梁 昊 劉 巍 王旭東 王巖松

中國(guó)石油天然氣第七建設(shè)有限公司 山東青島 266300

石油化工工程建設(shè)過(guò)程中，施工現(xiàn)場(chǎng)多涉及現(xiàn)場(chǎng)組焊的壓力容器。壓力容器除主體結(jié)構(gòu)組焊外，還需進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)開孔、管口安裝，因此需要在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行壓力容器的開孔放樣。以往工程中，多數(shù)使用AutoCAD 軟件，利用投影視圖來(lái)進(jìn)行開孔放樣，這種方法需要技術(shù)人員較好的3D 思維、清晰的工作思路以及精細(xì)的繪圖操控，才能確保放樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。同時(shí)，此工作過(guò)程耗時(shí)長(zhǎng)?；谝陨祥_孔放樣工作的實(shí)際情況，在這里探索應(yīng)用SolidWorks 軟件進(jìn)行參數(shù)化的開孔放樣工作，在確保放樣數(shù)據(jù)精確性的同時(shí)，可大幅度提高工作效率。

1 放樣工作的數(shù)據(jù)結(jié)果

放樣工作的過(guò)程是空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化過(guò)程，即將三維空間的一系列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為平面弧長(zhǎng)。這樣現(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員可根據(jù)平面弧長(zhǎng)的數(shù)據(jù)，使用施工現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)確可行的測(cè)量工具將這些數(shù)據(jù)于容器實(shí)體上進(jìn)行體現(xiàn)，從而完成放樣工作。因此，需要探索一種方法，既能在三維模擬實(shí)體上體現(xiàn)圖紙中的數(shù)據(jù)，又可將三維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二維平面數(shù)據(jù)。二維平面數(shù)據(jù)是施工現(xiàn)場(chǎng)可直接應(yīng)用的可操作性數(shù)據(jù)。

2 SolidWorks 軟件的應(yīng)用關(guān)聯(lián)

應(yīng)用三維軟件進(jìn)行開孔放樣，首先此三維軟件需要具備三維空間展開為二維平面的功能，SolidWorks軟件的鈑金功能正符合此放樣工作的需求。Solid-Works 軟件的鈑金可將需要開孔放樣的容器主體通過(guò)實(shí)體建模繪制出來(lái)，而后通過(guò)拉伸切除功能將需要開孔的數(shù)據(jù)于三維模型中體現(xiàn)在容器實(shí)體上。此時(shí)即完成了第一階段的1:1 仿真過(guò)程，所繪制的容器實(shí)體及拉伸切除形成的容器開孔均于三維實(shí)體上直觀體現(xiàn)。第二階段，將此三維空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二維平面數(shù)據(jù)，通過(guò)軟件的鈑金展開功能，將繪制好的三維容器模型轉(zhuǎn)化為平面鋼板樣式。這一過(guò)程是三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二維數(shù)據(jù)的關(guān)鍵點(diǎn)，雖然在軟件操作中只是一個(gè)功能按鍵的操作，但這個(gè)過(guò)程需要上一階段準(zhǔn)確、正確的數(shù)據(jù)輸入。第三階段就是將SolidWorks 中的平面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)場(chǎng)易操作的AutoCAD 平面數(shù)據(jù)，這樣現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員就能非常容易地將這些數(shù)據(jù)交底至施工作業(yè)人員，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工作業(yè)人員快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行容器開孔作業(yè)。

3 鈑金功能的應(yīng)用過(guò)程

此處以催化裝置兩器中沉降器的內(nèi)集氣室開孔放樣為例，進(jìn)行放樣過(guò)程的詳細(xì)分解。圖1 為催化裝置沉降器內(nèi)集氣室與旋分油氣出口管的裝配圖，其中內(nèi)集氣室主體部分以現(xiàn)場(chǎng)組焊為整體，油氣出口管單體單獨(dú)到貨，因此需將內(nèi)集氣室進(jìn)行開孔，而后安裝旋分油氣出口管。由于內(nèi)集氣室分為側(cè)面立板及底部弧板兩部分，需分別進(jìn)行放樣過(guò)程，此處僅通過(guò)對(duì)側(cè)面立板的放樣來(lái)進(jìn)行詳解。

圖1 沉降器內(nèi)集氣室與旋分油氣出口管裝配圖

3.1 建立鈑金功能容器主體模型

首先需要將側(cè)面立板的筒節(jié)在鈑金環(huán)境下進(jìn)行三維建模，由于6 個(gè)油氣出口管的放樣數(shù)據(jù)均一致，因此僅需將一個(gè)油氣出口管的放樣數(shù)據(jù)進(jìn)行解析即可，這樣在建模的過(guò)程只需建立部分的模型即可。

在這里需要特別注意的是，鈑金的展開需要固定一個(gè)邊緣線，因此在建立模型的時(shí)候不能建立一個(gè)封閉的內(nèi)集氣室筒節(jié)。因?yàn)檫@樣軟件系統(tǒng)找不到固定邊緣，從而無(wú)法展開鈑金。

鈑金三維模型的建立需要“放樣折彎”這個(gè)命令進(jìn)行，只有這個(gè)命令建立的三維模型才能在鈑金中展開，“放樣折彎”命令需要空間線性草圖來(lái)完成三維模型的建立。圖2 為創(chuàng)建三維模型所繪制的三維草圖，草圖半圓可按圖紙中給定的內(nèi)徑來(lái)定義，高度根據(jù)內(nèi)集氣室側(cè)面立板高度來(lái)定義。

圖2 鈑金三維模型的基礎(chǔ)草圖數(shù)據(jù)

