朱佳文，肖鵬安，韓海榮

（中國艦船研究設計中心，武漢 430064）

基于AutoCAD和PDM的船舶總圖數(shù)字化設計方法研究

朱佳文，肖鵬安，韓海榮

（中國艦船研究設計中心，武漢 430064）

在船舶產(chǎn)品的總體設計過程中，由于艙室數(shù)量多而導致統(tǒng)計艙室面積、容積、周長等總體設計參數(shù)耗時多，船舶總圖缺乏數(shù)字化管理模式。本文提出一種基于AutoCAD和PDM的船舶總圖數(shù)字化設計方法，該方法將船舶總圖中甲板與艙室的名稱、編號、幾何信息通過擴展數(shù)據(jù)的格式存儲在二維圖紙的甲板與艙室的邊界線上，利用基于Cauchy定理和Cauchy積分公式推導的算法可以判斷艙室所屬的甲板，并在PDM中建立了描述船舶總圖的艙室接口、甲板接口、區(qū)域結構樹，然后在AutoCAD中開發(fā)與PDM集成的接口，使得船舶總圖設計人員可以在AutoCAD環(huán)境中繪制數(shù)字總圖并進行實時發(fā)布，同時還可以動態(tài)加載PDM中的數(shù)字總圖。該方法可有效提升船舶總布置信息的綜合分析能力，為裝置、船舶保障、電力等系統(tǒng)的自動設計，以及自動提取設備重量重心、設備三維模型自動布置奠定有力條件。

AutoCAD；PDM；船舶；總圖；數(shù)字化

0 引言

在船舶總體設計過程中，由于艙室數(shù)量較多，艙室的幾何外形比較復雜，有些艙室跨越多層甲板，有些艙室的艙頂與艙底幾何外形不一致，在每一版總圖發(fā)布過程中，為了熟悉與甲板、艙室相關的各項設計參數(shù)，需要統(tǒng)計匯總?cè)呐撌颐娣e、容積，同時還需要了解艙室在甲板中的位置信息，大量的計算嚴重影響了專業(yè)設計人員的工作效率。

目前，總體專業(yè)的設計人員主要是基于AutoCAD開展二維總圖的管理與發(fā)布，但是在總圖的管理與發(fā)布過程中主要是基于文檔的管理，缺少針對甲板、艙室的幾何參數(shù)、編號、位置信息的數(shù)字化管理，無法自動獲取各個艙室的面積、容積等幾何信息，嚴重影響了各個專業(yè)設計人員的工作效率，同時還降低了船舶的研制質(zhì)量。

因此，為了提升船舶設計人員的工作效率，同時提高船舶的研制質(zhì)量，我們需要一種新的方法在AutoCAD中完成船舶總圖的設計工作。

1 數(shù)字化設計方法概述

在船舶總體設計過程中，由于傳統(tǒng)的總圖繪制模式影響了船舶總體設計參數(shù)的統(tǒng)計與分析效率，我們提出一種基于AutoCAD和PDM的船舶總圖數(shù)字化設計方法，該方法將船舶總圖中甲板與艙室的名稱、編號、幾何信息通過擴展數(shù)據(jù)的格式存儲在二維圖紙的甲板與艙室的多邊形邊界線上，并在PDM中建立了描述船舶總圖的艙室接口、甲板接口、區(qū)域結構樹，然后在AutoCAD中開發(fā)與PDM集成的接口，使得船舶總圖設計人員可以在AutoCAD環(huán)境中繪制數(shù)字總圖并進行實時發(fā)布，同時還可以動態(tài)加載PDM中的數(shù)字總圖。

在該方法中，我們開發(fā)了AutoCAD與PDM集成的程序，在該程序中我們利用了基于Cauchy定理和Cauchy積分公式推導的算法來判斷多邊形的內(nèi)部與外部，從而可以快速判斷艙室與甲板的歸屬關系。

2 多邊形內(nèi)外的判別方法

本節(jié)利用復變函數(shù)中的Cauchy定理和Cauchy積分公式推導的算法，來判斷多邊形的內(nèi)部與外部。即：在二維平面中，通過一個點與多邊形頂點連線的俯角進行運算，根據(jù)運算的結果可判斷該點是否在封閉多邊形內(nèi)部。

