管道正等軸測圖的閥門與管件的參數(shù)化設(shè)計

鄭霞　張燕　屈青英

摘要：管道軸測圖是管道布置設(shè)計的基本圖樣之一，軸測圖采用工程圖樣中的特定表達方法，有別于三視圖表達。工程中常用正等軸測圖表達管道布局，其中大量存在的閥門和管件在三個不同坐標軸方位上形狀不同，繪制閥門和管件耗時費力。采用參數(shù)化設(shè)計技術(shù)，將閥門和管件進行分類，引入核心參數(shù)的概念，對每一個選定的閥門和管件實現(xiàn)成組一次性繪制，有效提高管道軸測圖的繪圖設(shè)計效率。

關(guān)鍵詞：管道正等軸測圖；參數(shù)化設(shè)計；界面設(shè)計

中圖分類號：TQ 051 文獻標識碼：A 文章編號：

1671-0460（2017）01-0094-04

在石油、化工以及與之相近的醫(yī)藥、食品、輕工業(yè)等建設(shè)過程中，無論在設(shè)計、制造、施工、安裝、試車等不同環(huán)節(jié)，都要涉及到有關(guān)工藝流程圖、設(shè)備布置圖、管道布置圖以及設(shè)備施工圖等專業(yè)圖樣。其中管道布置設(shè)計是在施工圖設(shè)計階段進行的。它通常以工藝管道及儀表流程圖、設(shè)備布置圖以及土建、自控、電氣專業(yè)等有關(guān)圖樣和資料作為依據(jù)，對管道做出符合工藝操作要求的合理布置設(shè)計，繪制出管道布置圖、管道軸測圖、管架圖和管件圖。

管道（管段）軸測圖是表達一個設(shè)備至另一個設(shè)備（或另一個管道）間的一段管道及所附管件、閥門、控制點等具體配置情況的具有立體感的圖樣。管道軸測圖是按照軸測投影原理繪制的管段及其所附管件、閥門等，管件和閥門并非是實物的投影表達，而是按照行業(yè)規(guī)定的示意圖表達方式繪制的。管道上的閥門和管件種類繁多，同一種類的閥門在管道軸測圖中與X、Y、Z方向相關(guān)，表達不盡相同，但是規(guī)律性較強。圖1是完整管道軸測圖的部分圖樣，其上除了用直線段和圓弧表達直管道和彎管道，還有連接管道的閥門和管件（三通、異徑管等，細實線圓標示部分），管件繪制在管道軸測圖設(shè)計中比較費時耗力。本文在通用CAD軟件平臺之上采用二次開發(fā)手段研究快速完成管道軸測圖繪制技術(shù)。

1 管道的軸測圖表達

圖1是在AutoCAD系統(tǒng)下繪制的實際管道軸測圖（局部），其上標示出軸側(cè)坐標系X₁Y₁Z₁（左上角）以及AutoCAD系統(tǒng)下的世界坐標系OXY（左下角）。軸測圖中的管道一般以直線段表達真實管道的中心軌跡，由圖可見，絕大部分管段平行于軸測軸X₁、Y₁、Z₁。管道上的各管段依靠各類閥門和管件（異徑管、三通、四通等）連接。軸側(cè)圖中的閥門與管件在平行于X₁、Y₁、Z₁軸上的表達各不相同。例如，截止閥是廣泛應(yīng)用于管道上的閥門，其軸測圖如圖2所示，處于不同軸側(cè)軸上的截止閥，形狀不同，與三視圖比較圖形會產(chǎn)生錯切。沿不同軸側(cè)軸的截止閥其產(chǎn)生錯切參數(shù)（系數(shù)）不同。由于在管道圖中大量存在閥門與管件，是制約設(shè)計繪圖效率的主要因素，本文重點研究參數(shù)化設(shè)計技術(shù)在管道軸側(cè)圖的閥門和管件設(shè)計中的應(yīng)用。

2 閥門的參數(shù)化分類設(shè)計

2.1 閥門的分類及對應(yīng)的軸測圖表達

閥門是管道輸送系統(tǒng)中的控制部件，具有截斷、調(diào)節(jié)、導(dǎo)流、防止逆流、穩(wěn)壓、分流或溢流泄壓等功能。截止閥按用途和作用分類分為截斷閥、調(diào)節(jié)閥、止回閥、分流閥和安全閥；按通用分類法則分為閘閥、截止閥、旋塞閥、球閥、隔膜閥、節(jié)流閥等。閥門在管道軸測圖上以規(guī)定符號按比例繪制。表1是常用的閥門在X₁、Y₁、Z₁上的示意圖結(jié)構(gòu)表達。

2.2 閥門的參數(shù)化設(shè)計

（1）軸測圖中閥門插入點位置

截止閥是典型的閥門，圖3示出三個Y₁軸方位上的截止閥，不同的是插入點可能為中心點（圖a）、左上部中心（圖b）、或者右下部中心（圖c），在設(shè)計中必須分別考慮這三種情況。

