一种基于NX三维设计软件的锅炉钢结构空间检测方法与流程

本发明涉及结构设计技术领域，特别是一种基于nx三维设计软件的锅炉钢结构空间检测方法。

背景技术：

随着锅炉企业所涉及的项目规模日益庞大，复杂程度越来越高，项目周期越来越短，对锅炉设计的各专业组间配合的要求也越来越高，项目建设过程中凸显的问题也越来越明显，如设计冲突、设计中的反复变更、资源浪费成本超支、现场消缺成本高、工期无法保证等。据企业锅炉现场安装报告反馈，因结构设计原因导致的锅炉钢结构内、外部碰撞、干涉，通行空间不足及受阻，检修、操作平台位置不合理等问题都已成普遍现象，工程质量难以保证，现场消缺成本增加的同时也严重影响了安装工期。锅炉钢结构现行通用结构设计方法是基于autocad等二维设计软件进行的，设计流程为：初步设计（二维软件绘制方案图纸）→技术设计（二维软件绘制技术图纸）→施工设计（二维软件绘制施工图纸），在整个设计流程中缺乏对钢结构的结构设计验证过程及方法，设计问题往往是到了现场安装阶段才得以反馈，造成了企业的经济损失。因此，钢结构设计需要一种利用计算机虚拟现实系统环境的结构设计验证方法，评估设计的可行性。

由于三维技术的精准、直观、高效特点，在国内外的电厂设计中现已逐渐得到推广使用，主要应用有：1）建立三维模型；2）完成干涉检查；3）生成二维图。国内的三大锅炉厂与设计院，更多地是利用三维技术进行干涉检查，检查出管道与构架、管道与管道、管道与结构、设备与设备之间的各种干涉，从而使各专业设计人员及时发现干涉并做相应修改，然后再次进行干涉检查，直到消除干涉达到设计要求。在国内电厂行业内，关于干涉检查的工程技术与操作规范、专利实践等相关研究还处于探索阶段，对锅炉钢结构进行人机分析的研究更是没有相关的研究资料、学术论文或专著，属于空白领域。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种基于nx三维设计软件的锅炉钢结构空间检测方法。

本发明采用的技术方案如下：一种基于nx三维设计软件的锅炉钢结构空间检测方法，具体包括以下过程：

步骤1，建立锅炉钢结构装配结构树，并完成整个锅炉钢结构实体模型的建立；

步骤2，在整个锅炉钢结构实体模型的坐标中，建立主钢结构、平台扶梯和维护结构；

步骤3，对钢结构实体模型进行正确性检查；

步骤4，进行三维空间干涉检查，判断零部件间是否发生干涉，如果y，无干涉，则干涉分析合格，进入步骤5；如果有干涉，则干涉分析不合格，则获取干涉、干涉发生的位置以及干涉量，返回到步骤2，并修改模型，进行结构优化；

步骤5，进行锅炉钢结构三维空间人机分析，判断组件间配合是否符合人机工程学中的安全性与操作性，如果符合人机工程学，则人机分析合格，进入步骤6；如果不符合人机工程学，则人机分析不合格，则获取操作空间数据，返回到步骤2，并修改模型，进行结构优化；

步骤6，形成三维空间检测分析报告。

进一步的，所述步骤1的具体过程为：确定了锅炉钢结构和本体、整体构造关系后，根据二维锅炉钢结构图在nx建模环境中采用自顶向下的方法新建锅炉钢结构装配结构树；在总装配模型中创建基准坐标及柱网布置轴线，各子装配分别以总装配中的定位基准建立实体模型，从而完成整个锅炉钢结构实体模型的建立。

进一步的，所述步骤2中，建立主钢结构的具体过程为：以总装配模型坐标系、柱网布置轴线为基准，在主钢结构子部件中分别搭建主钢结构装配结构树，并依次建立柱、梁、顶板、支撑结构子部件模型。

