三维软件MDT在工业炉设计中的应用

2013-05-23 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

陈珠云黑逸容来源:万方数据
关键字:三维设计二维设计参数化非标性

MDT(Mechanical Desktop Release)是三维机械设计软件。三维设计是通过建模的方式,将所用的每一个零件、部件真实地创建出来,并把他们按设计思路、要求进行模型间的焊接、拼装,直至完工的设计过程。在建模过程中,设计者既设计又施工,倍感真实,使CAD设计提高了一个台阶。

在计算机辅助设计中,AutoCAD软件的成功应用和普遍使用使设计人员摆脱了图板、铅笔等工具,大大提高了绘图质量和工作效率。但设计方式并没有改变,都是把大脑中设想的模型,遵循制图的投影规则一条线、一个视图地手工画出来。正确与否完全依赖设计者的空间想象能力。随着科技的发展,计算机软件、硬件的不断开发和公司业务逐步向国外市场拓展,需要不断提高设计水平。而工业炉的最大特点是非标性,这就意味着炉型合理设计的重要性和设计任务的繁重性。在这种情况下只有改变设计理念,运用全新的设计方式才可能进一步提高工作效率和设计水平。对此,福臻热工公司做了大胆的尝试,将MDT三维设计运用到了实际工作中。 MDT是Autodesk公司在PC平台上开发的三维机械CAD系统.它是运行在AutoCAD之内的参数化实体造型系统所以对于熟悉AutoCAD的工业炉设计用户来说,很容易接受MDT中文板的用户界面和工作环境.从这一点看MD7,比其它的如UG,SolidWorks,CATIA等三维设计软件更易接受。经过近两年多的准备、施实,效果明显,它将是又一种先进的行之有效的设计方式。

    1三维设计的优越性

    1.1直观性

大家知道,二维图是需要有一定专业知识的人才能看懂的,稍微复杂的图纸即使专业人员也要通过高平齐、宽对正、实线、虚线等制图规则,在大脑中不断建构模型,精神要高度集中才能看懂,如遇上图纸中有错误,三视图有对不上之处,就要反复看才能识别。无论是设计过程还是识图过程都是在不停地进行着立体实物与平面表达方式的转换过程,费时,费脑。而三维图则不然,它是直接将大脑中的立体模型创建于MDT的三维模型空间中,以实体的形式直接呈现在设计人员面前,见图1.

三维软件MDT在工业炉设计中的应用autocad案例图片1

与一直沿用的平面的不可动的二维设计方式相比,近乎真实施工的、可动的三维设计方式突显出许多优点。它完全是立体的,能直观地表达设计意图和设计效果,在电脑中可按1:1的尺寸真实创建立体模型,不同的零件或部件还可使用不同的颜色,视觉效果非常好,能给人一种愉快的工作心情。

在设计的任何时候,都可通过三维旋转浏览器,对模型进行全方位任何角度的观察,能既快捷又直观地看清结构及问题,可以随时方便地隐藏或显示任何零件,来观察系统或部件的内部结构;对可动部分,可方便地显示各种状态,并观察其动作过程。而二维图要显示这些情景是很难的。

    1.2三维模型和二维工作图的一致性

三维设计确有二维设计无可比拟的操作效果,但三维模型不能作为施工图使用,需转换成二维工程图。MDT提供快捷的转换功能。由三维模型可快速转换为二维工程图,只需几秒种的时间,就像有一台视图摄像机一样。通过设置"创建工程图"对话框还可选择是否以虚线形式显示不可见线。创建的视图包括各正向视图、各位置剖视图、轴侧图、辅助视图、局部视图、打断视图和剖面视图等。且因三维模型与二维视图使用同一图像数据库,所以修改三维模型二维视图可同步更新,即三维模型与二维工程图的对应是双向关联、同步进行的。MDT工程图提供完善的视图投影关系,所以只要模型正确就不用担心三视图的对应关系,见图2。这样可以准确表达设计意图,是CAD的一大进步,可以节省设计人员的脑力。

