基于Intergraph Smart3D的螺栓數(shù)據(jù)校驗(yàn)方法研究

摘 要：隨著煉化企業(yè)持續(xù)推動數(shù)字化發(fā)展與轉(zhuǎn)型，企業(yè)對設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用逐漸深入，對設(shè)計(jì)質(zhì)量要求不斷提升。在采購與施工過程中，對螺栓數(shù)據(jù)，尤其是螺栓長度的準(zhǔn)確性要求逐漸提高。螺栓長度不足會直接導(dǎo)致現(xiàn)場法蘭連接失敗，造成材料浪費(fèi)；螺栓長度過長會增加采購成本及降低現(xiàn)場安裝精度。針對Intergraph Smart3D軟件中自動生成的螺栓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提出一種軟件螺栓數(shù)據(jù)的校驗(yàn)方案，以達(dá)到降低采購施工過程中螺栓材料損耗的目的。

關(guān)鍵詞：Smart 3D；螺栓長度；螺栓數(shù)量；螺栓直徑；校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

中圖分類號：TP319

近年來，隨著煉化企業(yè)逐步向數(shù)字化、信息化、智能化方向發(fā)展，設(shè)計(jì)行業(yè)對各個數(shù)字化工廠設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用逐漸深入，對設(shè)計(jì)質(zhì)量的把控更加嚴(yán)格。Intergraph Smart3D（簡稱Smart3D）是新一代數(shù)字化工廠智能三維布置設(shè)計(jì)系統(tǒng)，近年來廣泛應(yīng)用于石化行業(yè)工程設(shè)計(jì)中，Smart3D可以實(shí)時(shí)監(jiān)控模型質(zhì)量，對不符合規(guī)范的設(shè)計(jì)給出警示清單，及時(shí)進(jìn)行提示，比如元件連接處缺失墊片螺栓、元件屬性與等級庫不一致等錯誤，非常智能，但是對于模型中已經(jīng)自動生成的螺栓，其中的螺栓長度、數(shù)量及螺栓直徑是否與標(biāo)準(zhǔn)一致則無法判別。在現(xiàn)場施工過程中，設(shè)計(jì)提供的螺栓數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確會產(chǎn)生諸多不良影響，例如螺栓長度不足、螺栓直徑和數(shù)量錯誤，會直接導(dǎo)致螺母與螺栓不匹配、法蘭端面無法連接等問題；螺栓長度過長可能會造成在空間緊張?zhí)師o法裝配；外露過長螺柱造成生銹、碰撞等；螺栓過長也會造成耗材過多，增加經(jīng)濟(jì)成本。

為進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，減少材料浪費(fèi)，經(jīng)過與數(shù)字化專業(yè)、材料專業(yè)、管道設(shè)計(jì)專業(yè)等人士探討研究，提出了一種解決該問題的技術(shù)路線。首先，通過Microsoft .NET報(bào)表獲取模型中關(guān)于螺栓數(shù)據(jù)的一系列屬性值；然后，與材料專業(yè)明確項(xiàng)目執(zhí)行的螺栓數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；最后，通Microsoft VBA處理對比模型中與相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中的螺栓數(shù)據(jù)，檢查與標(biāo)準(zhǔn)不一致的數(shù)據(jù)，根據(jù)結(jié)果修正Smart3D數(shù)據(jù)庫信息，以達(dá)到降低模型中螺栓數(shù)據(jù)錯誤的目的。

1 確定Smart3D中螺栓選用規(guī)則

Smart3D中螺栓長度由軟件根據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動計(jì)算而來，螺栓直徑和數(shù)量也是軟件根據(jù)連接元件的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)自動選出。

1.1 螺栓直徑和數(shù)量

螺栓直徑和數(shù)量來自PipingGenericDataBolted中的BoltDiameter（螺栓直徑）值和QuantityOfBoltsRequired（螺栓數(shù)量）值，數(shù)值是根據(jù)管道元件的公稱直徑、壓力磅級和端面類型查詢對應(yīng)的端面標(biāo)準(zhǔn)（1409）而來。

