王佩瑜 宋一淇 高偉

摘要：隨著三維設(shè)計(jì)軟件應(yīng)用的深入，基于底層數(shù)據(jù)對(duì)軟件進(jìn)行客制化二次開發(fā)的需求逐漸增多。針對(duì)主流的船舶設(shè)計(jì)軟件FORAN，首先對(duì)舾裝各模塊之間的關(guān)系及鐵舾件建模的方法進(jìn)行了分析，明確了研究的對(duì)象。然后，通過模型分析及數(shù)據(jù)庫監(jiān)測(cè)等方法，確定與鐵舾件模型密切相關(guān)的數(shù)據(jù)表，進(jìn)而對(duì)這些表的字段、差異性以及關(guān)聯(lián)關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)分析。最后，根據(jù)對(duì)表的分析結(jié)果，結(jié)合鐵舾件重量重心屬性的解析方法給出了其應(yīng)用的途徑。對(duì)鐵舾件底層數(shù)據(jù)的研究結(jié)果，可用于模型各種屬性的解析及其深度利用。

關(guān)鍵詞：鐵舾件;三維模型;數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu);數(shù)據(jù)分析;FORAN

中圖分類號(hào)：U662.9? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）02-0199-02

0? 引言

三維設(shè)計(jì)作為提高船舶設(shè)計(jì)制造效率和質(zhì)量的有效手段，以及作為數(shù)字樣船及虛擬仿真技術(shù)的基礎(chǔ)，正在被越來越廣泛地應(yīng)用于船舶的設(shè)計(jì)制造過程中。目前，國(guó)內(nèi)許多設(shè)計(jì)院所、船廠都已在設(shè)計(jì)制造過程中應(yīng)用了三維CAD/CAM系統(tǒng)，如國(guó)外引進(jìn)的CADDS5、TRIBON、FORAN、CATIA，以及國(guó)產(chǎn)的東欣，SB3DS等[1-2]。

隨著三維CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)用的推廣和深入，對(duì)其數(shù)據(jù)利用的需求逐漸增多，利用的形式越來越多樣化。而其系統(tǒng)本身的通用化功能往往難以滿足用戶對(duì)三維數(shù)據(jù)多樣化及個(gè)性化的利用要求。同時(shí)，由于底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究是進(jìn)行二次開發(fā)的前提和基礎(chǔ)，使得對(duì)三維CAD/CAM系底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究逐漸成為研究熱點(diǎn)[3-5]。

FORAN系統(tǒng)采用與Oracle數(shù)據(jù)庫高度集成的方式，使用Oracle數(shù)據(jù)庫全程管理其船舶三維模型。其數(shù)據(jù)表數(shù)量眾多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。但其Oracle數(shù)據(jù)庫完全向用戶開放，為對(duì)其底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的研究和開發(fā)利用提供了可能。其中，結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的解讀已取得了一些成果[6]。

1? FORAN系統(tǒng)簡(jiǎn)介

FORAN系統(tǒng)是由西班牙SENER集團(tuán)開發(fā)的，專門用于船舶與海洋工程設(shè)計(jì)制造的三維軟件系統(tǒng)。[7-9]

FORAN系統(tǒng)涵蓋了總體、船體、舾裝、電氣、艙室布置等各專業(yè)的三維設(shè)計(jì)功能，可用于船舶的概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)等各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)[10]。其中，鐵舾件建模主要與NORM模塊和FPIPE模塊有關(guān)。

2? 鐵舾件建模方法簡(jiǎn)述

FORAN中鐵舾件建模的對(duì)象主要包括輔助結(jié)構(gòu)（基座）、管路支架、電纜托架等。其均主要在FPIPE模塊進(jìn)行建模。

鐵舾件建模方法有兩種：①為采用structural outfitting模式進(jìn)行創(chuàng)建，該模式主要用于輔助結(jié)構(gòu)建模。②為采用supports模式進(jìn)行創(chuàng)建，主要用于管路支架、電纜托架建模。

采用structural outfitting模式建模，首先要在NORM模塊中定義板、骨材、開孔等標(biāo)準(zhǔn)庫，該庫可以和結(jié)構(gòu)模塊共用。然后在structural outfitting模式下選取相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)板材，修改參數(shù)化尺寸，并根據(jù)構(gòu)件位置搭建輔助結(jié)構(gòu)。采用該模式創(chuàng)建的輔助結(jié)構(gòu)，其每個(gè)構(gòu)件及對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)庫的信息均存儲(chǔ)在Oracle數(shù)據(jù)庫中。

采用supports模式建模，由于管路支架和電纜托架其本身幾何特征的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化等特點(diǎn)，一般采用定義參數(shù)化宏文件的方式進(jìn)行建模，該宏文件以文件的方式存放，未存儲(chǔ)到Oracle數(shù)據(jù)庫中。采用該方式創(chuàng)建的支架和托架布置到三維模型中后，其幾何參數(shù)、布置信息及相對(duì)應(yīng)的宏文件名稱均存儲(chǔ)在Oracle數(shù)據(jù)庫中。