選擇“放樣折彎”命令，選中兩個(gè)草圖，即可完成內(nèi)集氣室筒體的三維模型建立，筒體的厚度可在其中進(jìn)行設(shè)置。圖3 為內(nèi)集氣室體模型的建立。

圖3 內(nèi)集氣室筒體模型建立

三維模型建立完畢后，可觀察其模型參數(shù)，在此處進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)檢查，看所建立的模型數(shù)據(jù)與圖紙數(shù)據(jù)是否完全一致，以確保最終放樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。圖4為內(nèi)集氣室筒體建立完成后的圖像。

圖4 內(nèi)集氣室筒體模型建立完成

3.2 將開孔數(shù)據(jù)準(zhǔn)確地于模型上體現(xiàn)

使用“掃描切除”命令模擬油氣出口管安裝位置，將內(nèi)集氣室需開孔切除的模型數(shù)據(jù)體現(xiàn)在內(nèi)集氣室主體實(shí)體上。詳見圖5、圖6 和圖7。

圖5 模擬油氣出口管的安裝位置數(shù)據(jù)

圖6 模擬油氣出口管的安裝位置數(shù)據(jù)

圖7 形成開孔后的三維模擬數(shù)據(jù)

3.3 鈑金展開形成平面圖形形式

通過(guò)“平板型式”功能將鈑金展開為平面圖形形式，見圖8。

圖8 鈑金展開形成平面圖形形式

3.4 平面數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化

通過(guò)SolidWorks 軟件的工程圖功能，將展開的平面圖形鈑金轉(zhuǎn)化為工程圖模式，同時(shí)利用工程圖中的格式轉(zhuǎn)化功能，將SolidWorks 的工程圖以1∶1 的比例轉(zhuǎn)化為AutoCAD 平面圖形。

具體操作：點(diǎn)擊圖9 對(duì)話框內(nèi)的“選項(xiàng)”按鈕，將“比例輸出1∶1”激活，這樣轉(zhuǎn)化為AutoCAD 的圖形是與三維模型為1∶1 的比例。最終轉(zhuǎn)化成的Auto-CAD 平面圖（圖10）。

圖9 激活1:1 比例輸出

圖10 SolidWorks 工程圖轉(zhuǎn)化為AutoCAD平面圖

3.5 結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求的平面數(shù)據(jù)加工

轉(zhuǎn)化為AutoCAD 二維圖后，基于這個(gè)1∶1 比例的可編輯圖形，可以進(jìn)行尺寸標(biāo)注，通過(guò)縱橫數(shù)據(jù)線來(lái)確定所需放樣切割弧長(zhǎng)上的點(diǎn)，進(jìn)而形成連續(xù)的切割弧長(zhǎng)。詳見圖11。

圖11 二次尺寸數(shù)據(jù)加工后的放樣圖形

4 參數(shù)化數(shù)據(jù)庫(kù)的建立

前文所述為容器開孔放樣的操作過(guò)程，在現(xiàn)場(chǎng)施工中，會(huì)有多種多樣的放樣需求。例如不同形式的開孔放樣，同時(shí)，同一種形式的開孔放樣還涉及不同的相對(duì)尺寸。因此，若每碰到一個(gè)放樣形式、一種放樣尺寸，都按照上述過(guò)程操作一遍，那工作內(nèi)容將非常大。因此，在這里需要建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)。不同的開孔放樣形式見圖12—16。

圖12 經(jīng)過(guò)筒體軸心的水平開孔

基于SolidWorks 軟件三維模型的參數(shù)化設(shè)計(jì)，同一形式的開孔放樣模型只需建立一次即可，而后將這些模型進(jìn)行分類保存。在遇到實(shí)際情況時(shí)，首先將開孔放樣形式進(jìn)行匹配，而后調(diào)出所匹配的模型，這樣只需將所定義的參數(shù)進(jìn)行改變即可。同時(shí)，SolidWorks 軟件的工程圖是自動(dòng)提示更新的，若三維模型發(fā)生變化，那么系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)彈出提示對(duì)話框，提示操作者是否進(jìn)行工程圖的更新。

一下列舉幾種常見的開孔放樣形式：

圖13 經(jīng)過(guò)筒體軸心的斜插開孔

圖14 不經(jīng)過(guò)筒體軸心的切向開孔

圖15 經(jīng)過(guò)軸線垂直于變截面的開孔

圖16 經(jīng)過(guò)軸線水平插入變截面的開孔

5 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹利用SolidWorks 軟件的鈑金功能進(jìn)行容器的快速開孔放樣。首先需確保三維模型建立的準(zhǔn)確性，所建立的三維模型要與圖紙上的尺寸完全一致；而后是開孔的數(shù)據(jù)輸入，要求開孔尺寸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、開孔形式位置準(zhǔn)確，這樣得出的展開放樣尺寸數(shù)據(jù)才是準(zhǔn)確無(wú)誤的，才能有效地指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。三維模型的建立也是一個(gè)開孔仿真的過(guò)程，即將施工藍(lán)圖上所表達(dá)的數(shù)據(jù)內(nèi)容通過(guò)仿真至三維模型中。觀察三維模型的過(guò)程也是檢查的過(guò)程，看所建立的模型及輸入的數(shù)據(jù)是否符合圖紙、符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，如果這兩條均符合了，那么這個(gè)開孔放樣的數(shù)據(jù)一定是準(zhǔn)確的。

同時(shí)，本文另一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)就是參數(shù)化的模型應(yīng)用，在針對(duì)同種類型的開孔放樣，只需一次建立模型即可；做好類型匹配后保存，在使用的時(shí)候僅需將新的參數(shù)進(jìn)行正確的輸入即可。參數(shù)化的模型使用，大幅度提高了工作效率，并確保技術(shù)反應(yīng)快速、準(zhǔn)確、有效。