基于3DEXPERIENCE平臺的輪機基礎庫構建技術分析

盧永進 韓海榮 郭晨 熊雪程

摘要：針對大數據量環境下管路設計效率低的問題，根據船舶管路設計特點，基于3DEXPERIENCE平臺梳理了輪機基礎庫構建常規策略。結合典型閥件標準，系統開展模型數據量研究，分析不同粒度參數化模型、標準件和實例模型對數據量的影響。同時，基于不同數據量和濾器容量對標準件組織管理形式進行測試分析，提出了結構樹組織形式，并進行了添加閥附件性能測試。測試表明采用結構樹管理輪機基礎庫可顯著提高設計效率，具有很好的推廣應用價值。

關鍵詞：大數據量；3DEXPERIENCE平臺；輪機；建庫

中圖分類號：U662.9 文獻標志碼：A doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2023.06.008

文章編號：1006-0316 （2023） 06-0055-05

Technical Analysis of the Three-dimensional Engine Database Foundation

Based on 3DEXPERIENCE Platform

LU Yongjin1，HAN Hairong1，GUO Chen1，2，XIONG Xuecheng1，2

（ 1.China Ship Development and Design Center， Wuhan 430064， China;

2.Wuhan Ship Development and Design Institute Co.， Ltd.， Wuhan 430064， China ）

Abstract：Aiming at the problem of low efficiency in piping design under large data volume environment， according to the characteristics of ship piping design， the conventional construction strategies of marine database were systematically sorted out. Combined with the standard of typical valve parts， the model data volume was studied systematically based on 3DEXPERIENCE Platform， and the influence of different granularity parameterized model， standard part and instance model on the data volume was analyzed. At the same time， based on different data volume and filter capacity， the organization and management form of standard parts was tested and analyzed， and the organization form of structure tree was proposed， and the performance test of valve accessories was discussed. The test results show that using structure tree to manage turbine base library can significantly improve the design efficiency and has a good value of popularization and application.

Key words：large data volume；3DEXPERIENCE platform；marine engineering；database foundation

為有效提升裝備型號質量，船舶精細化設計正發展成為行業趨勢[1-2]。3DEXPERIENCE平臺（以下簡稱3DE平臺）作為船舶行業的主流設計軟件，已在不少船舶產品中推廣應用，具備完善的精細化設計功能。

當前，船舶數字化標準體系初步建立，涵蓋了大部分數字化設計建模建庫要求。不同研制單位開展了大量基礎資源庫建設，并開發了一批使能工具集，在很大程度上支撐了型號應用需求。盡管船舶行業在數字化建設和應用方面取得了一定成績，基本具備了推進數字化工程的基礎，但與國內外先進行業數字化技術對比，在應用深度和快速設計效率提升方面存在較大差距[3-5]。

管路設計是船舶精細化設計的重要組成部分，囊括資源配置、二維符號繪制、原理圖設計、管附件三維建庫、管路三維設計等內容[6-8]。大型船舶管路系統呈復雜化、大型化和集成化趨勢發展，加上研制后期采用全范圍和高粒度建模方式，形成設計模型數據量極大，同時，管路設計受技術狀態影響修改頻繁，使得傳統設計模式和設計手段難以有效支撐型號研制，迫切需要在新形式和新要求下建立技術手段，以提高大數據量環境下管路設計效率和研制質量。

1 基礎庫構建常規流程

在3DE平臺中，輪機基礎庫構建包含建立工程技術表、解析管附件、CATALOG存放管理、定義過濾器和資源庫配置等過程，如圖1所示，具體流程如下：

（1）面向設計使用的管附件信息，梳理標準件信息和管附件匹配規則，從而建立工程技術表，包含標準體系表、材料類型表、材料表、管附件連接類型表、管附件子類表、管路通徑表、管路公稱壓力表、管材外徑表、管材壁厚表、管材規格尺寸、管材彎模直徑表、管材彎管半徑表、管材自動匹配規則表、管路支管規則表等。