三维软件MDT在工业炉设计中的应用autocad案例图片2

1.3能自动产生零件名细表及材料表

工业炉因其非标件很多,包括各种材质、多种规格的型材、板材、管材等金属材料,更有各种保温耐火等非金属材料,所以材料表的制作是一件非常麻烦的事情,材料需一项一项统计、归类。这就容易多项、漏项或计算错误。每一项都要先算出它的体积再与其比重相乘算出单重,如有相同的多个零件还要乘数量得出总重。在计算体积时如零件外型复杂或计算保温材料时,准确计算体积是很困难的。合计也要逐项手动去算。特别是当结构材料有变时,材料表的修改不仅需要人耐心和细心,更需要花费时间。虽然在工作过程中会通过查表查找诸如型材、管材等的每米单重再利用Excel电子表格输人一些相关公式或使用计算器等工具,但这些都不能直接与图相联,仍需逐项手动输人到材料表中,仍显得十分繁琐。为了满足出图和材料采购等的需要,材料常须以不同的组合或合计方式列出,打印成不同分类形式的表格。虽然可采用复制,但表格行数需自行编辑,合计还需手动去算。

MDT的材料表是随设计过程自动编辑的,因为它与材料表数据库链接着。每创建一个零件或部件的同时,它的名称、标准号、重量、数量等属性已在数据库中记录了,任何时候都可查看数据库。当要制作材料表时先打开材料表数据库,这时模型中的每一个零件或部件及所有零部件合计值都会出现在数据库中,完全相同的多个零件或部件,已自动累计,并显示数量。

通过设置其对象特性可编辑材料表样式,然后进行项目编辑。在数据库中所有不同的零件都可逐项单独展开显示,也可通过点击每项左侧的"+、-"号来展开或收拢各部件,并可拖动某项到其它部件中或改变其在表中的顺序位置。此项操作也可在浏览器中进行,整理结果在数据库中同步反映。部件属性可整体显示,也可按展开的零件来显示。零部件的名称是可编辑的。零件的单重是根据不同的材质编辑比重而实现重量的准确统计,也就是说每创建一个零件的同时它的体积就同步确定显示了,是不可编辑的(除非修改模型)。

在零件的质量特性中同时反映的还有零件的外表面积、质心、质量惯性矩等,这也给工程计算提供很多现成的准确数据。整理达到所需目的后即可插人明细表打印,见图3。如果要出不同分类方式的表格,对MDT来说也是易如反掌,只要重新整理数据库或配合使用材料表过滤器来插人所需部分零部件的材料表即可,数据库可多次整理。当设计有变动时,材料表会自动跟踪变化,同步统计反映。MDT中材料表的处理是一个整理的过程,而二维材料表的处理是手工输入的过程。与数据库的链接是MDT的一大优点,既准确又为设计者节省很多时间和精力。

三维软件MDT在工业炉设计中的应用autocad技术图片3

    1.4易于实现团队协同设计,提高效率

工业炉的设计不会是一、两个人能完成的,每一个项目都需多人协作共同完成。这就有一个各部分间的衔接问题。几个零件间的组装容易查出组装是否合理或干涉问题,但零部件较多的大型部件间的装配由于二维图的平面视图效果,再加上如有部件的剖切与总图的剖切位置不相同时,就很难全面检查衔接问题,要靠想像然后局部重点检查。而MDT三维模型的组装是把单个模型象搭积木一样有序装配成一个系统,多个系统又可组成一个完整体系。每一部分的模型都在世界坐标系下,在总图所给定的空间位置上组建模型。这样就可以方便地把每个人设计的三维系统在世界坐标系下自动装配到一起以审核整体效果和相互间的真实关系,而不用手动去拖动各部件。这个过程远比把不同人设计的二维图装在一起要快得多,容易得多,也直观清楚。这时用三维旋转浏览器就可以全方位观查或使用干涉检查工具显示是否有干涉情况和干涉的程度有多大。

    2三维设计的基本过程

基于历史的原因及工业炉本身的结构特点和使用条件的复杂性,目前工业炉的设计依然是非标性很强的设计。在炉子设计阶段为求得最佳方案,零部件及结构的改进在所难免,有时要反复修改。没有使用过或初次接触三维设计的人大都有三维造型很难和如何修改的顾虑。因为二维是平面的概念而三维则是立体的概念。

