基于实例推理的除氧器参数化设计系统研究

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3.0 牛悦 2024-11-19 4 4 3.58MB 71 页 15积分
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摘 要
近年来，随着经济的发展，全社会用电需求不断攀升。因此，作为发电厂的
重要设备，除氧器市场需求也越来越大，从而也导致除氧器项目需要越来越快的
设计出图速度。所以对除氧器开发一个三维参数化设计系统是十分有必要的。
本文通过使用 VB 作为编程工具对 SolidWorks 进行二次开发的方式来完成关
于除氧器的参数化设计系统。本系统采用从上到下的设计方法，运用了基于实例
推理的思想，先建立实例库，当新建项目时，先通过与实例库中的项目比照，选
出相似的实例进行复制，然后在此基础上进行修改设计，并完成从三维模型到二
维工程图的转化，完成设计后，将此项目作为新的实例存入实例库中，从而完成
整个系统的不断自我完善。
本文详细阐述了除氧器各个零部件的参数化设计思路与方法，以及通过编程
自动对除氧器的碰撞问题进行判断并提示的方法，并阐述了从 SolidWorks 转化为
二维工程图的方法与此过程中的二次开发。
关键词： SolidWorks API 参数化设计 基于实例推理 除氧器
ABSTRACT
In recent years, with the economic development of society, electricity demand is
growing. Therefore, as major power plant equipment, deaerator also has a growing
market demand, which also led to that deaerator project requires the design of faster and
faster speeds. So deaerator of a three-dimensional parametric design system is very
necessary.
In this paper, the use of VB as a programming tool for SolidWorks secondary
development is to work on the parametric design system. The system uses a top-down
design method, using a case-based reasoning. First of all the system builds an evidence
base, then when the new project coming, compares with similar case, and makes
changes based on the design, and completes the three-dimensional model from
two-dimensional drawings of the transformation. After the completion of the design,
this project as a new case will be stored into the base, thus completing the entire system
and make improvements.
This paper describes various components deaerator parametric design ideas and
methods, as well as automatically by programming the problem of deaerator collisions
to judge and prompt , and elaborates the methods from three-dimensional model into
two-dimensional drawings and the secondary development of this process.
Key Word：SolidWorks，API，Parameterization Design，Case-based
Reasoning ,Deaerator
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论 ........................................................................................................................................ 1
§1.1 前言.................................................................................................................1
§1.2 国内外参数化设计研究现状.........................................................................1
§1.3 研究目的与方法.............................................................................................2
§1.4 论文架构.........................................................................................................3
第二章 除氧器参数化设计系统的开发技术 ......................................................................................5
§2.1 SolidWorks 及其二次开发技术...................................................................5
§2.1.1 SolidWorks 介绍 ................................................................................... 5
§2.1.2 SolidWorks 二次开发 ........................................................................... 5
§2.2 参数化设计技术............................................................................................7
§2.3 数据库技术..................................................................................................10
§2.4 本章小结......................................................................................................14
第三章 除氧器智能三维参数化设计技术 ........................................................................................15
§3.1 除氧器概述...................................................................................................15
