鋼構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用

1、鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)中PRO/E軟件的應(yīng)用大型鋼結(jié)構(gòu)是武昌造船廠民品的重要組成部分，主要包括大型橋梁產(chǎn)品和成套設(shè)備等。目前武昌造船廠在國(guó)內(nèi)大型鋼結(jié)構(gòu)制造業(yè)迅速崛起，放眼不斷開拓的市場(chǎng)，要爭(zhēng)取絕對(duì)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，提升自主創(chuàng)新能力成為關(guān)鍵。鑒于此，引進(jìn)了PTC公司的PRO/E三維設(shè)計(jì)軟件，以不斷推進(jìn)工廠在傳統(tǒng)大型鋼結(jié)構(gòu)制造領(lǐng)域內(nèi)設(shè)計(jì)模式和管理理念創(chuàng)新。二、大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)PRO/E三維設(shè)計(jì)軟件通過(guò)與傳統(tǒng)大型鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的結(jié)合應(yīng)用，形成的大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)相比有了很大飛躍，集中體現(xiàn)在以下三方面：(1) 設(shè)計(jì)思路的開拓?；赑RO/E軟件的三維設(shè)計(jì)采取自頂向下的設(shè)計(jì)思路，即先構(gòu)架產(chǎn)品

2、的整體框架模型，再依次進(jìn)行單元件和零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)。由于框架模型中多層次分布的骨架包含了整個(gè)產(chǎn)品的主要定位和參考信息，因此這種設(shè)計(jì)思路提升了產(chǎn)品主管對(duì)產(chǎn)品的整體把握能力。(2) 技術(shù)含量的提升。在PRO/E參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)下，由于所有點(diǎn)、線、面及實(shí)體等特征均通過(guò)可變尺寸參數(shù)和約束來(lái)控制，施工圖的基本圖面信息由三維模型自動(dòng)生成，而且以骨架為首的尺寸和約束的改變將能快速驅(qū)動(dòng)相關(guān)三維模型及二維工程圖的關(guān)聯(lián)性變更，因此與二維CAD技術(shù)下相對(duì)松散的圖面信息組合方式相比，設(shè)計(jì)的嚴(yán)密性、精度及變更響應(yīng)能力明顯增強(qiáng)。(3) 可視化效果和過(guò)程控制力度的增強(qiáng)。三維設(shè)計(jì)將設(shè)計(jì)人員專業(yè)的三維空間想象變?yōu)橹庇^的三維數(shù)字模型

3、，使設(shè)計(jì)更貼近產(chǎn)品實(shí)物;而三維建模本身是對(duì)產(chǎn)品制造和裝配過(guò)程的數(shù)字化模擬，可使產(chǎn)品建造環(huán)節(jié)中的潛在工藝和技術(shù)問(wèn)題在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)得到提前發(fā)現(xiàn)和解決。三、自頂向下的大型鋼結(jié)構(gòu)參數(shù)化三維設(shè)計(jì)流程在PRO/E軟件自頂向下的參數(shù)化設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想下，大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)在流程上大體可分圖1所示的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備、模型構(gòu)造和圖表生成三大節(jié)拍。 圖1 大型鋼結(jié)構(gòu)三維參數(shù)化設(shè)計(jì)主流程3.1 大型鋼結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)準(zhǔn)備在以PRO/E軟件為技術(shù)平臺(tái)的大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)準(zhǔn)備節(jié)可按設(shè)計(jì)策劃、方案設(shè)計(jì)和框架設(shè)計(jì)三個(gè)子環(huán)節(jié)依次進(jìn)行。 大型鋼結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計(jì)策劃在正式接到產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)后，為保證后續(xù)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)正確有序的進(jìn)行，需要進(jìn)行包括

