基于智能的工業鍋爐CAD參數化設計分析

吳 兵

（陜西工業職業技術學院，陜西 咸陽 712000）

參數化設計是一種CAD產品設計方式，也是CAD技術的一大主要研究范圍，實際上是指設計對象結構形狀處于固定狀態，通過參數進行尺寸關系約束，參數與設計對象控制尺寸之間存在顯著的相互對應關系，設計結果的修正備受尺寸驅動影響，因此也稱之為參數化尺寸驅動。通過參數化模型，以調整參數的方法對結構的幾何形狀進行適當修正與控制，以自動化構建最佳產品。參數化設計技術通過有效的草圖設計與尺寸驅動修正圖形等相關功能，逐漸發展成了設計的重要手段。而作為主要熱動力與熱生產設備，工業鍋爐在現代化生產與生活的各個領域都實現了大力推廣與應用，因此進一步提高工業鍋爐的設計水平與質量，在保證熱效率，節約資源能源等各個方面發揮著重要作用。現階段，我國CAD市場并未出現得到廣泛認可的工業鍋爐CAD 軟件，雖然有少數軟件存在，但是功能并不突出，也沒有將計算機效能充分發揮出來[1]。對此，為了滿足相關企業的多元化需求，設計開發工業鍋爐CAD系統，不僅推廣前景良好，而且綜合效益也十分突出。

1 工業鍋爐CAD系統的整體結構

工業鍋爐CAD 系統總體結構框架具體如圖1所示。就整體系統而言，不僅要對輸入與輸出進行詳細分析，還要深入探究系統模型。對于工業鍋爐CAD 系統來講，因為計算機能夠直接性參與到設計中去，并且作為輔助，構建設計圖形與文檔，自動生成各種輸出，其與設計系統生成過程息息相關[2]。所以，基于工業鍋爐設計的物理模型，導出系統邏輯模型，并對其進行適當修正，以期此模式可以滿足計算機多元化要求，同時還要繪制系統邏輯圖，通過圖形模式表述開發對象各部分間的邏輯性關系，明確各數據流間的相互聯系，從而實現子系統的智能化協調統一。具體工業鍋爐CAD系統邏輯圖如圖2所示。

圖1 工業鍋爐CAD系統總體結構框架

圖2 工業鍋爐CAD系統的邏輯圖

2 工業鍋爐CAD系統參數化開發思想

就工業鍋爐設計特性而言，進一步明確CAD 系統核心思想應基于總方案，以面向方案的智能技術為載體，實現系統的各項功能。常規CAD 繪圖平臺主要是對專業制圖特點進行探究，把工程圖紙劃分為多個獨立個體圖形單元，并將其作為基礎，設計工程圖紙。工業鍋爐CAD系統側重于把設計方案作為處理對象，針對方案的整個規劃設計流程提供多元化途徑，是面向方案的智能化技術，并始終貫穿整個CAD系統開發過程[3]。

瀏覽整個工業鍋爐水管系統圖紙的設計流程，可知圖形主要是在結構特性與尺寸加以驅動的。可以將繪圖過程當作函數執行，所得數值結果就是水管系統圖，據此引進參數化理念。將水管系統圖的水管結構特性尺寸與間距尺寸看作是繪圖程序的自變量，其執行結果相對應的就是水管系統圖。在設計人員根據具體情況進行結構尺寸改變的時候，則會自動快速生成水管系統圖，以實現全視圖尺寸驅動功能，將工業鍋爐CAD系統的參數化與智能化全面展現出來。

而面向方案的智能化技術與參數化理念的結合應用，構成了獨具特色的工業鍋爐CAD系統面向方案的參數化思想。其是智能化的具體表現，不僅能夠保證設計的準確性、生動性和高效性，還可以保證在優先選擇和明確設計方案的時候更具便捷性與智能性。所以，面向方案的參數化思想可以充分調動設計人員的創新思維與理念，從而獲得良好參數化設計效果。

3 智能工業鍋爐CAD參數化設計模式

基于CAD 進行工業鍋爐開發，零部件設計模型構建與工業鍋爐開發效率息息相關。在開發初始階段，零部件的尺寸和形狀太過模糊，需要在裝配驗證與數控編程后，才能夠進一步確定。對此，應促使零部件模型具備容易修正的柔性特性。參數化設計方式就是把模型的定量信息轉變為量化，促使其改變成可以隨意調整的參數。而參數所賦予的數值大不相同，便能夠獲得各種類型和形狀的零部件模型[4]。

在智能工業爐中為了實現參數化設計，構建模型是關鍵所在。參數化模型代表零部件圖形的幾何與工程約束。其中，幾何約束實際上就是結構與尺寸約束。結構約束就是幾何元素間的拓撲約束關系，即平行和垂直等等。尺寸約束就是基于尺寸標注的約束關系，即角度與距離尺寸等等。工程約束則代表尺寸間的約束關系，以對尺寸變量與其數值、邏輯關系進行定義加以表示。在CAD 參數化設計中，相關工作人員就幾何關系與工程關系進一步明確設計要求。為了滿足設計要求，需要對尺寸、工程參數初始值進行充分考慮，并在設計參數變化的時候，全面維護基本關系。參數化設計的根本在于基于可變參數作用，系統自動化維護不變參數。所以，在參數化模型中，進行約束關系構建，才能夠真正體現出設計人員的設計意向與目標[5]。