此外，對(duì)于結(jié)構(gòu)形式較簡(jiǎn)單、固定的輔助結(jié)構(gòu)也可以采用定義宏文件的方式進(jìn)行創(chuàng)建。但是，由于宏文件僅定義了模型的幾何關(guān)系，不包含材料、密度等屬性信息，故系統(tǒng)無法根據(jù)其幾何形狀計(jì)算重量、重心等。

綜上所述，由于采用supports模式創(chuàng)建的支架和托架，其存儲(chǔ)在Oracle數(shù)據(jù)庫的信息完整性有所欠缺，因此本文主要對(duì)采用structural outfitting模式創(chuàng)建的輔助結(jié)構(gòu)的底層數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。

3? 鐵舾件模型底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

3.1 相關(guān)數(shù)據(jù)表

FORAN系統(tǒng)Oracle數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表數(shù)量眾多，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。其中，與鐵舾件相關(guān)的數(shù)據(jù)表約有20張。根據(jù)這些表所包含的信息，可將其主要分為兩類：一類為鐵舾件屬性信息表，如as_list、as_elem、as_lang等，其記錄了鐵舾件的名稱、描述等，以及組成鐵舾件的每個(gè)構(gòu)件的編號(hào)、類型、重量、重心等屬性信息;另一類為節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)表，如bs_design_node、bs_design_atom等，其記錄了設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)的層次關(guān)系及區(qū)域、系統(tǒng)、重量、重心等屬性信息。此外，表prd_expl_part主要存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)屬性信息，也包含部分鐵舾件構(gòu)件的屬性信息。

對(duì)于鐵舾件模型的屬性信息，設(shè)計(jì)人員所關(guān)心的主要有兩類：一類為鐵舾件的分類信息，如名稱、所屬分段、所屬區(qū)域等信息;另一類為重量、重心、材料、板厚、骨材長(zhǎng)度等屬性信息。據(jù)此，通過建模操作，同時(shí)結(jié)合SQL語句監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫的變化情況，分析得到與鐵舾件密切相關(guān)的數(shù)據(jù)表，如表1所示。

此外，該表也包含了重量、重心等字段，但其值全部為0，對(duì)數(shù)據(jù)利用沒有實(shí)際意義。

3.2 表的差異性分析

從前文對(duì)表字段的分析中，可以看出部分表其字段有不同程度的重復(fù)，如表as_elem、prd_expl_part和bs_design_atom中均含有字段weight、cog等，且后兩張表重復(fù)的字段更多。因此，解讀這些表的差異性對(duì)于后期數(shù)據(jù)的利用是不可或缺的。

對(duì)于表as_elem，在前文分析中已提到其weight、cog等字段值均為0，沒有實(shí)際意義;對(duì)于表prd_expl_part，其主要記錄了結(jié)構(gòu)件的屬性信息及部分鐵舾件的屬性信息（具有part fabrication id的鐵舾件）;對(duì)于表bs_design_atom，其對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)信息表bs_design_node中的每一個(gè)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)，因此包含了所有模型的屬性信息。

3.3 表的關(guān)聯(lián)關(guān)系分析

由于用戶對(duì)數(shù)據(jù)需求的多樣性，單張數(shù)據(jù)表所包含的屬性信息往往無法滿足所有的需求，通常需要從多張數(shù)據(jù)表中查找信息。因此，表的關(guān)聯(lián)關(guān)系分析數(shù)據(jù)利用的關(guān)鍵。

需要注意的是，表as_elem的字段oid與表bs_design_node的字段model_oid相關(guān)聯(lián);同時(shí)，其又與表prd_expl_part的字段prd_part_oid相關(guān)聯(lián)。但是，表bs_design_node的字段model_oid和表prd_expl_part的字段prd_part_oid沒有關(guān)聯(lián)關(guān)系。

這是由于具有part fabrication id的鐵舾件，其屬性信息除了記錄在節(jié)點(diǎn)信息表中，還記錄在了結(jié)構(gòu)相關(guān)表中，導(dǎo)致數(shù)據(jù)表的關(guān)聯(lián)關(guān)系發(fā)生了相應(yīng)的變化。具體變化如圖1所示。

從圖1中可以看出，當(dāng)鐵舾件不具有part fabrication id時(shí)，表as_elem的字段oid與表bs_design_node的字段model_oid相關(guān)聯(lián);反之，當(dāng)鐵舾件具有part fabrication id時(shí)，表as_elem的字段oid首先與表prd_expl_part的字段prd_part_oid相關(guān)聯(lián)，進(jìn)而通過該表的字段oid與表bs_design_node的字段model_oid相關(guān)聯(lián)。

4? 結(jié)束語

根據(jù)對(duì)FORAN系統(tǒng)鐵舾件相關(guān)數(shù)據(jù)表的分析結(jié)果，參考重量重心屬性的解析方法，可以解析出所有重要的屬性信息?；谶@些數(shù)據(jù)，可以通過二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)按系統(tǒng)、區(qū)域、材料等統(tǒng)計(jì)匯總鐵舾件的重量重心。這些需求是軟件本身功能所欠缺的。

此外，本文中對(duì)鐵舾件底層數(shù)據(jù)的研究思路和方法可供其他CAD軟件底層數(shù)據(jù)的研究提供有益參考。

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