基于CATIA HVAC Design模塊的暖通設(shè)備庫定制方法研究

摘 要：CATIA軟件的設(shè)備與系統(tǒng)設(shè)計模塊可以根據(jù)已有的庫文件進(jìn)行機電設(shè)備布置及高效的管道設(shè)計。文章首先介紹了國內(nèi)CATIA設(shè)備庫方面的應(yīng)用情況，然后以某暖通廠家設(shè)備資料為基礎(chǔ)，介紹了參數(shù)化建模思路及方法，并重點探索設(shè)備非幾何信息的屬性集成以及暖通設(shè)備庫的建立方法，接著利用實際工程對設(shè)備庫進(jìn)行了設(shè)計檢驗。最后對機電設(shè)備庫在在水利工程建筑物中的應(yīng)用進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：三維設(shè)計；設(shè)備庫；知識工程；參數(shù)化

前言

CATIA軟件的設(shè)備與系統(tǒng)設(shè)計模塊可根據(jù)已有的庫模型快捷高效的進(jìn)行機電設(shè)備布置及管道設(shè)計，并可對模型進(jìn)行空間分析檢測、二/三維結(jié)果輸出等。CATIA軟件在航空機械領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但在暖通行業(yè)中的應(yīng)用仍有挑戰(zhàn)。CATIA的設(shè)備庫只有基本功能的樣例，且與我國國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，并不能滿足實際應(yīng)用。在實際推廣CATIA軟件之前，探索如何建立符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備庫建立方法非常必要。

國內(nèi)各科研機構(gòu)及設(shè)計院對設(shè)備庫建立進(jìn)行了有益的探索。楊小龍研究了Tubing模塊客戶化定制的方法[1]，李強應(yīng)用三維可視化建模工具與知識工程模塊建立帶屬性及設(shè)計規(guī)則的機電零件三維設(shè)備的方法[2]。國內(nèi)尚未展開對暖通模塊設(shè)備庫建立進(jìn)行研究。暖通管道截面大多為矩形截面，異于Tubing模塊中常見的圓形管道，這要求暖通模塊中設(shè)備連接點的定義較Tubing模塊更為嚴(yán)格，所以探索暖通設(shè)備庫的實現(xiàn)方法勢在必行。

文章以某廠家設(shè)備尺寸為資料，對其進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，將參數(shù)化的模型賦予專業(yè)屬性并與數(shù)據(jù)表相關(guān)聯(lián)，通過設(shè)備庫進(jìn)行解析并組織管理，最后通過引用設(shè)備庫快捷高效的進(jìn)行實際工程的設(shè)備布置及管道設(shè)計。

1 暖通設(shè)備庫的建立

暖通設(shè)備一般為成套系列產(chǎn)品，即同一產(chǎn)品有多個不同的型號，不同型號產(chǎn)品具有相同的體型參數(shù)。CATIA具有強大的參數(shù)化的功能，使得CATIA軟件建立參數(shù)化設(shè)備庫成為可能。

1.1 設(shè)備體型建立及參數(shù)化

參數(shù)化設(shè)計（Parametric design）基本思想是以約束來驅(qū)動產(chǎn)品模型的形狀特征。與傳統(tǒng)方法相比改善了產(chǎn)品圖形的修改方式，提高了設(shè)計柔性；設(shè)計的產(chǎn)品不是一個而是一族[3]。

如圖1、圖2所示為某廠家設(shè)備資料，設(shè)備的型號以及關(guān)鍵尺寸信息通過示意圖及數(shù)據(jù)表給出。可以通過創(chuàng)成式模塊建立設(shè)備體型，生成參數(shù)并通過公式與草圖相關(guān)聯(lián)。需要注意的是，實際工程設(shè)計中，數(shù)據(jù)量非常巨大，為縮短模型的建模時間，節(jié)省儲存空間，提高模型的調(diào)用速度，應(yīng)對模型進(jìn)行簡化。簡化后的模型應(yīng)便于識別和繪圖，避免引起誤解，不影響功能表達(dá)和基本外形結(jié)構(gòu)，不影響模型裝配或干涉檢查等。模型建立如圖 3所示，參數(shù)可以通過關(guān)系來驅(qū)動設(shè)備體型。

1.2 設(shè)備屬性賦予

三維模型展示的是幾何參數(shù)信息即尺寸、體積等。對于設(shè)備模型非幾何參數(shù)更重要，如設(shè)備類型、材料、壓力、公稱直徑、信息點等。模型附加信息愈多，后期統(tǒng)計材料表愈準(zhǔn)確、方便。