圖1 沿著復平面中有向線段的積分

1）點A在封閉多邊形ω內(nèi)部，考慮復平面的常值函數(shù)f(z)=1，則函數(shù)在ω圍成的區(qū)域中解析，即由于原點根據(jù)Cauchy積分公式，

圖2 點A在封閉多邊形ω內(nèi)部

因此，

由于θt與rt，與均為實數(shù)，所以，

圖3 點A在封閉多邊形ω外部

因此，

根據(jù)上述函數(shù)在有向線段上的積分推導，得到：

由于θt與rt，與均為實數(shù)，所以，

綜上（1）（2）所述，我們可以得到如下的結論：

3 數(shù)字總圖實施方法

3.1 詳細流程

基于AutoCAD和PDM的船舶總圖數(shù)字化設計方法流程圖，如圖4所示。

下面結合流程圖，對基于AutoCAD和PDM的船舶總圖數(shù)字化設計方法的工作流程進行詳細描述：

1）管理員在PDM接口數(shù)據(jù)提交系統(tǒng)中新建船舶型號產(chǎn)品Product_N；

2）根據(jù)船舶總體設計要求，總體專業(yè)在PDM接口數(shù)據(jù)提交系統(tǒng)的接口協(xié)調(diào)定義模塊中定義產(chǎn)品Product_N的“艙室空間位置”接口關系，它包含接口屬性：底、頂、艙室底面積、艙室頂面積、艙室層高、容積、周長、艙底Z坐標、艙頂Z坐標、艙頂附近的甲板名稱；

圖4 基于AutoCAD和PDM的船舶總圖數(shù)字化設計方法流程圖

3）根據(jù)船舶總體設計要求，總體專業(yè)在PDM接口數(shù)據(jù)提交系統(tǒng)的接口協(xié)調(diào)定義模塊中定義產(chǎn)品Product_N的“甲板空間位置”接口關系，它包含接口屬性：甲板序號、甲板Z坐標、甲板層高、底、甲板基點X坐標、甲板基點Y坐標；

4）管理員根據(jù)產(chǎn)品Product_N的水密區(qū)、甲板的組成在PDM接口數(shù)據(jù)提交系統(tǒng)的區(qū)域瀏覽器中創(chuàng)建區(qū)域結構樹；

5）在AutoCAD的加載應用程序的啟動組中添加定制開發(fā)的CAD與PDM的數(shù)字總圖集成程序“DES-GD.dvb”與“DES-GD.lsp”，每次啟動AutoCAD將自動加載程序并啟動“PDM-GD”功能菜單，“PDM-GD”功能菜單中包括：“總布置圖基本信息”、“批量發(fā)布艙室數(shù)據(jù)到PDM”、“批量發(fā)布甲板數(shù)據(jù)到PDM”、“動態(tài)加載艙室”、“繼續(xù)發(fā)布艙室數(shù)據(jù)到PDM”；

6）總體專業(yè)的設計人員在AutoCAD中新建總圖文件“Product_N_General.dwg”，通過功能菜單“總布置圖基本信息”設置總圖的基本信息，包含：設置產(chǎn)品代號“Product_N”、設置設計階段“技術設計”、設置版本“1.0”、設置基點（通過鼠標點選確定基點X坐標、基點Y坐標）等信息；

7）每層甲板用一個多段線進行描述，多段線表示甲板的幾何邊界，甲板的設計數(shù)據(jù)以擴展數(shù)據(jù)格式通過程序保存在多段線中，甲板多段線的擴展數(shù)據(jù)格式如表1所示。

表1 甲板多段線的擴展數(shù)據(jù)格式

8）總體專業(yè)的設計人員在甲板圖層“SZZT_JIABAN”中，用多段線分別繪制總圖中的各層甲板，在“編輯甲板”模式下（快捷鍵：在AutoCAD中輸入bjjb），單擊甲板，即可對甲板的序號、編號、名稱、Z坐標、甲板層高、甲板基點X坐標、甲板基點Y坐標等信息進行設置；

9）每個艙室用一個多段線進行描述，多段線表示艙室的幾何邊界，判斷艙室所屬的甲板，可通過第二章中的算法實現(xiàn)，艙室的設計數(shù)據(jù)以擴展數(shù)據(jù)格式通過程序保存在多段線中，艙頂多段線與艙底多段線的擴展數(shù)據(jù)格式如表2所示。

