基于三維體驗(yàn)平臺(tái)的船舶設(shè)備位置驅(qū)動(dòng)與布置

鄒夢瑤，管偉元，王 充，吳 立

（中國船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院，上海 200011）

0 引 言

隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的快速發(fā)展，船舶制造業(yè)已在數(shù)字化設(shè)計(jì)方面取得較大進(jìn)展，并正在進(jìn)一步朝智能化方向轉(zhuǎn)型。目前國內(nèi)主流的船舶三維設(shè)計(jì)軟件主要有CADDS5、TRIBON、NAPA、FORAN、SPD和三維體驗(yàn)（3D Experience）平臺(tái)等，其中3D Experience平臺(tái)是法國達(dá)索系統(tǒng)開發(fā)的新一代集CAD、CAE和CAM于一體的PLM軟件平臺(tái)[1]。該平臺(tái)旨在為企業(yè)提供一體化、智能化的工業(yè)解決方案，可很好地滿足制造業(yè)在數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí)方面的需求，為制造業(yè)帶來全新的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)體驗(yàn)，目前已成功應(yīng)用于航空航天、汽車和船舶等領(lǐng)域[2-3]。

在總布置設(shè)計(jì)中，設(shè)備的布置流程一般從庫中調(diào)用，通過操作羅盤進(jìn)行位置移動(dòng)和方向調(diào)整[4]。該方法不僅缺乏與二維原理圖之間的關(guān)聯(lián)，而且設(shè)備移動(dòng)定位的效率和準(zhǔn)確性不足。二維驅(qū)動(dòng)三維（Logical to Physical，L2P）[5]是3D Experience平臺(tái)中連接二維原理圖設(shè)計(jì)和三維設(shè)計(jì)的重要方法，采用該方法不僅可實(shí)現(xiàn)對(duì)原理圖中電纜和管線的驅(qū)動(dòng)，而且可實(shí)現(xiàn)對(duì)分電箱和油泵等船舶設(shè)備的位置驅(qū)動(dòng)。但是，在不配置驅(qū)動(dòng)規(guī)則的情況下，只能先將設(shè)備驅(qū)動(dòng)到船舶坐標(biāo)系的原點(diǎn)，再運(yùn)用羅盤對(duì)其進(jìn)行移動(dòng)。針對(duì)以上問題，本文重點(diǎn)研究L2P的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)二維與三維的關(guān)聯(lián)，并且通過EKL編程實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的高效位置驅(qū)動(dòng)和準(zhǔn)確布置，同時(shí)為后續(xù)原理圖中涉及空間關(guān)聯(lián)的BI檢查創(chuàng)造條件。設(shè)備位置驅(qū)動(dòng)和布置的具體流程見圖1。

圖1 設(shè)備位置驅(qū)動(dòng)和布置的具體流程

1 空間劃分

空間劃分主要運(yùn)用空間分配（Space Allocation, SAO）模塊和創(chuàng)成式曲面設(shè)計(jì)（Generative Shape Design,GSD）模塊。首先，運(yùn)用SAO模塊定義切割元素，對(duì)主船體進(jìn)行區(qū)域劃分，切割元素主要分為DeckCE、FireZoneCE、WaterTightCE、LongCE和CrossCE等5類，可按實(shí)際需要?jiǎng)h除或添加切割元素的種類。然后，選取劃分好的某個(gè)區(qū)域，在某個(gè)支持面上繪制草圖，運(yùn)用草圖中的線元素代表艙壁的位置，進(jìn)而劃分出具體的艙室空間。對(duì)某平臺(tái)供應(yīng)船（Platform Supply Vessel, PSV）雙層底區(qū)域進(jìn)行詳細(xì)的艙室劃分所繪草圖見圖2。

圖2 某PSV雙層底區(qū)域詳細(xì)艙室劃分草圖

需注意，在定義切割元素時(shí)，對(duì)于不規(guī)則甲板面，需先運(yùn)用GSD模塊生成甲板曲面，再將其定義為切割元素。此外，對(duì)于形狀較為復(fù)雜的非規(guī)則艙室，可先運(yùn)用GSD模塊，通過曲面的拉伸、切割和縫合形成封閉體，再將該封閉體指定為某個(gè)具體的艙室。某PSV的空間劃分結(jié)果見圖3。

圖3 某PSV的空間劃分結(jié)果

2 資源配置

空間劃分好之后，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備向指定空間的驅(qū)動(dòng)，需將劃分好的空間配置在資源庫中，以便創(chuàng)建二維原理圖中的設(shè)備符號(hào)與指定空間的關(guān)聯(lián)。此外，需在資源庫中配置設(shè)備的驅(qū)動(dòng)規(guī)則。為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，需配置Diagram Resources和Logical System Routing Resources 2種資源集，具體需配置的資源項(xiàng)見表1。

表1 資源配置

表1中的Zone Names資源項(xiàng)中需聲明空間類型和讀取方向，其中：空間類型主要有Deck、Room、Watertight zones和Fire zones等；讀取方向與空間類型相關(guān)聯(lián)，主要有Above、Below、Left、Right和Inside等。例如，為實(shí)現(xiàn)設(shè)備向指定艙室的驅(qū)動(dòng)，空間類型選擇為Room，空間讀取方向選擇為Inside，將存儲(chǔ)艙室名稱的Sheet表導(dǎo)入。表1中的Compute 3D position資源項(xiàng)中需配置設(shè)備的驅(qū)動(dòng)規(guī)則，驅(qū)動(dòng)規(guī)則用EKL語言編寫，該語言是3D Experience平臺(tái)中的一種面向?qū)ο蟮暮啽恪⒅弊g、自動(dòng)化的語言，支持用戶定制業(yè)務(wù)流程，幫助用戶定義、重用和分享知識(shí)。驅(qū)動(dòng)規(guī)則部分核心代碼如下：