4、以下四項(xiàng)主要內(nèi)容的設(shè)計(jì)策劃：(1) 審圖，首先應(yīng)明確并及時(shí)消除設(shè)計(jì)院藍(lán)圖中潛在疏漏之處和不定因素，再針對(duì)鋼結(jié)構(gòu)橫縱剖面的定位基準(zhǔn)及板厚分布規(guī)律進(jìn)行重點(diǎn)分析，然后簽署審圖意見，使設(shè)計(jì)藍(lán)圖具備三維設(shè)計(jì)條件。(2) 工藝拆分，即產(chǎn)品主管應(yīng)結(jié)合廠內(nèi)的工藝生產(chǎn)條件，進(jìn)一步明確鋼結(jié)構(gòu)分/節(jié)段類型，并對(duì)各分/節(jié)段的橫向和縱向進(jìn)行板單元拆分及優(yōu)化。(3) 制訂出圖計(jì)劃，計(jì)劃中應(yīng)包含詳細(xì)圖紙目錄、相關(guān)責(zé)任人及交圖期。(4) 通用件規(guī)劃，主要對(duì)在各分/節(jié)段間通用的零部件進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)。 鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品三維框架模型的方案設(shè)計(jì)在PRO/E軟件平臺(tái)下，由于鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的三維框架模型實(shí)質(zhì)上是一個(gè)自頂向下由裝配件和骨架兩類文件通過(guò)

5、一定層次和一系列虛擬裝配關(guān)系組裝起來(lái)的模型樹，因此相應(yīng)框架設(shè)計(jì)方案應(yīng)主要包括裝配樹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、骨架設(shè)計(jì)和裝配關(guān)系設(shè)計(jì)三部分。第一：產(chǎn)品框架模型樹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在大型鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的裝配樹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，主裝配結(jié)構(gòu)通常為產(chǎn)品分/節(jié)段單元件三個(gè)裝配級(jí)，骨架應(yīng)分別布局于這三級(jí)裝配組件下;同時(shí)結(jié)合產(chǎn)品的具體工藝及生產(chǎn)組織等特點(diǎn)，主裝配結(jié)構(gòu)可作適當(dāng)調(diào)整。第二：產(chǎn)品框架模型骨架設(shè)計(jì)。在裝配樹結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后，首先應(yīng)根據(jù)骨架的布局及聯(lián)系和自頂向下的思路明確各裝配級(jí)骨架之間的繼承方案，保證骨架對(duì)整個(gè)產(chǎn)品模型具有足夠的控制能力，然后針對(duì)典型骨架進(jìn)行建模方案的總體規(guī)劃，最后分別對(duì)各具體骨架的建模方案進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。第三：產(chǎn)品框架

6、模型樹裝配關(guān)系設(shè)計(jì)。為確保產(chǎn)品框架模型結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)按照以下規(guī)則進(jìn)行裝配關(guān)系設(shè)計(jì)：(1) 按缺省裝配、坐標(biāo)系對(duì)齊裝配、正裝配(指三對(duì)裝配面均對(duì)齊)和反裝配(指兩對(duì)裝配面匹配、一對(duì)裝配面對(duì)齊)順序依次選用裝配類型;(2) 裝配特征優(yōu)先參考骨架;(3) 根據(jù)零部件(在斜軸側(cè)視角下)獨(dú)立顯示時(shí)結(jié)構(gòu)側(cè)可見的原則確定與上級(jí)裝配體的正反裝配關(guān)系。 鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品三維框架模型設(shè)計(jì)產(chǎn)品框架模型的方案設(shè)計(jì)完成后，可進(jìn)行框架模型的三維設(shè)計(jì)，通常相對(duì)完整的框架設(shè)計(jì)依次可分為以下兩個(gè)主要流程：(1) 架構(gòu)產(chǎn)品頂級(jí)裝配，依次包括創(chuàng)建產(chǎn)品總裝配體、創(chuàng)建并編輯產(chǎn)品的縱、橫向總骨架、創(chuàng)建并裝配產(chǎn)品的各分/節(jié)段裝配件;(2) 對(duì)各分

7、/節(jié)段進(jìn)行框架設(shè)計(jì)，依次包括在分/節(jié)段下創(chuàng)建并編輯分/節(jié)段骨架、創(chuàng)建并裝配各橫縱向單元件以及在各單元件下創(chuàng)建并編輯相應(yīng)骨架。對(duì)于復(fù)雜產(chǎn)品，在保證對(duì)產(chǎn)品有效控制力度的前提下，可對(duì)分/節(jié)段以下框架設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行并行設(shè)計(jì)分工，以縮短設(shè)計(jì)周期并有助于設(shè)計(jì)人員平穩(wěn)進(jìn)入設(shè)計(jì)角色。3.2 大型鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品三維實(shí)體模型構(gòu)造根據(jù)大型鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品零件特征簡(jiǎn)單而裝配結(jié)構(gòu)關(guān)系復(fù)雜的特點(diǎn)，分/節(jié)段三維實(shí)體建模應(yīng)遵循以下規(guī)則：(1) 缺省裝配和骨架參照優(yōu)先：即對(duì)新創(chuàng)建的零部件盡可能采用缺省裝配，以降低裝配難度;零件的實(shí)體特征設(shè)計(jì)及裝配盡可能參照骨架，以保證骨架對(duì)模型自頂向下的有效控制。 某橋的三維模型(2) 零件實(shí)體特征的生成

