李 強(qiáng)，李 謐，冉麗利

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 數(shù)字工程與信息技術(shù)中心，四川 成都 610072）

CATIA文檔模板在水工閘門(mén)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李 強(qiáng)，李 謐，冉麗利

（中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 數(shù)字工程與信息技術(shù)中心，四川 成都 610072）

本文深入研究了CATIA文檔模板的類型與特點(diǎn)，進(jìn)行了基于CATIA文檔模板的三維設(shè)計(jì)與普通三維設(shè)計(jì)的流程對(duì)比，結(jié)合CATIA文檔模板的特點(diǎn)與CATIA三維設(shè)計(jì)—二維出圖的聯(lián)動(dòng)性，就如何利用CATIA文檔模板優(yōu)化水電工程三維設(shè)計(jì)流程、提高三維建模及二維出圖效率等內(nèi)容進(jìn)行了分析研究。本文以水電工程金屬結(jié)構(gòu)閘門(mén)設(shè)計(jì)為例，詳細(xì)闡述了基于CATIA文檔模板的三維設(shè)計(jì)應(yīng)用模式。

CATIA；知識(shí)工程；文檔模板；三維設(shè)計(jì)；閘門(mén)；水電工程

1 前 言

隨著三維設(shè)計(jì)在水電工程領(lǐng)域的深入應(yīng)用，運(yùn)用三維軟件進(jìn)行水電工程各專業(yè)間的協(xié)同設(shè)計(jì)、方案比選、空間分析、設(shè)計(jì)分析一體化等工作正隨著軟件技術(shù)及設(shè)計(jì)平臺(tái)的進(jìn)步更新快速地發(fā)展，如何更好的利用三維設(shè)計(jì)提高設(shè)計(jì)效率，發(fā)揮三維設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)，成為了水電工程二維設(shè)計(jì)向三維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)型過(guò)程中十分關(guān)鍵的步驟。

目前，水電工程三維設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員進(jìn)行三維設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)相似設(shè)計(jì)的復(fù)用程度不高，設(shè)計(jì)過(guò)程一般采用三維設(shè)計(jì)－二維出圖－二維標(biāo)注的設(shè)計(jì)流程。與二維設(shè)計(jì)相比，一些通用結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)并未顯著提高設(shè)計(jì)效率。因此，本文從對(duì)CATIA文檔模板的研究入手，研究采用文檔模板進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，提高建模效率的方法。同時(shí)在預(yù)定視圖中進(jìn)行模型三維標(biāo)注，運(yùn)用CATIA三維標(biāo)注與二維標(biāo)注的同步聯(lián)動(dòng)性自動(dòng)出帶詳細(xì)標(biāo)注的二維設(shè)計(jì)圖，精簡(jiǎn)設(shè)計(jì)流程，提高三維建模與出圖的效率。

2 CATIA文檔模板在水電工程的應(yīng)用價(jià)值

2.1 CATIA文檔模板簡(jiǎn)述

CATIA文檔模板是屬于產(chǎn)品知識(shí)工程模板（Product Knowledge Template）的一種類型，繼承知識(shí)工程模板的特性，是封裝任意復(fù)雜程度的特征、零件、裝配規(guī)格的交互式定義的CATIA設(shè)計(jì)方法，它們不僅包含幾何數(shù)據(jù)，也包含任意相關(guān)的參數(shù)或關(guān)系，以及嵌入式智能設(shè)計(jì)規(guī)則、設(shè)計(jì)表和檢查，提供能夠封裝規(guī)格的復(fù)雜自適應(yīng)特征。

文檔模板是零件或裝配級(jí)的模板。文檔模板的特點(diǎn)為輸入條件靈活，調(diào)出結(jié)果為相關(guān)聯(lián)的裝配、零件、工程圖等，創(chuàng)建內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的文檔模板較為容易。文檔模板一般用于設(shè)計(jì)之前，內(nèi)含預(yù)先定義好的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、知識(shí)工程數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)人員可在調(diào)出的模板中任意刪除數(shù)據(jù)與插入新數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行更詳細(xì)的設(shè)計(jì)，使得設(shè)計(jì)人員快速進(jìn)入設(shè)計(jì)過(guò)程，提高了效率，也使設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)更標(biāo)準(zhǔn)化。

