钢闸门模板的系列化三维数据库中的数据格式进行整理，建立需求数据条目和检索代号，用于检索和驱动参数化模型；

(3)建立钢闸门模板的系列化三维数据库查询窗口，根据需求数据条目和检索代号进行数据查询，找到匹配的数据项目；

(4)调用三维建模软件进行匹配数据项目的另存和更新，输出模型和图纸结果；

(5)完善程序代码执行逻辑顺序和使用功能，对程序封装生成后缀名为.exe的可执行文件，建立钢闸门数字化设计程序。

10.根据权利要求9所述的一种钢闸门标准化、系列化三维设计方法，其特征在于，所述结果输出模块可以对参数驱动更新完成后的模型和图纸结果作为新的数据项目批量保存至数据库，进行数据库的自动更新扩充。

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