3 設(shè)備位置驅(qū)動(dòng)

為實(shí)現(xiàn)設(shè)備的位置驅(qū)動(dòng)，除了配置相應(yīng)的資源以外，還需具備2個(gè)條件，即：二維原理圖中設(shè)備符號(hào)與空間相關(guān)聯(lián)；設(shè)備符號(hào)Reference屬性中的Predefined Part Number與所要驅(qū)動(dòng)三維設(shè)備的Title相一致，否則無法實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。創(chuàng)建空間關(guān)聯(lián)在二維原理圖的視圖窗口完成。首先，運(yùn)用Create Zone命令選擇區(qū)域的類型和名稱，在原理圖中繪制一個(gè)封閉圖形代表某個(gè)指定的艙室空間，其次，運(yùn)用Create Space Link命令手動(dòng)或自動(dòng)創(chuàng)建空間關(guān)聯(lián)。最后，在屬性中查看設(shè)備符號(hào)的Space Reference屬性，檢查空間關(guān)聯(lián)是否創(chuàng)建成功。此外，可運(yùn)用B.I.Essentials命令中的Diagram: Space Allocation Review檢查項(xiàng)對(duì)二維原理圖中的設(shè)備符號(hào)進(jìn)行空間分配檢查，從而提高設(shè)備位置驅(qū)動(dòng)的準(zhǔn)確性。

上述2個(gè)條件滿足之后，在RFLP結(jié)構(gòu)樹中激活Physical節(jié)點(diǎn)，切換至Electrical 3D Design模塊或Piping & Tubing 3D Design模塊。接著，運(yùn)用Logical to Physical命令實(shí)現(xiàn)設(shè)備由二維到三維的驅(qū)動(dòng)。最后，在三維模型中查看設(shè)備是否驅(qū)動(dòng)成功。本文主要實(shí)現(xiàn)主機(jī)燃油供給泵向某個(gè)空間中心的驅(qū)動(dòng)（見圖4）。實(shí)際上，在驅(qū)動(dòng)規(guī)則中也可定義設(shè)備向三維坐標(biāo)點(diǎn)的驅(qū)動(dòng)，但采用該方法無法創(chuàng)建設(shè)備與空間的關(guān)聯(lián)，因此不能運(yùn)用B.I檢查。相比之下，建議采用設(shè)備向指定空間的驅(qū)動(dòng)。

圖4 設(shè)備驅(qū)動(dòng)至指定空間中心

4 設(shè)備布置

設(shè)備驅(qū)動(dòng)到指定空間的中心之后，可通過操作羅盤進(jìn)行位置移動(dòng)和方向調(diào)整，但設(shè)備移動(dòng)的位置只能粗略估計(jì)，具有較大的隨意性。為了更加精確、高效地對(duì)設(shè)備進(jìn)行布置，可在Engine Rules Capture模塊中通過EKL編程創(chuàng)建Action，并將其制作成相應(yīng)的設(shè)備布置命令。在使用該命令時(shí)，先選擇需布置的設(shè)備和船舶坐標(biāo)系，然后通過輸入肋位號(hào)FrN、縱剖面編號(hào)LongN和垂向甲板編號(hào)HN的數(shù)值及各方向?qū)?yīng)的Offset數(shù)值，即可實(shí)現(xiàn)基于船舶坐標(biāo)系的設(shè)備布置（見圖5）。

圖5 基于船舶坐標(biāo)系的設(shè)備布置

部分核心代碼如下：

5 結(jié) 語

本文基于3D Experience平臺(tái)，重點(diǎn)研究了船舶設(shè)備的位置驅(qū)動(dòng)和布置方法，主要包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容：

1) 結(jié)合SAO和GSD 2個(gè)功能模塊，提出了空間劃分的方法，并實(shí)現(xiàn)了全船的空間劃分。

2) 從資源庫配置、驅(qū)動(dòng)條件和驅(qū)動(dòng)過程等方面詳細(xì)介紹了L2P設(shè)備位置驅(qū)動(dòng)方法的使用，搭建了二維原理圖設(shè)計(jì)與三維模型設(shè)計(jì)之間的橋梁。

3) 通過EKL編程設(shè)定了設(shè)備位置驅(qū)動(dòng)規(guī)則，在創(chuàng)建設(shè)備符號(hào)與空間的關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了設(shè)備向指定空間中心的驅(qū)動(dòng)，為后續(xù)針對(duì)空間編寫設(shè)備報(bào)表創(chuàng)造了條件。

4) 通過EKL編程實(shí)現(xiàn)了基于船舶坐標(biāo)系的設(shè)備布置，與羅盤拖動(dòng)相比，提高了設(shè)備布置的準(zhǔn)確性和效率，有助于設(shè)計(jì)者快速、高效地開展總布置設(shè)計(jì)。

經(jīng)某PSV和某集裝箱船的實(shí)船應(yīng)用，證明該方法高效、精準(zhǔn)，是開展基于3D Experience平臺(tái)的設(shè)備布置的有效方法。