李 強(qiáng),吳維金,施實(shí)建

(1.成都希盟泰克科技發(fā)展有限公司,四川 成都 610041;2.中國(guó)水電顧問集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,四川 成都 610072)

1 前 言

CATIA V5的設(shè)備與系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊是一個(gè)面向?qū)ο蟮能浖到y(tǒng),它可以使設(shè)計(jì)者根據(jù)已有的庫(kù)模型很容易地進(jìn)行機(jī)電設(shè)備布置及管系設(shè)計(jì),并可對(duì)模型進(jìn)行空間分析檢測(cè)、智能報(bào)表統(tǒng)計(jì)、二/三維結(jié)果輸出等,為水電行業(yè)廠房與機(jī)電設(shè)計(jì)提供一個(gè)高效的設(shè)計(jì)手段。CATIA V5雖然有自己的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)功能,但其格式是開發(fā)商自己定義的通用格式而且還不全面,不能有效地與我國(guó)的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合起來。而不同行業(yè)和企業(yè)都擁有自己制定的一些標(biāo)準(zhǔn),如水電行業(yè)機(jī)電零件使用的標(biāo)準(zhǔn) GBT12459、GBT9115.1等,對(duì)機(jī)電零件尺寸規(guī)格等有具體的規(guī)定,如公稱直徑、公稱壓力、零件編號(hào)、端部樣式、材料等,因此需要建立一套符合本專業(yè)實(shí)際需要的機(jī)電零件標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)。

2 CATIA機(jī)電庫(kù)環(huán)境介紹

CATIA機(jī)電庫(kù)環(huán)境由機(jī)電各專業(yè)資源文件構(gòu)成,如管路(包含連接管路的設(shè)備和管路零件)、通風(fēng)等專業(yè)。其中各專業(yè)資源包括模型庫(kù)、設(shè)計(jì)規(guī)則庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)、規(guī)格庫(kù)等,它們分別由 CATALOG庫(kù)資源管理文件管理,如 PipingParts.catalog、Piping-DesignRules.catalog、PipingStandards.catalog、PipingSpecifications.catalog等。用戶可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求從零件庫(kù)中選取標(biāo)準(zhǔn)件安放,同一零件可重復(fù)使用,從而提高工作效率。例如在水力機(jī)械管路設(shè)計(jì)中,CATIA V5為管路設(shè)計(jì)提供了完整的工具用于創(chuàng)建、修改和分析管路設(shè)計(jì),并可以進(jìn)行建檔和管理。機(jī)電各專業(yè)的設(shè)備與系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常復(fù)雜,在設(shè)計(jì)中使用的設(shè)備模型、管路零件等是通過建立專業(yè)庫(kù)來實(shí)現(xiàn)的。而 CATIA調(diào)用設(shè)備與零件并不只是簡(jiǎn)單地根據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)來調(diào)用模型,在 CATIA機(jī)電庫(kù)環(huán)境中帶有各專業(yè)的字典文件,它記錄了各專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)零件的“類”,如“法蘭”就是一個(gè)零件的“類”,將帶有“類”的庫(kù)零件及專業(yè)設(shè)備都放到機(jī)電環(huán)境系統(tǒng)中,用戶可直接通過類瀏覽器或規(guī)則調(diào)用設(shè)備與零件,使設(shè)計(jì)更加高效、智能化。

機(jī)電庫(kù)環(huán)境系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)見圖1,管路零件類結(jié)構(gòu)見圖2,通風(fēng)零件類結(jié)構(gòu)見圖3。

3 建立管路零件標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)

