基于CATIA知識(shí)模板的船體貫穿開(kāi)口設(shè)計(jì)研究

韓海榮，劉 偉，朱佳文

（中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢 430064）

基于CATIA知識(shí)模板的船體貫穿開(kāi)口設(shè)計(jì)研究

韓海榮，劉 偉，朱佳文

（中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢 430064）

結(jié)合船舶結(jié)構(gòu)貫穿開(kāi)口的特點(diǎn)，以CATIA軟件為設(shè)計(jì)平臺(tái)，利用CATIA知識(shí)模板技術(shù)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)貫穿開(kāi)口的參數(shù)化模板，并作為標(biāo)準(zhǔn)通用工具供設(shè)計(jì)人員調(diào)用，使重復(fù)性的設(shè)計(jì)工作參數(shù)化、規(guī)范化，提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。

知識(shí)模板；貫穿開(kāi)口；船舶協(xié)同設(shè)計(jì)

0　引言

隨著造船工業(yè)的不斷發(fā)展，CATIA等三維設(shè)計(jì)工具在船舶設(shè)計(jì)中的應(yīng)用逐步深入，船舶設(shè)計(jì)過(guò)程中有成千上萬(wàn)的貫穿開(kāi)口管理需求。針對(duì)船舶開(kāi)口方面的研究，主要集中在開(kāi)口對(duì)結(jié)構(gòu)性能影響以及開(kāi)口后對(duì)結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)等方面，關(guān)于海量開(kāi)口的設(shè)計(jì)和管理尚沒(méi)有相關(guān)可查閱的資料。使用CATIA原生功能進(jìn)行全船開(kāi)口的設(shè)計(jì)和管理工作量大、重復(fù)工作多、易于出錯(cuò)，在設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量控制上存在一定的弊端。本文在分析船體結(jié)構(gòu)貫穿開(kāi)口的實(shí)際業(yè)務(wù)流程及設(shè)計(jì)參數(shù)的基礎(chǔ)上，利用CATIA知識(shí)模板技術(shù)，定制參數(shù)化的貫穿開(kāi)口設(shè)計(jì)模板，用戶(hù)可以在一個(gè)模板中完成開(kāi)口所有相關(guān)參數(shù)的選擇和輸入，一鍵完成開(kāi)口需求提交，還可以通過(guò)調(diào)整參數(shù)對(duì)生成的開(kāi)口進(jìn)行修改。對(duì)于提高海量貫穿開(kāi)口的設(shè)計(jì)和管理具有重要意義。

1　貫穿開(kāi)口業(yè)務(wù)流程

船體貫穿開(kāi)口是為滿足某些設(shè)備安裝運(yùn)行、人員通行、物資轉(zhuǎn)運(yùn)流通、通風(fēng)排氣等需求而需要改變?cè)械拇w結(jié)構(gòu)的一種設(shè)計(jì)行為。全船的門(mén)窗梯蓋、電梯通道、設(shè)備檢修口等均需貫穿開(kāi)口。一般由設(shè)備責(zé)任專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員發(fā)起貫穿開(kāi)口請(qǐng)求，開(kāi)口請(qǐng)求中包括開(kāi)口位置、大小、形狀等開(kāi)口理論線基本信息；結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員結(jié)合相關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和規(guī)范分析開(kāi)口對(duì)結(jié)構(gòu)性能的影響分析，進(jìn)而明確開(kāi)口需求是否受理，受理的開(kāi)口需求將會(huì)進(jìn)一步完成實(shí)際開(kāi)口，不受理的開(kāi)口將返回開(kāi)口申請(qǐng)者，通過(guò)進(jìn)一步協(xié)調(diào)修改后重新提交。具體如下：

