Intergraph Smart? 3D二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)管道模型智能移動(dòng)的研究

■ 華陸工程科技有限責(zé)任公司 劉曉輝 余萌

Smart 3D作為?？怂箍礢martPlant?Enterprise系列產(chǎn)品的重要組成部分，能夠提供流程工廠設(shè)計(jì)所需的幾乎所有三維設(shè)計(jì)功能。Smart 3D以數(shù)據(jù)為核心技術(shù)，強(qiáng)大的規(guī)則和關(guān)系型架構(gòu)、定制的自動(dòng)化功能和多專業(yè)模型復(fù)用方法，使其能夠執(zhí)行更大、更復(fù)雜的項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)集成設(shè)計(jì)和過程管理。Smart 3D以SQL Server或Oracle為項(xiàng)目數(shù)據(jù)平臺(tái)，所有的模型數(shù)據(jù)都以對(duì)象的形式存放在項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫中，在充分利用數(shù)據(jù)庫強(qiáng)大功能的同時(shí)，也保證了數(shù)據(jù)格式的通用性。

采用智能三維設(shè)計(jì)軟件Smart 3D進(jìn)行模型設(shè)計(jì)，不但能夠提高工程設(shè)計(jì)效率，而且能夠保證設(shè)計(jì)質(zhì)量，加快工程建設(shè)速度。多專業(yè)在統(tǒng)一的平臺(tái)上進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，做到專業(yè)間數(shù)據(jù)集成，保證數(shù)據(jù)的一致性。Smart 3D軟件由此已成為石油、化工、造船行業(yè)主流的三維設(shè)計(jì)軟件。

1.用戶痛點(diǎn)描述

在管道三維設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常要根據(jù)設(shè)計(jì)條件的變更，對(duì)已建模的管線布置進(jìn)行調(diào)整，有時(shí)需要對(duì)管系中局部對(duì)象進(jìn)行移動(dòng)。例如，將圖1所示的閥組的布置整體往東移動(dòng)300mm，或者將圖2所示裝置內(nèi)管廊某根管道向南移動(dòng)150mm。

圖1 閥組整體向東移動(dòng)300mm

圖2 管廊某根主管及分支整體向南移動(dòng)150mm

類似的修改或移動(dòng)，在三維設(shè)計(jì)過程中出現(xiàn)的較為頻繁。凡是具有PDS應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員很容易就會(huì)聯(lián)想到，在PDS中有一個(gè)Move Pipe Run的功能，可以一鍵實(shí)現(xiàn)上述模型的修改需求。然而，想要在Smart 3D軟件中實(shí)現(xiàn)這一操作，卻是一件令人唏噓的難事。

Smart 3D軟件中所有管道對(duì)象之間都存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，管系在調(diào)整過程中，不僅主管系自身要發(fā)生移動(dòng)，根據(jù)其移動(dòng)的方向，所連接的支管部分部件也要隨其發(fā)生移動(dòng)。如果對(duì)象選擇不慎，局部的移動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致相關(guān)管線的傾斜或錯(cuò)位，正所謂牽一發(fā)而動(dòng)全身。使用軟件提供的默認(rèn)方式進(jìn)行移動(dòng)時(shí)，用戶不僅要選中主管系的相關(guān)部件，根據(jù)移動(dòng)方向不同，分支管道的相關(guān)部件也需要一并選中，這樣才可能實(shí)現(xiàn)用戶希望達(dá)到的移動(dòng)效果，而這些部件的選取過程只能通過手動(dòng)選擇來完成。

Smart 3D雖然提供了便捷的對(duì)象框選功能，但化工裝置中往往空間受限，一個(gè)空間里存在多個(gè)管系的部件，這時(shí)如果使用框選功能就很容易框選到其他非必要的部件，或者沒框選到需要的部件，需要再次去逐個(gè)手工點(diǎn)擊選擇相關(guān)的部件，這一過程極其繁瑣，且容易出現(xiàn)遺漏。

鑒于此，我們考慮是否可以在Smart 3D中，通過二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)類似PDS中Move Pipe Run的功能，即根據(jù)模型修改的規(guī)則，讓軟件智能選取到需要移動(dòng)的所有管道部件，并按照設(shè)計(jì)人員設(shè)定的方向和距離實(shí)現(xiàn)模型移動(dòng)。

2.Move Pipe Run功能實(shí)現(xiàn)

2.1 邏輯初步構(gòu)思

以圖3為例，假設(shè)我們要對(duì)某段管系偏移一個(gè)向量 的距離，那么這個(gè)管系在向量 法平面α內(nèi)所有的特征部件Feature應(yīng)該通過一定的關(guān)系被找到并選中?？梢宰層脩粼谒苿?dòng)的方向上任意選中一個(gè)直管段，然后根據(jù)用戶輸入的移動(dòng)方向，程序根據(jù)內(nèi)部設(shè)置的規(guī)則智能選擇整個(gè)管系中需要移動(dòng)的特征部件，再根據(jù)用戶輸入的偏移距離，自動(dòng)進(jìn)行整體移動(dòng)（圖4）。

圖3 平面整體移動(dòng)

圖4 相關(guān)部件同時(shí)移動(dòng)