2.2 應(yīng)用CATIA文檔模板的設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

我們?cè)诨贑ATIA三維設(shè)計(jì)的研究過(guò)程發(fā)現(xiàn)，水電工程各個(gè)專業(yè)在各項(xiàng)目中的建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)備等都能分解成為比較標(biāo)準(zhǔn)的三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、屬性規(guī)格參數(shù)、二維視圖布置等（見(jiàn)圖1、2）。如圖3所示，傳統(tǒng)的三維設(shè)計(jì)，一般是從草圖設(shè)計(jì)開(kāi)始，一步一步地定義結(jié)構(gòu)、屬性規(guī)格參數(shù)、二維視圖等，設(shè)計(jì)過(guò)程中會(huì)有重復(fù)工作，并且不同的設(shè)計(jì)習(xí)慣會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不規(guī)范。若應(yīng)用文檔模板，我們可以將三維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、屬性規(guī)格參數(shù)、二維視圖布置等預(yù)先在模板中定義好，利用三維設(shè)計(jì)與二維設(shè)計(jì)的聯(lián)動(dòng)性。設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員只需調(diào)出模板，在模板的基礎(chǔ)上進(jìn)行詳細(xì)的三維設(shè)計(jì)，在三維設(shè)計(jì)的時(shí)候同時(shí)輸出二維數(shù)據(jù)，精簡(jiǎn)設(shè)計(jì)流程的同時(shí)，提高了三維設(shè)計(jì)的效率。并且由于設(shè)計(jì)人員根據(jù)模板中的預(yù)定義內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)，也使得設(shè)計(jì)成果更加規(guī)范。

圖1 典型的廠房主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成

圖2 典型的閘門(mén)工程圖布置

圖3 設(shè)計(jì)流程對(duì)比

3 CATIA文檔模板的應(yīng)用

文檔模板通過(guò)預(yù)先定義模板數(shù)據(jù)輔助設(shè)計(jì)人員快速建模。制作模板前需同時(shí)定義三維設(shè)計(jì)與二維出圖的數(shù)據(jù)模板，下面以金屬結(jié)構(gòu)專業(yè)的閘門(mén)為例，說(shuō)明CATIA文檔模板在水電工程中的應(yīng)用。

3.1 CATIA文檔模板在閘門(mén)設(shè)計(jì)中的構(gòu)成及應(yīng)用流程

如圖4所示，閘門(mén)數(shù)據(jù)由三維數(shù)據(jù)與二維數(shù)據(jù)組成，三維數(shù)據(jù)由CATProduct和CATPart文件組成，二維數(shù)據(jù)為CATDrawing文件。三維數(shù)據(jù)的模板預(yù)定義包含主結(jié)構(gòu)樹(shù)、閘門(mén)主參數(shù)、主骨架、閘門(mén)屬性、3D標(biāo)注視圖及3D標(biāo)注樣式等；二維數(shù)據(jù)的預(yù)定義包含圖紙及出圖特性、閘門(mén)特性表、材料清單框架等內(nèi)容。三維數(shù)據(jù)與二維數(shù)據(jù)之間相互關(guān)聯(lián)，在設(shè)計(jì)中應(yīng)用三維模型中已有數(shù)據(jù)自動(dòng)生成二維數(shù)據(jù)。如三維模型中的屬性信息可與二維數(shù)據(jù)中預(yù)定義的材料清單框架自動(dòng)關(guān)聯(lián)，設(shè)計(jì)人員無(wú)需手動(dòng)輸入表頭，需要統(tǒng)計(jì)的清單通過(guò)模板中的關(guān)聯(lián)關(guān)系自動(dòng)在二維圖中生成，避免了常用設(shè)計(jì)流程中三維設(shè)計(jì)與二維出圖重復(fù)進(jìn)行相關(guān)參數(shù)輸入等工作。文檔模板的應(yīng)用貫穿三維設(shè)計(jì)二維出圖的全流程，圖5為在文檔模板構(gòu)成的基礎(chǔ)上開(kāi)展三維設(shè)計(jì)二維出圖的詳細(xì)流程，可以看到文檔模板中的相關(guān)預(yù)定義工作與設(shè)計(jì)流程的各環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系，三維設(shè)計(jì)與二維出圖緊密相連。

