韓海榮，劉 偉，朱佳文

（中國艦船研究設計中心，武漢 430064）

基于CATIA知識模板的船體貫穿開口設計研究

韓海榮，劉 偉，朱佳文

（中國艦船研究設計中心，武漢 430064）

結合船舶結構貫穿開口的特點，以CATIA軟件為設計平臺，利用CATIA知識模板技術設計結構貫穿開口的參數化模板，并作為標準通用工具供設計人員調用，使重復性的設計工作參數化、規(guī)范化，提高設計效率和設計質量。

知識模板；貫穿開口；船舶協(xié)同設計

0　引言

隨著造船工業(yè)的不斷發(fā)展，CATIA等三維設計工具在船舶設計中的應用逐步深入，船舶設計過程中有成千上萬的貫穿開口管理需求。針對船舶開口方面的研究，主要集中在開口對結構性能影響以及開口后對結構的加強等方面，關于海量開口的設計和管理尚沒有相關可查閱的資料。使用CATIA原生功能進行全船開口的設計和管理工作量大、重復工作多、易于出錯，在設計效率和質量控制上存在一定的弊端。本文在分析船體結構貫穿開口的實際業(yè)務流程及設計參數的基礎上，利用CATIA知識模板技術，定制參數化的貫穿開口設計模板，用戶可以在一個模板中完成開口所有相關參數的選擇和輸入，一鍵完成開口需求提交，還可以通過調整參數對生成的開口進行修改。對于提高海量貫穿開口的設計和管理具有重要意義。

1　貫穿開口業(yè)務流程

船體貫穿開口是為滿足某些設備安裝運行、人員通行、物資轉運流通、通風排氣等需求而需要改變原有的船體結構的一種設計行為。全船的門窗梯蓋、電梯通道、設備檢修口等均需貫穿開口。一般由設備責任專業(yè)設計人員發(fā)起貫穿開口請求，開口請求中包括開口位置、大小、形狀等開口理論線基本信息；結構專業(yè)設計人員結合相關的結構設計準則和規(guī)范分析開口對結構性能的影響分析，進而明確開口需求是否受理，受理的開口需求將會進一步完成實際開口，不受理的開口將返回開口申請者，通過進一步協(xié)調修改后重新提交。具體如下：

圖1　貫穿開口業(yè)務流程

2　基于知識的貫穿開口模板定制

2.1CATIA原生功能

利用CATIA原生功能創(chuàng)建開口，首先專業(yè)設計人員需要結合設備布置位置、設備運行需求等設計知識確定開口位置、形狀、大小，利用草繪工具創(chuàng)建開口理論線。開口理論線的創(chuàng)建在曲面模塊，受先根據開口平面所在位置創(chuàng)建草繪平面，然后在草繪平面上繪制開口形狀，再通過約束工具編輯開口的大小和位置。如果需要修改開口理論線，需要重新進入草繪界面中。

2.2基于知識的貫穿開口模板

基于CATIA原生功能創(chuàng)建開口理論線步驟繁瑣，操作不便，效率低下。因此，定義基于知識的貫穿開口模板（Opening Template based Knowledge， OKT），OKT反映了系統(tǒng)設計對開口的具體要求，封裝了開口理論線的形狀、大小、定位等基本信息。實例化后的OKT為一個part單元。

基于知識的貫穿開口模板OKT可表示為OKT｛Pr，T，Pa，Po，D｝。其中Pr為父節(jié)點標示；T｛t1，t2，...，tn｝代表開口類型；Pa｛p1，p2，...，pm｝為開口參數列表，每個開口類型對應一組特有的參數列表；Po=（x，y，z）為開口定位信息；D描述開口的方向等信息。如圖3所示，給出了OKT模型。

圖2　基于Catia原生功能的開口理論線繪制

圖3　基于知識的貫穿開口模板模型

3　基于知識的貫穿開口模板應用

基于以上信息定制貫穿開口的參數化模板工具，如圖4所示。該工具具有基本信息輸入、預覽、參數值編輯等功能。

1）基本信息輸入

（1）父節(jié)點信息

選擇一個Product作為開口的父節(jié)點，父節(jié)點名稱主要包含所在的總段區(qū)域信息、專業(yè)及系統(tǒng)信息，為開口自動編碼的提供信息源。