（2）平臺參數化設計功能強大，利用管材規格尺寸表數據驅動系統剛性管材批量解析生成標準件。針對種類繁多的閥附件，先創建參數化

模型，包括三維幾何模型、接口和屬性信息等內容，對應標準數據定義設計表，通過設計表驅動參數化模型解析生成標準件。

（3）平臺原生功能利用CATALOG存放管附件標準件，其類似于文件夾，CATALOG可以根據附件類別、標準等定義多級Chapter，用于存儲對應標準件，航空領域也采用此管理方式。

（4）過濾器定義則通過設置篩選規則獲取面向管路設計的標準件，以供設計人員調用。過濾器分為剛性管過濾器、附件過濾器和管絕緣過濾器等類別，每類過濾器由不同過濾單元組成。

（5）將工程技術表、管材過濾器、附件過濾器等資源表組合形成系統規格書，再將系列資源表、規格書、標準件庫關聯到Piping/Tubing specification Resource資源集，與具體工程項目所綁定。

通過對輪機基礎庫構建流程進行分析，其涉及創建數據表（含匹配規則）、幾何模型、屬性信息、CATALOG和過濾器等對象，顯而易見，消耗服務器數據量最大的即幾何模型。

2 基礎庫模型數據分析

作為通用設計平臺，3DE平臺不同于FORAN、TRIBON等船舶專用軟件，未提供閥附件參數化模型[9-10]。為分析不同復雜程度模型數據量，以GB/T 587-2008 A型船用法蘭青銅截止閥為對象，開展模型數據量研究。

充分吸納標準數據信息，分析A型船用法蘭青銅截止閥的幾何建模要素，以圖2所示粗粒度、適中粒度和細粒度三種粒度創建參數化模型，并分別定義設計表與之關聯。基于不同粒度參數化模型，分別以A10065、A25125兩型截止閥對應參數進行解析，形成參考模型。在設計場景中調用參考模型生成實例模型。將三個帶設計表的參數化模型、六個解析生成的參考模型和六種實例模型分別以with authoring（.3dxml）格式導出，形成3DXML文件，按文件大小統計模型數據量，具體如表1所示。

在反映閥件最大外形尺寸、接口形式的前提下，不同粒度的模型創建時間不同，粒度越細，建模耗時越多，主要消耗在創建設計表和幾何模型上。同時，隨著模型粒度增加，模型數據量明顯增大。A10065和A25125兩型閥件對應標準中最小和最大尺寸閥件，可見最小尺寸模型比參數化模型數據量小，隨閥件尺寸增加，參考模型數據量相應增加，粒度越細，占用數據量越多。

標準件通過參數化模型解析生成，作為參考模型存放在CATALOG中，供管路設計時通過濾器進行篩選調用，在管路系統設計中生成具體實例模型。為此，對三種粒度解析生成的A10065參考模型進行1次和10次實例模型插入，并以導出文件數據量進行分析。可見首次插入實例模型數據量較大，略大于參考模型數據量，后續插入同一參考模型對數據量影響較小，控制參數化模型粒度是有效減少模型數據量的核心。