圖4 金屬結(jié)構(gòu)閘門(mén)文檔模板的構(gòu)成

圖5 文檔模板的應(yīng)用流程

3.2 CATIA文檔模板在閘門(mén)設(shè)計(jì)中的定制工作方式

在上述說(shuō)明的CATIA文檔模板構(gòu)成及應(yīng)用流程的基礎(chǔ)上，本節(jié)詳將詳細(xì)說(shuō)明CATIA文檔模板在閘門(mén)設(shè)計(jì)中的預(yù)定義工作方式。

3.2.1 閘門(mén)主結(jié)構(gòu)預(yù)定義

如圖6、7所示，閘門(mén)模板的主結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中，根據(jù)設(shè)計(jì)閘門(mén)結(jié)構(gòu)的組成預(yù)先定義了閘門(mén)的主骨架和閘門(mén)的各主要節(jié)點(diǎn)，包括閘門(mén)的總骨架、門(mén)葉結(jié)構(gòu)、沖水閥等模型分解結(jié)構(gòu)。主結(jié)構(gòu)中的各節(jié)點(diǎn)并不只包含模型外形設(shè)計(jì)信息，在文檔模板中將定義該部件的特性參數(shù)，用于生成材料清單，同時(shí)節(jié)點(diǎn)中的名稱由總節(jié)點(diǎn)中的“前綴”參數(shù)統(tǒng)一驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)名稱，減少了重復(fù)輸入工作。通過(guò)預(yù)定義閘門(mén)主結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)人員不必從新建節(jié)點(diǎn)、新建草圖等工作開(kāi)始就能著手進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員可根據(jù)實(shí)際閘門(mén)模型結(jié)構(gòu)，增減閘門(mén)主結(jié)構(gòu)的構(gòu)成。

圖6 閘門(mén)模板主結(jié)構(gòu)

圖7 總節(jié)點(diǎn)屬性參數(shù)所驅(qū)動(dòng)各節(jié)點(diǎn)名稱

3.2.2 閘門(mén)主特性與參數(shù)預(yù)定義

閘門(mén)主特性包含如圖8所示的設(shè)計(jì)參數(shù)，在文檔模板中預(yù)定義閘門(mén)模型的設(shè)計(jì)特性參數(shù)，同時(shí)二維工程圖中的閘門(mén)特性表參數(shù)，即圖中所示的閘門(mén)形式、孔口寬度等。內(nèi)容與閘門(mén)主特性相關(guān)參數(shù)一致，設(shè)計(jì)人員填入數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)將自動(dòng)傳遞到二維數(shù)據(jù)表中，二維圖中按預(yù)定義的表格樣式及表格位置生成閘門(mén)特性表，當(dāng)三維模型中修改填入的數(shù)據(jù)，二維圖中的特性表將自動(dòng)關(guān)聯(lián)更新。設(shè)計(jì)人員只需在三維中填入信息，即可使信息在三維與二維數(shù)據(jù)中同時(shí)存在并顯示。

如圖9所示，二維出圖所需的圖框及出圖信息等內(nèi)容也在文檔模板中進(jìn)行預(yù)定義。此類信息形式較固定，包括圖紙、圖名及比例等，在三維模型的節(jié)點(diǎn)下以參數(shù)形式進(jìn)行定義，設(shè)計(jì)人員在三維設(shè)計(jì)時(shí)填入圖號(hào)、工程名、設(shè)計(jì)人等信息，預(yù)定義的二維圖中也將按出圖格式自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)的參數(shù)，自動(dòng)出圖的同時(shí)，避免了普通三維設(shè)計(jì)流程中三維設(shè)計(jì)－二維出圖－二維標(biāo)注完成后，二維圖紙與三維模型分離無(wú)法判斷三維模型與二維圖對(duì)應(yīng)關(guān)系的問(wèn)題。

圖8 主特性在三維與二維中的關(guān)聯(lián)

圖9 出圖信息在三維與二維中的關(guān)聯(lián)

