鄭丹晨　曾輝　盧嘉川　馮云姣　唐雷

【摘 要】針對反應(yīng)堆設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍存在的異構(gòu)文件的裝配、設(shè)計初期干涉檢查等問題，本文介紹了以輕量化技術(shù)為基礎(chǔ)的異構(gòu)三維模型裝配的解決方案，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了大規(guī)模的反應(yīng)堆總體設(shè)備快速瀏覽、以及設(shè)備間的干涉檢查等功能。該解決方案成功應(yīng)用于反應(yīng)堆設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，取得了良好的效果。

【關(guān)鍵詞】輕量化技術(shù)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；設(shè)計評價

中圖分類號： TP391.9 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2017）20-0101-002

The Application of Lightweight Technology in Reactor Equipments Design And Estimating

ZHENG Danchen ZENG Hui LU Jia-chuan FENG Yun-jiao TANG Lei

（State Key Laboratory of Reactor System Design Technology， Nuclear Power Institute of China， Chengdu Sichuan 610041，China）

【Abstract】Towards the problems in the structure design of reactor equipments， such as the assembly and interference of different format models， the resolution of assembly from different format 3D models based on lightweight technology is introduced. The function of rapid browsing of massive equipment models， and interference checking， is realized. The resolution is applied successfully in reactor equipments structure design.

【Key words】Lightweigh Technology； Structure Design； Design Estimating

0 引言

數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)深入到國內(nèi)外工程科研的各個領(lǐng)域。反應(yīng)堆系統(tǒng)的研發(fā)與飛機、汽車等尖端制造業(yè)領(lǐng)域一樣，涵蓋了空氣動力學(xué)、流體、電子、儀控、材料、機械等多個專業(yè)。在我國，反應(yīng)堆設(shè)計制造集成技術(shù)的研究和應(yīng)用領(lǐng)域，與其它先進行業(yè)相比，還存在較大差距。為了提升反應(yīng)堆工程研發(fā)設(shè)計手段，應(yīng)大力加強核動力裝置數(shù)字化設(shè)計制造集成的技術(shù)研發(fā)，利用革新的技術(shù)持續(xù)提升新型反應(yīng)堆系統(tǒng)自主創(chuàng)新研發(fā)能力，在此基礎(chǔ)上提升研發(fā)效率，縮短設(shè)計、研發(fā)、建造周期，提升核動力工程經(jīng)濟性。反應(yīng)堆關(guān)鍵設(shè)備協(xié)同設(shè)計是軍用核動力裝置數(shù)字化設(shè)計制造集成技術(shù)的重要組成部分。如何基于三維設(shè)計，以關(guān)鍵設(shè)備為研究對象，提高各專業(yè)部門協(xié)同設(shè)計水平，是反應(yīng)堆關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計的瓶頸問題。

本文介紹了以輕量化技術(shù)為基礎(chǔ)的反應(yīng)堆設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計流程，解決了設(shè)備異構(gòu)模型的裝配、更新以及大模型的在線瀏覽問題?；谳p量化模型解決方案，實現(xiàn)異構(gòu)模型間的干涉檢查，能夠作為結(jié)構(gòu)設(shè)計初始階段的評價標準。

1 需求分析

反應(yīng)堆關(guān)鍵設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計由不同的部門和設(shè)計人員完成，可能來源于UG NX、CATIA、Inventor、PDMS等若干種設(shè)計軟件。由此產(chǎn)生的異構(gòu)模型無法直接裝配?？偨Y(jié)反應(yīng)堆設(shè)備三維結(jié)構(gòu)設(shè)計亟待解決的問題，主要有：（1）如何實現(xiàn)異構(gòu)三維模型的整體裝配；（2）異構(gòu)模型裝配后，保留原有的裝配結(jié)構(gòu)信息；（3）反應(yīng)堆整體裝配后的三維模型，應(yīng)在普通PC機能夠快速瀏覽。（4）異構(gòu)模型可以進行設(shè)備間的三維干涉檢查，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要評價依據(jù)，使因干涉原因造成的設(shè)計反復(fù)盡可能減少。

2 輕量化技術(shù)的應(yīng)用

2.1 異構(gòu)模型裝配

綜合考慮反應(yīng)堆設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計以上幾點需求，輕量化技術(shù)是解決異構(gòu)模型裝配的有效途徑。輕量化模型，通過將CAD模型的幾何信息、參數(shù)信息、產(chǎn)品制造信息、裝配信息、零部件屬性信息等進行提取，用壓縮算法對非結(jié)構(gòu)化的幾何信息進行處理，同時對結(jié)構(gòu)化的標注信息、屬性信息、裝配信息等進行簡化提取，從而獲得體積小、效率高、易于展示的三維數(shù)據(jù)模型。

將不同設(shè)計平臺產(chǎn)生的三維模型轉(zhuǎn)換成同種格式的輕量化模型文件，在統(tǒng)一的第三方平臺上完成設(shè)備間的整體裝配。對于異構(gòu)的三維CAD模型，輕量化過程一致，輕量化效果基本一致，三維模型的幾何信息保存完整，采用樹狀層次的裝配結(jié)構(gòu)記錄方式，能較好體現(xiàn)裝配體的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，減少組成裝配體的元件數(shù)量，降低裝配規(guī)劃和分析的復(fù)雜度。同時，只要約束名和零部件名稱保持不變，可以實現(xiàn)子裝配和零部件的局部更新而整體裝配結(jié)構(gòu)不受影響，這對于協(xié)同設(shè)計中的局部更新十分重要。因此，只需要針對不同的CAD系統(tǒng)開發(fā)專用的輕量化轉(zhuǎn)換接口即可。解決方案如圖1所示：