1.2 螺栓長度

螺栓長度值是軟件根據(jù)規(guī)定的螺栓長度計(jì)算公式自動計(jì)算而來。下面以雙頭螺柱為例說明Smart3D中螺栓長度計(jì)算公式。

非對夾件（如圖1所示）的螺栓長度計(jì)算公式如下：

雙頭螺柱長度（非對夾面） = 2×（F+W+FT+RF+E+N）+G+R+nt

對于對夾連接的元件（如圖2所示），螺栓長度計(jì)算要考慮對夾件長度及對夾件兩側(cè)的墊片厚度，計(jì)算公式如下：

雙頭螺柱長度（對夾面） =2×（F+W+FT+RF+G+E+N）+J+R+nt

F為法蘭厚度，來自Piping Generic Data Bolted（螺栓通用端面數(shù)據(jù)表）；

FT為法蘭厚度公差值，來自Piping Generic Data Bolted（螺栓通用端面數(shù)據(jù)表）；

W為墊圈厚度，若等級中定義了墊圈，則要考慮墊圈厚度，若沒有定義墊圈，則為0；

G為墊片厚度，來自Gasket" Part Data（墊片數(shù)據(jù)表）；

RF為法蘭面凸臺高度，來自Piping" "Generic" Data Bolted（螺栓通用端面數(shù)據(jù)表）；

E為螺栓伸出長度，來自Bolt Extension（螺栓伸出長度表）；

R為凹槽深度，如果是環(huán)槽面法蘭，需要考慮凹槽深度，來自Piping Generic Data Bolted（螺栓通用端面數(shù)據(jù)表）；

N為螺母高度，若等級中定義了螺母，則要加上螺母高度，數(shù)值來自Nut Part Data（螺母數(shù)據(jù)表），若沒有，則為0；

J為對夾件長度；

nt為螺栓長度計(jì)算公差值，來自Stud" Bolt" LengthCaculation Tolerance Rule（雙頭螺柱計(jì)算公差表）。

2 提取三維模型中影響螺栓數(shù)據(jù)的參數(shù)

明確螺栓長度、直徑和數(shù)量的來源及計(jì)算方法后，需從Smart3D中提取相應(yīng)參數(shù)以便檢查螺栓數(shù)值是否正確。

2.1 從Smart3D中提取參數(shù)

采用Microsoft .NET報(bào)表方式提取各參數(shù)，包括軟件計(jì)算及圓整后的螺栓長度、螺栓直徑和影響螺栓長度計(jì)算的公稱直徑、端面類型、壓力磅級、端面標(biāo)準(zhǔn)、法蘭厚度、墊片厚度、法蘭厚度公差、法蘭凸臺高度、對夾件長度等參數(shù)。

做報(bào)表過程中注意根據(jù)連接類型區(qū)分是否為對夾件，并分別提取對夾件和非對夾件的參數(shù)。

2.2 利用Microsoft" VBA計(jì)算螺栓長度

從Smart3D中提取的報(bào)表包含第一端面和第二端面的各參數(shù)、連接點(diǎn)信息、對夾件信息、軟件計(jì)算的螺栓長度和直徑等信息，見表1。

通過表1中所得數(shù)據(jù)可根據(jù)螺栓長度計(jì)算公式計(jì)算出螺栓長度值，注意區(qū)分對夾件和非對夾件。然后利用Microsoft VBA對比設(shè)計(jì)人員用公式計(jì)算出的螺栓長度值和軟件自動計(jì)算的螺栓長度值，可以檢查出模型中由于移動操作導(dǎo)致的連接點(diǎn)被拉長造成螺栓長度值偏大的情況，該情形常見于設(shè)備管嘴處：設(shè)備專業(yè)在項(xiàng)目運(yùn)行后期經(jīng)常需要調(diào)整管嘴位置，當(dāng)直接移動管嘴調(diào)整位置時(shí)，與管嘴連接的法蘭面元件或者對夾元件時(shí)常會出現(xiàn)不跟隨管嘴移動的情況，但是此時(shí)法蘭元件或者對夾件與管嘴的連接關(guān)系依然存在，就會導(dǎo)致軟件自動計(jì)算的螺栓長度值偏大，當(dāng)移動位移較小時(shí)，模型中肉眼觀察模型不容易發(fā)現(xiàn)，錯誤列表通常也沒有報(bào)錯，很容易忽略該類型錯誤，通過在報(bào)表中對比設(shè)計(jì)人員計(jì)算的螺栓長度和軟件自動計(jì)算螺栓長度的方式，可以檢測出該類型錯誤。

3 確定螺栓校驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

Smart3D模型中的螺栓數(shù)據(jù)提取出來之后，要與螺栓標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比校驗(yàn)。國內(nèi)外螺栓標(biāo)準(zhǔn)體系主要有美國機(jī)械工程師協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)（ASME）、石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（SH）和化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)體系對螺栓長度計(jì)算方式不盡相同，不能相互替換[1]。不同企業(yè)不同項(xiàng)目執(zhí)行的螺栓標(biāo)準(zhǔn)可能不同[2]。在摘錄螺栓標(biāo)注數(shù)據(jù)前，先確認(rèn)該項(xiàng)目的螺栓執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，例如美標(biāo)等級元件的螺栓標(biāo)準(zhǔn)參照“HG/T 20634—2009 鋼制管法蘭用緊固件（Class系列）”校驗(yàn)[3]；歐標(biāo)等級元件參照“HG/T 20613—2009 鋼制管法蘭用緊固件（PN系列）”校驗(yàn)[4]；其他標(biāo)準(zhǔn)元件要參照對應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中數(shù)據(jù)或者用標(biāo)準(zhǔn)中公式手動計(jì)算螺栓長度。

