省煤器智能设计系统的开发及其关键技术

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省煤器是超临界锅炉产品的重要组成部分，其位于锅炉尾部烟道中，是将锅炉给水加热成饱和水的受热面；它吸收了低温烟气的热量，降低了烟气的排烟温度，节省了能源，提高了效率。

超临界锅炉的产品设计与制造是十分复杂的系统工程，目前国内外锅炉产品设计部门，大多还是依靠设计人员的专业知识和工作经验，并以计算机辅助设计软件(如 SIEMENS公司的 UG、PTC公司的 Pro/E、Dassault公司的CATIA等)完成各种新炉型的设计开发。但以设计人员的经验为基础的设计开发模式，生产周期较长，已经不能适应如今迅速增长的市场需求。因此，如何采用新的产品设计开发技术，增强锅炉产品整体设计能力，提高设计效率，缩短整个锅炉开发周期，已成为目前锅炉企业发展共同面临的关键性问题。 。

1977年美国 Stanford大学的 Feigenbaum教授在68第五届国际 AI大会上提出了知识工程的概念，使机械 CAD系统可以利用计算机延伸出以创造性思维为核心的人类专家的设计能力，旧能实现设计过程的自动化 mj。UG知识融合(Knowledge Fusion，KF)技术融合了传统的以计算机三维几何模型为核心的CAD技术和知识工程技术。产品设计企业可以使用知识融合技术，将其专有产品知识直接构建在产品模型中，使产品的数字模型提高到-个新的水平 J，从而实现知识的再利用，并达到提高设计效率和缩短产品研发周期的目的。

1 省煤器智能系统的设计模式与流程1.1 自底向上的设计模式省煤器种类繁多，根据通人超临界锅炉集箱的钢管数量，可以分为三管和四管省煤器。省煤器蛇形管根据不同的绕向和排数，又有4O种左右。省煤器-般由上部管系、中部管系和下部管系三部分组成。

上部管系设计时，比较复杂，其中还包括通人中鲁刚，等：省煤器智能设计系统的开发及其关键技术 2013年第2期间集箱的疏水管设计，根据集箱的位置不同，可以分为八种类型。中部管系没有特殊的情况，其作用主要是连接上部管系与下部管系。下部管系设计时，相比上部管系而言，并没有那么繁琐，但需设计省煤器进口集箱管子。根据不同的集箱位置和排列组合方式，下部管系可以有四种类型。 。

由于自顶向下的设计模式，装配件(省煤器)与零件(管子为主)必须建立复杂的数据联系，在修改参数时，必须通过修改装配件中的参数来驱动零件参数变化，这无疑会给系统中程序开发带来不便；而且省煤器种类过于复杂，不可能将所有情况的装配模型都事先创建完成。因此，本文在进行系统设计开发时，采用自底向上的设计模式。自底向上的设计模式无需零件之间存在数据上的联系，先设计出不同的零件，再将其组装成装配件，而且这种无关联性的装配结构，对于系统程序的实现十分方便。

1.2 省煤器智能系统设计流程省煤器是整个锅炉设计中的最重要部分之-，其智能系统设计流程与其安装流程-致，采用 自底向上的设计模式。由零件生成子装配，再由子装配生成装配件，即由管子以及-些附件和标准件装配生成管系，再由管系组装生成屏支吊(即由上、中、下三部分管系生成的-片钢管屏)，最后由屏支吊装配生成省煤器。 省煤器智能系统设计流程图如图 1所示。

图 1 省煤器智能系统设计流程图在每个设计阶段，-些关键参数输入是必须的。

管子设计时，需要输入的是锅炉整体参数以及管子尺寸参数，蛇形管所占的宽度将根据锅炉整体参数进行调整；管系设计时，省煤器种类选择十分重要，其决定管系中的蛇形管数量，同时若设计的是上部管系，可以进行疏水管安装，若设计的是下部管系，可以进行进口集箱管子的安装；屏支吊设计时，需要选择前面设计的管系，以及输入定位尺寸；然后进行安装即可生成最终几何模型。完成后可以进行相关设计间隙分析、受力分析，以确保模型装配的正确性和实施的安全性。

2 省煤器智能设计系统开发的关键技术2.1 知识融合技术知识融合技术是-种响应知识工程技术，并允许UG利用工程知识库和工程演算，向用户提供强大的产品设计应用系统，完全内嵌在 UG系统中。

UG/KF语言是实现知识融合技术的直接手段，是在EDS公司推出的 Intent技术之上建立的基于知识的工程语言 j。

1)该语言是声明性的、由求解需求驱动的语言，并不像 c、Basie等面向过程的语言，所以使用者在程序规则编写时无需考虑顺序，当程序执行某个公式或函数时，系统将在整个程序范围内自动找到并执行求解这个公式或函数 J。

2)该语言是面向对象的解释性语言，如同 C等面向对象语言，知识融合语言中也有类和对象的概念，同样可以进行多重继承。

3)该语言是层次化的语言，与设计产品的概念相同，零/部件构成子装配件，子装配件构成总装配件。

对于不同技能水平的用户都可以十分方便地应用知识融合技术 ，不必是程序员。UG/KF语言结合知识融合导航器用户界面，可以让-个用户通过添加UG中的或自己编写的子规则，创建-个几何实例特征；也可以通过对子规则进行编辑，修改已创建的实例特征。还可以创建复杂的装配产品模型，这-点在超临界锅炉省煤器智能设计系统中尤为重要。

