汪 驥， 帥 濤， 劉玉君， 李 瑞

(大連理工大學(xué) 工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國家重點實驗室， 遼寧 大連 116024)

Tribon環(huán)境下船體分段拼板圖自動設(shè)計方法研究

汪 驥， 帥 濤， 劉玉君， 李 瑞

(大連理工大學(xué) 工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國家重點實驗室， 遼寧 大連 116024)

船體分段拼板圖設(shè)計是船舶建造生產(chǎn)設(shè)計中的重要內(nèi)容，目前主要依靠人工繪制，效率較低?；赥ribon的GEN文件對分段拼板圖自動設(shè)計方法展開了研究，通過提取拼板圖設(shè)計必需的圖形信息并進(jìn)行自動區(qū)域劃分和定義，確定各類型數(shù)據(jù)間的相互邏輯關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，確定各類標(biāo)注尺寸的自動計算方法，實現(xiàn)分段拼板圖的自動設(shè)計，不僅能夠提高拼板圖設(shè)計的準(zhǔn)確性，而且能夠提高拼板圖的設(shè)計效率。

Tribon環(huán)境 分段拼板圖 自動設(shè)計 GEN文件

1 引言

在船舶分段建造過程中，各類平直板材(如：內(nèi)底板、甲板、平臺板、艙壁、圍壁及部分外板)均需要進(jìn)行預(yù)先拼板作業(yè)[1]。拼板圖是拼板作業(yè)的實施依據(jù)，是分段生產(chǎn)設(shè)計中的重要設(shè)計資料[2]，拼板圖一般包含圖形和標(biāo)記兩類信息，其中標(biāo)記信息可分為以下三類：拼板外形尺寸；劃線、構(gòu)件裝配定位尺寸；坡口位置和尺寸。目前，拼板圖主要由設(shè)計人員利用CAD軟件繪制完成。根據(jù)國內(nèi)船廠目前設(shè)計水平，一張拼板圖的設(shè)計工作需多個設(shè)計工時，效率較低，重復(fù)性設(shè)計工作內(nèi)容較多。而利用TRIBON進(jìn)行“分段拼板圖”出圖工作，相比CAD的優(yōu)勢在于能及時更新結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)[3]。因此，本文研究了分段拼板圖的參數(shù)化設(shè)計方法并開發(fā)相應(yīng)的軟件程序，能夠提高分段拼板圖的設(shè)計效率。

本文從Tribon的GEN文件中直接提取拼板圖，確定自動設(shè)計的技術(shù)方案。通過研究GEN文件的數(shù)據(jù)格式及分段拼板圖中需要表達(dá)的圖形信息類型，確定GEN文件中導(dǎo)入的數(shù)據(jù)段，并對劃線信息等進(jìn)行自動區(qū)分和定義。在外輪廓線和劃線分類定義的基礎(chǔ)上，確定各類型數(shù)據(jù)間的相互邏輯關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，研究各類標(biāo)注尺寸的自動計算方法，包括拼板圖的總外輪廓尺寸、單個外板的外輪廓尺寸、坡口尺寸和拼板圖對角線尺寸等標(biāo)注尺寸，最終實現(xiàn)分段拼板圖的自動設(shè)計。

2 分段拼板圖自動設(shè)計方法研究

分段拼板圖中包含的數(shù)據(jù)信息較為豐富[4，5]，不僅包含外板構(gòu)件形狀、尺寸和相互位置、內(nèi)孔的形狀、尺寸和位置等，還包含坡口位置、定位線、裝配線、對角線等數(shù)據(jù)信息。在Tribon的GEN文件中包含單個外板的形狀尺寸、坡口、裝配線、定位線等原始信息，如果從GEN文件中提取這些原始信息，并對這些原始信息理行整理、分類和二次開發(fā)計算，可以實現(xiàn)分段拼板圖的自動設(shè)計[6]。

因此，本文對分段拼板圖自動設(shè)計方法的研究技術(shù)路線如圖1所示，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)是從GEN文件的原始信息中提取與拼板圖相關(guān)的數(shù)據(jù)原始信息進(jìn)行整理和分類，以及對標(biāo)注尺寸和位置的判斷和計算。拼板圖外輪廓和內(nèi)孔的信息可以從GEN文件中原始切割路徑得到，坡口、裝配線、定位線等信息從Marking_Data數(shù)據(jù)段獲得[7，8]，但是必須根據(jù)需要進(jìn)行整理，例如根據(jù)Marking_Type的類型，對“STIFFENER扶強(qiáng)材”、“PANEL”、“PANEL_GSD”、“OTHER_EXTERNAL_MARKIN”、“BASE_LINE”、“CORNER_GSD”、“HOLE”等進(jìn)行區(qū)分和定義。標(biāo)注尺寸和位置可以根據(jù)上面定義的數(shù)據(jù)類型之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行判別和計算。

