Solidworks軟件在工程設(shè)計項目三維建模中的應(yīng)用

康 凱

上海泰欣環(huán)境工程有限公司，上海 200125

三維建模是現(xiàn)行項目中的常規(guī)要求，以滿足后續(xù)項目整合、圖資集成、后期運(yùn)維、仿真使用需求。文章重點(diǎn)介紹利用Solidworks軟件進(jìn)行非標(biāo)設(shè)備、多配置系列化標(biāo)準(zhǔn)件、通用零部件和圖集標(biāo)準(zhǔn)件三維建模以及相關(guān)的模型整合，以達(dá)到多專業(yè)同時在同一軟件上實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)集成，更利于各個專業(yè)之間的協(xié)同處理和技術(shù)配合，實(shí)現(xiàn)項目的最優(yōu)化設(shè)計。

1 非標(biāo)設(shè)備三維建模

非標(biāo)設(shè)備按外形可分為煙道式（矩形、圓形和蝸殼式）、回轉(zhuǎn)體式塔體、換熱管式、大型異形件和小型機(jī)械零件。煙道及回轉(zhuǎn)塔體模型如圖1所示，換熱管式及小型零件模型如圖2所示。利用Solidworks對非標(biāo)設(shè)備建模，首先考慮合適的主基準(zhǔn)面，以便后續(xù)高效快捷建模及修模。

圖1 煙道及回轉(zhuǎn)塔體模型

圖2 換熱管式及小型零件模型

Solidworks具有粗略整體放大縮小的功能，可利用模具工具中的移動面等相關(guān)聯(lián)操作整體調(diào)整至所需特殊幾何輪廓，以達(dá)到逼真的三維模型效果；也可通過調(diào)整模型建?；鶞?zhǔn)面，修改草圖尺寸，調(diào)整建模的前后順序，靈活便捷地修整三維模型。三維模型的各個特征尺寸也可實(shí)時調(diào)看與修改，以及時、直觀地修改和優(yōu)化非標(biāo)設(shè)備設(shè)計。

Solidworks可較為精細(xì)地反映出真實(shí)的設(shè)備實(shí)體，除了滿足工程項目設(shè)計要求和具有良好的可觀閱性，它的測量功能也為工程設(shè)計提供了有利條件。例如，工程中有些異形非標(biāo)設(shè)備的內(nèi)外表面的防腐材料統(tǒng)計通過計算很難實(shí)現(xiàn)，而Solidworks的評估測量功能可為工程輔料數(shù)量統(tǒng)計提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)和便捷方式。

2 焊件插件結(jié)構(gòu)專業(yè)建模

項目中的結(jié)構(gòu)專業(yè)是所有其他專業(yè)的定位基礎(chǔ)，因而鋼結(jié)構(gòu)的三維模型尤其需要準(zhǔn)確到位。對于結(jié)構(gòu)專業(yè)的三維建模，Solidworks使用系統(tǒng)自帶的特有的焊件插件進(jìn)行。利用焊件插件進(jìn)行的某項目鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模型如圖3所示。

圖3 某項目鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)模型

使用焊件插件進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)建模，既能有效減小模型文件的大小，也能簡單便捷地快速建模，并實(shí)時進(jìn)行庫文件的擴(kuò)充，無須前期大量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫工作。焊件的主要特征為多實(shí)體零件，直接在零件內(nèi)部添加特征，減少大量的裝配定位關(guān)系，使得整個結(jié)構(gòu)模型文件得到有效縮小。焊件的主要建模形式是輪廓+路徑。焊件輪廓可按照型鋼標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行焊件庫的建模，也可根據(jù)工程實(shí)際情況自定義所需輪廓，擴(kuò)充至焊件庫。建模過程中只需定義路徑，然后選取對應(yīng)焊件庫截面輪廓就可順利構(gòu)造結(jié)構(gòu)模型。