4 基于智能的工業鍋爐CAD參數化程序設計實現

4.1 Auto LISP語言

Auto LISP 程序能夠顯示生產圖形的全部尺寸參數，還能夠進行動態化修正，因此，Auto LISP語言對于參數技術的實現發揮著重要作用。Auto LISP 語言是嵌入在Auto CAD 中，并且兩者共存的程序設計語言，具備自身獨特的圖形處理能力，Auto LISP 程序能夠進行科學計算與數據處理等相關工作，同時調用Auto CAD指令，實現兩者結合，進而發展成為CAD 專業系統的主要開發載體[6]。

4.2 水管系統圖面向方案的參數化程序設計

因為工業鍋爐類型各式各樣，水管系統圖也具備相應的不同特性，難以利用統一的、標準的參數化程序加以表述，因此參數化思想是對應既定工業鍋爐類型制定參數化程序，系統圖不同需要不同的程序進行繪制，設計人員在使用的時候，應選擇不同的鍋爐類型，并構建開放式結構，促使后續相關人員有序便捷地增加內容。參數化繪圖應及時根據所輸入參數明確零部件的形狀與彼此間的關聯。在輸入參數的時候，用戶應確定參數所對應的圖形結構。單純利用文字進行尺寸參數闡述，很容易造成混淆，并且用戶也難以理解。對此，智能工業鍋爐CAD系統開發了圖文并茂參數輸入系統[7]。

為了正確輸入界面的所有尺寸參數，屏幕上應展示出爐型具體樣圖，以字母形式表示尺寸參數，在用戶點擊參數的時候，樣圖會產生一定反應，以此使得用戶可以生動直觀體驗參數所對應的樣圖結構尺寸。在操作過程中，在屏幕菜單上詳細陳列參數名稱，在用戶點取之后，在命令行，作出文字闡述，并且將圖形編輯區域的樣圖對應部分轉變成鮮艷的顏色，這時用戶可以在命令行輸入參數值。而為了實時查看輸入數據信息，工業鍋爐CAD 系統還提供了基于文本方式展示參數現時數值的變量查詢功能，以此促使輸入數據界面更加形象化、直觀化，易于理解，從而實現便捷實用的目標。

4.3 爐墻繪制面向方案的參數化程序設計

工業鍋爐CAD 系統根據爐墻特性，對不同類型爐墻共性進行了詳細分析，打破了傳統繪圖模式，通過參數化設計思想進行開發，制定了多元化的爐墻參數化模式，使得工業鍋爐CAD系統中的爐墻繪制極具獨特性，并在很大程度上提高了智能化水平。在繪制爐墻的時候，基于菜單調用，出現爐墻類型選擇的對話框。其中，不同類型爐墻都是通過圖像按鈕形式得以展示，并配置了與之相對應的幻燈片，設計人員在使用時更具直觀性與生動性。用戶可以就具體繪圖需求，科學合理選擇恰當的模式，并基于結構尺寸自動繪制爐墻。在工業鍋爐CAD 系統中，在選擇爐墻類型之后，會出現爐墻參數化特性尺寸輸入對話框，其中用戶可以給出此形式爐墻的參數化特性尺寸，以此為參數化繪圖程序調用提供幫助。工業鍋爐CAD系統主要是依據爐墻材料，自動化填充剖面線的對應圖案。在整個過程中，因為參數化繪圖程序的積極參與，實現了命令執行的智能化發展[8]。

4.4 爐排繪制面向方案的參數化程序設計

爐排繪制的重復工作量比較繁重，極易出現事故。工業鍋爐CAD系統能夠有效解決這一問題，優先比較并靈活選擇設計方案，操作流程簡單，實用性非常強。在爐排繪制的時候，基于菜單調用，工業鍋爐CAD 系統在程序中以六噸位界限，對爐排片尺寸與間距的差異進行了充分考慮，以此促使相關工作人員只需要給出爐排傾角、片數、起點，便能夠在指定位置上生成爐排，以便于用戶使用。以用戶所選擇爐排類型為依據，通過Auto LISP 程序調用圖塊，在用戶指定插入點位置，插入圖塊，根據編輯框所輸入的爐排數量，以及規定中給定的爐排間距以水平方式進行陣列，此操作應在新圖層上開展，避免干擾其他環境。然后選中圖層所有物體，就編輯框的水冷梁傾角為依據實現旋轉，以構成所需要的爐排[9]。

4.5 省煤器繪制面向方案的參數化程序設計

在工業鍋爐中，省煤器發揮著不可替代的重要作用，一般來說，其繪制難度較大，重復工作任務較重。工業鍋爐CAD 系統對于常用鑄鐵與鋼管省煤器繪制都做了進一步研究開發，使得繪制效率與質量顯著提升，為方案優化與修正提供了有力幫助。通過Auto LISP語言調用Auto CAD繪圖命令進行子單元繪制，并調用陣列Abbay命令，依舊編輯框內部所輸入的橫向、縱向節距以及排數進行自動化陣列繪制，以此完成整張圖設計流程，其具備較高的智能化與自動化水平，可以大大提高設計人員的積極性與主動性。

5 結 論

通過研究分析，工業鍋爐CAD 系統中利用面向方案的參數化理念，對于方案的比較選擇而言具有重要意義。工業鍋爐CAD 系統具備相對較高的智能化水平，通過此系統進行方案優先選擇的時候，用戶只需要輸入相應的設計條件，程序就能夠自動化、智能化完成鍋爐水管系統視圖繪制與尺寸標準等相關工作，并將系統圖的全尺寸驅動功能全面發揮出來。與此同時，參數化設計技術在工業鍋爐CAD系統中的應用，提高了使用的便捷性，其以圖文并茂的數據輸入系統與簡單易懂的對話框，促使設計人員快速完成了數據輸入，而方案與結構設計優化也十分便利。