3.2.3 3D／2D視圖與標(biāo)注預(yù)定義

圖10說(shuō)明了金屬結(jié)構(gòu)閘門(mén)三維標(biāo)注與二維出圖的詳細(xì)流程，如圖所述，閘門(mén)設(shè)計(jì)出圖時(shí)表達(dá)的設(shè)計(jì)信息有比較標(biāo)準(zhǔn)的視圖定義，如圖2所示，圖紙中的主要視圖包含正視圖、側(cè)視圖、俯視圖，在其它閘門(mén)門(mén)葉結(jié)構(gòu)總圖中也主要通過(guò)這三個(gè)視圖表達(dá)設(shè)計(jì)信息。因此，可在文檔模板中與主骨架關(guān)聯(lián)，參數(shù)化預(yù)定義三維標(biāo)注視圖平面，即在骨架中定位好每個(gè)視圖，該三維視圖自動(dòng)生成二維圖時(shí)，得到出圖所需的平面／剖面。如圖11所示，不同視圖深度的剖切平面在一個(gè)視圖中進(jìn)行設(shè)計(jì)表達(dá)時(shí)，三維預(yù)定義視圖同樣可以設(shè)定此類視圖樣式，表達(dá)不同視圖深度。在文檔模板中還將進(jìn)行對(duì)應(yīng)二維視圖的定義，包括視圖比例、出圖樣式等，設(shè)計(jì)人員無(wú)需進(jìn)行主要視圖的定義、修改、剖切等，則可快速進(jìn)行三維設(shè)計(jì)與二維出圖。

圖10 三維標(biāo)注與二維出圖流程

圖11 不同視圖深度的剖切平面示意

三維標(biāo)注與二維標(biāo)注的預(yù)定義工作還包括標(biāo)注樣式的預(yù)定義，圖12、13為設(shè)定了3D／2D標(biāo)注樣式后的三維模型及二維圖。應(yīng)用CATIA三維視圖與二維視圖的自動(dòng)關(guān)聯(lián)關(guān)系，生成的二維圖標(biāo)注內(nèi)容與三維一致。模板的工程圖中附帶了常用的和該模型特有的二維符號(hào)庫(kù)，如圖14所示，使用二維圖工具中的插入2D圖塊功能，即可將結(jié)構(gòu)樹(shù)上的圖塊直接插入到視圖中來(lái)，比直接調(diào)用CATALOG里面的圖塊使用更方便，可用性更強(qiáng)，效率更高。

圖12 預(yù)定義三維模型標(biāo)注樣式

圖13 預(yù)定義二維標(biāo)注樣式

圖14 模板中預(yù)定義內(nèi)容

4 總 結(jié)

本文通過(guò)對(duì)CATIA文檔模板的研究，在模板中預(yù)定義了數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、屬性參數(shù)、視圖及其相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，結(jié)合CATIA文檔模板的特點(diǎn)與CATIA三維設(shè)計(jì)－二維出圖的聯(lián)動(dòng)性，優(yōu)化了水電工程三維設(shè)計(jì)流程。并以水電工程金屬結(jié)構(gòu)閘門(mén)為例，深入開(kāi)展了基于CATIA知識(shí)模板的應(yīng)用研究，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)人員的工作，精簡(jiǎn)設(shè)計(jì)流程，快速建模、自動(dòng)出圖，提高了三維建模與出圖的應(yīng)用效率。

［1］孔慧敏，馬曉明，朱駿.基于CATIA V5的知識(shí)工程在船舶設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究［J］.華東船舶工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2005（6）：84－86.

［2］吳朝暉，潘衛(wèi)平.運(yùn)用知識(shí)工程在CATIA V5環(huán)境下參數(shù)化建立標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)的探討［J］.機(jī)械研究與應(yīng)用，2005（2）：112－113.

［3］符青平，程小建.基于CATIA V5 KnowlegeTemplate汽車三維焊點(diǎn)建模［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012（5）：102－103.

［4］王小平，王陸，藺志剛.基于CATIA設(shè)計(jì)表的水工建筑物關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)［J］.水利水電技術(shù)2013（1）：53－55.

［5］黃俊軒，張磊，葉藝.基于CATIA的大型橋梁三維建模方法［J］.土木建筑工程信息技術(shù)，2012（12）：51－55.

TV663，TP391.72

B

1003－9805（2015）01－0005－05

2014－03－02

李 強(qiáng)（1984－），男，四川成都人，助理工程師，從事三維設(shè)計(jì)相關(guān)工作。