對應(yīng)結(jié)構(gòu)模型的建立，其主要使用說明及注意事項如下：（1）繪制順序。一般遵從先柱立面（建主梁和垂直支撐），后標(biāo)高面（建次梁和水平撐）的順序。（2）平面鋼架繪制。構(gòu)造不同標(biāo)高的框架構(gòu)件時，對于相同截面的焊件先定義完成一個（通過移動，平面壓凹，剪裁、延伸等相關(guān)操作實(shí)現(xiàn)），再復(fù)制完成下一個實(shí)體（避免重復(fù)移動，平面壓凹，剪裁、延伸等相關(guān)操作）。（3）相互有連接關(guān)系的型鋼最好采用相互獨(dú)立的焊件，即同一焊件不同組，這樣在選取截面時相互之間具有智能剪裁功能；不符合要求的剪裁功能也可另行手動處理。（4）相互斜接連接關(guān)系的型鋼，剪裁時最好先壓凹，去掉重疊部分，通過插入特征刪除多余實(shí)體，最后再通過焊件里的剪裁延伸功能延伸需要延伸的部分。（5）焊件屬多實(shí)體零件，在建模時盡量使各個特征之間相互獨(dú)立，以避免后續(xù)修復(fù)因為失去草繪平面而導(dǎo)致丟失實(shí)體的現(xiàn)象發(fā)生。

3 多配置系列化標(biāo)準(zhǔn)件三維建模

在項目建模設(shè)計中，通常會用到諸如緊固件、管件、法蘭、閥門等系列化標(biāo)準(zhǔn)件。Solidworks可創(chuàng)建配置并通過Excel設(shè)計表修改配置，生成單個零件的多個配置，從而便捷地完成多配置系列化標(biāo)準(zhǔn)件的三維建模。系列零件不同參數(shù)的三維模型如圖4所示。

圖4 系列零件不同參數(shù)的三維模型

制作多配置系列化標(biāo)準(zhǔn)件主要步驟如下：（1）常規(guī)三維建模。（2）參數(shù)化標(biāo)注尺寸。顯示特征尺寸，并對模型中的實(shí)體尺寸進(jìn)行參數(shù)化重命名，為后續(xù)設(shè)計表自動生成列名稱做準(zhǔn)備。（3）生成設(shè)計表。點(diǎn)擊配置選項卡→插入→表格→自動生成→選取規(guī)格參數(shù)→修改單元格數(shù)值類型→在單獨(dú)窗口中編輯表格→選取屬性參數(shù)→生成設(shè)計表格。系列零件設(shè)計表如表1所示。（4）對系列零件設(shè)計表進(jìn)行修改及規(guī)格數(shù)據(jù)庫擴(kuò)充，生成多配置系列零件。多配置系列化標(biāo)準(zhǔn)件僅靠擴(kuò)充既有的數(shù)據(jù)庫，不但節(jié)省了大量的重復(fù)三維建模時間，而且更方便管理整理，在零件或者裝配模型需要使用標(biāo)準(zhǔn)件時，能夠便捷調(diào)入、靈活定位。

表1 凸面帶頸對焊法蘭系列零件設(shè)計表 單位：mm

4 常規(guī)通用件三維建模

工程設(shè)計中的通用件有手孔、人孔、裝載門、膨脹節(jié)、擋板門等。為節(jié)省設(shè)計建模時間，通用件可通過標(biāo)準(zhǔn)庫零件，也即先按照常規(guī)非標(biāo)設(shè)備建模后，作為數(shù)據(jù)庫零件儲備存放，在需要使用時實(shí)時調(diào)用。不同通用件的三維模型如圖5所示。設(shè)備、工藝專業(yè)在三維建模時，如零件模型調(diào)用通用件，需先在零件模型里插入通用件零件后，再通過數(shù)據(jù)遷移標(biāo)簽進(jìn)行配合定位。如裝配體模型調(diào)用通用件，則遵循常規(guī)裝配體裝配子零件的方式進(jìn)行插入定位。

圖5 不同通用件的三維模型

5 圖集庫標(biāo)準(zhǔn)件三維建模

結(jié)構(gòu)專業(yè)除了鋼架采用插件焊件特征進(jìn)行，還有平臺欄桿和鋼梯。平臺欄桿按照常規(guī)主要依靠特征命令中拉伸、切除、鏡像、旋轉(zhuǎn)、掃描等綜合使用而實(shí)現(xiàn)。鋼梯依據(jù)圖集進(jìn)行建模。平臺有時為了可觀閱性，通常使用表面紋理進(jìn)行簡單渲染，以方便區(qū)分不同平臺。花紋鋼板表面貼圖花紋鋼板圖像，格柵板表面貼圖網(wǎng)格圖片，以達(dá)到逼真效果。