进一步的，所述步骤2中，建立平台扶梯的具体过程为：（1）在nx实体建模环境下，平台子装配中按平台标高分层建立草图，草图中的内容为该层平台的封闭外轮廓，拉伸轮廓按相关平台尺寸生成平台实体；（2）扶梯先根据不同的型号做成通用件模型，并统一放置在重用库文件夹中，建模时在重用库文件夹中调取扶梯标准件并安装在相应位置。

进一步的，所述步骤2中，建立维护结构的具体过程为：将nx建模环境调整为机械模块，在机械布管首选项设置中调整学科为handrail；在栏杆子装配中建立栏杆实体时使用栏杆命令，利用软件自带栏杆命令，确定好栏杆样式，选择栏杆起始位置生成栏杆实体。

进一步的，所述步骤4中，针对正确性检查后的钢结构实体模型，采用软件装配选项卡，选择间隙分析命令，在打开的命令菜单中新建间隙集，设置要分析的对象和排除的对象、安全区域距离值、干涉几何体计算精度，然后单击应用按钮执行间隙分析，判断是否存在的干涉；如果存在干涉，解析发生干涉的位置，分析结果自动生成显示在干涉浏览器中，双击干涉浏览器中任意干涉项，在视图窗口中可单独显示发生该干涉项的部件及高亮显示干涉位置，同时打开分析选项卡中相关测量命令获得干涉数据，返回到步骤2，并修改模型，进行结构优化；如果不存在干涉；进入步骤5。

进一步的，所述步骤5的具体过程为：步骤51，在平台子部件模型中通过nx建模模块中的拉伸命令对平台实体边线进行拉伸操作，建立1.8m的模拟平台通行空间实体，然后打开装配选项卡，选择间隙分析命令，在打开的命令菜单中可以新建间隙集，将通行空间实体和子装配实体设置为分析对象，安全区域距离值设置为0mm，干涉几何体计算精度设置为精确，单击应用按钮执行间隙分析；分析完成后直接在干涉浏览器中查看到通行空间是否与其它部件发生干涉，判断通行空间的合理性；步骤52，在锅炉钢结构作为锅炉整体装配的子装配模型时，利用nx分析模块计算得到平台与阀门、人孔、吹灰器、测量孔、燃烧器、仪表等的距离、角度数据值，对判断操作平台合理性；步骤53，建立扶梯通用件库，根据设计扶梯规格进行选型调用装配到钢结构装配树中，用软件进行干涉检查分析扶梯是否与其它部件发生干涉，并建立扶梯的通行空间判断扶梯通行空间合理性。

进一步的，所述步骤6的具体过程为：其特征在于，所述步骤6的具体过程为：根据分析结果对于设计错误、设计不合理部分进行更改，待优化部分进行优化，并形成三维空间检测分析报告；对设计错误部位的状态、位置、更改方案、更改后状况进行描述；对不合理部位的状态、位置、更改方案、更改后状况进行描述；对可优化部位的状态、优化依据、优化方案、优化后状况进行描述；将各问题点进行汇总与分类，获取报告结果为优化结构设计提供依据。与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：

本发明技术方案给工程设计（特别是锅炉设计、电厂设计）带来的价值：通过在工程设计的设计流程中增加三维结构设计验证流程，对锅炉钢结构布局进行了科学的合理分析，填补了现有锅炉钢结构设计中缺乏有效结构设计验证技术的空白，逐步实现锅炉的精细化设计。

本发明技术方案给企业带来的经济价值：1）本方案通过采用了三维空间干涉和三维空间人机分析来修改模型，避免了设计员反复修改图纸，减少了设计更改，提高了设计效率和设计质量。2）降低了设计成本，减少了项目三包及消缺费用。一个项目三包及消缺费用以万元计价。每个项目三维空间检测结果一般在34～48项问题点，发生错误处有100处以上。由此可见，进行一个项目的三维空间检测分析，将会为企业节约一笔不小的设计费用和安装三包费。3）本方案建立了三维模型，可满足业主需求提供三维模型，有利于协议的顺利签定，增加企业订单。订单费用以百万元计价。

