李 雁，蔡乾亞，單小芬，錢(qián) 強(qiáng)

（江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，上海 201913）

0 引 言

基于三維體驗(yàn)平臺(tái)的三維建模大致分為標(biāo)準(zhǔn)件建模和非標(biāo)件建模2 種。在實(shí)船設(shè)計(jì)建造中，由于非標(biāo)件模型具有多樣性和多型化，設(shè)計(jì)人員往往需花費(fèi)大量的時(shí)間創(chuàng)建同一類模型，而這類模型恰恰只有部分差異，比如全船直梯，可能只是耳板、梯架的形式和梯長(zhǎng)有所不同，需考慮如何提升非標(biāo)件建模的效率；由于不同設(shè)計(jì)人員對(duì)非標(biāo)件模型和軟件平臺(tái)的理解不同，致使模型結(jié)構(gòu)樹(shù)的命名、結(jié)構(gòu)樹(shù)層次的搭建和模型屬性的定義方式等不具有規(guī)范性，需考慮如何提升非標(biāo)件建模的規(guī)范性和合理性；由于三維體驗(yàn)平臺(tái)中，三維設(shè)計(jì)交付物對(duì)三維模型的設(shè)計(jì)建模過(guò)程有較高的要求，需考慮如何保持三維模型建模過(guò)程與生成三維設(shè)計(jì)交付物過(guò)程有較好的銜接性，以方便模型在后期進(jìn)行更改。

構(gòu)建參數(shù)化模板對(duì)于快速創(chuàng)建部分非標(biāo)件模型而言具有較高的價(jià)值，能使模板模型更具規(guī)范性、合理性；同時(shí)，對(duì)于參數(shù)化模板和標(biāo)準(zhǔn)件模型共同構(gòu)建的部件庫(kù)而言，能提升設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)效率，減少設(shè)計(jì)周期。參數(shù)化模板只需調(diào)整模板的相關(guān)參數(shù)即可獲得完整模型，且該模型是基于輸入裝配的。對(duì)于后期生成三維制造交付物而言，由于參數(shù)化模板同時(shí)包含三維制造交付物所需的尺寸信息和工藝要求等信息，參數(shù)化模板的使用能極大地提高設(shè)計(jì)人員后期設(shè)計(jì)更改的效率。

1 船舶外舾裝參數(shù)化模板構(gòu)建流程

對(duì)于需構(gòu)建參數(shù)化模板的對(duì)象而言，其主要需滿足2 點(diǎn)要求，即：在全船設(shè)計(jì)中重復(fù)使用率較高；需在模型特征方面存在共性（即模型骨架大體上一致，為可參數(shù)化模型）。

在構(gòu)建參數(shù)化模板時(shí)，首先需進(jìn)行專業(yè)方面的調(diào)研，比如該模板在實(shí)船建造中的裝配形式、設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)參數(shù)范圍的定義和此類模板的應(yīng)用范圍等；其次進(jìn)行參數(shù)化建模，包括搭建結(jié)構(gòu)樹(shù)（骨架設(shè)計(jì)概念，包含三維標(biāo)注數(shù)據(jù)集）、創(chuàng)建輸入、設(shè)定參數(shù)（模型特征參數(shù)）和創(chuàng)建三維標(biāo)注（尺寸信息和工藝要求等）等；最后創(chuàng)建出包含該模型的模板，并發(fā)布輸入和參數(shù)，以便調(diào)用。

經(jīng)大量參數(shù)化模板的實(shí)際應(yīng)用和設(shè)計(jì)人員調(diào)用模板的實(shí)踐論證，得到基于三維體驗(yàn)平臺(tái)中的外舾裝參數(shù)化模板構(gòu)建流程見(jiàn)圖1。

2 船舶外舾裝參數(shù)化模板構(gòu)建方法

圖1 船舶外舾裝參數(shù)化模板構(gòu)建流程

以全船鋼質(zhì)直梯為例構(gòu)建參數(shù)化模板。鋼質(zhì)直梯一般包含梯架、踏步、耳板、腹板（視設(shè)計(jì)場(chǎng)景而定）和護(hù)圈（視設(shè)計(jì)場(chǎng)景而定）?？紤]到設(shè)計(jì)人員更改模板參數(shù)較為頻繁，可限定參數(shù)的數(shù)量，并創(chuàng)建多種類型的直梯模板，以此減輕設(shè)計(jì)人員調(diào)用模板時(shí)更改參數(shù)的工作量。