    2.1零件的创建及修改

三维设计主要是在MDT提供的模型空间中进行的,模型空间就象是施工的现场,零部件模型按照施工的顺序逐一创建,并依次组装。由于三维模型是基于特征的实体造型,就是说每一个零件的创建都是先创建一个基础特征,然后在基础特征上根据需要多次添加各种特征,如拉伸、旋转、扫掠、倒角等特征,只要掌握了三维坐标的方向问题,模型的创建是容易的。这为工业炉多种非标件的造型提供了方便。特征的参数化指决定模型形状和大小的所有尺寸都是以可随时编辑的参数表示的,参数与模型双向关联,即修改参数可以改变模型,改变模型也可修改参数,操作灵活方便。常规二维设计的修改是对已有视图的修改,局部的改动可能会给视图造成很大差异且要所有视图一一修改,经常会出现改不全或漏改的情况,从而给读图带来麻烦,甚至时常感觉改图不如重画图。而三维图的修改只是对模型的修改。模型的直观性使设计人员的操作更有针对性。如果只修改零部件间的相对位置则只需像搭积木一样重新调整位置就行。如果是对单个零件形状的修改,那就可以利用MDT提供的特征参数化不断修改各特征的参数并观察效果,直至达到设计愿望为止,不必重建模型。

2.2创建并整理部件

在Desktop浏览器中可以创建部件,根据需要将多个零件组成一个部件,部件是作为一个整体参与编辑、组装的。通过在不同的部件间拖动零件可以方便地改变部件的组成。这种拖动、组合也可在不同级别的部件间实现。

    2.3总图组装

当团队协同设计时,所有人都在世界坐标系下按照总图给定的空间位置建构模型,这时组装时只要选择插人原坐标,各部件将快速自动装到预定的位置上,完成总图的组装。但三维模型文件很大,总图组装后往往操作很慢,可采用以外部参照的方式将大的部件装人总图中,效果相同,但文件不会变大,方便操作。

    2.4与AutoCAD共享图形倍息

如果要利用AutoCAD对工程图作进一步的处理,或与只有AutoCAD的其它用户共享工程图信息,可以将MDT工程图输出为AutoCAD二维图形文件。

    3如何加快三维设计

    3.1利用通用标准件库并建立本公司专用零、部件库

根据工业炉设计的需要,事先要做一些常规标准件和大量用到的炉用标准件、企业标准件以方便快速出图。常规二维设计的做法是每一规格的标准件都要手动画出它的三视图才可方便使用。简单的型钢也得画出每一规格的断面。因为不同规格间断面的变化不是按某一比例调整的,也不能通过单独拉伸一、两个方向的尺寸能完全改变的。且工业炉涉及标准件种类多、规格范围较大,所以制作标准件的工作量就很大。即使这样在使用时由于所选标准件在部件中所处位置与三视图的投影的关系仍需修改部分线条的可见性。如何更快更高效、方便地制作及使用标准件仍有待进一步探索。通过做三维标准件,笔者发现三维标准件在各方面要大大优于二维标准件的制作和使用。

三维设计中使用的标准件也是三维模型。MDT软件中自带着许多标准件,如常规的紧固件、轴用零件、型材等约50万个标准件,只要选择、插入即可,使用非常方便。对于大量使用的炉用件及企业常用件的制作,也因MDT提供的参数化实体造型和能与Excel电子表格软件相链接的功能而显得轻松自如。比如,要做外形相差不大而具有不同规格的一系列零件,如管件、阀门、车轮等时,只要做出其中一个模型,然后将确定该模型的参数化尺寸设为变量并赋值,再链接到Excel电子表格中,将其它规格零件的特征尺寸值对应地输人即可,也就是所谓的表驱动。使用表驱动可以快捷地创建一个个零件族,见图4.

三维软件MDT在工业炉设计中的应用autocad技术图片4

在使用时只要点击想要的规格,对应模型自动调整。熟练使用电子表格驱动可使设计处于一个参数化系统中,这是三维造型的高层操作。

    3.2建立本公司专用菜单,加快调用图块

运用软件自带的VB编辑器,把企业标准件加载到操作窗口的菜单中,可方便调用标准件以加快标准件检索及调用速度。

    4三维设计对硬件的要求

目前硬件发展水平,已能适应3D设计的需要。但在配备硬件时,还要选较高的配置。主要是CPU,内存及显卡。CPU主频应在3G或以上,内存1G或更多,采用专用图形显卡。

    5结束语

如果说从图板绘图到电脑二维CAD画图是绘图质量的一次飞跃,那么从二维CAD到三维CAD则是设计理念的改变。总之,三维设计更接近实际,不再完全依赖于平面视图的投影关系,使图纸不再显得高深难懂。它将以形象、高效、快速、适用赢得广大工业炉设计人员的青睐,值得推广。