表2 艙底多段線的擴展數(shù)據(jù)格式

表3 艙頂多段線的擴展數(shù)據(jù)格式

10）總體專業(yè)的設計人員在艙室圖層“SZZT_CANGSHI_BOTTOM”中，用多段線分別繪制總圖中的各個艙室，在“編輯艙室”模式下（快捷鍵：在AutoCAD中輸入bjcs），單擊艙室，即可對艙室的編號、名稱、艙頂Z坐標、艙底Z坐標、艙頂附件的甲板名稱等信息進行設置；

11）總體專業(yè)的設計人員利用集成程序完成總圖的繪制后，通過功能菜單“批量發(fā)布甲板數(shù)據(jù)到PDM”，即可將該總圖中的甲板數(shù)據(jù)通過集成程序和已定義的“甲板空間位置”接口關系發(fā)布到PDM的區(qū)域瀏覽器中；

12）總體專業(yè)的設計人員通過功能菜單“批量發(fā)布艙室數(shù)據(jù)到PDM”，即可將該總圖中的艙室數(shù)據(jù)通過集成程序和已定義的“艙室空間位置”接口關系發(fā)布到PDM的區(qū)域瀏覽器中；

13）總體專業(yè)的設計人員在完成總圖數(shù)據(jù)的發(fā)布后，所有專業(yè)的設計人員即可通過功能菜單“動態(tài)加載艙室”將PDM區(qū)域瀏覽器中的甲板、艙室數(shù)據(jù)下載到本地，并自動還原總圖（將甲板的幾何信息加載到“SZZT_JIABAN”圖層，將艙室的幾何信息加載到“SZZT_CANGSHI_BOTTOM”圖層，同時將PDM中甲板、艙室的接口數(shù)據(jù)通過擴展數(shù)據(jù)保存在甲板、艙室的邊界線中）；

14）總體專業(yè)的設計人員加載總圖后，即可對總圖中的甲板、艙室數(shù)據(jù)進行修改，并可再次發(fā)布新的總圖數(shù)據(jù)。

3.2 方法特征

在本文提出的基于AutoCAD和PDM的船舶總圖數(shù)字化設計方法中，甲板、艙室多段線保存的設計數(shù)據(jù)中不含產(chǎn)品信息，總圖的產(chǎn)品代號、設計階段等信息在“總布置圖基本信息”中設置，通過修改“總布置圖基本信息”，總圖具有可復用性。

總圖的發(fā)布權限通過PDM中的產(chǎn)品團隊模塊進行管理，所有專業(yè)的設計人員均可以通過加載數(shù)字總圖下載總圖的設計數(shù)據(jù)，僅總體專業(yè)的設計人員具有發(fā)布總圖數(shù)據(jù)的權限，設計人員每次啟動AutoCAD通過集成程序與PDM進行數(shù)據(jù)交互時，PDM會要求設計人員輸入帳號、密碼進行身份驗證。

該方法開發(fā)的集成程序，艙室數(shù)據(jù)的發(fā)布支持斷點續(xù)傳，可通過“繼續(xù)發(fā)布艙室數(shù)據(jù)到PDM”功能菜單實現(xiàn)。

所有專業(yè)的設計人員加載總圖后，就可以利用總圖開展設計工作，可以實現(xiàn)自動識別設備的艙室信息、自動提取設備重量重心、自動開展設備三維模型的布置等功能。

4 結束語

本文研究了基于AutoCAD和PDM的船舶總圖數(shù)字化設計方法，該方法解決了船舶總體設計過程中總布置數(shù)據(jù)處理工作煩瑣、總布置數(shù)據(jù)缺乏有效管理、設計效率低下的問題，使得AutoCAD二維總布置圖與PDM數(shù)據(jù)高度集成，針對船舶中甲板、艙室的名稱、編號、幾何信息實現(xiàn)了數(shù)字化管理，具備自動提取全船艙室的面積、容積、周長等功能，并對建數(shù)字化總圖進行版本管理，為裝置、船舶保障、電力等系統(tǒng)的自動設計、提升船舶總布置信息的綜合分析能力、自動識別設備的艙室信息、自動提取設備的重量重心、自動布置設備三維模型奠定了基礎。

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THE

ZHU Jia-wen, XIAO Peng-an, HAN Hai-rong

TP206

：A

：1009-0134(2017)08-0141-04

2017-05-19

朱佳文（19 -），男