本发明技术方案通过三维结构设计、三维空间干涉检查、以及人机分析，给企业带来的社会价值：现今火电厂市场需求已经不再仅满足于基本需求——锅炉性能功能的实现，正在转向于社会需求层面。因此，合理宜人的锅炉结构设计可使企业锅炉产品更具安全性，运行与维护更具有可操作性和便利性，即可一定程度上满足了市场的社会需求——人文关怀。

附图说明

图1是本发明基于nx三维设计软件的锅炉钢结构空间检测方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述。

如图1所示，一种基于nx三维设计软件的锅炉钢结构空间检测方法，具体包括以下过程：步骤1，建立锅炉钢结构装配结构树，并完成整个锅炉钢结构实体模型的建立；步骤2，在整个锅炉钢结构实体模型的坐标中，建立主钢结构、平台扶梯和维护结构；步骤3，对钢结构实体模型进行正确性检查；步骤4，进行三维空间干涉检查，判断零部件间是否发生干涉，如果y，无干涉，则干涉分析合格，进入步骤5；如果有干涉，则干涉分析不合格，则获取干涉、干涉发生的位置以及干涉量，返回到步骤2，并修改模型，进行结构优化；步骤5，进行锅炉钢结构三维空间人机分析，判断组件间配合是否符合人机工程学中的安全性与操作性，如果符合人机工程学，则人机分析合格，进入步骤6；如果不符合人机工程学，则人机分析不合格，则获取操作空间数据，返回到步骤2，并修改模型，进行结构优化；步骤6，形成三维空间检测分析报告。采用本实施例的技术方案，为锅炉钢结构在技术设计及施工设计阶段提供一种有效的结构设计验证方法，实现钢结构精细化设计。评估设计的可行性，避免设计缺陷，提高锅炉钢结构设计质量，从而确保工程质量及工期要求，减少材料和制造成本的浪费，降低工程成本。其次，此方法创新了锅炉结构设计方法，优化锅炉产品设计，进而提高了企业设计能力，对用户进行了人文关怀，提高了用户满意度。

优选地，建立装配结构树，建立实体模型：确定了锅炉钢结构和本体、整体构造关系后，根据二维锅炉钢结构图在nx建模环境中采用自顶向下的方法新建锅炉钢结构装配结构树；在总装配模型中创建基准坐标及柱网布置轴线，各子装配分别以总装配中的定位基准建立实体模型，从而完成整个锅炉钢结构实体模型的建立。

优选地，建立主钢结构：以总装配模型坐标系、柱网布置轴线为基准，在主钢结构子部件中分别搭建主钢结构装配结构树，并依次建立柱、梁、顶板、支撑结构子部件模型。

优选地，建立平台扶梯：

（1）在nx实体建模环境下，平台子装配中按平台标高分层建立草图，草图中的内容为该层平台的封闭外轮廓，拉伸轮廓按相关平台尺寸生成平台实体；（2）扶梯先根据不同的型号做成通用件模型，并统一放置在重用库文件夹中，建模时在重用库文件夹中调取扶梯标准件并安装在相应位置。

优选地，锅炉钢结构中平台扶梯的维护结构主要为栏杆，建立维护结构：

将nx建模环境调整为机械模块，在机械布管首选项设置中调整学科为handrail；在栏杆子装配中建立栏杆实体时使用栏杆命令，利用软件自带栏杆命令，确定好栏杆样式，选择栏杆起始位置生成栏杆实体。

模型正确性检查:

模型正确性检查分为自检—互检—总检三级检查，检查过程为各子部件建模设计员自检，然后进行关联子部件间建模设计员的互检，最后由总装配建模设计员进行总装配及子部件模型的总体检查。