8、以拉伸為主、挖補(bǔ)為輔：即對(duì)于矩形板或型材，通常根據(jù)橫截面特征拉伸生成實(shí)體;而對(duì)于異形板，通常先按基本外形輪廓沿板厚方向拉伸成實(shí)體，再通過(guò)局部挖補(bǔ)得到異形實(shí)體特征。在以上建模規(guī)則下，分/節(jié)段的三維實(shí)體建?？砂匆韵铝鞒踢M(jìn)行：(1) 創(chuàng)建并用缺省裝配關(guān)系裝配首次出現(xiàn)的單元件;(2) 完成各單元件下零部件的創(chuàng)建裝配及特征建模;(3) 引入并裝配重復(fù)出現(xiàn)的單元件和通用件;(4) 完成分/節(jié)段散件的創(chuàng)建、裝配及特征建模;(5) 填寫分/節(jié)段三維模型的材質(zhì)、規(guī)格及工藝路線等工藝信息;(6) 對(duì)三維模型進(jìn)行完整性和正確性檢查及模型完善;3.3 大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)的圖表生成根據(jù)大型鋼結(jié)構(gòu)由零件單元件分/節(jié)段的制

9、造模式，設(shè)計(jì)人員需依次提供下料、裝配制作施工圖。 完善零件圖的出圖流程目前下料施工圖主要由自主開發(fā)的套料軟件通過(guò)套料設(shè)計(jì)生成，PRO/E軟件主要通過(guò)零件分離向套料軟件提供帶有工藝信息和標(biāo)識(shí)的零件平面圖，零件分離主要包括三個(gè)流程：(1) 零件后處理：按產(chǎn)品裝焊工藝要求，對(duì)零件邊緣加放余量、補(bǔ)償量等工藝信息，得到零件的下料輪廓;(2) 生成零件平面視圖;(3) 完善零件圖：在零件二維平面圖上增加坡口、關(guān)鍵尺寸等標(biāo)識(shí)信息。 制作施工圖的出圖流程及主要技術(shù)方案目前制作施工圖均采用規(guī)定形式，以下列以單元件圖冊(cè)的出圖流程：(1) 創(chuàng)建圖冊(cè)文件并添加各單元件三維模型作為對(duì)象關(guān)聯(lián);(2) 生成各單元件視圖;(

10、3) 完善單元件圖面信息，包括創(chuàng)建球標(biāo)、畫輔助線、出示意圖、標(biāo)注尺寸、符號(hào)和插入注釋等。前一頁(yè)單元件圖完成后，后續(xù)單元件出圖可按照(2)(3)步驟依次進(jìn)行。分/節(jié)段制作圖的出圖特點(diǎn)主要在于關(guān)聯(lián)對(duì)象為分/節(jié)段三維模型，有專門配套表內(nèi)頁(yè)，且三維模型與圖冊(cè)頁(yè)面呈一對(duì)多關(guān)系。在用PRO/E出單元件和分/節(jié)段總成圖過(guò)程中，針對(duì)常見技術(shù)問(wèn)題提出以下解決方案：(1) 復(fù)雜視角和剖面的定義：通過(guò)在三維建模環(huán)境下分別通過(guò)重定向視圖工具和視圖管理器中實(shí)現(xiàn)，當(dāng)視角方向與剖面垂直時(shí)，可在同一視圖中配合使用;(2) 視圖輔助信息的生成：首先在繪圖環(huán)境下根據(jù)BOM表球標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了視圖中各零部件的快速自動(dòng)關(guān)聯(lián)標(biāo)識(shí)，其次通過(guò)線

