基于三維體驗平臺的船體結構出圖技術研究

鄒夢瑤，吳 立，王 充，管偉元

（1. 中國船舶及海洋工程設計研究院，上海 200011；

2. 華中光電技術研究所 武漢光電國家實驗室，湖北 武漢 430200）

0 引 言

三維設計制造技術已在航空、航天、汽車和船舶等領域得到廣泛應用[1-2]。由于船舶設計模型數據量巨大[3-4]，為便于船舶設計、船級社送審和開展廣泛的技術交流，船舶圖紙目前在船舶設計、建造過程中依然被廣泛采用。3DE（3DExperience）平臺作為目前主流的CAD/CAM/CAE一體化軟件，利用其特有的創成式視圖樣式（Generative View Style, GVS）模板功能，初步具備由船舶三維模型至二維圖紙的快速出圖功能，但由于船體制圖的特殊性[5]，單純依靠機械投影的方法很難滿足要求。由此，必須基于船舶行業的特點對GVS模板進行客戶化定制，并進行必要的開發。

影響出圖效果的因素主要包括船體三維模型結構件屬性、文本及符號標注和線型資源庫、GVS模板、圖框模板。船體三維模型結構件屬性定義是基礎，若沒有完善的結構件屬性定義，便無法在GVS模板中配置某種結構件線型，從而無法在出圖時繪制正確的線型。此外，為完善圖紙中的標注信息，需有相應的文本及符號庫。為給圖紙添加圖框，需定制圖框模板。

1 船體三維模型構件屬性

船體三維模型構件屬性與建模及出圖息息相關，屬于建庫的基礎工作之一，只有在建模之前將模型構件的屬性定義完畢，才可在建模及出圖時直接選取。

船體三維模型構件一般按圖1進行定義，在后期出圖時就可根據構件的屬性（如水密板、防火板等）自動提取這些屬性，自動繪制出相對應的線型。

圖1 三維模型特征屬性

根據船體制圖的需要，一般進行圖2所示的三維模型特征屬性分類。

圖2 三維模型特征屬性分類

2 文本、標注和線型資源庫

2.1 文本及符號標注資源庫

在船體制圖中，圖線除了用來組成圖形表示船體、設備和構件的形狀以外，還在結構圖紙中表示構件在視圖中的投影。因此，在圖紙中對圖線進行文本標注尤為重要。由于船體三維模型數據量巨大、構件繁多，通過自動提取構件的尺寸等標注信息實現自動標注顯得尤為重要，在3DE平臺中，可通過結構資源數據庫Data Setup配置結合GVS模板來實現。首先在通用幾何和結構兩大資源庫中創建對應的文本及符號標注庫，然后配置好 GVS模板，通過模板調用資源庫，在出圖過程中實現文本及符號的自動標注，省去煩瑣的重復工作，大大提高出圖效率，同時保證標注的準確性。

資源庫通常由一系列資源表組成。資源表是指資源集中的數據表、數據庫和設計規則等類型文件，這些文件組成結構基礎數據庫，服務于結構設計。

表1和表2分別給出兩大資源庫中涉及的文本及符號標注部分。這些資源庫主要通過數據導入的方式創建，且必須嚴格按照船體制圖標準規范來確保數據的準確性。

表1 通用幾何資源庫中涉及的文本及符號標注部分

表2 結構資源庫中涉及的文本及符號標注部分

2.2 線型資源庫

在結構圖紙中，以不同的線型表示不同構件在視圖中的投影。作為通用軟件，3DE平臺并沒有針對船體制圖的特殊線型（如軌道線等），但該平臺具有很好的開放性，可通過自定義的方式滿足船體制圖線型的特殊要求（見圖3）。

3 GVS模板

GVS模板采用XML文件中定義的參數集，自定義工程制圖的外觀，可生成參考平面系和結構對象的圖形替換，即根據構件屬性篩選不同構件投影之后的圖線，根據船體制圖線型要求進行線型圖形替換。在樣本XML文件中，GVS模板參數位于參考平面系和結構對象節點下文件的底部。結構對象節點包含加強筋、自由邊上的加強筋、橫梁、板材和開孔的所有GVS模板，該文件的組織方式見圖4。

圖3 自定義線型

圖4 GVS模板組織方式

GVS模板作為結構出圖的必須文件，在配置時需根據船體制圖標準規范整體數據，創建流程見圖5。

圖5 配置GVS模板流程

4 圖框模板配置

圖樣上一般應具有標題欄、反向代號欄和附加欄，對總圖、裝配圖和部件圖還應具有明細欄。在3DE平臺中，可根據Table Template功能自定義繪制所需定制的模板，在模板名稱前必須以“TitleBlock_”和“RevisionTable_”等關鍵詞作為前綴，此后方可作為模板任意調用。圖6和圖7分別為自定義標題欄及自定義版本欄。

圖6 自定義標題欄

圖7 自定義版本欄

5 圖紙的布局

3DE平臺原生功能擁有強大的圖紙布局能力，可基于機械投影圖紙進行任意排版布局，將不同視角的多張視圖排布在同一張圖紙中，為二維視圖和三維視圖并行提供理論基礎。

圖8為自定義圖紙布局。從圖8中可清晰地看到，借助三維軸視圖可更好地輔助二維視圖，更加立體化表達板架的結構形式。

視圖任意排版之后，不對手動添加的標注造成任何影響。同時，當結構發生更新時，與結構有關聯的標注會隨之聯動更新，主要包括以下2方面：

1) 當結構尺寸更新時，手動標注內容會隨結構更新而同步更新；

2) 當結構位置更新時，手動標注箭頭位置會隨結構更新而同步更新。

6 出圖流程改進

目前基于3DE平臺的船體結構二維出圖效果見圖8，基本上滿足船體制圖的出圖要求，但在效率上仍然有提升的空間。

針對3DE平臺的出圖流程及出圖效果，梳理并研究出一套二維出圖流程（見圖9）。

圖8 自定義圖紙布局

圖9 二維出圖流程

7 結 語

基于3DE平臺，從船體三維模型構件屬性、文本及標注和線型資源庫、GVS模板、圖框模板配置等方面入手，開展具體研究，體現在以下4方面：

1) 結合國內船舶結構二維出圖業務模式，梳理了面向船舶結構二維出圖的建庫思路；

2) 詳細介紹了GVS模板的配置方法；

3) 系統闡述了船舶結構二維出圖的流程；

4) 為設計人員提供了全新的結構二維出圖建庫及調用方法，可為定制開發提供參考。

為進一步提高二維出圖效率，后續需從定義出圖區域及標注特征信息2方面入手，研究二次開發工作：

1) 通過選擇坐標平面或定義任意形狀包絡體，定義出圖區域，篩選需出圖的結構特征，快速投影并進行線型替換；

2) 提取結構特征信息，通過批量自動標注或快速手動交互標注，在二維圖中快速標注特征信息，避免設計人員重復工作，提高出圖效率。

【 參 考 文 獻 】

[1] 邵開文，馬運義. 艦船技術與設計概論[M]. 北京：國防工業出版社，2005.

[2] 何勝墻. 大型飛機數字化裝配技術與裝備[M]. 北京：航空工業出版社，2013.

[3] 陳奎英，張冬梅，吳瑞曦. CATIA軟件在船舶設計中的應用[J]. 青島遠洋船員學院學報，2008，29 (4): 55-59.

[4] 李焱. 三維設計在船體結構中的應用[J]. 中國艦船研究，2007, 2 (1): 14-18.

[5] 楊永祥，管義鋒. 船體制圖[M]. 北京：國防工業出版社，2010.