CATIA V6船舶電氣原理驅動設計應用

張云 陳剛 李翠芳 馬彪

摘? ? 要：本文介紹了CATIA V6船舶電氣原理驅動設計應用，主要包括：CATIA V6電氣設計系統功能與特點、電氣系統原理庫、電氣設備3D物理模型庫、電氣原理驅動、電氣目錄樹、L2P電氣同步等。CATIA V6三維設計軟件，體現了精細化設計、數字化、可視化造船的優勢，在數字化船舶建造中具有重要意義。

關鍵詞：CATIA V6；電氣庫；電氣原理驅動；電氣目錄樹；L2P電氣同步

中圖分類號：U662.9? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Design and Application of Ship Electrical Principle

Drive Based on CATIA V6

ZHANG Yun，? CHEN Gang，? LI Cuifang，? Ma Biao

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.， Ltd.， Guangzhou 510715 ）

Abstract： This paper introduces the optimization design and application of ship electrical principle drive based on CATIA V6， mainly including： functions and features of CATIA electrical design system ， electrical system principle library， 3D physical model library for electrical equipment， electric principle drive， electrical catalog tree， L2P electrical synchronization， and realizing the transformation from electrical two-dimensional principle to electrical three-dimensional physical model. CATIA V6 3D design software embodies the advantages of fine design， digitization and visualization in shipbuilding， which is of great significance in digital shipbuilding.

Key words： CATIA V6; electrical library; electric principle drive; electrical catalog tree; L2P electrical synchronization

1? ? ?前言

CATIA V6軟件，是達索公司的CAD、CAE、CAM一體化三維設計軟件，在航空航天、汽車制造等領域廣泛應用，是達索公司推出的最新版本。平臺將機械設計、工程分析及仿真、數控加工等應用解決方案有機結合在一起，為用戶提供嚴密的工作環境，擁有寬廣的專業覆蓋面，幫助客戶達到縮短設計生產周期、提高設計質量及降低費用的目的。鑒于CATIA V6可實現可視化的三維設計，可應用于艦船、游輪、航母等設計。

結合我司的特點，提出適合自身的業務流程，如圖1所示。

2? ? CATIA V6電氣設計系統功能與特點

CATIA V6電氣設計系統以原理驅動建模為起點，采用全三維建模方式完成電氣原理設計、電氣建模設計及電氣相關表冊及圖紙出圖：

1）原理設計；

2）電氣建模設計：設備布置、設備基座布置、電纜通道布置、電纜貫穿件布置、電纜托架布置；

3）電氣相關表冊及圖紙：電氣開孔表、電氣設備托盤表、電氣鐵舾件托盤表、電氣鐵舾件安裝圖。

3? ? ?電氣系統原理庫

電氣系統原理庫及電氣設備3D物理模型庫，是電氣原理驅動建模的前提，為電氣原理驅動建模提供必需的準備條件。

電氣系統原理庫，分為電氣設備2D符號庫（電氣邏輯設備）和電氣電纜庫：電氣設備2D符號庫設置了電氣設備的二維符號，根據設計院圖紙創建，一個標準庫目錄下根據具體的系統名稱分為多個章節，每一個章節為一個系統；電氣電纜庫根據電纜設備廠家提供的電纜數據標準表編輯并導入系統電氣電纜庫，包括電纜類別、型號、規格、外徑、彎曲半徑、重量及廠家等參數信息，供繪制電氣原理圖時使用。

4? ? 電氣設備3D物理模型庫

電氣設備3D物理模型庫根據廠家提供的設備資料建模，包括設備外形尺寸、安裝尺寸等參數，采用參數化建模方便設備信息修改時修改模型；電氣設備建模完成后，需要給設備定義Equipment屬性類型；同時定義電氣設備電纜連接點和設備支架安裝點。電纜連接點的作用是方便后期電纜放樣工作，做法是在設備安裝電纜填料函（電纜進線位置）繪制一個電纜連接點；設備支架安裝點，用于給設備配置設備支架時使用；電氣設備建模完成后，按照電氣系統保存入庫。鑒于以上功能需求，電氣設備3D模型設定了若干必需的參數屬性，見表1。

5? ? ?電氣原理驅動

CATIA V6基于開放式可擴展的V5架構，其核心是知識工程語言EKL，分為4個等級，由低到高分別為數學工程語言M-EKL、核心工程語言C-EKL、高級工程語言A-EKL、擴展工程語言X-EKL。

