关键词：余热锅炉，参数化设计，模块化设计，知识工程， SolidWorks
1.引言
余热锅炉是一种定制化机械产品，要根据不同客户的要求个性化设计，从而造成设计周期长、设计错误多的问题，鉴于此提出的快速设计的方法，旨在以数据库和模型库为支撑，依托所有参数和属性组成的知识系统以及经验丰富的设计师总结出来的经验，对余热锅炉整体、零部件、标准件进行计算、选型，使用vb.net对SolidWorks进行二次开发，建立一个集产品参数计算、设计、管理为一体的CAD设计系统, 从而能够完全整合利用企业设计资源对产品进行快速设计,实现产品的装配仿真,最终生成施工图纸，使企业按时交货、争先抢占市场，很大程度上提升了企业的综合竞争力，为企业的持续发展注入了巨大动力。
2.余热锅炉的参数化设计
按照功能划分余热锅炉主要由省煤气、锅筒、过热器、水保护段等部分组成。如图1 所示。
图 1 余热锅炉模块划分
余热锅炉参数化设计具体流程如下：
（1）根据余热锅炉产品的结构和功能特点，对产品进行模块划分，并确定零部件的主从动参数和模块间的装配约束关系；
（2）按照图纸分析零件特征的同时结合设计人员的设计意图，明确零件设计方法，简化建模过程，将建模步骤和参数尺寸的数量尽可能地减少，适当添加方程式和约束关系使模型参数和结构之间的联系更加紧密，以方便修改和驱动；
（3）根据基础模型，按照最大化原则制作图纸模板，按要求添加零部件自定义属性，构建工程图库；
（4）总结设计规则、设计经验和相关的计算公式，建立设计数据库和设计规则库，将设计中用到的知识进行存储，实现设计计算功能；
（5）通过编程软件搭建参数设置界面，并添加各功能按钮；
（6）进行模型参数化驱动模块的开发，通过程序使零件和装配体按照界面或数据库驱动参数及时自主更新，并对模型按指定路径存储；
（7）实现工程图的调整，包括视图位置。视图比例、尺寸位置、明细表调整等，以达到公司的设计要求。
3.余热锅炉设计知识库的建立
余热锅炉快速设计系统的知识库主要通过两种不同的方式共同实现，分别为为基于实例的推理和基于规则的推理。参照结构要求构建满足要求的实例库来实现基于实例的推理，基于总结的设计规则建立充实的规则库来实现基于规则的推理。余热锅炉设计知识库的结构如图2所示。
图2 知识库结构
知识库的总体结构如图 2所示，由实例库和规则库两部分共同组成余热锅炉知识库。实例库主要由锅筒实例库、省煤器实例库、水保护段实例库、过热器实例库组成；对应的规则库包含过程知识库、规则知识库以及参数知识库等；若再细分的话，规则知识库又可以分为换热管排数确定规则、吊梁小板数确定规则、吹灰口个数确定规则等组成；参数知识库库由换热管位置参数、省煤器护板参数、锅筒外形参数等组成。
3.余热锅炉模型库的创建
模型库主要分为两种形式：一种是按照外购件厂商所提供的产品规格表所创建的标准件模型库；另一种是根据企业设计标准及产品族划分规则所创建的产品模板模型库。模型库的正确创建与运用可以大大减少设计工作量，保证设计质量，是产品快速设计过程中的重要准备工作。
1.标准件模型
在参数化三维设计中，利用外购件厂商提供的产品规格表建立标准件模型，并将与之相关的装配参数存放到模型中，按照厂家、系列储存，从而创建出覆盖余热锅炉设备设计所涉及到的外购件信息，满足不同类型、不同形式的产品配置。
2.产品模板模型
在参数化建模之前，按照相似性与重用性原理，根据产品类型与产品族划分，建立多个三维模型模板。因此，整个参数化建模过程就划分为两部分：按照产品结构形式最大化原则建立三维模型模板，满足各种产品形式的需求；根据具体的计算数值驱动对应的三维模型模板，进而得到产品的目标模型。
4 系统主要功能模块设计
4.1模型驱动模块
模型驱动模块是参数设置结束后的下一步操作，主要功能是使用界面新设置参数或从数据库中调用数据来驱动模板实现模型尺寸的变化，完成三维模型的快速设计。具体模型驱动步骤如下：
在设置完成模型驱动后的目标路径后，运行模型驱动程序：程序自动调用模板，在将模板复制到目标文件夹前，判断该目录下是否存在与同名文件，假如存在则先将其删除，以确保基础模板为最完善版本，如果不存在则直接复制；然后通过程序调用SolidWorks打开模板模型，将界面新设置参数或从数据库中调用的数据赋给模型变量，驱动后得到新模型并保存。
以下是省煤器模块中换热管模型驱动的部分程序：
part.Parameter("D1@草图1@长管（件号1零件）.SLDPRT").SystemValue = Val(TextBox33.Text) / 1000 ''''管外径
part.Parameter("D1@草图3@长管（件号1零件）.SLDPRT").SystemValue = Val(TextBox34.Text) / 1000 ''''管壁厚
part.Parameter("D1@凸台-拉伸1@配合通管(件号1零件).SLDPRT").SystemValue = (Val(TextBox38.Text) - 66.4) / 1000 ''''''有效长度
part.Parameter("D3@草图1@件号3-支撑槽钢.SLDPRT").SystemValue = (Val(TextBox42.Text) - 4) / 1000 ''''''支撑槽钢宽度
4.2工程图调整模块
图层与原有的图幅进行比较，然后对图纸比例进行调整。 Solidworks 中提供了几种视图比例调整方式，使用父关系比例、使用图纸比例、使用自定义比例等，通过API 函数可以实现比例的调整，如通过GetProperties、SetProperties、SetScale 方法可以实现。在利用API 函数接口进行比例调整的时候， 需要重点解决采用何种比例实现调整，大体思路是获取视图中零件外形的最大尺寸，考虑到图纸的预留空间后，将其与图纸大小作比较。
5.系统设计实例
总系统主要由四大子系统组成：省煤器快速设计系统、锅筒快速设计系统、过热器快速设计系统和水保护段快速设计系统。 对每个界面参数设置完成后，即可进行模型驱动，如图3中点击“尺寸驱动模型”即可完成三维模型建模。
图 3 生成的三维模型
当保存完模型之后，界面中的“生成工程图”功能就能使用。点击“生成工程图”按钮，系统将自动对工程图进行各种调整，包括：视图位置调整、视图比例调整、尺寸位置调整、注释位置调整、材料明细表调整等。图4为过热器壳体调整前的工程图，图5为调整后的工程图。
图4调整前工程图
图5 调整后工程图
通过运行系统介绍了系统的工作流程和整个系统的运行过程。独立分开的模块设计也使系统的设计效率得到提高，帮助企业按时完成订单，实现了快速设计的目的。
结束语
伴随企业竞争的激烈，产品的快速设计成了竞争的核心，本文就是力求满足不同客户的定制化要求与生产设计的快速化之间的平衡，提出了一种全新的开发设计模式——余热锅炉快速设计，这种设计方法将SolidWorks二次开发技术、参数化设计技术、模块化设计技术、知识工程、产品数据管理技术等一系列产品设计理论与技术整合到统一平台，创造出从设计数据保存的整个余热锅炉设备设计过程的模式。
参考文献
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