加热炉钢结构三维设计方法与实现.pdf

收稿日期 2009209224 基金项目国家自然科学基金资助项目50574020 作者简介赵 曜1983 - ,男,黑龙江七台河人,东北大学博士研究生;于庆波1966 - ,男,山东莱阳人,东北大学教授,博士生 导师 第31卷第5期 2010年5月 东 北 大 学 学 报自 然 科 学 版 Journal of Northeastern UniversityNatural Science Vol131 ,No. 5 May2 0 1 0 加热炉钢结构三维设计方法与实现 赵 曜,于庆波,李令新 东北大学 国家环境保护生态工业重点实验室,辽宁 沈阳 110004 摘 要针对加热炉钢结构在二维设计过程中存在投影关系复杂,难以表达空间结构的问题,以三维技 术为核心,通过Visual Basic对Solid Edge进行二次开发基于ActiveX Automation技术,采用先绘制布局再添 加材料的处理方式,依照模块化设计思想,将整个钢结构分解为多个子结构使用先独立生成再装配的自底向 上设计模式,开发了交互式绘图程序,界面友好,使用方便,实现了Solid Edge环境下的三维参数化设计有效 地提高了设计效率和质量并根据工程图纸进行实例设计,验证了所提方法的可行性和适用性 关 键 词 Solid Edge;二次开发;参数化;钢结构;三维设计 中图分类号 TF 062 文献标志码 A 文章编号 10052302620100520681204 and Implementation of 3D Design for Heating Furnace Steel Construction ZHAO Yao,YU Qing2bo, L I Ling2xin SEPA Key Laboratory of Eco2industry , Northeastern University , Shenyang 110004 , China. Correspondent YU Qing2bo , professor , E2mail yuqb smm. neu. Abstract It’s hard to express the spatial structure in the 22D design of steel structure of a heating furnace because of the complex projective relationships. A new way is proposed taking the 32D technology as a core to redevelop the Solid Edge with Visual Basic , based on the ActiveX automation technology. Drawing a layout diagram as frame then filling the materials is used as design mode. The steel structure is divided into several sub2systems according to the concept of modularization. With the bottom2up pattern in design , every member is designed independently first then assembled together with each other to develop an interactive drawing software which has friendly user interface and is easy to use.In this way a 32D parametric design system is implemented in Solid Edge environment , thus improving the design efficiency and quality. A design of engineering drawing is given as example to verify the feasibility and applicability of the proposed. Key words Solid Edge ; redeveloping; parameterization ; steel structure ; 32D design 加热炉的钢结构以框架形式包围在炉体外 侧,对维持砌体的完整性和密封性有着重要的作 用现行的加热炉钢结构设计以二维为主,存在着 制图过程复杂,空间结构表达不够直观的缺点,在 很大程度上制约了设计效率的提高,同时增加了 设计出错的机率与传统的二维制图相比,三维 CAD可以真实地表现实体的外观形状和结构特 征[1]其具有的装配干涉检查功能可以让用户在 设计阶段对装配体的合理性进行检验[2],而且更 加有利于使用工程软件对模型进行结构分析和优 化[3 - 5],并能有效地实现设计经验的积累以及资 源的重用[6],是近年来设计领域所关注的热点 本文对加热炉钢结构总体进行了分析,按照 模块化设计思想,将设计参数和模型进行分类以 Visual Basic 6. 0为开发工具,对三维建模软件 Solid Edge二次开发技术进行了研究,提出了加 热炉钢结构参数化设计的实现步骤利用面向对 象技术,建立了加热炉钢结构三维参数化CAD系 统及管理数据库,实现了加热炉钢结构三维模型 的快速建立 1 系统结构 1. 1 参数映射 实现参数化建模的关键是把现实结构映射成 参数符号,对相应结构进行统计并提取出各项参 数,这些参数既包括几何信息,也包括非几何信息, 从中捕捉出反映设计者意图的信息[7],本文使用矩 阵来表示相应结构的信息,如图1所示编程过程 需要将参数信息转化为程序语言,在程序中定义 S a , b , c三维数组,第一维代表纵向编号,第二 维代表横向编号,第三维代表平面编号并使用结 构体来存储每一类钢材的参数,如图2所示 图1 各平面材料定位矩阵 Fig. 1 Location matrixes of planes 图2 结构体中的各项属性 Fig. 2 Attributes of structure type 1. 