（2）開口形狀信息

預先在庫中設置了一些開口的基本形狀，包括圓孔、腰圓孔、帶四邊倒角的方孔、不帶倒角的方孔、等腰梯形孔等，用戶可以通過下拉列表來選擇開口類型，選擇后，每種類型的開口包含不同的參數列表。參數列表通過開口類型id與對應的開口形狀進行關聯(lián)。

圖4　貫穿開口的參數化模板工具

圖5　開口類型和參數的存儲模型

（3）開口大小信息

選擇了開口形狀后，下方自動出現對應的參數列表，手動輸入參數值。

（4）開口定位信息

一般以開口中心點或者角點作為開口定位坐標，完全對稱的形狀以開口中心點進行定位?？梢允謩泳庉嫽蛘唿c擊上下按鈕設置定位點的坐標值

（5）開口方向信息

即開口理論線的參考平面，可以選擇xy，yz，zx平面或自定義平面CustomPlane，當選擇自定義平面時，命令狀態(tài)跳轉為“Please select a plane for sketch”，交互選擇一個平面，其后列表框顯示所選平面的全路徑。通過RotationAngle參數可以設置理論線相對于參考平面的角度。

（6）投影信息

默認為沿理論線法向投影進行開口，如果有特殊需求的可設置投影方向，可以選擇 x，y，z或自定義方向CustomDirection。如果無特殊要求，則Project Or Not選擇No即可，這時Opening Surface和Select Project Surface將被設置為不可用。

2）預覽

點擊“Preview”，預覽生成的理論線。如果預覽之后點擊“Cancel”，則撤銷預覽所生成的一切。如果預覽之后覺得生成的結果不滿意，則可以繼續(xù)更改輸入和設置，然后繼續(xù)“Preview”，直到得到想要的結果，此時結構樹上只會出現一個結果，不會每次預覽都增加一個結果。

圖6　貫穿開口理論線預覽界面

3）參數編輯

點擊“OK”，確定生成開口理論線后，在結構樹上將會自動創(chuàng)建一個part節(jié)點，系統(tǒng)按照預先定義的編碼規(guī)則自動編碼，可對參數進行編輯以修改貫穿開口位置和尺寸參數。

圖7　自動生成的貫穿開口節(jié)點

4　結束語

本文提出的基于CATIA知識模板的貫穿開口模板設計方法已經在船舶設計中得到實際應用，顯著提高了開口提交的效率和質量，具有以下特點：

1）提出了基于知識的貫穿開口模板概念，在同一個模板中既涵蓋了系統(tǒng)設計對開口的信息需求，又包括了結構處理開口所必須的信息輸入，設備責任專業(yè)設計人員可以在一個界面中完成所有開口信息的錄入，有效減少了設計迭代次數，顯著提高設計效率。

2）開發(fā)了貫穿開口的參數化模板工具，用戶在開口理論線生成之前可以預覽開口形狀、大小、方向、位置等是否合理，確認后還可以修改參數來編輯開口，人機交互簡單，操作靈活方便，顯著提高了開口設計質量。

［1］ 胡蓉，賀新.基于CATIA知識工程的人體模板模塊設計［J］.客車技術與研究，2013，4（2）：4-6，20.

［2］ 王智明，楊旭，平海濤/知識工程及專家系統(tǒng)［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2006.4.

［3］ 屠立，張樹有，陸長明/基于知識模板的復雜產品設計重用方法研究［J］.計算機集成制造系統(tǒng)，2009，15（6）：1041-1048.

［4］ 石明，朱程榮，黃珊.基于知識模板的產品建模方法［J］.計算機輔助工程，2011，20（2）：32-38.

［5］ 王迦.基于CATIA V5知識工程建立車身總布置模板方法的研究［D］.吉林大學，2006，4.

Study on hull penetration opening design based on knowledge template of CATIA

HAN Hai-rong， LIU Wei， ZHU Jia-wen

TP391

A

1009-0134（2016）10-0139-03

2016-08-12

韓海榮（1984 -），女，陜西渭南人，工程師，碩士，研究方向為制造業(yè)信息化。