圖1　貫穿開(kāi)口業(yè)務(wù)流程

2　基于知識(shí)的貫穿開(kāi)口模板定制

2.1CATIA原生功能

利用CATIA原生功能創(chuàng)建開(kāi)口，首先專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員需要結(jié)合設(shè)備布置位置、設(shè)備運(yùn)行需求等設(shè)計(jì)知識(shí)確定開(kāi)口位置、形狀、大小，利用草繪工具創(chuàng)建開(kāi)口理論線。開(kāi)口理論線的創(chuàng)建在曲面模塊，受先根據(jù)開(kāi)口平面所在位置創(chuàng)建草繪平面，然后在草繪平面上繪制開(kāi)口形狀，再通過(guò)約束工具編輯開(kāi)口的大小和位置。如果需要修改開(kāi)口理論線，需要重新進(jìn)入草繪界面中。

2.2基于知識(shí)的貫穿開(kāi)口模板

基于CATIA原生功能創(chuàng)建開(kāi)口理論線步驟繁瑣，操作不便，效率低下。因此，定義基于知識(shí)的貫穿開(kāi)口模板（Opening Template based Knowledge， OKT），OKT反映了系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)開(kāi)口的具體要求，封裝了開(kāi)口理論線的形狀、大小、定位等基本信息。實(shí)例化后的OKT為一個(gè)part單元。

基于知識(shí)的貫穿開(kāi)口模板OKT可表示為OKT｛Pr，T，Pa，Po，D｝。其中Pr為父節(jié)點(diǎn)標(biāo)示；T｛t1，t2，...，tn｝代表開(kāi)口類(lèi)型；Pa｛p1，p2，...，pm｝為開(kāi)口參數(shù)列表，每個(gè)開(kāi)口類(lèi)型對(duì)應(yīng)一組特有的參數(shù)列表；Po=（x，y，z）為開(kāi)口定位信息；D描述開(kāi)口的方向等信息。如圖3所示，給出了OKT模型。

圖2　基于Catia原生功能的開(kāi)口理論線繪制

圖3　基于知識(shí)的貫穿開(kāi)口模板模型

3　基于知識(shí)的貫穿開(kāi)口模板應(yīng)用

基于以上信息定制貫穿開(kāi)口的參數(shù)化模板工具，如圖4所示。該工具具有基本信息輸入、預(yù)覽、參數(shù)值編輯等功能。

1）基本信息輸入

（1）父節(jié)點(diǎn)信息

選擇一個(gè)Product作為開(kāi)口的父節(jié)點(diǎn)，父節(jié)點(diǎn)名稱(chēng)主要包含所在的總段區(qū)域信息、專(zhuān)業(yè)及系統(tǒng)信息，為開(kāi)口自動(dòng)編碼的提供信息源。

（2）開(kāi)口形狀信息

預(yù)先在庫(kù)中設(shè)置了一些開(kāi)口的基本形狀，包括圓孔、腰圓孔、帶四邊倒角的方孔、不帶倒角的方孔、等腰梯形孔等，用戶(hù)可以通過(guò)下拉列表來(lái)選擇開(kāi)口類(lèi)型，選擇后，每種類(lèi)型的開(kāi)口包含不同的參數(shù)列表。參數(shù)列表通過(guò)開(kāi)口類(lèi)型id與對(duì)應(yīng)的開(kāi)口形狀進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

圖4　貫穿開(kāi)口的參數(shù)化模板工具

圖5　開(kāi)口類(lèi)型和參數(shù)的存儲(chǔ)模型

（3）開(kāi)口大小信息

選擇了開(kāi)口形狀后，下方自動(dòng)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的參數(shù)列表，手動(dòng)輸入?yún)?shù)值。

（4）開(kāi)口定位信息

一般以開(kāi)口中心點(diǎn)或者角點(diǎn)作為開(kāi)口定位坐標(biāo)，完全對(duì)稱(chēng)的形狀以開(kāi)口中心點(diǎn)進(jìn)行定位?？梢允謩?dòng)編輯或者點(diǎn)擊上下按鈕設(shè)置定位點(diǎn)的坐標(biāo)值

（5）開(kāi)口方向信息

即開(kāi)口理論線的參考平面，可以選擇xy，yz，zx平面或自定義平面CustomPlane，當(dāng)選擇自定義平面時(shí)，命令狀態(tài)跳轉(zhuǎn)為“Please select a plane for sketch”，交互選擇一個(gè)平面，其后列表框顯示所選平面的全路徑。通過(guò)RotationAngle參數(shù)可以設(shè)置理論線相對(duì)于參考平面的角度。