3.1 利用參數(shù)和設(shè)計(jì)表建立標(biāo)準(zhǔn)件

由于在機(jī)電專業(yè)管線系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,標(biāo)準(zhǔn)件、通用件的尺寸可以通過查表獲得,在 CATIA V 5中可應(yīng)用表格驅(qū)動(dòng)幾何圖形實(shí)現(xiàn)這一功能。應(yīng)用表格驅(qū)動(dòng)幾何圖形,首先應(yīng)將與零件尺寸有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)以表格的形式存放在相應(yīng)的文件中,并建立表中數(shù)據(jù)與三維模型特征參數(shù)的關(guān)系,通過選擇表中不同記錄達(dá)到改變幾何尺寸獲得所需零件的模型。在CATIA的參數(shù)化設(shè)計(jì)中,可以使用的圖表格式有兩種,一種是 TXT文本格式,一種是 EXCEL格式。用戶在調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)件時(shí),只需選擇標(biāo)準(zhǔn)件型號(hào),CATIA將會(huì)根據(jù)設(shè)計(jì)表獲取該型號(hào)具體尺寸參數(shù),達(dá)到修改尺寸、改變形狀的目的。CATIA標(biāo)準(zhǔn)件所帶的設(shè)計(jì)表見圖4。

圖1 機(jī)電庫(kù)環(huán)境系統(tǒng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

圖2 管路零件類結(jié)構(gòu)

圖3 通風(fēng)零件類結(jié)構(gòu)

另外,也有一類管路零件標(biāo)準(zhǔn)件的尺寸參數(shù)沒有固定值,而是在設(shè)計(jì)過程中根據(jù)實(shí)際情況確定,如彎管的角度,用戶可以在零件設(shè)計(jì)的過程中將這類參數(shù)定義為“Override Parameters”,即設(shè)計(jì)人員將模型調(diào)出后可以重寫的參數(shù)(見圖5)。

3.2 添加標(biāo)準(zhǔn)件屬性

由于在水電行業(yè)中管路標(biāo)準(zhǔn)件不做生產(chǎn)設(shè)計(jì),不需要對(duì)單個(gè)零件出制造加工圖,因此可根據(jù)需求將標(biāo)準(zhǔn)件大量的幾何體細(xì)節(jié)的表達(dá)省去,取而代之的是豐富的屬性參數(shù)信息,包括關(guān)鍵的幾何參數(shù)信息(管長(zhǎng)、管壁厚等)和非幾何參數(shù)信息(標(biāo)準(zhǔn)件名稱、零件編號(hào)、材料、單件重量等)。零件屬性參數(shù)具有數(shù)據(jù)量小、方便查詢與計(jì)算、可用于統(tǒng)計(jì)輸出等特點(diǎn)。

在 CATIA V 5中,管路標(biāo)準(zhǔn)件的屬性參數(shù)通過管路零件字典文件管理。在客戶化機(jī)電環(huán)境時(shí),用戶使用特征字典編輯器編輯該字典文件,可以定義各種標(biāo)準(zhǔn)件的“類”,為零件的“類”添加各種屬性參數(shù)、定義命名規(guī)則、顏色規(guī)則等(見圖6)。在創(chuàng)建管路標(biāo)準(zhǔn)件時(shí),用戶需要為模型選定一個(gè)“類”,模型將根據(jù)字典文件獲取該“類”的屬性參數(shù)等(見圖7)。

3.3 建立標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)則

在 CATIA V 5中,管路標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)則可以分為兩類,即客戶化環(huán)境中的設(shè)計(jì)規(guī)則和模型內(nèi)部的設(shè)計(jì)規(guī)則。

圖4 CATIA標(biāo)準(zhǔn)件所帶的設(shè)計(jì)表

圖5 用戶輸入?yún)?shù)窗口

圖6 CATIA標(biāo)準(zhǔn)件屬性信息

圖7 字典文件對(duì)模型屬性的管理

圖8 材料厚度規(guī)則

客戶化環(huán)境中的設(shè)計(jì)規(guī)則是管路零件模型通用的設(shè)計(jì)規(guī)則,由 TXT或 EXCEL格式的文檔記錄設(shè)計(jì)規(guī)則,并由 catalog規(guī)則庫(kù)進(jìn)行管理。如圖 8中的材料厚度規(guī)則,M inSize和 MaxSize列是管道的尺寸范圍,MaterialCategory是管道的材料號(hào),系統(tǒng)根據(jù)尺寸范圍和材料號(hào)得出管道厚度。如一根尺寸規(guī)格為 800mm的不銹鋼管道,根據(jù)圖 8可得到1.9mm的厚度尺寸。