圖1 分段拼板圖自動設(shè)計技術(shù)路線

3 拼板圖中外輪廓線和劃線自動分類定義

Tribon系統(tǒng)生成的GEN文件是以切割指令編碼形式寫成的原始切割文件，包含切割線和劃線信息[9]。根據(jù)GEN文件編碼中具有開始和結(jié)束關(guān)鍵字的特點，通過判斷BURNING_DATA和END_OF_BURNING_DATA之間的內(nèi)容可以得到每個外板構(gòu)件的外輪廓線和內(nèi)孔線的信息，通過MARKING_DATA、START_OF_CONTOUR、END_OF_CONTOUR 和END_OF_MARKING_DATA之間的內(nèi)容可以得到劃線的信息。

由于拼板圖中的每條線段都有特定的含義，通過分類，拼板圖中主要涉及的線段類型有“OUT_OF_CONTOUR”、“STIFFENER”、“PANEL”、“PANEL_GSD”、“OTHER_EXTERNAL_MARKING”、“BASE_LINE”、“CORNER_GSD”、“HOLE”等。每種類型的線段在拼板圖中既有縱向的線段也有橫向的線段，而且每種類型的線段對后期標(biāo)注尺寸和標(biāo)注位置的計算具有重要影響。因此，需要對拼板圖中每種類型的線段進(jìn)行判別和分類提取整理。

“STIFFENER”、“PANEL_GSD”、“OTHER_EXTERNAL_MARKING”、“PANEL”、“BASE_LINE”、“CORNER_GSD”等類型的線段主要包含在GEN文件的“MARKING_DATA”數(shù)據(jù)段中，提取算法流程如圖2所示。按行讀取GEN文件數(shù)據(jù)直至讀取到“MARKING_DATA”字段，然后依次讀取至“MARKING_TYPE”字段，提取出線段類型，打開相應(yīng)的存儲結(jié)構(gòu)數(shù)組；往后繼續(xù)讀取行字段直至“START_OF_CONTOUR”，將其后讀取的行字段數(shù)據(jù)依次存入打開的結(jié)構(gòu)數(shù)組中，直至“END_OF_CONTOUR”結(jié)束。

外輪廓“OUT_OF_CONTOUR”和內(nèi)孔“HOLE”數(shù)據(jù)主要包含在GEN文件的“BURNING_DATA”數(shù)據(jù)段中，提取算法流程如圖3所示。按行讀取GEN文件數(shù)據(jù)直至讀取到“BURNING_DATA”字段，然后依次讀取至“OUTER_CONTOUR”或者“HOLE”字段；往后繼續(xù)讀取行字段直至“BEVEL_DATA”，將其后讀取的行字段數(shù)據(jù)依次存入打開的結(jié)構(gòu)數(shù)組中，直至“END_OF_BEVEL_DATA”結(jié)束。

圖2 “MARKING_DATA”提取算法流程

圖3 “BEVEL_DATA”提取算法流程

4 標(biāo)注尺寸的自動計算方法

標(biāo)注尺寸和標(biāo)注位置的自動計算是本文的關(guān)鍵技術(shù)，通過對拼板圖標(biāo)注要求進(jìn)行分析，總結(jié)歸納標(biāo)注的類型如下。

(1) 外板構(gòu)件的尺寸標(biāo)注：主要標(biāo)注每個外板構(gòu)件的長寬尺寸，一般外板長度標(biāo)注在整個拼板圖的上邊，外板寬度標(biāo)注在整個拼板圖的左邊。

(2) 劃線位置的尺寸標(biāo)注：主要對“OTHER_EXTERNAL_MARKING”和“BASE_LINE”兩種劃線位置進(jìn)行標(biāo)注，一般標(biāo)注在整個拼板圖的下邊和右邊。

(3) 坡口線的標(biāo)注：對坡口線位置進(jìn)行標(biāo)注，一般距離外板構(gòu)件外輪廓一定范圍內(nèi)，且在GEN文件中為“OTHER_EXTERNAL_MARKING”。

