船舶燃油单元计算机辅助管路设计系统

船舶燃油单元计算机辅助管路设计系统

0基于硬件平台的三维设计及优化船舶油挤出管道的安装是现代船船设计和制造过程中工作量最大、最复杂、最困难的部分。传统的手工设计敷设管路方案,因其缺乏直观性、容易导致设计错误、浪费原材料、效率低下等缺点而逐渐被淘汰。目前,国外一般在工作站上利用专业造船软件如TRIBON、FORAN等进行管路设计,但这些系统价格昂贵。随着微机运算速度的提高,存储容量的加大,以及微机平台上三维设计软件的日益完善,国内一些企业已开发出使用于航空、化工、锅炉制造等行业的基于微机平台的三维计算机辅助管路设计系统,这些系统一般均采用曲面造型,而且在船舶制造业则尚未得到应用。本文针对我国中小型船舶制造企业的生产现状,在微机平台上,利用MDT(3.0)(MechanicalDesktop)三维机械设计软件,建立了基于实体模型的船舶供油单元计算机辅助管路设计系统。1mdt软件中的干涉检验船舶供油单元管路较为复杂,管道走向一般为三维空间直线或曲线,若采用曲面造型,创建管道将较为方便,但是,它具有明显的局限性:一方面,在曲面造型的过程中无法使用尺寸驱动,生成的管道零件图中将没有尺寸标注;另一方面,采用曲面造型创建的管道,无法使用MDT软件自身的干涉检验功能进行管道与管道之间、管道与其他装置之间的干涉检验,更无法进行后续的物性分析和有限元分析等工作。若在创建管道时采用实体造型,充分利用软件自身的功能,则可很好地避免以上问题,大大降低系统设计工作量,并使系统功能得到扩充。前已述及,船舶供油单元管路属复杂管系,其中三维空间管道居多。在MDT中只能对二维平面路径进行扫掠创建实体,而不能对三维路径(三维螺旋线除外)直接进行扫掠。要解决上述问题,就需要我们不断变换草图平面,把三维空间管道路径划分为数段二维平面路径,依次进行扫掠,生成连接管道。根据船舶供油单元管道分布的特点:管道一般沿平行或垂直于舱壁方向布置,我们把这类管道归属于规则路径管道,而那些不符合上述特征的管道,我们则把它称之为不规则路径管道。下面,分别就规则路径和不规则路径如何创建管道加以介绍。2两端口同向异向时的管道连接规则路径管道是指沿平行或垂直于舱壁方向布置的管道。若建立适当的空间直角坐标系,则管道必平行于某一坐标轴,管道两端连接的法兰端口法线方向也必平行于某一坐标轴。根据被连接两法兰端口法线方向的不同,可将规则管路划分为Z-Z、X-X、Y-Y、Z-X、Z-Y、X-Y六种类型。根据两端口之间相对位置关系,对每种类型还需作进一步讨论。Z-Z、X-X、Y-Y这三种类型均属两端口法线相互平行,它们的连接情况相似;Z-X、Z-Y、X-Y这三种类型均属两端口法线相互垂直,其连接情况亦相似。下面就Z-Z类型中一例,对规则路径管道的创建进行详细阐述。当被连接两端口法线相互平行时(平行于Z坐标轴),它们的正方向可能相同,也可能相反,即有同向与异向之分。当两端口同向时,它们之间的相对位置关系又可以这样描述(如图1):令点S10(x10y10z10)为端口1的圆心,点S20(x20y20z20)为端口2的圆心,DTX=x20-x10、DTY=y20-y10、DTZ=z20-z10为两端口在X、Y、Z方向上的相对位置,根据DTX、DTY、DTZ的值和弯管半径RA值间的关系,可将两者间的相对位置分为多种情况。倘若此时DTX、DTY、DTZ的绝对值均大于等于两倍的RA值,则系统为两者间的管道连接提供4种可行路径(如图1),这四种路径分别为:X-Y-Z、Y-X-Z、X-Z-Y、Y-Z-X。考虑到连接的可行性,管道的两端沿各自法线方向距端口圆心至少有RA的距离方可弯曲。