§3.1.1 除氧器三维建模介绍 .......................................................................... 15
§3.1.2 除氧器三维模型设计划分 .................................................................. 17
§3.2 除氧器一般零部件参数化设计...................................................................18
§3.3 除氧器人孔设计..........................................................................................20
§3.4 除氧器加热装置参数化设计....................................................................24
§3.4.1 主加热装置参数化设计 ...................................................................... 24
§3.4.2 辅加热装置参数化设计 ...................................................................... 26
§3.5 除氧器接管参数化设计............................................................................28
§3.5.1 普通接管 .............................................................................................. 28
§3.5.2 高加输水管 .......................................................................................... 32
§3.6 除氧器附件参数化设计............................................................................34
§3.7 除氧器零部件联动问题............................................................................38
§3.8 除氧器筒身端面碰撞判断问题................................................................39
§3.8.1 判断半径的划分 .................................................................................. 40
§3.8.2 判断方法 .............................................................................................. 41
§3.9 本章小结....................................................................................................43
第四章 除氧器工程图转化及 CAD 出图 ......................................................................................... 44
§4.1 SolidWorks 工程图二次开发.....................................................................44
§4.1.1 除氧器零部件排序 .............................................................................. 44
§4.1.2 标注注释 .............................................................................................. 48
§4.1.3 材料明细表的生成与调整 .................................................................. 51
§4.2 从 Solidworks 工程图转化为 AutoCAD 工程图.........................................52
§4.3 本章小结......................................................................................................54
第五章 基于实例推理的除氧器系统设计 ........................................................................................55
§5.1 实例推理思想以及在本系统中的运用 ................................................... 55
§5.2 实例库的建立 ........................................................................................... 57
§5.3 实例检索 ................................................................................................... 58
§5.4 系统举例 ................................................................................................... 60
§5.5 本章小结 ................................................................................................... 63
第六章 总结与展望 ............................................................................................................................ 64
§6.1 总结...............................................................................................................64
§6.2 进一步工作与展望.......................................................................................64
参考文献 .............................................................................................................................................. 65