(4) 對角線標(biāo)注：有兩類對角線，一類是整個拼板圖的對角線，一類是每列外板構(gòu)件組成的板列對角線。

4.1 拼板圖角點計算

在整個拼板圖中，每列外板構(gòu)件的外輪廓線的長邊和寬邊可能不在一條水平線或者一條垂直線上，從GEN文件讀取的數(shù)據(jù)坐標(biāo)上會有一些微小的差別，由于標(biāo)注的定位需要以整個拼板圖的四個角點作為基準(zhǔn)，因此必須對拼板圖的四個角點進(jìn)行判別。

假設(shè)拼板圖四個角點分別為PLD、PRD、PRU、PLU，如圖4所示。通過對讀取的所有點的坐標(biāo)，可以計算出整個拼板圖X方向的最大值和最小值，以及Y方向的最大值和最小值。利用這些值，可以得到表征整個拼板圖范圍的四個角點的位置坐標(biāo)，如圖4中的P1、P2、P3、P4。

因為外板列板在水平方向和垂直方向只存在微小的差別。因此，對拼板圖上所有的點進(jìn)行計算，距離P1點最遠(yuǎn)的點即為PRU，距離P2點最遠(yuǎn)的點即為PLU，同理可以得到PLD、PRD的點坐標(biāo)。

圖4 拼板圖角點計算示意圖

4.2 外板構(gòu)件尺寸標(biāo)注的計算

以四個角點的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)為基準(zhǔn)，就能判斷出整個拼板圖外輪廓線上邊和左邊的組成線段，這些線段的長度就是標(biāo)注的長度，根據(jù)這些線段的位置，就能計算出標(biāo)注的位置。

以上邊計算為例，如圖5所示，首先循環(huán)讀取外板構(gòu)件的外輪廓結(jié)構(gòu)數(shù)組，判斷每組線段起始點和終點的Y坐標(biāo)值是否都等于PLU或PRU點的Y坐標(biāo)值。如果符合條件，則該線段為拼板圖外輪廓上邊的組成線段，將這些線段的信息存入外輪廓尺寸上邊標(biāo)注的結(jié)構(gòu)數(shù)組。

外輪廓左邊線段的計算方法類似，只要判斷每組線段起始點和終點的X坐標(biāo)值是否都等于PLU或PLD的X坐標(biāo)值即可。

圖5 外板構(gòu)件尺寸標(biāo)注計算(上邊)

4.3 劃線位置的尺寸標(biāo)注計算

劃線的標(biāo)注主要是對“OTHER_EXTE-RNAL_MARKING”(不含非坡口線)和“BASE_LINE”的位置進(jìn)行計算。

如圖6所示，這類劃線的位置只需循環(huán)讀取“OTHER_EXTERNAL_MARKING”(不含非坡口線)和“BASE_LINE”的結(jié)構(gòu)數(shù)組，判斷每組線段起始點和終點的Y坐標(biāo)值相同的即為水平線段，X坐標(biāo)值相同的即為垂直線段。

圖6 劃線位置尺寸標(biāo)注計算流程

對于水平線段，判斷起始點或者終點的X坐標(biāo)，其中是否有一個等于PRD或者PRU的X坐標(biāo)。如果符合判別條件，即表征該線段為需要標(biāo)注的劃線，根據(jù)這些線段的信息可以計算出該標(biāo)注位置和標(biāo)注尺寸。

對于垂直線段，判斷起始點或者終點的Y坐標(biāo)，其中是否有一個等于PLD或者PRD的Y坐標(biāo)。如果符合判別條件，即表征該線段為需要標(biāo)注的劃線，根據(jù)這些線段的信息可以計算出該標(biāo)注位置和標(biāo)注尺寸。

4.4 坡口線的標(biāo)注計算

循環(huán)讀取“OTHER_EXTERNAL_MARKING”的結(jié)構(gòu)數(shù)組，先判斷每組線段屬于水平線段或者垂直線段。對于水平線段，判斷其Y坐標(biāo)距離四個角點的Y坐標(biāo)是否等于坡口大?。粚τ诖怪本€段，判斷其X坐標(biāo)距離四個角點的X坐標(biāo)是否等于坡口大小，將符合判別條件的線段信息記錄下來，根據(jù)這些線段的信息可以計算出該標(biāo)注位置和標(biāo)注尺寸。