CATIA V6電氣原理驅動建模，需要在系統內創建電氣原理圖后通過Logical To Physical功能驅動物理設備建模。但是CATIA V6內使用原理驅動建模電氣物理設備和電纜只能根據系統劃分目錄，系統圖繪制完成后通過原理驅動所有的電氣物理設備和電纜按照系統都放置在一個系統目錄下，無法再目錄劃分，不符合船舶電氣區域設計要求；電氣原理驅動后，所有的電氣物理設備都放置于坐標原點，船舶艙室空間大，移動布置效率低。為了解決上述問題，使用EKL程序設計開發CATIA V6電氣原理驅動建模設計系統，使物理設備和電纜通過EKL-L2P原理驅動后能夠根據區域（甲板、艙室）劃分目錄，滿足船舶電氣區域設計要求。

系統的具體功能包括：

1）解決了CATIA V6電氣原理驅動建模后，同一電氣系統下的電氣設備都默認放置在一個產品目錄下的問題，實現了電氣設備能夠根據空間艙室劃分目錄樹，滿足公司電氣設備區域設計的需求，并且同步之后的電氣設備能夠根據坐標→艙室→甲板三級進行空間自動布置，減少了設計工作量，提高了設計效率；

2）解決了電氣原理驅動后，一個電氣系統下的電纜都默認放置在一個產品目錄下，實現了電纜的區域目錄劃分、電纜相關屬性的自動繼承。

6? ? ?RFLP電氣目錄樹

根據電氣原理設計及生產設計的需求，創建電氣原理驅動建模RFLP目錄樹。Logical節點為邏輯設計節點，存放電氣原理信息，按照電氣系統分類繪制電氣原理圖，創建電氣邏輯設備和邏輯電纜；Physical節點為物理設計節點，存放電氣物理信息，按照電氣生產設計需求，分為Cable（電纜）、Equipment（電氣設備）、CABLEWAY（電纜通道）、 EHanger（電氣鐵舾件）四類節點，Cable、Equipment節點通過電氣原理驅動獲得電氣物理設備和電纜。

RFLP電氣目錄樹，見圖2所示 。

7? ? 電氣原理圖

繪制電氣原理圖，調用電氣設備邏輯庫和電纜邏輯庫，同時對電氣邏輯設備和電纜賦予代號；所有邏輯設備都有一個空間艙室屬性；所有邏輯電纜的空間艙室屬性，通過該電纜的首末邏輯設備的空間艙室屬性計算得出；在DataSetup資源配置環境，設置設備L2P映射表；通過L2P程序，為邏輯設備自動設定；為L2P生成的物理設備設定父節點及3D位置。

通過L2P程序，在一個邏輯對象和多個物理對象間創建Link關系，生成的電纜設定父節點，將邏輯電纜屬性信息同步至物理電纜下。

8? ? ?電氣邏輯與物理的關聯關系

通過CATIA V6自帶的Create Implement Relation功能，創建電氣邏輯和物理的關聯關系。

9? ? L2P電氣同步

L2P電氣同步，即電氣二維原理到電氣三維物理模型的轉變。

9.1? ?電氣設備驅動

通過EKL程序，設計電氣原理驅動規則程序BR：

1）L2P_ComputePartNumber，使用邏輯設備的Reference Title作為L2P時的Predefined Part Number，原邏輯設備的 Predefined Part Number為空；

2）L2P_ComputeFatherForPlacingEquipment，將L2P 生成的物理設備插入到產品結構樹下對應的父節點下；

3）L2P_ComputeComponent3DPosition，為L2P生成的物理設備計算布置位置。

L2P電氣設備驅動：

1）邏輯電氣設備根據Instance屬性內的空間三維坐標布置；

2）邏輯電氣設備Instance屬性內的空間三維坐標為空時，根據Creat Space Link賦予的艙室信息自動布置到相應的艙室坐標中心；

3）邏輯電氣設備既無空間坐標也無艙室坐標時，自動布置到賦予的甲板空間中心；

4）沒有任何空間艙室信息的電氣設備，將同步到原點（0，0，0），點擊Synchronize電氣設備3D模型自動布置。

9.2? ?邏輯電纜驅動

通過EKL程序，設計電纜驅動規則程序BR：

1）L2P_ComputeMultipleCorrespondingPhysicals，將Implement Link Root所對應的Physical Product多個EPS 和當前執行L2P的邏輯電纜間創建Link關系；