11、草繪或偏置視圖邊界獲得視圖的輔助線信息，解決了輔助尺寸的標(biāo)注問(wèn)題，再者通過(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)符號(hào)庫(kù)解決了焊縫等符號(hào)的標(biāo)識(shí)問(wèn)題;(3) 示意圖的生成：由于示意圖通常包含工藝信息，在理論三維模型中體現(xiàn)代價(jià)很大甚至無(wú)法體現(xiàn)，為此提出兩種解決方案：第一，三維模型關(guān)聯(lián)生成法，即先根據(jù)示意圖的特征建立相應(yīng)三維模型，然后將三維模型關(guān)聯(lián)到繪圖中，生成相應(yīng)視圖;第二，圖元繪制法，即在繪圖環(huán)境下通過(guò)線草繪等功能獲取示意圖圖元信息。四、系統(tǒng)集成環(huán)境下的大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)在與傳統(tǒng)大型鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的結(jié)合應(yīng)用過(guò)程中，PRO/E作為設(shè)計(jì)軟件，主要提供更先進(jìn)的設(shè)計(jì)平臺(tái)和產(chǎn)生更好的信息載體，而三維設(shè)計(jì)價(jià)值的充分體現(xiàn)還有賴于整個(gè)設(shè)計(jì)管理

12、體系的架構(gòu)。鑒于此，采取了先將PRO/E軟件與數(shù)據(jù)管理軟件集成，然后以數(shù)據(jù)管理軟件為信息管理中樞，實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)信息對(duì)套料軟件等系統(tǒng)軟件有效控制的總體集成方案。通過(guò)系統(tǒng)集成，大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)尤其在組織工作模式和套料管理方面產(chǎn)生了積極影響。4.1 大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)組織工作模式的改善在僅有PRO/E軟件的環(huán)境下，大型鋼結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)主要采用文件共享的工作模式。即在共享工程項(xiàng)目文件夾中建立框架模型總裝配體、各分/節(jié)段和通用件子文件夾，各團(tuán)隊(duì)成員然后在共享文件夾上進(jìn)行相應(yīng)分/節(jié)段的三維設(shè)計(jì)。而在系統(tǒng)集成的環(huán)境下，團(tuán)隊(duì)三維設(shè)計(jì)主要采取本機(jī)建模與定期入庫(kù)相結(jié)合的方式。即先將產(chǎn)品的框架模型入庫(kù)到數(shù)據(jù)庫(kù)

13、，再通過(guò)數(shù)據(jù)管理軟件將分/節(jié)段設(shè)計(jì)任務(wù)分給設(shè)計(jì)人員，設(shè)計(jì)人員通過(guò)身份驗(yàn)證訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，找到相應(yīng)設(shè)計(jì)任務(wù)并提取相應(yīng)的框架模型到本機(jī)，便可在本機(jī)進(jìn)行三維建模，待建模到一定階段再將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)送回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)更新。這種系統(tǒng)集成的三維設(shè)計(jì)工作模式更有助于提高團(tuán)隊(duì)三維設(shè)計(jì)整體效率和數(shù)據(jù)管理控制力度。4.2 大型鋼結(jié)構(gòu)套料管理模式的改進(jìn)在系統(tǒng)集成前，PRO/E軟件主要向套料軟件提供完善零件圖，套料設(shè)計(jì)的管理主要通過(guò)經(jīng)驗(yàn)控制;而在實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)集成后，由PRO/E軟件產(chǎn)生的三維設(shè)計(jì)信息作為信息載體的作用在套料設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)得到了充分的發(fā)揮。通過(guò)管理軟件的數(shù)據(jù)處理，套料任務(wù)的創(chuàng)建、套料零件清單的編輯以及套料零件裝焊去向的記錄均可在產(chǎn)品三維模型的模型樹上進(jìn)行，而套料任務(wù)中零件的篩選也可嚴(yán)格按照產(chǎn)品三維模型中定義的材質(zhì)、板厚等工藝參數(shù)進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)了三維設(shè)計(jì)信息對(duì)套料設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確管理控制。五、結(jié)語(yǔ)通過(guò)PRO/E軟件與大型鋼結(jié)構(gòu)三維設(shè)計(jì)的結(jié)合應(yīng)用，傳統(tǒng)大型鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)思路、技術(shù)含量以及