鋼閘門是典型的水工金屬結(jié)構(gòu)，是直接影響水利工程安危與經(jīng)濟效益的重要部件之一，目前已開發(fā)的鋼閘門CAD軟件由于開發(fā)周期較短，造成架構(gòu)簡單，功能單一，系統(tǒng)性差；圖形利用率低，計算模型、設(shè)計模型、制作模型三者分離，一旦設(shè)計更改，彼此很難聯(lián)動，造成人力和物力的浪費，雖然已開發(fā)了有關(guān)鋼閘門的設(shè)計軟件，但缺乏最新的軟件應(yīng)用環(huán)境平臺和開發(fā)工具，在架構(gòu)和功能上實現(xiàn)智能化意圖不明顯，不符合實際工程的需要。
為此，筆者提出的平面鋼閘門智能設(shè)計系統(tǒng)，基于平面鋼閘門主要結(jié)構(gòu)的分類，使用基本構(gòu)件的形狀信息、屬性參數(shù)和約束參數(shù)等構(gòu)筑構(gòu)件的信息模型，建立構(gòu)件關(guān)聯(lián)信息數(shù)據(jù)庫，以網(wǎng)軸線作為驅(qū)動骨架，實現(xiàn)所有構(gòu)件的整體聯(lián)動．該系統(tǒng)在鋼閘門設(shè)計、分析、制作、出圖等各個階段使用同一完整模型、同一數(shù)據(jù)庫、同一標準的接口，實現(xiàn)平面鋼閘門的智能設(shè)計。
1 平板鋼閘門智能設(shè)計系統(tǒng)特點
1.1 Inventor平臺
Inventor是Autodesk公司推出的一款三維CAD設(shè)計軟件，其基于參數(shù)化的強大三維造型功能可以和流行的軟件諸如CATIA，NX，PRO/E相比擬。除此之外，Inventor的工程圖還可以DWG文件作為模板制作工程圖，較之其他同類軟件更充分地展現(xiàn)了工程圖的超強能力。
Inventor軟件提供了友好的面向?qū)ο笮偷腁PI二次開發(fā)接口，幾乎可以涉及到該軟件系統(tǒng)的各個方面，以Automation作為二次開發(fā)的接口，不僅支持傳統(tǒng)的VBA開發(fā)，而且支持流行的編程語言諸如Visual Basic，Visual C++，Visual C#，Delphi，Perl，Java等，使得整個軟件系統(tǒng)的二次開發(fā)富有生命力。
1.2 系統(tǒng)特點
在總結(jié)平板鋼閘門結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，利用多年來總結(jié)的一系列關(guān)于三維設(shè)計的理論和方法，提出了基于Inventor平臺的平面鋼閘門智能設(shè)計系統(tǒng)，其系統(tǒng)流程如圖1所示。
該系統(tǒng)包括文件管理、計算、建模、自動出圖、有限元分析、工具等六大模塊。
1)文件管理模塊能夠智能存儲各類圖形數(shù)據(jù)模板，具備智能化、知識積累的能力；同時其共享數(shù)據(jù)系統(tǒng)保證了各模塊的數(shù)據(jù)共享和模型公用。
2)計算模塊包含了現(xiàn)行的鋼閘門設(shè)計規(guī)范，能夠自動讀取三維模型中包含的參數(shù)進行計算，并能自動生成計算報告書。
3)建模模塊的截面庫包含了平面鋼閘門設(shè)計所使用的所有構(gòu)件，包括20多個大類、150多個子類和400多個實例模型；還囊括了各級別的模板，用戶使用這些模塊可以更加高效、快速地建模。
4)自動出圖模塊可以結(jié)合三維建模模塊的信息模型，根據(jù)用戶的定制要求，自動完成圖紙布局、尺寸標注、符號表示和材料表生成等。
5)有限元分析模塊提供了和有限元計算程序ANSYS的接口，并能直接進行有限元計算。
6)工具模塊提供了計算、建模、出圖過程的所有工具，包括軸線系統(tǒng)、點系統(tǒng)、坐標系統(tǒng)、干涉檢測、測量等。
圖1 鋼閘門智能設(shè)計系統(tǒng)流程
2 智能關(guān)聯(lián)技術(shù)
構(gòu)件關(guān)聯(lián)是實現(xiàn)整體聯(lián)動的基礎(chǔ)，其基本思路體現(xiàn)在如下3點。
1)布設(shè)整體軸線，用以驅(qū)動總體尺寸變化。
2)構(gòu)件具備截面、起始點和結(jié)束點等關(guān)鍵特征；構(gòu)件的起點、終點和軸線進行綁定；軸線改變驅(qū)動構(gòu)件改變。