常規(guī)鋼梯模型按形式大致分三種類型：鋼斜梯（如圖6所示）、鋼直梯（如圖7所示）和鋼螺旋梯（如圖8所示）。鋼斜梯按圖集庫進(jìn)行基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)模型建立，可根據(jù)實(shí)際工程項目進(jìn)行改變鋼梯傾角、帶上平臺等相關(guān)的調(diào)整與修改。鋼直梯也可根據(jù)實(shí)際工程項目，在基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)模型下進(jìn)行調(diào)整連接附件或者生根預(yù)埋件等的修模操作。鋼螺旋梯主要在塔體式設(shè)備中較為常見，在框架式平臺由于各種工程原因難以實(shí)現(xiàn)時，可考慮塔體生根，設(shè)置鋼螺旋梯。

圖6 鋼斜梯模型

圖7 鋼直梯模型

圖8 鋼螺旋梯模型

6 整合設(shè)計項目的三維模型

各個專業(yè)的三維模型整合為一體后，能更精準(zhǔn)、完整地模擬真實(shí)項目，優(yōu)化設(shè)計。組裝整個設(shè)計項目的三維模型前，需預(yù)先規(guī)劃各個工藝子系統(tǒng)，然后分別組裝各個子系統(tǒng)非標(biāo)工藝設(shè)備（集成涵蓋有系列標(biāo)準(zhǔn)件及通用件、圖集庫零件、自定義零件、派生零件）、結(jié)構(gòu)、鋼梯、平臺欄桿、輔機(jī)設(shè)備等相關(guān)模型。組裝各個子系統(tǒng)時，需先安裝非標(biāo)設(shè)備，再定位鋼架。因為系統(tǒng)之間有工藝連接關(guān)系，結(jié)構(gòu)模型僅為工藝設(shè)備支撐定位用，所以總裝是依靠工藝關(guān)系進(jìn)行定位、整合、組裝?？傃b后，不僅可以通過目測粗略觀察出大的相互干涉，也可通過Solidworks軟件自身評估功能里的干涉檢查，檢查出比較細(xì)微的硬碰撞，并在左側(cè)的設(shè)計樹中一一列表顯示，為項目設(shè)計提供明確的設(shè)計變更點(diǎn)。

設(shè)計項目的三維模型整合后，通常會使裝配模型文件較大，交付設(shè)計院或者業(yè)主后無法導(dǎo)入另外系統(tǒng)，因而需由以下措施輕化模型，以適應(yīng)交付要求。

（1）盡量多實(shí)體零件建模，減少總裝配體下子裝配體的層級別。但對于裝配關(guān)系較為簡單的組裝件，采用裝配體文件大小也不會太大。

（2）對于大型總裝配體，可采用總裝下的子裝配體均另存為零件，且在選項欄目下勾選僅保存幾何外部面，即只有一層裝配等級的總裝關(guān)系。

（3）通常設(shè)計院或業(yè)主采用的BIM系統(tǒng)都會在一個WEB端平臺，而各個片區(qū)設(shè)備系統(tǒng)的三維模型需在PDMS整合，由PDMS輸出為RVM格式文件（PDMS的輸出文件RVM通常系統(tǒng)會自動輕量化處理），而PDMS可接受的中間格式的文件類型為.stp和.sat。兩種格式的文件中，.sat相對較小，且不容易缺失幾何面。因此，在兩種格式均可接受的情況下，可考慮輸出.sat中間格式文件，也可稍微縮小模型文件。

7 結(jié)論

Solidworks軟件在工程設(shè)計項目三維建模中的應(yīng)用充分體現(xiàn)了Solidworks軟件的以下特點(diǎn)：（1）能夠充分實(shí)現(xiàn)某些工程設(shè)計項目對三維模型的精度和觀閱性要求；（2）能夠在工程設(shè)計項目三維建模過程中實(shí)時進(jìn)行庫文件、多配置系列化標(biāo)準(zhǔn)件和通用件的擴(kuò)充，無須在建模前建設(shè)過多的后臺準(zhǔn)備；（3）Solidworks相對于一些專業(yè)化三維軟件還具有較廣的適應(yīng)性，對各個專業(yè)均可粗略可精細(xì)化建模，以實(shí)現(xiàn)多專業(yè)間完整直觀的相互協(xié)同設(shè)計；（4）使用Solidworks進(jìn)行工程設(shè)計項目的三維建?？蛇m應(yīng)目前較為常用的BIM系統(tǒng)和PDMS系統(tǒng)的格式要求，而不受其他系統(tǒng)預(yù)設(shè)的數(shù)據(jù)庫限制，從而節(jié)約設(shè)計時間，減少設(shè)計失誤。