4.5 對角線的標(biāo)注計算

循環(huán)讀取坡口線標(biāo)注的結(jié)構(gòu)數(shù)組，計算得到水平線和垂直線的交點坐標(biāo)。通過判斷交點坐標(biāo)和外輪廓的相對位置，確定對角線的起始點和終點，兩點間的距離即為對角線標(biāo)注尺寸。根據(jù)這些線段的信息可以計算出該標(biāo)注位置和標(biāo)注尺寸。

5 分段拼板圖自動設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)

采用上述分段拼板圖的設(shè)計方法，本文使用VB2008開發(fā)軟件系統(tǒng)。系統(tǒng)框架如圖7所示，從Tribon的GEN文件中提取拼板圖各類線型的信息，并對需要的標(biāo)注位置和標(biāo)注尺寸進(jìn)行計算。根據(jù)計算結(jié)果，生成拼板圖的DXF文件，實現(xiàn)分段拼板圖的自動設(shè)計。如圖8所示，拼板圖表達(dá)的圖、線、標(biāo)注、文字內(nèi)容完整，且出圖速度快，一張拼板圖的所有操作在10s內(nèi)就能全部完成，顯著提高了出圖效率。由于圖形繪制、標(biāo)注尺寸計算等都由程序自動實現(xiàn)，除了能夠避免人工繪制平板圖可能出現(xiàn)的錯誤，還能對拼板構(gòu)件原始數(shù)據(jù)錯誤進(jìn)行報警。

圖7 拼板圖自動設(shè)計系統(tǒng)框架

圖8 拼板圖自動設(shè)計

6 結(jié)論

基于Tribon的GEN文件，本文對于分段拼板圖自動設(shè)計方法進(jìn)行了研究，解決了圖形線段類型自動判別分類和標(biāo)注尺寸自動設(shè)計等方面的問題。實現(xiàn)分段拼板圖的自動繪制，不僅能夠提高拼板圖設(shè)計的準(zhǔn)確性，而且能夠提高拼板圖的設(shè)計效率，縮短工時，提高經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 李寧. 船舶制造平面分段流水線作業(yè)優(yōu)化應(yīng)用與研究[D]. 上海：上海交通大學(xué),2007.

[2] 王滔,劉增榮. 關(guān)于船體建造精度管理及精度拼板工藝[J]. 造船技術(shù),2003,2:22-24，7.

[3] 李秀華,馬小訓(xùn). 利用TRIBON制作分段拼板圖出圖流程[J]. 科技風(fēng),2013,21:6-7.

[4] 張星君,夏利娟,趙黨. Tribon船體模型的數(shù)據(jù)信息文件快速生成的開發(fā)[J]. 船舶工程,2010,1:56-59.

[5] 毛雨輝,薛開,李雄. 船舶設(shè)計建造專家系統(tǒng)TRIBON的數(shù)據(jù)提取[J]. 應(yīng)用科技,2003,8:4-6.

[6] 宋楊,劉文飛. Tribon環(huán)境下的T排制作圖自動化出圖方法研究[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2014,4:79.

[7] 姚競爭. TRIBON模型的數(shù)據(jù)抽取及二次開發(fā)[D].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué),2006.

[8] 李慧蕾. Tribon模型的數(shù)據(jù)提取方法及艦船規(guī)范測試應(yīng)用研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇科技大學(xué),2012.

[9] 杜秋實. TRIBON系統(tǒng)的船體零件切割路徑優(yōu)化算法的研究及其軟件設(shè)計[D].上海：上海交通大學(xué),2009.

Research on Automated Design Method of Hull Block Plate Alignment Plan under Tribon Environment

WANG Ji, SHUAI Tao, LIU Yu-jun, LI Rui

(Dalian University of Technology, State Key Laboratory of Structural Analysis of Industrial Equipment, Dalian Liaoning 116024, China)

During the procedure of shipbuilding production design, the hull block plate alignment plan is quite important, which primarily depends on manual work, resulting in low efficiency. In this paper, the automated design method is studied based on the GEN files of Tribon. The necessary graphic information of plate alignment plan design is extracted, then regionalized and defined automatically, to determine the logical relationship between all types of data. On this basis, the automated computing method for various dimensioning is obtained, realizing the automation design of hull block plate alignment plan, which can improve both the accuracy and the efficiency of plate alignment plan design.

Tribon environment Hull block plate alignment plan Automation design GEN files

工信部高技術(shù)船舶科研項目“采用液壓升降裝置的近海風(fēng)電設(shè)備安裝船關(guān)鍵技術(shù)研究”資助。

汪 驥(1978-)，男，副教授。

U662

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