3 標準件管理方案

輪機基礎庫構建形成數量大且種類多的標準件。針對標準件的組織管理，通過不同關鍵因素對各種管理方案進行測試分析，提出合適的標準件管理方案。

3.1 ?CATALOG＋濾器方式

添加閥附件是管路設計中的常用操作，在

以往工程應用中，采用CATALOG＋濾器方式管理標準件，出現首次添加附件卡頓現象，甚至延時達十余分鐘。添加閥附件時，平臺首先加載附件過濾器，遍歷濾器中對應類型所有規格。為此，考慮從服務量數據量和濾器容量兩個方面進行分析。在測試環境下，通過導入船體、輪機等三維模型實現服務器數據量按比例遞增，對應數據量為1.4 GB、4.2 GB、8.8 GB和1000 GB，并設置不同濾器容量，即濾器零件數1、50、500、5000進行閥附件首次添加時長測試。具體測試時，四名設計人員在相同軟硬件配置下進行同步驟操作，各自統計時長后取平均值，相關數據變化如圖3所示。一開始，隨著服務器數據量不斷增加，首次添加時長變化不大，當增至8.8 GB時，插入附件時長明顯增加，而數據量增加至100 GB時，首次添加附件耗時達873 s。CATALOG＋濾器管理方式受服務器數據量影響明顯，不同硬件配置存在不同門限值。同時，在服務器數據量相同條件下，濾器容量大小影響添加時長，濾器容量大表明過濾器包含的零件數量多，導致遍歷時間加長。

3.2 ?CATALOG＋LineID方式

除CATALOG＋濾器方式管理標準件外，3DE平臺提供CATALOG＋LineID方式，即資源庫配置采取“規格書”形式，按管路系統將管材和閥附件分類，以便設計時精確選取。為分析CATALOG＋LineID方式設計效率，以服務量數據量和濾器容量為變量測試操作時長。結果如表2所示。CATALOG＋LineID方式較CATALOG＋濾器方式而言通過系統分類減少了濾器容量，加載效率有一定優勢，但其本質仍是采用CATALOG庫管理，受服務器數據量影響較大，隨船舶設計推進，服務器數據量顯著增加，加載效率顯著下降。同時，需要購買SEF許可用于創建LineID，將加大設計經濟成本。此外，設計修改迭代過程中難以保證管路系統邏輯與物理的一致性，會導致設計人員無法添加合適的閥附件。

3.3 結構樹組織方式

CATALOG＋濾器方式、CATALOG+LineID方式兩種添加閥附件均受服務器數據量影響，影響管路設計效率。由于管路設計添加方式主要包含CATALOG查詢和平臺搜索兩種方式，平臺搜索方式可基于特征信息搜索任意對象實施加載。為此，基于產品結構樹的組織方法，提出使用結構樹對閥附件進行組織管理，即將設計所需閥附件解析后以節點形式直接掛到相應結構樹下，設計人員在管路設計時通過平臺搜索方式從結構樹選取添加閥附件。

管附件庫采用結構樹形式組織管理，確定以附件類型為主創建相應的節點，并在相應的節點下根據不同標準創建子節點，同時結合各系統使用特殊閥附件情況，創建非標閥附件節點。即一級節點按標準閥件、標準附件、非標閥附件和占位閥附件分，其中，標準閥件和標準附件二級節點按標準號定義，命名要求為“零件名稱_帶年號的標準號（無則缺省）”，如“船用法蘭鑄鋼截止閥GB/T 584－2008”。非標閥附件按企標定義，占位閥件根據最大外形尺寸建模，具體形式如圖4所示。

對于輪機標準件結構樹管理方式，按不同濾器容量50、500、5000進行閥附件首次添加時長測試。結構樹方式添加閥附件步驟涉及點擊添加按鈕、選取管路、選擇添加模式、獲取對應閥附件和插入閥附件模型。與其他標準件管理的差別主要在于選取添加模式不同。測試發現添加時長一般不超過30 s，即使濾器容量達到5000，耗時僅34 s，可見結構樹形式管理輪機基礎庫能有效減少閥附件添加時間，顯著提高設計效率。

圖4 輪機標準件庫結構樹形式

4 結論

隨著船舶數字化設計的深入應用，對船舶管路研制質量和設計效率提出了越來越高的要求。從船舶研制任務入手梳理了輪機基礎庫構建流程，探究了基礎庫模型數據量變化規律。針對CATALOG＋濾器方式管理標準件出現首次添加附件時間過長的問題，通過服務量數據量和濾器容量兩大因素進行測試分析，表明服務器數據量是重要影響因素。最后，提出采用結構樹形式組織管理輪機標準件，測試結果表明可有效打破服務器數據量的限制，顯著減少添加時長，在工程型號中有很好的應用前景，有助于提高管路設計效率。

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