譚 冬，王成林

（大連中遠海運重工有限公司，遼寧大連 116113）

0 引言

隨著計算機輔助設(shè)計使用的飛速發(fā)展，船舶三維可視化設(shè)計得到了廣泛普及和不斷深化，三維可視化設(shè)計逐步代替了傳統(tǒng)的二維設(shè)計方法。傳統(tǒng)的二維設(shè)計不但設(shè)計圖紙不直觀，而且現(xiàn)場制造也不直觀，因而從根源上容易導致設(shè)備、結(jié)構(gòu)等的碰撞，由設(shè)計產(chǎn)生的錯誤必然會造成生產(chǎn)上的修改。三維可視化設(shè)計讓設(shè)計更加直觀，可有效減少碰撞，大大提高了設(shè)計人員的工作效率。

三維可視化設(shè)計軟件有很多種，在船舶設(shè)計領(lǐng)域應(yīng)用的軟件主要包括TRIBON、CADDS5、 CATIA、AVEVAMARINE、Intergraph Smart 3D、SB3DS、SPD 等。這些軟件都有各自的特點，隨著新技術(shù)的不斷發(fā)展，軟件也在不斷升級，目前很多船廠都轉(zhuǎn)型使用AVEVA MARINE（AM）三維設(shè)計軟件[1-3]。由于船舶建造具有復雜性和多樣性，每個船廠都需要根據(jù)自身情況對軟件進行二次開發(fā)，AM 軟件最大的特點是二次開發(fā)接口豐富，自身內(nèi)置的PML 語言接口和NET 接口，基本可以解決我們在實際中遇到的問題[4-6]。

AM 三維設(shè)計軟件在中遠海運重工的應(yīng)用已非常成熟，由于一些舾裝件種類復雜、數(shù)量繁多， 不同船型使用標準型號和尺寸不同，在建模時很多舾裝件需要手動進行單一建模。同時，目前建模時也僅能建立幾何模型，出圖時仍需要設(shè)計人員單獨剖分模型，以形成三視圖。舾裝件的材料表也需要設(shè)計人員再單獨提取核算并制表，這不僅會延長建模出圖周期，還會增加建模出圖的成本。為了能夠提高設(shè)計效率，開發(fā)了舾裝建模工具，本文主要介紹標準庫模型的建立、參數(shù)化建模和二維圖紙與三維模型的轉(zhuǎn)化。

1 舾裝建模工具

1.1 標準庫模型

將標準庫模型分為一般標準件和鎖緊件，一般標準件通過文本形式存儲模型命令，以文件夾的形式存儲層級關(guān)系，可自定義文件路徑和模型數(shù)量等，設(shè)計人員可根據(jù)自己的需求增加或刪除文件，以方便使用維護。在AM 中讀取標準庫模型的路徑，按照存儲樣式進行分類，并通過樹形排列展示出來。三維模型的創(chuàng)建是通過選中子項點擊創(chuàng)建按鈕進行的，如圖1 所示。

圖1 標準庫存儲

按照國際標準對緊固件模型進行分類，并以文本的形式將其存儲?？赏ㄟ^篩選類型、長度和螺桿直徑，快速找到對應(yīng)緊固件，選中要創(chuàng)建的緊固件直接創(chuàng)建即可，如圖2 所示。

1.2 參數(shù)化建模

參數(shù)化建模是通過填寫模型的某些參數(shù)值來快速建立一個新的模型，參數(shù)化建模的參數(shù)不僅可以是幾何參數(shù)，還可以是溫度、材料和重量等屬性參數(shù)。以這里用最常見的梯子模型為例，在梯子的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計中，細化分解每個部件的組合特征，使分解的部件幾何特征實現(xiàn)參數(shù)化。對于圖形的描述可以分為以下3 部分：圖形的拓撲關(guān)系、圖形的幾何參數(shù)（如點的坐標）、幾何參數(shù)與圖形結(jié)構(gòu)參數(shù)（如圖形的長、寬等）之間的關(guān)系。

圖2 緊固件存儲

通過對最常見的梯子模型進行分析，梯子的拓撲關(guān)系可分為主特征和輔特征，主特征包括梯架、踏步、支撐和墊板；輔特征包括材料、標注和表格等（見圖3）。主特征是構(gòu)成梯子主要因素，用來創(chuàng)建梯子的三維模型；輔特征主要用來輔助出制作圖、生成材料表，對梯子本身的結(jié)構(gòu)沒有影響。分析了圖形的拓撲關(guān)系及其變化規(guī)律，提煉出圖形的幾何參數(shù)，而后將這些參數(shù)用程序表示出來，從而實現(xiàn)參數(shù)的填寫并建立模型。