（6）投影信息

默認(rèn)為沿理論線法向投影進(jìn)行開(kāi)口，如果有特殊需求的可設(shè)置投影方向，可以選擇 x，y，z或自定義方向CustomDirection。如果無(wú)特殊要求，則Project Or Not選擇No即可，這時(shí)Opening Surface和Select Project Surface將被設(shè)置為不可用。

2）預(yù)覽

點(diǎn)擊“Preview”，預(yù)覽生成的理論線。如果預(yù)覽之后點(diǎn)擊“Cancel”，則撤銷(xiāo)預(yù)覽所生成的一切。如果預(yù)覽之后覺(jué)得生成的結(jié)果不滿意，則可以繼續(xù)更改輸入和設(shè)置，然后繼續(xù)“Preview”，直到得到想要的結(jié)果，此時(shí)結(jié)構(gòu)樹(shù)上只會(huì)出現(xiàn)一個(gè)結(jié)果，不會(huì)每次預(yù)覽都增加一個(gè)結(jié)果。

圖6　貫穿開(kāi)口理論線預(yù)覽界面

3）參數(shù)編輯

點(diǎn)擊“OK”，確定生成開(kāi)口理論線后，在結(jié)構(gòu)樹(shù)上將會(huì)自動(dòng)創(chuàng)建一個(gè)part節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)按照預(yù)先定義的編碼規(guī)則自動(dòng)編碼，可對(duì)參數(shù)進(jìn)行編輯以修改貫穿開(kāi)口位置和尺寸參數(shù)。

圖7　自動(dòng)生成的貫穿開(kāi)口節(jié)點(diǎn)

4　結(jié)束語(yǔ)

本文提出的基于CATIA知識(shí)模板的貫穿開(kāi)口模板設(shè)計(jì)方法已經(jīng)在船舶設(shè)計(jì)中得到實(shí)際應(yīng)用，顯著提高了開(kāi)口提交的效率和質(zhì)量，具有以下特點(diǎn)：

1）提出了基于知識(shí)的貫穿開(kāi)口模板概念，在同一個(gè)模板中既涵蓋了系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)開(kāi)口的信息需求，又包括了結(jié)構(gòu)處理開(kāi)口所必須的信息輸入，設(shè)備責(zé)任專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員可以在一個(gè)界面中完成所有開(kāi)口信息的錄入，有效減少了設(shè)計(jì)迭代次數(shù)，顯著提高設(shè)計(jì)效率。

2）開(kāi)發(fā)了貫穿開(kāi)口的參數(shù)化模板工具，用戶(hù)在開(kāi)口理論線生成之前可以預(yù)覽開(kāi)口形狀、大小、方向、位置等是否合理，確認(rèn)后還可以修改參數(shù)來(lái)編輯開(kāi)口，人機(jī)交互簡(jiǎn)單，操作靈活方便，顯著提高了開(kāi)口設(shè)計(jì)質(zhì)量。

［1］ 胡蓉，賀新.基于CATIA知識(shí)工程的人體模板模塊設(shè)計(jì)［J］.客車(chē)技術(shù)與研究，2013，4（2）：4-6，20.

［2］ 王智明，楊旭，平海濤/知識(shí)工程及專(zhuān)家系統(tǒng)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.4.

［3］ 屠立，張樹(shù)有，陸長(zhǎng)明/基于知識(shí)模板的復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)重用方法研究［J］.計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2009，15（6）：1041-1048.

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［5］ 王迦.基于CATIA V5知識(shí)工程建立車(chē)身總布置模板方法的研究［D］.吉林大學(xué)，2006，4.

Study on hull penetration opening design based on knowledge template of CATIA

HAN Hai-rong， LIU Wei， ZHU Jia-wen

TP391

A

1009-0134（2016）10-0139-03

2016-08-12

韓海榮（1984 -），女，陜西渭南人，工程師，碩士，研究方向?yàn)橹圃鞓I(yè)信息化。