（2）參數(shù)化設(shè)計中核心參數(shù)確定

在管道圖中，閥門和管件是以示意圖表達的，各部分結(jié)構(gòu)尺寸按比例繪制，無需繪制真實尺寸。因此確定核心尺寸是軸測圖中閥門和管件繪制的關(guān)鍵。圖4是軸測圖中截止閥在平行于Y₁軸方位上的幾何結(jié)構(gòu)，用粗實線表達，圖中的細實線是作圖輔助線和尺寸變量。推導(dǎo)截止閥的各個坐標點坐標是參數(shù)化設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。B_P（X₀，Y₀）是插入點。圖4示出插入點位于截止閥中心位置時的情況。尺寸L、L₁和H是計算坐標點只，P₂，P₃，P₄，A，B，C和D需要的幾何數(shù)據(jù)，其核心數(shù)據(jù)是L通過按比例繪制令L₁=1.25×LH=0.6×L根據(jù)幾何推導(dǎo)，得出：A，B，C和D坐標可以同理推導(dǎo)。

（3）參數(shù)化程序設(shè)計

參數(shù)化程序代碼主要分三個部分，核心參數(shù)輸入（交互或者缺省）和比例設(shè)定的結(jié)構(gòu)參數(shù)、坐標點數(shù)據(jù)獲取、繪圖。截止閥的關(guān)鍵程序代碼框架如下：（defun c：jzf（/Bp L L1 H P1 P2 P3 P4 A B C D）；j函數(shù)定義（setqBp（getpoint"＼n input a base point："））；插入點參數(shù)輸入（setq L（getdist"＼n input L="））；核心參數(shù)交互輸入（setq L1（*1.25L）H（*0.6L））；幾何參數(shù)比例設(shè)定……；坐標點數(shù)據(jù)計算（command"pline"P1 P2 P4P3"c"）；圖形繪制）；結(jié)束

3 閥門選型與功能實現(xiàn)界面設(shè)計

3.1 閥門（或管件）選型的界面設(shè)計

在AutoCAD環(huán)境下采用對話框控制語膏（DCL）編寫用戶界面外觀，VisualLISP語言實施對用戶界面的控制。

圖5是閥門選型的界面外觀，其對應(yīng)的DCL文件代碼和說明如下：tap：dialog//定義對話框名字flabel="閥門類型選擇"；//標題：row（：image_button{//圖像控件，第一行第一個圖像控件屬性與參數(shù)設(shè)置key="tap0"；color=0；width=15；aspect_ratio=1；}：image_buttonf…//圖像控件，第一行第2至4個圖像控件屬性與參數(shù)設(shè)置}：rowf{abel="閘閥 截止閥 旋塞閥 止回閥"；}//上述四個控件的名稱

圖5給出六種閥門類型，余下兩個保留為作增列閥門控件時使用。

圖像控件的圖形是幻燈片文件類型（.sld），在AutoCAD環(huán)境下提供制作幻燈片功能。VisualLISP程序設(shè)計將幻燈片放置到圖像控件的代碼如下：（setqkey_name（strcat"tap"（itoa n）））（startjmagekey_name）（setqmax_x（dimx_tilekey_name））（setqmax_y（dimy_tilekey_name））（slide_image 0 0 max_xmax_y（strcat"tap：（itoa n）））（end_image）

閥門選型界面要實現(xiàn)的功能是提供設(shè)計者根據(jù)工程需求選擇閥門類型，確認后激活該閥門的繪圖功能界面。

3.2 閥門在軸測圖中的繪制

圖6為截止閥繪圖功能界面，其設(shè)計與圖5類似。布局上分別以軸側(cè)軸X₁、Y₁、Z₁方向排列三個圖像控件，每個圖像控件示出該閥門使用時的插入點位置信息，該頁面共九個控件，極大地方便了設(shè)計者使用。點擊任意一個控件，確定后直接連接至2.2節(jié)中的參數(shù)化設(shè)計程序，執(zhí)行后的結(jié)果如圖7所示。

本文完成了常用的各類閥門、管件的選型和參數(shù)化設(shè)計，應(yīng)用于圖1中的閥門、三通、異徑管（細實線圓標注部分）的繪制中。本研究開發(fā)的應(yīng)用模塊，設(shè)計者根據(jù)功能需求只需要做選擇操作，無需實際交互繪圖，圖形以成組模式一次性完成繪制，有效避免了設(shè)計者的大量重復(fù)性設(shè)計工作。

4 結(jié)論

管道軸測圖是管道布置設(shè)計的基本圖樣。管道中的各類閥門和管件的形狀與其在圖中的位置有關(guān)，其圖形繪制是管道軸測圖計算機繪制中工作量繁重的設(shè)計環(huán)節(jié)。開發(fā)應(yīng)用模塊，提供給設(shè)計者快速選型及繪圖功能已經(jīng)應(yīng)用到實際設(shè)計中，實踐證明有效提高了設(shè)計效率。