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 ................................................................. 68
致 谢 .................................................................................................................................................. 69
第一章 绪论
-1-
第一章 绪 论
§1.1 前言
电力对于整个国家经济的发展占有着举足轻重的地位，无论是钢铁、汽车、
纺织等行业的工业用电还是各种家用电器的生活用电，电力已经成了人类生活息
息相关的一种资源。而近年来随着我国经济不断飞速发展，整个国家用电量也不
断飙升。根据中国国家统计局的统计数据，2004 年我国用电消费量为 21971.4 亿
千瓦小时，2005 年则为 24940.4 亿千瓦小时，到了 2007 年已经达到 32711.8 亿千
瓦小时，即便是到了经济危机下的 2009 年，全社会用电量仍然达到 36430 亿千瓦
时，同比增长 5.96%。而在这样巨大的用电需求的情况下，火力发电仍然占据着重
要地位。同样，以中国国家统计局的 2007 年的数据，全年总共生产 32815.5 亿千
瓦小时，其中有 27229.3 亿千瓦小时是由火力发电所生产的，超过了 80%。因此在
目前的形势下，火力发电厂仍然有着巨大的需求。
除氧器作为火力发电厂的重要设备，自然也有着同样巨大的市场需求。在市
场需求飞速增长的情况下，快速完成产品的设计也成为赢得竞争的关键。在当前
计算机技术飞速发展的今天，CAD 技术，综合了信息技术和制造业工程设计等各
个行业、各个领域的技术，可以极大地缩短新产品开发周期，大幅提高劳动生产
率。
在使用 CAD 技术开发产品时，产品模型的建立速度是整个产品开发效率的关
键性因素。要想提高产品模型的建立速度，进行参数化设计是一种非常有效地方
法。参数化设计是将模型中的定量变量化，使之成为可根据需要随意调整的参数。
通过对变量化参数的修改，就可以得到不同形状、大小的产品模型。
本文研究的初衷是面向除氧器开发一个参数化设计系统，通过这个系统可以
显著提高除氧器的设计速度，使得一般情况下需要数周才能建好模型出图缩减成
只需数个小时，从而得以大大地提高生产率。
§1.2 国内外参数化设计研究现状
国内外对参数化设计做了大量的研究，目前参数化技术大致可分为如下三种
方法：（1）基于几何约束的数学方法；（2）基于几何原理的人工智能方法；（3）
基于特征模型的造型方法。其中数学方法又分为初等方法（Primary Approach）和
代数方法（Algebraic Approach）。初等方法利用预先设定的算法，求解一些特定
的几何约束。这种方法简单、易于实现，但仅适用于只有水平和垂直方向约束的
基于实例推理的除氧器参数化设计系统研究
2
场合；代数法则将几何约束转换成代数方程，形成一个非线性方程组。该方程组
求解较困难，因此实际应用受到限制；人工智能方法是利用专家系统，对图形中
的几何关系和约束进行理解，运用几何原理推导出新的约束，这种方法的速度较
慢，交互性不好；特征造型方法是三维实体造型技术的发展，目前正在探讨之中。
参数化技术的应用成功，使得它在20世纪90年代前后几乎成为CAD业界的
标准，但是技术理论上的认可并非意味着实践上的可行性。SDRC公司的开发人
员发现，参数化技术的“全尺寸约束”这一硬性的规定干扰和制约着设计者创
造力及想象力的发挥。于是，他们以参数化技术为蓝本，提出了变量化技术，并
于1993年推出了全新体系结构的I-DEAS Master Series软件。无疑，变量化技术驱
动了CAD发展的第四次技术革命。近年来，国内高等院校和科研单位对参数化设
计系统做了大量的研究，并研究产生了许多实用的参数化设计系统。
大连理工大学的孙伟、黄迎春使用VC++6.0对SolidWorks 进行二次开发，基
于SolidWorks平台开发了一套具有齿廓精确建模功能的齿轮参数化设计系统，应用
SolidWorks二次开发技术实现齿轮建模过程的自动化，应用编程法保证齿廓建模过
程的精确性，从而采用参数化设计技术实现了齿轮模型过程的参数化和系列化。
武汉理工大学的董明望、熊娣芬在Inventor平台上使用VB编程工具，开发了
一套关于登船梯的参数化设计系统，将三维造型技术与实例推理技术成功运用到
登船梯设计领域，提出了基于实例推理的登船梯设计流程，并将此系统成功应用
在天津港30万吨级油码头登船梯设计中，实现了较短时间内设计出国际上第一台
偏心式升降平台的登船梯方案，减小了码头平面尺寸，大大降低了码头建造成本。
天津大学的胡冬梅使用VC++6.0对Pro/Engineer进行二次开发，建立了一个自
行车的参数化设计系统，此系统在对自行车的结构各方面进行分析之后建立了初
始零件库，其后设计合理的人机交互界面，通过Pro/Toolkit接口程序设计，实现各
个应用程序模块与Pro/Engineer系统的无缝集成。
与以前的研究相比，除氧器有许多它特殊的地方，在设计要求方面也有很多
不同，例如除氧器设计时需要大量修改、更换零部件，除氧器在修改需要判断各
种情况下的碰撞问题等等，因此需要建立一个适合于除氧器的参数化设计系统。
§1.3 研究目的与方法
本文的课题来源于上海电气电站辅机有限公司的除氧器参数化设计的要求。
这种参数化设计系统，要求可以快速、方便、准确地完成除氧器的设计直至出图、
零件统计。除氧器的模型如图1.1。
第一章 绪论
-3-
图1.1 除氧器模型图
为建立除氧器的参数化设计系统，本文采用VB语言编程与SolidWorks PI接口
函数接合的方法，将电站辅机有限公司所需的除氧器设计做成插件内嵌于
SolidWorks之中，将设计好的数据保存在SQL数据库中，便于修改调用。本系统中
加入了智能功能，简化设计工作中不必要的重复，并对可能出现的误操作做出友
好的警示。本系统在SolidWorks工程图中完成零件编号及材料明细表的生成，并最
终转化为AUTOCAD图纸，完成出图的任务。
§1.4 论文架构
第二章除氧器参数化设计系统的开发技术
第三章除氧器智能三维参数化设计
第五章 基于实例推理的除氧器系统设计
第六章总结与展望
图1.2 全文研究内容和结构图
第一章 绪 论
第四章除氧器工程图转化及 CAD 出图
基于实例推理的除氧器参数化设计系统研究
4
本文共分六章，其组织架构如下：
第一章为绪论，简要介绍本研究的目的与课题背景等，并对论文的架构进行
简要的说明。
第二章是除氧器参数化设计的理论基础，简要阐述了SolidWorks二次开发技
术，参数化设计思想以及本系统中数据库技术的应用。
第三章有关除氧器的三维参数化设计部分，阐述了三维环境下对除氧器的人
孔、进水装置、辅加热装置、主加热装置、接管等零部件的智能参数化设计思想
与方法。
第四章有关工程图更新与转化，介绍了SolidWorks工程图模式下进行的二次
开发，以及由SolidWorks工程图对CAD工程图的转化。
第五章简要阐述了实例推理思想，详细阐述实例推理思想在本系统中的运
用，并举例予以说明。
第六章对本论文进行了归纳性总结，指出了此次研究的不足之处及改进方
法，并展望了该系统的后续开发前景。
摘要：

摘要近年来，随着经济的发展，全社会用电需求不断攀升。因此，作为发电厂的重要设备，除氧器市场需求也越来越大，从而也导致除氧器项目需要越来越快的设计出图速度。所以对除氧器开发一个三维参数化设计系统是十分有必要的。本文通过使用VB作为编程工具对SolidWorks进行二次开发的方式来完成关于除氧器的参数化设计系统。本系统采用从上到下的设计方法，运用了基于实例推理的思想，先建立实例库，当新建项目时，先通过与实例库中的项目比照，选出相似的实例进行复制，然后在此基础上进行修改设计，并完成从三维模型到二维工程图的转化，完成设计后，将此项目作为新的实例存入实例库中，从而完成整个系统的不断自我完善。本文详细阐述...

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