應(yīng)用SolidWorks軟件進行參數(shù)化快速開孔放樣

梁 昊 劉 巍 王旭東 王巖松

中國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)過程中，施工現(xiàn)場多涉及現(xiàn)場組焊的壓力容器。壓力容器除主體結(jié)構(gòu)組焊外，還需進行現(xiàn)場開孔、管口安裝，因此需要在施工現(xiàn)場進行壓力容器的開孔放樣。以往工程中，多數(shù)使用AutoCAD 軟件，利用投影視圖來進行開孔放樣，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的繪圖操控，才能確保放樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。同時，此工作過程耗時長?；谝陨祥_孔放樣工作的實際情況，在這里探索應(yīng)用SolidWorks 軟件進行參數(shù)化的開孔放樣工作，在確保放樣數(shù)據(jù)精確性的同時，可大幅度提高工作效率。

1 放樣工作的數(shù)據(jù)結(jié)果

放樣工作的過程是空間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化過程，即將三維空間的一系列數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為平面弧長。這樣現(xiàn)場施工作業(yè)人員可根據(jù)平面弧長的數(shù)據(jù)，使用施工現(xiàn)場準(zhǔn)確可行的測量工具將這些數(shù)據(jù)于容器實體上進行體現(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實體建模繪制出來，而后通過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)在容器實體上。此時即完成了第一階段的1:1 仿真過程，所繪制的容器實體及拉伸切除形成的容器開孔均于三維實體上直觀體現(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。這一過程是三維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為二維數(shù)據(jù)的關(guān)鍵點，雖然在軟件操作中只是一個功能按鍵的操作，但這個過程需要上一階段準(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)場易操作的AutoCAD 平面數(shù)據(jù)，這樣現(xiàn)場技術(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)場施工作業(yè)人員快速、準(zhǔn)確地進行容器開孔作業(yè)。

3 鈑金功能的應(yīng)用過程

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，進行放樣過程的詳細分解。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)場組焊為整體，油氣出口管單體單獨到貨，因此需將內(nèi)集氣室進行開孔，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，需分別進行放樣過程，此處僅通過對側(cè)面立板的放樣來進行詳解。

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)境下進行三維建模，由于6 個油氣出口管的放樣數(shù)據(jù)均一致，因此僅需將一個油氣出口管的放樣數(shù)據(jù)進行解析即可，這樣在建模的過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邊緣線，因此在建立模型的時候不能建立一個封閉的內(nèi)集氣室筒節(jié)。因為這樣軟件系統(tǒng)找不到固定邊緣，從而無法展開鈑金。

鈑金三維模型的建立需要“放樣折彎”這個命令進行，只有這個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)徑來定義，高度根據(jù)內(nèi)集氣室側(cè)面立板高度來定義。

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)，在此處進行進一步詳細檢查，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“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：點擊圖9 對話框內(nèi)的“選項”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)場實際需求的平面數(shù)據(jù)加工

轉(zhuǎn)化為AutoCAD 二維圖后，基于這個1∶1 比例的可編輯圖形，可以進行尺寸標(biāo)注，通過縱橫數(shù)據(jù)線來確定所需放樣切割弧長上的點，進而形成連續(xù)的切割弧長。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)庫的建立

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

圖12 經(jīng)過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，同一形式的開孔放樣模型只需建立一次即可，而后將這些模型進行分類保存。在遇到實際情況時，首先將開孔放樣形式進行匹配，而后調(diào)出所匹配的模型，這樣只需將所定義的參數(shù)進行改變即可。同時，SolidWorks 軟件的工程圖是自動提示更新的，若三維模型發(fā)生變化，那么系統(tǒng)會自動彈出提示對話框，提示操作者是否進行工程圖的更新。

一下列舉幾種常見的開孔放樣形式：

圖13 經(jīng)過筒體軸心的斜插開孔

圖14 不經(jīng)過筒體軸心的切向開孔

圖15 經(jīng)過軸線垂直于變截面的開孔

圖16 經(jīng)過軸線水平插入變截面的開孔

5 結(jié)束語

本文主要介紹利用SolidWorks 軟件的鈑金功能進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)確無誤的，才能有效地指導(dǎo)現(xiàn)場施工。三維模型的建立也是一個開孔仿真的過程，即將施工藍圖上所表達的數(shù)據(jù)內(nèi)容通過仿真至三維模型中。觀察三維模型的過程也是檢查的過程，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)場實際，如果這兩條均符合了，那么這個開孔放樣的數(shù)據(jù)一定是準(zhǔn)確的。

同時，本文另一個關(guān)鍵點就是參數(shù)化的模型應(yīng)用，在針對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，在使用的時候僅需將新的參數(shù)進行正確的輸入即可。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。