選取國內(nèi)的Intevue軟件作為輕量化平臺，以UG NX軟件作為CAD軟件說明CAD軟件中批量導(dǎo)出輕量化模型的接口開發(fā)，其他CAD軟件原理相同。利用UG NX的二次開發(fā)技術(shù)，在UG NX軟件的界面上增加文件批量導(dǎo)出和上傳的菜單，使用JSON格式封裝通信的所有的消息，通過與服務(wù)器端建立SOCKET通信傳遞操作的請求與回復(fù)，通過FTP鏈接進行所有文件的上傳/下載。

2.2 大裝配的快速瀏覽

大規(guī)模裝配體的瀏覽，對于普通的帶參數(shù)的特征模型，在普通PC機上無法實現(xiàn)，需要在高性能的圖形工作站上完成，并且存在明顯的性能瓶頸。反應(yīng)堆本體的模型大約在三萬多各零件，四千多萬的三角面片數(shù)量，模型瀏覽和交互時的卡頓較強。輕量化模型很好的解決了這一問題。由于輕量化模型只保留模型的外形，不保留特征和建模的歷史數(shù)據(jù)，模型數(shù)據(jù)量大幅減小，只有原特征模型的1/20到1/70。在普通PC機上，反應(yīng)堆本體的輕量化模型可以快速加載，流暢實現(xiàn)模型裝配、旋轉(zhuǎn)、剖切、測量等操作。endprint

圖2 UG端的界面

輕量化技術(shù)發(fā)展迅速，可以直接將瀏覽器封裝成ActiveX控件，在瀏覽器上運行，在瀏覽器端即可實現(xiàn)輕量化軟件中的全部功能。模型的輕量化文件存放在遠程服務(wù)器上，客戶端通過網(wǎng)絡(luò)申請獲取訪問權(quán)限，文件數(shù)據(jù)通過http或ftp請求獲取，無需將模型的輕量化文件保存到本地。同時，盡管因為輕量化模型沒有記錄特征定義和歷史過程，模型不可再編輯。但模型存儲和傳輸采用的編碼算法是可變的，可以用戶定制，如對算法進行加密等。以上兩點特性，使得產(chǎn)品模型的保密性得到保證。瀏覽器端的實現(xiàn)效果如圖3所示。

2.3 基于輕量化模型實現(xiàn)設(shè)備間的干涉檢查

異構(gòu)模型的干涉檢查無法進行?？紤]利用統(tǒng)一的輕量化模型，實現(xiàn)干涉檢查工作。模型干涉檢查通常分為靜態(tài)檢查和動態(tài)檢查兩種。這里首先解決的是靜態(tài)干涉檢查的技術(shù)問題，即模型在空間中的位置是不隨時間改變的。對于主流的輕量化干涉檢查技術(shù)，主要是在包絡(luò)盒干涉檢查算法結(jié)合輕量化模型典型的多層次LOD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過逐層過濾實現(xiàn)可變精度快速干涉檢查，并給予對應(yīng)的可視化技術(shù)對檢查結(jié)果進行顯示，以便最大限度地用定性干涉檢查的方法剔除包容盒不相交的部件，盡可能地減少精確干涉檢查的次數(shù)和時間。

干涉檢查完成后需要對結(jié)果進行處理，至少應(yīng)包括三個方面：

（1）選擇性的顯示干涉部位；

（2）生成干涉分析報告；

（3）干涉分析報告的發(fā)布與保存。

結(jié)合以上三方面的處理，形成了完整的干涉結(jié)果處理方案，提交到產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工程師作為模型修改的參考；同時上傳到服務(wù)器端，作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的初步評價標準保存。具體到服務(wù)器端的實現(xiàn)，將干涉檢查工具封裝成一個單獨的靜態(tài)程序，在后臺調(diào)用完成操作。客戶端上傳模型完成后，請求進行干涉檢查操作，服務(wù)器端通過腳本啟動干涉檢查過程，并將干涉檢查的結(jié)構(gòu)信息提取出來，作為反饋信息通過SOCKET傳遞給客戶端。界面如圖5。

3 結(jié)語

通過本文的介紹可以看到，輕量化技術(shù)在核反應(yīng)堆關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計及評價方面得到了應(yīng)用，重點解決了異構(gòu)模型的裝配、大規(guī)模裝配體的瀏覽、以及設(shè)備間干涉檢查等問題。面對更為深層次的反應(yīng)堆本體設(shè)計過程協(xié)同的要求，更復(fù)雜更大規(guī)模的三維模型問題，需要不斷完善和發(fā)展輕量化技術(shù)，并進行更為深入的應(yīng)用研究。輕量化技術(shù)必將成為反應(yīng)堆協(xié)同設(shè)計中不可缺少的關(guān)鍵組成。

【參考文獻】

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