从图1中可知,若选择路径1,创建管道至少需要变换3次草图平面,第一个草图平面应过S10点且平行于ZX坐标面,路径L1段、RA1段在该草图平面内;第二个草图平面应过PT1点且平行于YX平面,路径L2段、RA2段在该草图平面内;第三个草图平面应过S20点且平行于YZ平面,路径L3段、RA3段在该草图平面内。依次在这三个草图平面内定义二维扫掠路径、标注尺寸、根据管道内、外径值扫掠生成连接管道。由于管道是基于实体模型创建的,可利用MDT软件干涉检验和创建二维工程图功能,进行管道与管道之间、管道与其它设备之间的干涉检查,并自动生成带尺寸的管道零件图(如图2)直接指导生产。若按系统提供的路径生成的管道均与其它零部件发生干涉或不满足最小扳手空间需要,系统还提供了交互修正路径方式,用户可通过鼠标、键盘输入来直接给出管道连接路径。这时,管道的路径不再局限于平行或垂直于舱壁,它可以由坐标面平行直线、空间倾斜直线和圆弧组成,也不再属于规则路径了,而应属于不规则路径,不规则路径管道的创建将在本文第3部分中介绍。以上只是对Z-Z类型中某一种相对位置时连接管道的自动生成进行了讨论,至于其它类型、其它相对位置时的管道连接,其路径不尽相同,但管道生成的原理、步骤却基本相同,故在这里不再赘述。3路径不合理的处理所谓不规则路径,是指被连接两法兰端口中至少有一个端口的法线不平行于任一坐标轴,或连接路径中至少有一段不平行于任一坐标轴。根据被连接端口分布的方位不同,不规则路径管道连接的情况多变而复杂,我们无法象对规则路径管道那样,为各种状态时的管道连接提供可行路径,只能给出常见的路径连接方式和交互修改路径方式。因为路径的通用性和交互修改的随意性,在生成连接管道之前,还必须对不规则路径的合理性进行判别,步骤如下:(1)合理性初判。判断连接路径中任意相邻两直线之间的夹角是否<90,根据管道连接的基本要求,若<90,则路径不合理,请重新选择路径或交互修改路径;若>90,则继续;(2)合理性再判。判断连接路径中首末两段的长度是否≥RA(RA为弯管半径),中间任意段的长度是否≥2RA,若满足条件,则继续管道的创建;否则,请重新选择路径或交互修改路径。重复上述两步骤,直至路径满足合理性要求为止。由于不规则路径中三维倾斜直线段和曲线段的存在,建立平行坐标面的扫掠草图平面显然已不能满足要求,为此,我们需要建立多个用户坐标平面,并以此为草图平面,将该路径转化为草图平面内的二维路径,方可依次扫掠生成管道连接。具体方法如下:(1)如图3所示,在连接路径中依次选择相邻两段直线L1、L2,以L1、L2建立用户坐标平面ucs1,以ucs1为草图平面;(2)以RA为半径,对直线L1、L2倒圆角,得圆弧段RA1,此时RA1段也必在ucs1平面内;(3)在ucs1平面内,定义二维扫掠路径L1、RA1(若L2为路径末端,路径中也包含L2段),标注尺寸,扫掠生成管道实体;(4)依次对直线L2、L3…Ln、Ln+1重复上述步骤,直至生成完整的连接管道为止。由于管道同样是基于实体模型创建的,故可直接进行干涉检查和生成管道零件图。不规则路径管道中三维倾斜管道段的存在,使得零件图中仅用二维视图表达往往很不直观,给读图造成不便。因此,对一些较为复杂的管道除了用二维视图表达外,还需辅以三维立体图来表达,或者直接用三维管道立体图来表达显得更简洁、直观。本系统在原有二维视图表达的基础上,还开发出了管道三维立体图的表达功能(如图4),图4中,不仅标注出了每段管道的长度、弯管半径,而且在三维管段位置的标注方面比二维视图要直观、方便得多。(为清晰起见,将管道轴线尺寸标注在管