超临界锅炉省煤器智能设计系统是采用知识融合语言进行编写的，以管子设计为例，其他程序的智能设计思想基本相同，代码示意如下：#!NX/KF 6.0#槲定义省煤器管子创建类 #槲DefClass：$MQ-GZ(ugbase-part)；KF语言编写程宇时，以#!NX/KF 6.0开头，NX代表 SIEMENS公司的UG NX软件，KF代表知识融合(Knowledge Fusion)语言，6.0是版本信息。DefClas是-个保留关键字，表示类定义的开始。所有在Def-Clas后面声明的规则语句，都被视为同-个类的实例，直到文件被执行完成或者遇到另外-个 DefClass的声 明。在语法上，DefClass后面的：”是必须的。

692013年第2期 现代制造工程(Modem Manufacturing Engineering)SMQ-GZ是类名称，该文件名称必须与此类名-致，否则系统将无法调用。ug-base-part是基类，基类是-种特殊的类，它无法被实例化且不在知识融合导航器中显示，其他类可以继承基类的属性。

参数定义或选择主体部分的程序如卞：###后烟井参数 f槲(Number Modifiable Parameter[mm])HYJ-DEEP：13200；#黼 管子参数 槲蝌(Number Modifiable Parameter[mini)Gz-WJ：51；(Number Modifiable Parameter[mm])GZJ ：8；槲#集箱参数 槲#(Number Modifable Parameter[mm])BGZJX：52450；###是否设计 ##样(Integer Modifable Parameter)oppon-1：O；###管子选择(Number Modifable Parameter)numl：1；##管子 1～40参数 样蝌(Number Modifable Parameter[mm])A1：2300上述程序包括了所有参数的定义，Number Modi-fiable Parameter[mm]”中的Number表示定义-个数值型的参数，Modifable说明该变量是可以编辑的，可以通过与程序对应的对话框来修改，Parameter也是定义属性的标识，是代表参数类型的，后面还可以添加[mm]”来定义参数的单位；知识融合语言中的变量名字命名和-般语言命名规则-样，但是后面有-个：”标志，并且必须使用；”结尾，表示-个语句的结束。

程序执行的主体部分如下：###打开模型文件 槲蝌(String)partnamel：Mainpath：nth(numl：35，readfile：)；(Integer)OpenGZ1：ugopenPart(partnamel：)；###设置管子1～40参数###(any)seI-GZ1：if oppon-1.1 then###ugsetExpressionValue- (partnamel：，”HYJ-DEEP”，format(”%f”，HYJ-DEEP：))；ug-setExpressionValue- (partnamel：，”GZ-WJ”，format(”%f”，GZ-WJ：))； ugsetExpressionValue- (partnamel：，”GZ-T”，format(”%f”，GZ T：))；ug-setExpressionValue- (partnamel：，”A”，format(”%f”，A1：))； else 10；70#鼻驱动需求值 ###(List)demandvalue：Open-GZ1：，set-GZ1：，；这段程序首先通过 ug-openPart函数打开函数参数指定路径的模型文件，然后通过ug-setExpresionVa。

1ue- 表达式，设置函数修改模型中的表达式值，ug-se-tExpressionValue- 函数有三个参数，参数分别是表达式模型文件名、表达式名，以及参数值，其中规定参数值必须是字符型类型，所以需要通过 format函数来转换参数的类型，然而，通过 ug-setExpressionValue-函数设置模型表达式值，并没有真正意义上执行修改，还需要通过demandvalue：”需求值设置，来驱动-系列操作的执行，它是知识融合语言规定的属性，它的作用在于程序可以自动执行demandvalue：”值列表中的每个参数。

2.2 UDF参数化建模用户定义特征(User Defined Feature，UDF)是 UG提供的造型特征之-，实质上是用户通过用户定义特征向导(User Defined Feature Wizard，UDFW)将-组具有关键参数表达式的设计特征，以特征集的形式存放在 UG的重用库中。当用户需要在其他零件或装配中使用这些特征集时，可以通过用户定义特征库将其调出，并且可以修改特征中的关键参数，生成所需的几何模型。当设计的模型参考坐标位置并不会发生改变，而且模型复杂参数较多时，使用用户定义特征便能轻松实现其参数化设计。

本设计系统中的管子(包括：蛇形管、疏水管和进口集箱管子)是利用 UDF形式实现的。通过提取特征参数，建立模板模型，用户可以方便地建立 自己的管子特征库〃模过程中，-个 UDF和普通特征-样，被视为-个单独的特征，可以进行抑制或者删除等操作。

2.3 表达式驱动技术表达式是算术或条件语句，在零件参数化设计过程中具有十分重要的意义，可以用来定义或控制-个模型的多种尺寸，也可以控制-个零件上的不同特征间的关系或-个装配中的不同零件问的关系。表达式驱动模型变化是实现参数化设计最简单、最有效的途径。

使用 UG进行三维建模，为草图标注尺寸或特征赋值时，UG系统会自动建立对应的表达式。但是在复杂的建模或装配中，不建议使用默认的表达式名称，用户可以为草图或特征尺寸表达式命名，这样无论是在后面的查询修改，或是程序编写时，都会带来方便。