优选地，所述步骤4中，检查存在干涉的情况：

针对正确性检查后的钢结构实体模型，采用软件装配选项卡，选择间隙分析命令，在打开的命令菜单中新建间隙集，设置要分析的对象和排除的对象、安全区域距离值（系统默认值是0mm）、干涉几何体计算精度，然后单击应用按钮执行间隙分析，判断是否存在的干涉；如果是，解析发生干涉的位置，分析结果自动生成显示在干涉浏览器中，双击干涉浏览器中任意干涉项，在视图窗口中可单独显示发生该干涉项的部件及高亮显示干涉位置，同时打开分析选项卡中相关测量命令获得干涉数据，进入步骤5。

三维空间干涉检查包括动态干涉检查和静态干涉检查。本方法仅针对静态干涉检查，干涉类型分为5种类型：①不干涉（nointerference）：两个对象间的距离大于间隙区域。②接触干涉（touchinterference）：两个对象相互接触，距离为零，但是没有干涉。系统给出一个表示接触干涉的点。③硬干涉（hardinterference）：两个对象相交，有公共的部分。系统建立一个干涉实体。④软干涉（softinterference）：最小距离小于间隙区域，但不接触。系统建立表示最小距离的一条线。⑤包容干涉（containmentinterference）：系统建立表示干涉被包容实体的拷贝。

优选地，锅炉钢结构三维空间人机分析：

所述步骤5的具体过程为：

通行空间的人机分析过程：步骤51，在平台子部件模型中通过nx建模模块中的拉伸命令对平台实体边线进行拉伸操作，建立1.8m的模拟平台通行空间实体，然后打开装配选项卡，选择间隙分析命令，在打开的命令菜单中可以新建间隙集，将通行空间实体和子装配实体设置为分析对象，安全区域距离值设置为0mm，干涉几何体计算精度设置为精确，单击应用按钮执行间隙分析；分析完成后直接在干涉浏览器中查看到通行空间是否与其它部件发生干涉，判断通行空间的合理性；

操作平台的人机分析过程：步骤52，在锅炉钢结构作为锅炉整体装配的子装配模型时，利用nx分析模块计算得到平台与阀门、人孔、吹灰器、测量孔、燃烧器、仪表等的距离、角度数据值，对判断操作平台合理性；

扶梯的人机分析过程：步骤3，先在nx建模模块中按单个零件建立参数化扶梯模型，打开nx工具命令选项卡中的部件族功能，为扶梯模型添加部件族数据并保存，将带有部件族的扶梯模型放入nx重用库文件夹中。在进行扶梯的人机分析时，先在nx标准件库中调用扶梯模型装配到主钢结构模型中，通过nx建模模块中的“拉伸”命令对扶梯实体边线进行拉伸操作，建立1.8m的模拟扶梯通行空间实体，然后打开“装配”选项卡，选择“间隙分析”命令，在打开的命令菜单中可以新建“间隙集”，将扶梯及其通行空间实体与其他子装配实体设置为分析对象，安全区域距离值设置为0mm，干涉几何体计算精度设置为精确，单击应用按钮执行间隙分析。分析完成后可直接在干涉浏览器中查看到扶梯及其通行空间是否与其它部件发生干涉，再结合前述发明内容中的合理性标准数据对比，即可判定扶梯通行空间的合理性。

所述步骤6的具体过程为：

其特征在于，所述步骤6的具体过程为：根据分析结果对于设计错误、设计不合理部分进行更改，待优化部分进行优化，并形成三维空间检测分析报告；对设计错误部位的状态、位置、更改方案、更改后状况进行描述；对不合理部位的状态、位置、更改方案、更改后状况进行描述；对可优化部位的状态、优化依据、优化方案、优化后状况进行描述；将各问题点进行汇总与分类，获取报告结果为优化结构设计提供依据。本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。