DTⅡ型膠帶輸送機(jī)三維設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)與應(yīng)用

李俊，閆羽，相沖

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，工程設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)軟件工具也在不斷升級。在CAD繪圖階段，膠帶輸送機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算繪圖采用二維繪圖軟件工具實(shí)現(xiàn)電算化。在以BIM技術(shù)為核心的三維設(shè)計(jì)階段，膠帶輸送機(jī)需要依靠新的軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)在三維條件下的計(jì)算、選型、和參數(shù)化模型的生成。因此我公司采用C#語言和REVIT接口，開發(fā)了“DTⅡ型膠帶輸送機(jī)三維設(shè)計(jì)軟件”（以下簡稱軟件），通過該軟件可提高DTⅡ型膠帶輸送機(jī)三維設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)可視化設(shè)計(jì)。

運(yùn)用DTⅡ型膠帶輸送機(jī)三維設(shè)計(jì)軟件技術(shù)生成的三維膠帶機(jī)模型可用來配合水泥廠的三維布置設(shè)計(jì)，更加智能化、參數(shù)化，避免了手工建立三維膠帶機(jī)模型過程中查表、繪制模型、計(jì)算等大量的重復(fù)性勞動，節(jié)省了人力資源。生成的三維模型能夠直接顯示膠帶機(jī)在三維空間內(nèi)真實(shí)的布置情況，避免了二維設(shè)計(jì)簡化模型導(dǎo)致的設(shè)計(jì)失誤，降低了設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。三維設(shè)計(jì)生成的訂貨單可以直接提供給膠帶機(jī)廠家用于采購和制造。三維模型直觀、可靠，如對模型進(jìn)一步加工，可用來指導(dǎo)安裝和現(xiàn)場施工；可直接導(dǎo)入到其他分析軟件中進(jìn)行分析，也可導(dǎo)入到機(jī)械軟件Autodesk Inventor中進(jìn)一步加工；可制作加工成效果圖，用于水泥廠的投標(biāo)和市場宣傳，增加企業(yè)競爭力。

1 軟件主要功能

依據(jù)工藝布置要求和輸送物料等條件，軟件能夠生成符合要求的三維DTⅡ型膠帶輸送機(jī)的BIM模型，校核輸送能力和膠帶張力，計(jì)算電機(jī)功率，選擇合適的電機(jī)減速機(jī)，并生成文字版的膠帶機(jī)計(jì)算書和訂貨單。

2 軟件適用范圍

依據(jù)《DTⅡ型固定式帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)選用手冊》，軟件能生成帶寬500～1 400mm的膠帶輸送機(jī)。膠帶輸送機(jī)工藝布置形式主要為：水平、傾斜、凹弧、凸弧及凹凸弧五種，帶速0.8～2.5m/s，生成的膠帶機(jī)功率范圍為2.2～315kW，基本滿足水泥廠廠區(qū)內(nèi)的物料輸送。

3 軟件應(yīng)用條件

軟件是基于Autodesk BIM平臺下的軟件。生成的膠帶機(jī)為三維的REVIT模型，REVIT模型可與其他三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行轉(zhuǎn)換，滿足不同工廠三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的需求。DTⅡ三維膠帶機(jī)軟件主要生成適用于水泥廠廠區(qū)內(nèi)塊狀或散狀物料輸送所采用的膠帶機(jī)。

4 軟件數(shù)學(xué)模型

圖1 三維坐標(biāo)系統(tǒng)

圖2 DTⅡ膠帶機(jī)張力以及電機(jī)功率計(jì)算框圖1

圖3 DTⅡ膠帶機(jī)張力以及電機(jī)功率計(jì)算框圖2

軟件采用笛卡兒坐標(biāo)系三維坐標(biāo)系統(tǒng)（圖1）（三維笛卡兒坐標(biāo)系是在二維笛卡兒坐標(biāo)系的基礎(chǔ)上根據(jù)右手定則增加第三維坐標(biāo)（即Z軸）形成。在三維坐標(biāo)系統(tǒng)中，采用矢量計(jì)算和矩陣變換，實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系變化），根據(jù)需要的膠帶機(jī)工藝布置形式，計(jì)算膠帶機(jī)部件的空間位置，實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)三維布置。