圖3 梯子的拓撲關(guān)系

形成參數(shù)化建模后，通過輸入一部分關(guān)鍵參數(shù)，可以自動輸出相應(yīng)參數(shù)的舾裝件，并生成三視圖和材料表，無需再次單獨建模和核算材料清單，因而節(jié)省了建模出圖的周期，最終降低整個建模設(shè)計的成本。

1.3 二維圖紙與三維模型的轉(zhuǎn)換

1.3.1 二維圖紙生成三維模型

二維圖紙是將三維模型通過投影原理繪制而成的，由二維圖紙向三維模型的轉(zhuǎn)換是一個逆向的過程。這里用到的二維圖紙不需要三視圖，只需要一個方向上的投影，這些模型的二維投影很容易繪制，按照操作方式分為平面拉伸體、旋轉(zhuǎn)體、格柵和設(shè)備底座。

常見的板材、壁板和天花板，這些模型只需繪制出投影圖，而后通過拉伸或旋轉(zhuǎn)生成建模文件，再在AM 中執(zhí)行建模文件生成三維模型（見圖4）。格柵模型通常是由外圈的扁鐵和內(nèi)部的格柵條組成，雖然外圈形狀不同，但內(nèi)部格柵條是有序排列的，因此通過提取CAD 中外圈的幾何信息可以很快生成格柵的三維模型。通常設(shè)備底座的外形也比較規(guī)則，可通過在CAD 中提取幾何信息和輸入?yún)?shù)來創(chuàng)建三維模型。

圖4 二維圖紙生成三維模型過程

1.3.2 三維模型導出套料文件

板材在加工前需要在母板中套料，使用Fastcam 對板材進行套料，需要掌握板材的二維輪廓信息。以前的做法是通過CAD 繪制零件輪廓，而后通過Fastcam 提取零件信息，最后進行套料。通過開發(fā)改進了以前的做法，將建好的三維模型自動命名零件號，直接將零件導出成可供Fastcam 使用的零件信息，如圖5 所示。

圖5 三維模型轉(zhuǎn)換成套料文件

圖6a)、圖6b)分別是標準件建模界面和鎖緊件建模界面。標準件通過讀取文件路徑構(gòu)建樹形列表，選中文件進行創(chuàng)建模型；鎖緊件通過讀取List 文件進行類型、長度和螺桿直徑的篩選，選中文件創(chuàng)建模型。

參數(shù)化建模包括梯子、拉手、踏步等多種類型的舾裝模型，通過輸入?yún)?shù)可直接創(chuàng)建模型，也可直接修改模型，梯子的參數(shù)化建模界面如圖7 所示。建好的模型可以直接生成供生產(chǎn)使用的制作圖紙，包括基本的尺寸標注、材料表以及節(jié)點詳圖，如圖8 所示。

圖6 標準庫建模界面

二維圖紙轉(zhuǎn)換三維模型主要使用AutoCAD提供的.NET 開發(fā)接口，通過選擇集得到對象，再將對象轉(zhuǎn)換成AM 可識別的命令生成模型。圖9為二維轉(zhuǎn)三維模型的操作界面，圖10 為二維模型與三維模型的對比。

圖7 直梯參數(shù)化界面

圖8 直梯三維模型與制作圖

圖10 二維圖紙轉(zhuǎn)化三維模型

3 結(jié)論

舾裝建模工具的開發(fā)是一個長期的、不斷完善的過程，目的就是盡可能地提高設(shè)計效率，改進設(shè)計質(zhì)量，保證又快又好地完成設(shè)計任務(wù)。標準庫模型的使用，使設(shè)計人員可以在建模時直接選取對應(yīng)標準型號的標準模型，無需再次建模，從而減少了建模周期。舾裝參數(shù)化建模，可以通過填寫參數(shù)快速建立三維模型；模型轉(zhuǎn)換改變了以往的工作方式，優(yōu)化了設(shè)計流程。舾裝建模工具的應(yīng)用可以降低生產(chǎn)設(shè)計建模的出圖周期，進而降低生產(chǎn)設(shè)計的成本，提高企業(yè)效益，同時逐步推進自動化建模工作，進一步落實智能造船的工作。