首先進(jìn)入設(shè)備與系統(tǒng)多專業(yè)Equipment Arrangement模塊，如圖 4所示，點擊Set Object Type按鈕 ，彈出設(shè)置對象類型對話框，

使用類瀏覽器 ，選擇相應(yīng)的設(shè)備類型。點擊打開現(xiàn)有零件

選擇生成的模型。點擊確定，則模型出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)樹中。

定義完畢設(shè)備類型，根據(jù)需要可繼續(xù)定義設(shè)備的相關(guān)屬性。文章中主要設(shè)置設(shè)備的非幾何參數(shù)、數(shù)據(jù)表的關(guān)聯(lián)，以及信息點的定義。

點擊圖5中屬性按鈕 ，彈出定義屬性對話框圖 6所示，對于不同的設(shè)備類型，對話框中可出現(xiàn)不同的屬性，其屬性的名稱通過特征字典定義。此步定義的屬性，可以在材料表中快速統(tǒng)計。

定義連接點（Define Connector），即利用已建模型的幾何信息，如面、軸等來確定信息點的位置，以便于設(shè)計中接入接出管道的位置，信息點本質(zhì)上是設(shè)置一局部坐標(biāo)。Face就是連接點放置的面，Alignment為直線，其必須與Face面相垂直，Alignment與Face的交點即是連接點的位置，Orientation也為一面，其必須與Face面相垂直，代表了連接點的方向。設(shè)置好上述內(nèi)容后，選擇確定，生成一連接器。可以為信息點賦予類型等屬性，自動的連接符合要求的管道。

1.3 設(shè)備入庫

定義了設(shè)備的類型及屬性，即可另存為相應(yīng)文件以備入庫。文章選擇擴充CATIA默認(rèn)設(shè)備庫，打開設(shè)備庫如圖8所示，點擊Add Generative part按鈕 ，在彈出的對話框中點擊Select Document按鈕，選擇Tubing Part文件，點擊確定則解析成功。在CATALOG庫編輯器的預(yù)覽窗口中，顯示了設(shè)備模型解析后各型號模型的預(yù)覽。反復(fù)利用文章中介紹的內(nèi)容，則可以逐步擴充設(shè)備庫，增加各個專業(yè)適合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。

2 工程應(yīng)用實例

厄瓜多爾CCS電站廠房為地下廠房，洞室群復(fù)雜，暖通系統(tǒng)設(shè)備多，管道空間走向復(fù)雜多變。設(shè)計中利用上述方法結(jié)合廠家資料，擴充了符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備庫并利用設(shè)備庫進(jìn)行設(shè)備的快速布置，提高了設(shè)計效率和質(zhì)量。圖9為電站母線層部分暖通設(shè)備及管道模型，在后續(xù)設(shè)計工作還可以利用模型方便的進(jìn)行空間碰撞檢查、工程量表統(tǒng)計、效果展示以及二維出圖等拓展工作。

3 結(jié)束語

文章以CCS電站暖通設(shè)備為例，介紹了基于CATIA的機電零件設(shè)備庫的方法，成功將設(shè)備進(jìn)行參數(shù)化、賦予屬性及入庫，并在設(shè)計中通過調(diào)用設(shè)備庫的零件進(jìn)行了檢驗，極大地提高了對于復(fù)雜管道的設(shè)計效率。

文章得出的方法，不僅可以應(yīng)用在暖通模塊中，還可以推廣應(yīng)用到管道模塊TUB，懸掛件、鋼結(jié)構(gòu)模塊中。設(shè)備庫的建立可以使得知識方便的重復(fù)應(yīng)用。在實際工程應(yīng)用中，應(yīng)不斷地積累、建立各種形式的模板，集中進(jìn)行模板庫管理，根據(jù)需要輕松調(diào)取模板，提高工作效率。

參考文獻(xiàn)

[1]楊小龍，萬志輝，閔興明.CATIA Tubing Design模塊客戶化研究[J].直升機技術(shù)，2012，1：41-45.

[2]李強，吳維金，施實建.基于CATIA建立機電零件標(biāo)準(zhǔn)件庫[J].水電站設(shè)計，2010，26（2）：31-35.

[3]梁春光，劉增強，王小平.基于CATIA知識工程的水電站廠房上部結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].人民黃河，2011，33（5）：147-148.

作者簡介：梁春光（1984-），男，漢族，河南濮陽人，工程師，主要從事水工結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。