5 軟件計(jì)算方法

按《DTⅡ型固定式帶式輸送機(jī)設(shè)計(jì)選用手冊》計(jì)算方法，校核DTⅡ膠帶機(jī)輸送能力通過微軟Linq等操作數(shù)據(jù)庫的程序模塊，查詢數(shù)據(jù)庫，得到相關(guān)部件的表數(shù)據(jù)，返回到程序中。程序再通過調(diào)用Revit API，從系統(tǒng)中載入膠帶機(jī)參數(shù)化族文件，用參數(shù)驅(qū)動部件的外形尺寸，并根據(jù)布置要求將其拼接成滿足輸入?yún)?shù)要求的膠帶機(jī)BIM模型。軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖4。和膠帶張力，計(jì)算電機(jī)功率[1]。計(jì)算流程見圖2、3。

6 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

軟件采用面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)方法，程序設(shè)計(jì)具有封裝性好、可擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。在面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上，運(yùn)用了一些先進(jìn)的.NET設(shè)計(jì)模式，如工廠模式和工廠方法。

軟件在.NET平臺下采用C#作為開發(fā)語言，采用Microsoft visual studio 2012做為開發(fā)工具。根據(jù)輸入?yún)?shù)

作為查詢膠帶機(jī)部件參數(shù)表的條件，

圖4 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

圖5 部件參數(shù)化拼接組合方法

圖6 膠帶機(jī)二維圖

圖7 膠帶機(jī)三維模型

圖8 車間膠帶輸送機(jī)

7 軟件在工程中應(yīng)用的實(shí)例

軟件采用Windows Form輸入，通過膠帶機(jī)選型參數(shù)輸入主對話框、膠帶機(jī)布置參數(shù)輸入對話框等，按一定規(guī)則確定設(shè)計(jì)參數(shù)，經(jīng)過復(fù)雜計(jì)算，生成文本格式的計(jì)算書，運(yùn)用部件參數(shù)化拼接組合的方法（圖5），生成用于訂貨的二維圖（圖6）和布置設(shè)計(jì)的三維模型（圖7）。

膠帶機(jī)軟件已經(jīng)在實(shí)際工程中大量應(yīng)用，運(yùn)用參數(shù)化軟件方法，可以快速生成多條參數(shù)工況類似的膠帶機(jī)，參數(shù)調(diào)整迅速，方便多次優(yōu)化，以達(dá)到合理的結(jié)構(gòu)布置形式。圖8為膠帶機(jī)模型在水泥廠設(shè)計(jì)中的典型應(yīng)用。

8 軟件系統(tǒng)部署方案

軟件采用C/S模式設(shè)計(jì)，C/S（Client/Server，客戶機(jī)/服務(wù)器）模式又稱C/S結(jié)構(gòu)，C/S結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵在于功能的分布，一些功能放在前端機(jī)（即客戶機(jī)）上執(zhí)行，另一些功能放在后端機(jī)（即服務(wù)器）上執(zhí)行。膠帶機(jī)選型參數(shù)表配置在服務(wù)器端的SQL數(shù)據(jù)庫里，參數(shù)化膠帶機(jī)BIM模型放置在服務(wù)器端對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)磁盤路徑上。用戶輸入界面和程序輸出在客戶端上配置，以插件的形式安裝在Autodesk BIM平臺軟件內(nèi)，運(yùn)行后輸出的結(jié)果直接保存在用戶電腦里。

運(yùn)行時(shí)配置好服務(wù)器端的數(shù)據(jù)庫，設(shè)置膠帶機(jī)BIM模型文件的訪問權(quán)限，然后在客戶端執(zhí)行插件程序。

9 結(jié)語

本軟件采用BIM技術(shù)（建筑信息模型，Building Information Modeling），在 Autodesk Revit平臺下二次開發(fā)，借助DTⅡ膠帶機(jī)在水泥廠工程設(shè)計(jì)中的經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化BIM模型的建立，為BIM技術(shù)條件下DTⅡ膠帶機(jī)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備參數(shù)化設(shè)計(jì)提供了可行的解決方案，具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性等特點(diǎn)。