2.2 難點(diǎn)分析

裝置內(nèi)管線走向變化多端且可能存在復(fù)雜的多分支管線，如何去構(gòu)思一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿?，使程序可以自?dòng)且精確地選中所有需要移動(dòng)的部件，是一個(gè)難題。如果直接對(duì)管系α平面內(nèi)所有的特征部件都移動(dòng)，單靠每個(gè)部件的位置屬性去判斷其是否移動(dòng)，肯定是有問題的，如管廊上含有π彎的管道就不適用這種情況（圖5）。

圖5 裝置外管廊

Smart 3D有強(qiáng)大的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)做支撐，對(duì)于一定范圍內(nèi)的對(duì)象，我們都可以通過關(guān)系去一級(jí)一級(jí)地找到它們。經(jīng)過多次分析研究，我們決定從選中部件出發(fā)，通過關(guān)系逐個(gè)遞推式查找管系中的每一個(gè)部件，并根據(jù)條件去判斷其是否需要被移動(dòng)。

2.3 關(guān)于程序界面設(shè)計(jì)

為了最大程度地方便用戶快捷修改，我們對(duì)程序界面也做了簡(jiǎn)化處理，用戶只需輸入一個(gè)偏移距離，然后再點(diǎn)擊相關(guān)的方向按鈕，即可完成操作。命令執(zhí)行過程中只執(zhí)行一次Commit操作，如果命令執(zhí)行完沒有達(dá)到用戶預(yù)期的效果，可以直接執(zhí)行Undo命令，撤銷本次操作。

2.4 程序具體邏輯圖

上述邏輯的核心在于遍歷所有特征部件的一個(gè)遞歸函數(shù)，在實(shí)際項(xiàng)目中，主管系可能連接了多個(gè)分支管道，其數(shù)量和連接形式不定，要想遍歷完整個(gè)管系的每一個(gè)部件，僅靠一般的循環(huán)遍歷無法完成，遞歸函數(shù)可以在此處巧妙地解決這個(gè)問題。

通過圖6的邏輯，我們可以利用程序快速地查找到管系中需要移動(dòng)的特征部件，并使用ClientServiceProvider.SelectSet.SelectedObjects.Add（）命令選中這些對(duì)象。然后，對(duì)選中對(duì)象進(jìn)行遍歷偏移，修改每個(gè)特征部件的位置屬性，即可在Smart 3D中實(shí)現(xiàn)Move Pipe Run的功能（圖7）。

圖6 程序邏輯圖

圖7 效果展示

2.5 程序開發(fā)過程中遇到的一些問題

2.5.1 關(guān)于Pipe Straight Feature的移動(dòng)

在開發(fā)過程中，我們發(fā)現(xiàn)，對(duì)于管系中的Pipe StraightFeature不能去直接改變其Location屬性。Pipe Straight Feature屬于非特征部件，只需移動(dòng)其他的特征部件Feature，Pipe Straight Feature的位置會(huì)隨其一起移動(dòng)。

2.5.2 關(guān)于管系中存在偏心大小頭的情況

假如管系中存在偏心大小頭且偏心方向垂直于要移動(dòng)的面，由于偏心大小頭兩端的Position.Z(假設(shè)是向上或向下偏移)屬性不一致，會(huì)導(dǎo)致遞歸函數(shù)在查找到此處時(shí)中斷查找，但在此處是需要繼續(xù)向下查找的。對(duì)此，解決辦法：在遞歸函數(shù)中加入一個(gè)簡(jiǎn)單的判斷，遍歷過程中如果Part的名字中包含“Eccentric”字符，則認(rèn)為此處是一個(gè)偏心大小頭，繼續(xù)向下查找，并更新相關(guān)的參考坐標(biāo)數(shù)值。

2.5.3 關(guān)于管系中存在End Feature的情況

在開發(fā)過程中，我們發(fā)現(xiàn)，在移動(dòng)過程中如果移動(dòng)部件的某一端存在End Feature，需要將End Feature一并選中，如果不選擇管系End Feature，移動(dòng)后End Feature端的位置不會(huì)移動(dòng)，從而導(dǎo)致管段發(fā)生傾斜。我們可以通過寫一個(gè)簡(jiǎn)單的Get End Feature（）函數(shù)來解決這個(gè)問題，每次遍歷管系部件的過程中將其帶入Get End Feature（）函數(shù)來判斷其是否連接了End Feature，如果連接，則將此End Feature一并添加到選中對(duì)象集合中。

3.總結(jié)

Move Pipe Run功能目前已在華陸公司多個(gè)項(xiàng)目中使用，受到了設(shè)計(jì)人員的一致好評(píng)，用戶原本需要兩到三分鐘完成的事情，現(xiàn)在只需要幾秒鐘就可以完成，有效提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率和工作質(zhì)量，并提升了用戶的軟件使用體驗(yàn)。

工欲善其事，必先利其器。Smart 3D軟件是一款優(yōu)秀的工業(yè)智能三維設(shè)計(jì)軟件，其架構(gòu)非常嚴(yán)謹(jǐn)，并預(yù)留了大量可供二次開發(fā)的接口，且支持多語言的開發(fā)環(huán)境。工程公司在使用過程中如何利用好這個(gè)開放的平臺(tái)，根據(jù)自己公司需求去定制開發(fā)需要的功能，幫助設(shè)計(jì)人員提高設(shè)計(jì)效率，還需要更多專業(yè)工程師結(jié)合實(shí)際工作不斷進(jìn)行深入的鉆研嘗試。