基于VB.NET的CATIA三維參數(shù)化船舶設(shè)備庫的開發(fā)

，

(大連理工大學 船舶工程學院，遼寧 大連 116024)

在三維參數(shù)化總布置設(shè)計中，需要引入大量的設(shè)備模型單元，進行艙室及甲板的布置工作。在以往的二維總布置設(shè)計中，是將設(shè)備單元制成圖塊，然后以塊為單位插入對設(shè)備圖元的引用。這種設(shè)備圖元模型不僅不能根據(jù)不同的參數(shù)而得到相應(yīng)的定制性設(shè)備，而且欠缺有序的管理和維護機制?；诙S圖塊的設(shè)備模型單元，通常存儲在圖文件中，不同圖文件間，乃至不同建模工作站之間，都無法便捷地調(diào)用同一個設(shè)備模型庫，往往需要每次重新繪制，導致設(shè)備模型單元使用效率低、一致性差、更新困難。為了提高設(shè)計建模的效率與質(zhì)量，本文提出一種針對船舶三維總布置設(shè)計特點的三維參數(shù)化設(shè)備模型庫技術(shù)，并開發(fā)了實現(xiàn)該技術(shù)的原型系統(tǒng)。

1 船舶三維參數(shù)化設(shè)備庫的特點

在通用的機械產(chǎn)品設(shè)計建模中，為提高建模效率，減少重復建模，引入了標準件庫的技術(shù)，而船舶三維參數(shù)化設(shè)備模型庫的基本思想與此標準件庫類似，但將標準件概念拓展成普遍意義下的船載設(shè)備單元。船載設(shè)備單元模型自身的特殊性導致僅限于標準件庫的思想將無法滿足船舶設(shè)計建模的具體要求，因此船舶設(shè)備模型庫還需具備以下特點。

1)設(shè)備模型庫應(yīng)能直觀地描述設(shè)備模型的形狀參數(shù)。由于設(shè)備模型比標準件模型要復雜得多，故其描述參數(shù)要比標準件多，且尺寸命名沒有統(tǒng)一的規(guī)則，這就要求設(shè)備庫能直觀地描述出設(shè)備模型中各幾何元素由哪些參數(shù)控制，便于用戶定制使用。故需在設(shè)備模型庫中引用工程圖示標明各幾何元素的控制參數(shù)，使用戶準確了解此設(shè)備模型各定義參數(shù)的意義。

2)設(shè)備模型應(yīng)具有良好的可擴展性及更新性。同一類設(shè)備的型號較多，且不像標準件那樣型號尺寸有系列標準，甚至在船舶的布置當中經(jīng)常會遇到根據(jù)實際需求訂做的設(shè)備。故在使用設(shè)備庫添加設(shè)備的時候，遇到在設(shè)備庫中沒有所需設(shè)備型號的情況要遠多于標準件庫。所以設(shè)備模型庫應(yīng)具有更好的可擴展性及更新性，即設(shè)計者能夠在設(shè)計中方便地向設(shè)備庫中添加新型號的設(shè)備模型，也可添加新設(shè)備類型。且添加完就可立即引用該型號的設(shè)備模型。而CATIA自帶的標準庫不能根據(jù)設(shè)計需求方便地添加新的設(shè)備，并實時使用。

3)設(shè)備庫應(yīng)存儲管理設(shè)備模型的被引用記錄。設(shè)計完成后根據(jù)設(shè)備的引用記錄，可以方便地統(tǒng)計出該船的設(shè)備列表。此外更重要的是通過此方法，可以以組為單位更改設(shè)備模型的尺寸大小，即若要更改多個同型號的設(shè)備模型的參數(shù)，只要在引用的時候?qū)⑵浞诺揭粋€組中，更改其中任何一個模型的參數(shù)，其它模型也會自動更改，而通過CATIA標準件庫插入的構(gòu)件之間是相互獨立的，無法實現(xiàn)聯(lián)動修改。

4)設(shè)備模型單元附屬信息的管理和使用。參數(shù)化設(shè)備庫可存儲船載設(shè)備的物理屬性、重量、重心、材料、供貨方、制作廠家等相關(guān)信息，方便用戶在使用設(shè)備模型時查看。

2 三維船舶設(shè)備庫總體方案設(shè)計

CATIA V5具有強大的知識工程和參數(shù)化建模的功能，其雖允許用戶建立和使用標準件庫，但是其更新性差，模型數(shù)據(jù)容易產(chǎn)生冗余，操作較為復雜，而且標準件庫格式為CATIA自定義的專用格式，通用性較差。除此以外也不能針對設(shè)備庫特點而創(chuàng)建更適合設(shè)備模型存儲及引用的設(shè)備模型庫。