2 二次开发技术 SolidEdgeAPI application programming interface,应用程序接口是Solid Edge的OLE object linking and embedding ,对象链接与嵌入 编程接口,提供了数百个绘图函数,用户可以使用 Visual Basic ,VBA ,C ,C 或者Solid Edge的宏 文件对其进行调用[8]Solid Edge基于OLE可开 发生成 3. 形式的程序,基于COM可以生成 3. dll格式的文件,作为插件使用开发者和用户 可以通过编程手段从外部来操纵Solid Edge Solid Edge ActiveX包容了绝大多数Solid Edge功 能,且均以方法和属性的方式被封装在ActiveX 对象中,可以使用各种面向对象编程的语言对其 中的方法、 属性进行引用,实现对Solid Edge的二 次开发,Solid Edge中的对象层次结构如图3所 示[9] 图3 Solid Edge对象层次结构 Fig. 3 Object hierarchies of Solid Edge 1. 3 参数化建模 加热炉钢结构的如下特点使得对其进行参数 化设计成为可能 1 构件各组件的位置关系相对稳定; 2 构件都是由基本的型钢和钢板组成; 3 可以提取构件的结构尺寸进行描述 对于同一种炉型,钢结构的形式基本固定,实 际设计过程中仅需要变更定位尺寸来适应炉体的 变化按照参数化的设计要求,对每一部件提取特 征参数,作为用户输入参数同时,对全部零件的 286东北大学学报自然科学版 第31卷 参数进行优化组合,以使从程序界面输入的参数 个数达到最少本软件在开发过程中,按照自底向 上的设计模式将钢结构系统划分为多个模块,如 表1所示 表1 钢结构模块划分 Table 1 Modularized members of steel structure 炉顶钢结构侧墙钢结构炉底钢结构 炉顶横梁支撑结构框架结构 炉顶吊梁侧墙纵梁连接件结构 炉顶立柱连接钢板炉底纵梁 炉顶拉梁网格结构炉底支柱 2 方案分析 系统设计时需要按照一定的顺序建立模型, 否则在尺寸变更时可能会导致结构的异变本文 采用的方式是尽量接近实际施工的顺序建模,具 体过程归结为以下两个阶段 2. 1 结构布局 此过程确定结构的拓朴和几何布局方案,用 草图对空间位置关系进行描述,使用户从总体上 把握结构布局,进而避免由于模型数量过多而引 起操作速度减慢首先按照处于同一平面的结构 集中生成的方式,生成定位平面,然后在此平面生 成定位线条,将整个结构视为若干结构的组合,分 别予以设计,最后合成为一个整体 多个材料的组合属于装配结构,模型在Solid Edge的Assembly环境中生成在此环境中,用户 可以方便地通过资源查找器添加和编辑零件,程 序使用CreateObject “SolidEdge. Application”函 数启动装配环境,之后由用户根据界面传入的参 数绘 制 草 图 平 面,装 配 文 档 的 布 局 对 象 objAsmDoc.Layouts提供了这一功能布局时将 一个 平 面 上 的 型 钢 作 为 一 个 单 元,使 用 objAsmDoc. AsmRefPlanes对象的add方法依次 添加定位平面,并在每个平面上绘制草图,为后续 零件定位提供参考,同时在数据库中存储相关的 参数对于有函数关系的参数,例如侧墙钢结构与 炉顶钢结构之间衔接部分的定位参数,需要为其 建立关系式,使模型之间的尺寸可以关联改变参 数变化时以先输入参数驱动后输入参数的顺序对 模型进行更新 2. 2 材料配置 此过程需要材料库的支持,根据钢结构的设 计要求,使用Solid Edge提供的框架功能,如图4 所示,用户在材料库中选择相应的型钢,然后在布 局草图上选择材料的位置,对于若干个相同的构 件,可一次性处理由于型钢模型具有真实的体 积,而定位草图并不占据实际空间,因此被添加材 料与定位线条之间的距离还要进行微调,以钢材截 面的拐点作为基点与线条进行定位,如图5所示 对于标准件库不存在的材料,用户可以自行添加, 而且从外部导入现成的材料可以提高建模速度 图4 材料添加过程 Fig. 4 Process of filling in materials 图5 结构定位 Fig. 5 Location of structure 3 应 用 根据上述基本原理,使用Visual Basic 6. 0编 制了程序,图6为程序的界面及装配结果主界面 提供分级菜单,以炉顶钢结构为例,按照横梁、 吊 梁、 立柱、 纵梁和拉梁的顺序生成用户可在主界 面中选择要生成的钢结构类别,然后跳转到相应 的生成界面依次输入结构之间的定位参数,就可 以在Solid Edge环境下生成代表钢结构位置的线 条,整体布局建立之后再添加材料对其进行装配 如果需要对装配体进行改动,用户可以自行在 Solid Edge环境下修改相应尺寸,装配模型会自 动进行更正 386第5期 赵 曜等加热炉钢结构三维设计方法与实现 图6 程序界面及装配模型 Fig. 6 Program interface and assembling model 4 结 论 本软件按照实际钢结构的设计顺序进行开 发,将钢结构进行了详细的分类,按照先生成布局 草图,再依次添加材料的设计思想,逻辑清晰、 界 面简洁、 用户使用方便,可以在短时间内生成加热 炉钢结构,极大地提高设计效率加热炉钢结构的 三维设计目前尚处探索阶段,本文涉及的程序设 计思想及开发步骤,对相关软件系统的开发,具有 一定的参考价值 参考文献 [1]Robert R L. 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