DTⅡ型膠帶輸送機三維設計軟件的開發與應用

李俊，閆羽，相沖

隨著信息技術的發展，工程設計計算機軟件工具也在不斷升級。在CAD繪圖階段，膠帶輸送機的設計計算繪圖采用二維繪圖軟件工具實現電算化。在以BIM技術為核心的三維設計階段，膠帶輸送機需要依靠新的軟件技術實現在三維條件下的計算、選型、和參數化模型的生成。因此我公司采用C#語言和REVIT接口，開發了“DTⅡ型膠帶輸送機三維設計軟件”（以下簡稱軟件），通過該軟件可提高DTⅡ型膠帶輸送機三維設計效率和設計質量，實現可視化設計。

運用DTⅡ型膠帶輸送機三維設計軟件技術生成的三維膠帶機模型可用來配合水泥廠的三維布置設計，更加智能化、參數化，避免了手工建立三維膠帶機模型過程中查表、繪制模型、計算等大量的重復性勞動，節省了人力資源。生成的三維模型能夠直接顯示膠帶機在三維空間內真實的布置情況，避免了二維設計簡化模型導致的設計失誤，降低了設計風險。三維設計生成的訂貨單可以直接提供給膠帶機廠家用于采購和制造。三維模型直觀、可靠，如對模型進一步加工，可用來指導安裝和現場施工；可直接導入到其他分析軟件中進行分析，也可導入到機械軟件Autodesk Inventor中進一步加工；可制作加工成效果圖，用于水泥廠的投標和市場宣傳，增加企業競爭力。

1 軟件主要功能

依據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型膠帶輸送機的BIM模型，校核輸送能力和膠帶張力，計算電機功率，選擇合適的電機減速機，并生成文字版的膠帶機計算書和訂貨單。

2 軟件適用范圍

依據《DTⅡ型固定式帶式輸送機設計選用手冊》，軟件能生成帶寬500～1 400mm的膠帶輸送機。膠帶輸送機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，生成的膠帶機功率范圍為2.2～315kW，基本滿足水泥廠廠區內的物料輸送。

3 軟件應用條件

軟件是基于Autodesk BIM平臺下的軟件。生成的膠帶機為三維的REVIT模型，REVIT模型可與其他三維設計軟件進行轉換，滿足不同工廠三維設計系統的需求。DTⅡ三維膠帶機軟件主要生成適用于水泥廠廠區內塊狀或散狀物料輸送所采用的膠帶機。

4 軟件數學模型

圖1 三維坐標系統

圖2 DTⅡ膠帶機張力以及電機功率計算框圖1

圖3 DTⅡ膠帶機張力以及電機功率計算框圖2

軟件采用笛卡兒坐標系三維坐標系統（圖1）（三維笛卡兒坐標系是在二維笛卡兒坐標系的基礎上根據右手定則增加第三維坐標（即Z軸）形成。在三維坐標系統中，采用矢量計算和矩陣變換，實現坐標系變化），根據需要的膠帶機工藝布置形式，計算膠帶機部件的空間位置，實現膠帶機三維布置。

5 軟件計算方法

按《DTⅡ型固定式帶式輸送機設計選用手冊》計算方法，校核DTⅡ膠帶機輸送能力通過微軟Linq等操作數據庫的程序模塊，查詢數據庫，得到相關部件的表數據，返回到程序中。程序再通過調用Revit API，從系統中載入膠帶機參數化族文件，用參數驅動部件的外形尺寸，并根據布置要求將其拼接成滿足輸入參數要求的膠帶機BIM模型。軟件系統結構見圖4。和膠帶張力，計算電機功率[1]。計算流程見圖2、3。

6 軟件系統結構設計

軟件采用面向對象的設計方法，程序設計具有封裝性好、可擴展性強等特點。在面向對象的程序設計方法基礎上，運用了一些先進的.NET設計模式，如工廠模式和工廠方法。

軟件在.NET平臺下采用C#作為開發語言，采用Microsoft visual studio 2012做為開發工具。根據輸入參數

作為查詢膠帶機部件參數表的條件，

圖4 軟件系統結構設計

圖5 部件參數化拼接組合方法

圖6 膠帶機二維圖

圖7 膠帶機三維模型

圖8 車間膠帶輸送機

7 軟件在工程中應用的實例

軟件采用Windows Form輸入，通過膠帶機選型參數輸入主對話框、膠帶機布置參數輸入對話框等，按一定規則確定設計參數，經過復雜計算，生成文本格式的計算書，運用部件參數化拼接組合的方法（圖5），生成用于訂貨的二維圖（圖6）和布置設計的三維模型（圖7）。

膠帶機軟件已經在實際工程中大量應用，運用參數化軟件方法，可以快速生成多條參數工況類似的膠帶機，參數調整迅速，方便多次優化，以達到合理的結構布置形式。圖8為膠帶機模型在水泥廠設計中的典型應用。

8 軟件系統部署方案

軟件采用C/S模式設計，C/S（Client/Server，客戶機/服務器）模式又稱C/S結構，C/S結構的關鍵在于功能的分布，一些功能放在前端機（即客戶機）上執行，另一些功能放在后端機（即服務器）上執行。膠帶機選型參數表配置在服務器端的SQL數據庫里，參數化膠帶機BIM模型放置在服務器端對應的網絡磁盤路徑上。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，運行后輸出的結果直接保存在用戶電腦里。

運行時配置好服務器端的數據庫，設置膠帶機BIM模型文件的訪問權限，然后在客戶端執行插件程序。

9 結語

本軟件采用BIM技術（建筑信息模型，Building Information Modeling），在 Autodesk Revit平臺下二次開發，借助DTⅡ膠帶機在水泥廠工程設計中的經驗，實現參數化BIM模型的建立，為BIM技術條件下DTⅡ膠帶機標準設備參數化設計提供了可行的解決方案，具有可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性等特點。