目前常用的數(shù)據(jù)庫有Access、SQL Server、Oracle等，本文采用SQL Server數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫在處理海量數(shù)據(jù)的效率，后臺開發(fā)的靈活性，可擴展性等方面比較強大。SQL Server還有更多的擴展，可以用存儲過程，數(shù)據(jù)庫大小無極限限制，可存儲大量的數(shù)據(jù)，使得模型數(shù)據(jù)庫資源得到很好地共享，且可對模型數(shù)據(jù)庫進行不斷擴充。

采用VB.NET對CAITA進行二次開發(fā)，利用SQL Server數(shù)據(jù)庫來存儲參數(shù)化模型、設(shè)計參數(shù)表、尺寸示意圖等相關(guān)文件。應(yīng)用VB.NET開發(fā)了三維參數(shù)化設(shè)備模型庫原型系統(tǒng)，實現(xiàn)對設(shè)備模型的查看、添加及修改并最終可將設(shè)備模型按用戶設(shè)定的設(shè)備參數(shù)插入到用戶所選定的產(chǎn)品目錄(product)下。CATIA的參數(shù)化設(shè)備庫系統(tǒng)流程見圖 1。

圖1 設(shè)備庫系統(tǒng)流程

3 參數(shù)化建模

在建立構(gòu)件庫之前，首先需要創(chuàng)建設(shè)備的三維參數(shù)化模型，CATIA提供了參數(shù)化建模的功能。所謂參數(shù)化建模，即利用參數(shù)控制模型的幾何尺寸，從而達到控制幾何模型的目的。在進行實體建模的過程中要根據(jù)實體的外形尺寸(長度、寬度、高度等)選擇適當?shù)膮?shù)變量[1]。

同時，CATIA中的設(shè)計參數(shù)表提供了一種創(chuàng)建和管理部件族模型的方法和工具，部件族一般是指結(jié)構(gòu)相似而參數(shù)值不同的一系列部件。而同一類設(shè)備的不同型號間的區(qū)別可能僅僅在于它們的結(jié)構(gòu)參數(shù)值不同。通過建立匹配關(guān)系，由用戶指定CATIA文檔參數(shù)與設(shè)計表的欄目之間的關(guān)系，應(yīng)用設(shè)計表可以通過外部變量驅(qū)動CATIA中設(shè)備模型的參數(shù)。設(shè)計表中，可以針對該設(shè)備模型有盡可能多的參數(shù)配置行。設(shè)計表中相關(guān)參數(shù)組的一組值稱為一個配置(configuration)，以行的形式存儲[2]。

以創(chuàng)建系纜樁參數(shù)化設(shè)備模型為例，首先創(chuàng)建出系纜樁的幾何模型，再用Formula功能創(chuàng)建參數(shù)[3],如系纜樁直徑D,系纜樁兩柱間距A,系纜樁高度H1等。然后通過公式把這些參數(shù)與系纜樁幾何模型中相應(yīng)的特征創(chuàng)建對應(yīng)關(guān)系。

圖2為參數(shù)化的系纜樁模型， 圖中公式即為參數(shù)和幾何特征的對應(yīng)關(guān)系。此時，若要對模型進行修改，只需修改參數(shù)的數(shù)值，模型的對應(yīng)尺寸就會做相應(yīng)的更改。因此在參數(shù)化設(shè)備模型的基礎(chǔ)上，用戶可以通過修改參數(shù)的方法得到該設(shè)備各種型號的模型。為有序管理設(shè)備的型號，可將系纜樁不同型號的參數(shù)存儲在設(shè)計參數(shù)表中，如圖 3為程序中系纜樁設(shè)備的設(shè)計表界面。表中第一行為參數(shù)變量的定義。其每一行的一組參數(shù)代表該設(shè)備的一個型號。

設(shè)計表共有三種工作模式：加載時自動同步；加載時交互同步；手動同步。本文應(yīng)用第一種工作模式，加載時自動同步，即當加載一個包含用戶創(chuàng)建的設(shè)計表的模型時，若設(shè)計表文件被修改，并且模型中包含外部文件的數(shù)據(jù)，設(shè)計表將自動同步，模型的相關(guān)參數(shù)也會隨之修改。因此，可以通過對設(shè)計參數(shù)表參數(shù)的修改實現(xiàn)對CATIA中相應(yīng)設(shè)備模型參數(shù)的修改。