標(biāo)準(zhǔn)中具體螺栓數(shù)據(jù)需要根據(jù)元件對應(yīng)的公稱直徑、端面類型、壓力磅級等條件查找。將上述標(biāo)準(zhǔn)的螺栓數(shù)據(jù)以表格方式全部摘錄出來并找不同人員檢查數(shù)據(jù)，從而保證數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)中一致。

4 校驗(yàn)螺栓數(shù)據(jù)并自動修正螺栓伸出長度值

通過上述步驟已經(jīng)得到從軟件中提取出的螺栓數(shù)據(jù)和從標(biāo)準(zhǔn)中摘錄出的螺栓數(shù)據(jù)，下對2組數(shù)據(jù)進(jìn)行對比校驗(yàn)。

4.1 對比模型與標(biāo)準(zhǔn)螺栓數(shù)量和直徑

螺栓數(shù)量和直徑可通過連接元件的公稱直徑、壓力磅級、端面類型和端面標(biāo)準(zhǔn)幾個條件判斷是否與標(biāo)準(zhǔn)中數(shù)據(jù)一致，若不一致則將對應(yīng)的單元格標(biāo)紅，然后檢查對應(yīng)元件的通用數(shù)據(jù)表是否填寫錯誤或者模型是否有錯誤。

4.2 對比模型與標(biāo)準(zhǔn)螺栓長度并修正螺栓伸出長度值

螺栓長度值也通過連接元件的公稱直徑、壓力磅級、端面類型和端面標(biāo)準(zhǔn)幾個條件檢索出對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)螺栓長度，將軟件圓整后的螺栓長度與標(biāo)準(zhǔn)螺栓長度對比并得出差值，注意對夾件的螺栓長度要減去對夾件長度和一個墊片的厚度后再與標(biāo)準(zhǔn)螺栓長度對比。

Smart3D中通過增減螺栓伸出長度的值來調(diào)整軟件自動計(jì)算出的螺栓長度，因此根據(jù)螺栓長度計(jì)算公式及上述條件所得螺栓長度差值，可用Microsoft VBA計(jì)算出最新的螺栓伸出長度值，自動修正螺栓伸出長度的數(shù)值。最后將最新的螺栓伸出長度值導(dǎo)入Smart3D即可。

5 結(jié)語

由于Smart3D對螺栓數(shù)據(jù)的正確性沒有自動校驗(yàn)功能，傳統(tǒng)螺栓校驗(yàn)方案是從Smart3D中導(dǎo)出數(shù)據(jù)進(jìn)行人工校驗(yàn)，當(dāng)?shù)燃墧?shù)量較多時(shí)，工作量巨大，且容易造成人為失誤。文章提出的自動對比模型與標(biāo)準(zhǔn)螺栓數(shù)據(jù)的方案可大大提升校驗(yàn)螺栓數(shù)據(jù)的速度及準(zhǔn)確率。

該方案可以在項(xiàng)目啟動前使用，利用Smart3D等級自動放置工具放置所有等級元件，通過該方案檢測等級中螺栓數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性并進(jìn)行修正，避免后期模型出現(xiàn)螺栓數(shù)據(jù)錯誤。該方案也可用于項(xiàng)目存檔出料前使用，用來檢測正式模型中的螺栓數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確，及時(shí)修正錯誤數(shù)據(jù)，避免造成采購損耗，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]" 劉欣玉，鄒培軒，姜智文. 淺析各標(biāo)準(zhǔn)法蘭用螺栓長度[J]. 山東化工，2019，48（7）：89-91.

[2]" 李軍民. 在PDS三維設(shè)計(jì)中螺栓常見問題及解決方法[J].化工設(shè)備與管道，2008，45（5）：55-57.

[3]" 中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會. 鋼制管法蘭用緊固件（Class 系列）：HG/T 20634—2009[S]. 北京：中國計(jì)劃出版社，2009： 431-457.

[4]" 中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會. 鋼制管法蘭用緊固件（PN系列）：HG/T 20613—2009[S]. 北京：中國計(jì)劃出版社，2009： 183-216.