3)構(gòu)件之間設(shè)置“接觸鏈”，存于數(shù)據(jù)庫當中，當構(gòu)件位置變動時，自動檢測相關(guān)構(gòu)件的變換，然后自動調(diào)整參數(shù)改變位置和形狀。
2.1 軸線和構(gòu)件的關(guān)聯(lián)
軸線在X，Y，Z3個向分布，軸線與軸線相交位置設(shè)置工作點，軸線的變化驅(qū)動工作點位置的變化，軸線的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定義為：
構(gòu)件起點和終點的數(shù)據(jù)模型定義為：
例如，如果A&2&20表示的空間點為(0，70，0)，則A+100&2-50&20代表構(gòu)件的起點或終點位于(100，20，0)。
以軸線相對位置的偏移來表示構(gòu)件的起始點和結(jié)束點，則使構(gòu)件和軸線相互關(guān)聯(lián)，軸線的變化則自動驅(qū)動構(gòu)件的變化。
2.2 構(gòu)件之間的關(guān)聯(lián)信息
構(gòu)件與構(gòu)件之間因為焊接或者栓接而確立接觸關(guān)系，則這種接觸關(guān)系的集合就是構(gòu)件與構(gòu)件之間的“接觸鏈”，圖2是構(gòu)件的接觸模型，B1在左側(cè)與C1連接，右側(cè)與C2連接，中間與B3和B4連接。則對于B1而言，C1和C2是其左、右端，B3和B4與其連接。
B1的左、右端接觸數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可定義為：
B1的連接接觸的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可定義為：
3)調(diào)配接觸模型之間的接觸鏈，保證其能夠根據(jù)接觸關(guān)系聯(lián)動變化。
圖3是支撐和主梁的連接，則主梁相當于圖2中的B1，其LREND的具體數(shù)值為(“BL_1”，“340*20*680*20*2700”，0，O，0，NONE，NONE，0，YES，“ANGLE_5”)。如果支撐“BL_1”的參數(shù)發(fā)生變化，通過更新則會自動驅(qū)動主梁的參數(shù)發(fā)生變化．相應(yīng)于圖2中，如果Bl的參數(shù)發(fā)生變化，則會驅(qū)動B3和B4的參數(shù)發(fā)生變化。
圖2 構(gòu)件的接觸模型
圖3 主梁和支撐的接觸三維圖
3 應(yīng)用
利用平板鋼閘門智能系統(tǒng)進行建模，構(gòu)建鋼閘門三維信息模型的步驟如下。
1)獲取閘門門槽的長、寬、高、支撐跨度、封水寬度等信息，利用軸線搭建鋼閘門的框架模型(圖4)，并規(guī)劃門葉、門槽、水封、支撐件等的裝配位置。
圖4 鋼閘門軸線系統(tǒng)
2)從模型中調(diào)出各種結(jié)構(gòu)的信息模型，并按規(guī)劃的裝配位置依次按約束裝入，并以圖5確定構(gòu)件起始點和結(jié)束點的位置以及和軸線的相對位置關(guān)系。
圖5 構(gòu)件的軸線模型
依據(jù)上述步驟建立的三維模型包含了和軸線的相對位置的信息，并且包含了模型之間的關(guān)聯(lián)信息，軸線數(shù)據(jù)的變化驅(qū)動三維模型的聯(lián)動變化，圖6-7表示擁有上述特點的門葉和門槽模型。
圖6 鋼閘門智能設(shè)計系統(tǒng)生成的門葉模型
圖7 鋼閘門智能設(shè)計系統(tǒng)生成的門槽模型
4 結(jié)語
提出以網(wǎng)軸線作為平板閘門的驅(qū)動骨架，構(gòu)建了平板鋼閘門的構(gòu)件信息模型和關(guān)聯(lián)模式，并在Inventor平臺上成功實現(xiàn)了鋼閘門智能設(shè)計系統(tǒng)，可實現(xiàn)整體的修改聯(lián)動，為其他相關(guān)系統(tǒng)提供了寶貴的經(jīng)驗。
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本文標題：基于Inventor平臺的平板鋼閘門智能系統(tǒng)設(shè)計
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