4 CATIA嵌入模塊及應(yīng)用實例

CATIA可以作為一個OLE自動化服務(wù)器，外部程序通過COM接口即可訪問CATIA內(nèi)部對象。用VB.NET引用CATIA的類庫對象即可通過程序?qū)ATIA進行相關(guān)操作[4]。以插入系纜樁設(shè)備模型為例簡要介紹三維設(shè)備庫的使用流程。

用戶通打開 “三維參數(shù)化船舶設(shè)備庫”程序界面，程序?qū)⒆詣舆B接到SQL數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)庫中所存儲的設(shè)備模型并顯示在程序界面中。

圖2 參數(shù)化系纜樁模型

圖3 系纜樁設(shè)備的設(shè)計表界面

若“設(shè)備列表”中有符合要求的設(shè)備型號，可通過程序右上角的“插入設(shè)備”功能導入新的設(shè)備模型，此處需選擇所要上傳的CATIA模型文件、該模型對應(yīng)的設(shè)計參數(shù)表以及模型尺寸示意圖。單擊“文件導入”即可將該設(shè)備模型導入SQL數(shù)據(jù)庫中。此時我們通過單擊“設(shè)備列表”中的該設(shè)備名稱，可查看其詳細信息，同時程序?qū)?yīng)設(shè)備的CATIA模型文件、設(shè)計參數(shù)表、幾何參數(shù)示意圖從數(shù)據(jù)庫中讀取至本地計算機工作目錄中。

若“設(shè)備詳細尺寸參數(shù)”中沒有所需插入的系纜樁的型號，用戶可單擊“添加”銨鈕為系纜樁添加一個新的設(shè)備型號。單擊“提交更改至數(shù)據(jù)庫”銨鈕，可將已經(jīng)修改的系纜樁模型的設(shè)計參數(shù)表存儲到數(shù)據(jù)庫中。

用戶點擊“插入設(shè)備”銨鈕，程序?qū)⒆詣犹D(zhuǎn)到當前正在編輯的CATIA文檔中，讓用戶選擇插入該設(shè)備的位置(通常將設(shè)備插入到Product下)，選擇“完成”后，程序?qū)凑諗?shù)據(jù)表中所選的參數(shù)插入設(shè)備，例如若選擇第二行配置，則插入配置為configuration=2的系纜樁設(shè)備模型。

該模塊還提供了按組插入設(shè)備模型的功能，插入設(shè)備模型時可將多個同樣的模型納入一個分組，修改模型時則可以組為單位進行修改，不必一一對設(shè)備模型的尺寸進行修改，大大提高了修改的效率。因為在應(yīng)用CATIA裝配功能的時候，“插入現(xiàn)有組件”是對現(xiàn)有Part文件的引用，可多次插入同一個組件，其都是對一個Part文件的引用，是對該Part文件的多次實例化[5]。例如船舶甲板上有4個系纜樁的尺寸相同，若在插入這4個系纜樁的時候選擇了“成組引用”，則這4個系纜樁則引用同一個Part文件，因此若要修改這4個系纜樁尺寸的時候，只需要修改其中的一個即可，其它3個也會自動做相應(yīng)的修改。若按默認選項“單獨引用”則4個系纜樁分別引用4個Part文件，修改其中的任意一個系纜樁的參數(shù)，不會對其他3個系纜樁的尺寸產(chǎn)生影響。

5 結(jié)論

三維參數(shù)化設(shè)備庫的開發(fā)研究解決了船舶三維總布置設(shè)計中大量設(shè)備的快速、準確查詢與使用，克服了傳統(tǒng)二維總布置設(shè)計中，設(shè)備模型通用性差，數(shù)據(jù)冗余，無法共享等問題，并可通過網(wǎng)絡(luò)使設(shè)備庫資源得到最大限度的共享，大大提高了三維船舶總布置設(shè)計的效率。

[1] 胡國強，賈 輝.基于CATIA V5的三維標準件庫的創(chuàng)建與使用[J].輕型汽車技術(shù),2010(10):34-37.

[2] 王智明，楊 旭，平海濤.知識工程及專家系統(tǒng)[M].北京：化學工業(yè)出版社，2006.

[3] 劉 冰，魯墨武.基于CATIA的三維標準件庫開發(fā)[J].沈陽航空工業(yè)學院學報,2005(10):30-32.

[4] 胡 挺，吳立軍.CATIA二次開發(fā)技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[5] 上海江達科技發(fā)展有限公司，CATIA V5基礎(chǔ)教程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.