2）L2P_ComputeFatherForPlacingRoutables，為電纜指定父節點；

3）L2P_ReportAttributes，將邏輯電纜屬性信息同步至物理電纜下。

邏輯電纜驅動：

1）使用BR執行原理驅動，根據邏輯電纜首末設備的空間信息，確定電纜所屬的父節點，把邏輯電纜屬性同步至物理電纜下；邏輯電氣電纜，根據Instance屬性內的空間三維坐標布置；

2）電纜程序優化后，按區域分工不同，將電纜經過的區域分界面處的節點分配給電纜，指定停止點；提取經過自己區域的電纜清單，量取電纜在本區域的長度，填寫電纜在本區域經過的節點；設置電纜隔離代碼、通道隔離代碼；按電纜規格、防護等級、通道最大容納比率等敷設電纜。

10? 電氣設備及電纜變更檢查

電氣設備及電纜變更檢查，解決了使用CATIA V6進行船舶電氣設計，在電氣原理驅動建模階段對邏輯電氣設備屬性及L2P后的物理設備屬性變更進行檢查，提高軟件利用率，提高準確性。

電氣設備變更檢查，通過EKL程序設計EKL check rule實現電氣設備的程序自動檢查，包括以下方面：邏輯設備的空間屬性分配；物理設備唯一性；物理設備屬性完整性；物理設備與邏輯設備預設坐標的一致性；查找統計沒有電纜連接的設備；物理設備與對應邏輯設備是否有L2P Link 關系等。

11? ? ?實船應用

通過上述對CATIA V6船舶電氣原理驅動設計應用的研究，實現從電氣原理設計到電氣物理三維設計的數字化建模設計，已經在實船上得到了一定程度的應用，包括資源配置、項目結構樹創建、電氣設備二維符號庫建模、電纜庫建庫、電氣設備三維建庫、電氣系統原理圖的繪制、電氣原理驅動、三維電氣設備布置、電纜通道建模、電氣鐵舾件建模、電氣鐵舾件托盤分托、導出鐵舾件托盤及電氣鐵舾件安裝圖出圖等。其中：按照船廠生產設計需要，對安裝圖圖面標注信息作出標識格式定義；在電纜通道上設置了電纜節點；對通道做了連通操作；對電纜敷設功能進行了簡單測試，初步實現電纜敷設功能。

相比SPD船舶設計軟件，CATIA V6軟件在建模方面優勢明顯，例如：設備建模采用參數化建模方式，便于模型隨時修改，且建模時間短、精度高、三維模型效果清晰直觀。應用CATIA V6軟件進行船舶電氣原理設計，實現了電氣系統原理二維到電氣三維設備及電纜的驅動轉換，首先在邏輯與物理間創建關聯關系，執行驅動操作，通過邏輯設備的艙室屬性賦予電氣三維設備艙室空間屬性，通過邏輯電纜首尾設備空間屬性對照映射表自動計算也實現了空間屬性分配。

設計中也發現了許多問題及不足：在基礎配置及出圖方面，電氣原理驅動數據準備較多，資源配置繁瑣，需在CATIA V6軟件環境下繪制電氣原理圖，同時建立空間參考；電氣原理圖繪制效率較低，未來可考慮開發直接讀取DWG圖紙的接口程序，通過部分交互能夠自動轉化為CATIA V6的電氣系統原理圖；電纜通道連通性及其檢查功能效率低，在操作電纜連接的動作時易改變原有通道的路徑；電纜敷設功能也有待完善提高；電氣緊固件安裝圖剖圖效率低，尤其是對于信息量較大的鐵舾件安裝圖。

12? ?結論

相比CATIA V5， CATIA V6在電氣邏輯設計功能上有較大提升，同時在電氣物理三維設計方面，比如電纜通道放樣及電氣設備布置方面亦有增強。針對CATIA V6三維設計軟件中船舶電氣設計模塊存在的問題，仍需不斷深入研究，探索優化方案。CATIA V6三維設計軟件，體現了精細化設計、數字化、可視化造船的優勢，對提高設計質量起著重要的作用，在數字化船舶建造中具有重要意義。

參考文獻

[1]盧永進，林銳.CATIA_V6船舶三維設計實例[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2016.

[2]胡婉婷.3D EXPERIENCE 船舶電子電氣設計實用教程[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2017.