模型內(nèi)部的設(shè)計(jì)規(guī)則是通過 CATIA知識(shí)工程模塊提供的 Rules功能編寫程序代碼,能夠有條件地改變尺寸的值,有條件地激活或隱藏特征等等,如圖 9中的彎管。

可將以下彎管轉(zhuǎn)角半徑規(guī)則加入零件規(guī)則以控制其尺寸:

ThroatRadius和 BendRadius參數(shù)分別表示用戶輸入的喉徑與中心曲率半徑,經(jīng)過調(diào)試上述語句能夠根據(jù) ThroatRadius與 BendRadius參數(shù)值分三種情況計(jì)算彎管轉(zhuǎn)角半徑。

圖9 應(yīng)用知識(shí)工程模塊建立的彎管

3.4 導(dǎo)入 Catalog庫(kù)編輯器

CATIA標(biāo)準(zhǔn)件模型是通過 CATALOG庫(kù)文件管理的,Catalog由章節(jié)(Chapter)、系列(Families)組成標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),用戶將帶設(shè)計(jì)表的標(biāo)準(zhǔn)件模型導(dǎo)入到 CATALOG所對(duì)應(yīng)的系列中,標(biāo)準(zhǔn)件模型將根據(jù)設(shè)計(jì)表中數(shù)據(jù)解析成為不同型號(hào)的單個(gè)模型。Catalog中的每個(gè)系列分別包含了該系列的引用 (Reference)、關(guān)鍵字(Keywords)、預(yù)覽 (Preview)等信息,其中,引用列表中記錄了每個(gè)模型的引用位置信息,在 CATALOG庫(kù)編輯器的“Keywords”關(guān)鍵字列表中,顯示了標(biāo)準(zhǔn)件模型解析后生成的各零件型號(hào)名稱、規(guī)格、材料等固有屬性(見圖10)。在 CATALOG庫(kù)編輯器的“Preview”預(yù)覽窗口中,顯示了標(biāo)準(zhǔn)件模型解析后各型號(hào)模型的預(yù)覽(見圖11)。

圖10 CATALOG中的屬性信息

圖11 CATALOG中的幾何圖形預(yù)覽

4 結(jié)束語

本文介紹了基于 CATIA V 5軟件在預(yù)定義的機(jī)電庫(kù)環(huán)境系統(tǒng)中,應(yīng)用三維可視化建模工具與知識(shí)工程模塊建立帶屬性及設(shè)計(jì)規(guī)則的三維標(biāo)準(zhǔn)件的方法。機(jī)電庫(kù)環(huán)境系統(tǒng)的建立,實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享,為解決機(jī)電專業(yè)中大量標(biāo)準(zhǔn)件的建立與使用提供了一條有效的途徑,可較大地提高設(shè)計(jì)效率。

[1]CATIA V 5 R19幫助文檔.

[2]劉瑞曉.地下廠房可視化設(shè)計(jì)技術(shù)與應(yīng)用研究[D].成都:西南交通大學(xué) ,2006.

[3]胡忠會(huì).基于 CATIA V 5的三維標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)和非幾何屬性庫(kù)的開發(fā)及應(yīng)用[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量,2003(6):13-15.

[4]吳朝暉,潘衛(wèi)平.運(yùn)用知識(shí)工程在 CATIA V 5環(huán)境下參數(shù)化建立標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的探討[J].機(jī)械研究與應(yīng)用,2005(1):112-113.

[5]李原,彭培林,邵毅,劉俊堂.基于 CATIA的標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào),2005,17(8):1873-1877.