2.1 輸入

在構(gòu)建直梯模板時(shí)，首先確定輸入，根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)場(chǎng)景的要求和直梯建造裝配過(guò)程中的實(shí)際狀況確定將2 條互相垂直的直線作為直梯模板的輸入條件，以方便后期對(duì)直梯位置進(jìn)行更改；這2 條垂直線分別為2 根梯架的中心線和第一檔踏步的中心線。

2.2 參數(shù)化建模中的結(jié)構(gòu)樹(shù)搭建

參數(shù)化模板的結(jié)構(gòu)樹(shù)搭建必須符合層次清晰、信息完整和便于后期更改的原則，由于該直梯模板創(chuàng)建為物理產(chǎn)品類型（Physical Product），直梯的結(jié)構(gòu)樹(shù)搭建包含參數(shù)節(jié)點(diǎn)、模型實(shí)體節(jié)點(diǎn)和三維交付信息節(jié)點(diǎn)。

在創(chuàng)建直梯模板時(shí)，模型的骨架需創(chuàng)建特征類型（3D Shape）單獨(dú)存放，便于更改，而三維實(shí)體模型分別新建對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)，如耳板節(jié)點(diǎn)、梯架節(jié)點(diǎn)和腹板節(jié)點(diǎn)等；在此類模板中，零件明細(xì)和三維交付信息合并在3D Shape 節(jié)點(diǎn)中，便于后期生成三維制造交付物時(shí)，抽取模型中的螺栓、螺母和墊圈等裝置的規(guī)格信息，該模板是集前期設(shè)計(jì)和后期生產(chǎn)制造交付于一體的數(shù)據(jù)模型。

參數(shù)化模板的參數(shù)包括直梯梯長(zhǎng)、梯寬和控制不同場(chǎng)景下直梯有無(wú)腹板命令的參數(shù)。參數(shù)節(jié)點(diǎn)下有一類特殊參數(shù)，即零件明細(xì)（見(jiàn)圖2）。零件明細(xì)為直梯三維制造交付物的組成部分，描述直梯的零件規(guī)格信息等。

對(duì)于參數(shù)節(jié)點(diǎn)下的零件明細(xì)，可創(chuàng)建幾何圖形集，用于存放零件明細(xì)信息，便于后期二次開(kāi)發(fā)時(shí)抽取該直梯的零件信息。

三維制造交付物的信息需具有三維標(biāo)注節(jié)點(diǎn)，包含尺寸信息、件號(hào)和工藝要求等。三維標(biāo)注是三維制造交付物的重要組成部分，相比傳統(tǒng)的二維圖紙下發(fā)，三維制造交付物更具直觀性，其中模型中的三維標(biāo)注對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)工作量較大，而模板中定義三維標(biāo)注之后，當(dāng)設(shè)計(jì)人員調(diào)用模板時(shí)，隨著模型參數(shù)的變化，三維標(biāo)注的尺寸標(biāo)注會(huì)自動(dòng)更新，比如梯長(zhǎng)的參數(shù)改變，三維標(biāo)注會(huì)自動(dòng)更新。因此，模板中添加三維制造交付信息是十分必要的，可大大縮短模板類部件生成三維制造交付物的時(shí)間。

2.3 參數(shù)化建模中的屬性定義

直梯模板的屬性定義大致包含質(zhì)量定義、重心定義和模板命名。在三維體驗(yàn)平臺(tái)中，直梯模板的質(zhì)量和重心是通過(guò)屬性定義的命令自動(dòng)計(jì)算生成的。由于直梯模板的精細(xì)化建模與實(shí)體是一致的（除了螺栓和螺母等緊固件），由此命令生成的質(zhì)量和重心是在船舶允許的設(shè)計(jì)誤差范圍之內(nèi)的。

在創(chuàng)建直梯模板時(shí)，由于建模方式不同，無(wú)需額外賦予材質(zhì)，通過(guò)船體板材和型材命令生成三維實(shí)體（如梯架、踏步等），該實(shí)體中已包含對(duì)應(yīng)材質(zhì)。此外，可由零件設(shè)計(jì)模塊生成對(duì)應(yīng)實(shí)體（無(wú)材質(zhì)屬性），需對(duì)直梯的各組成部分單獨(dú)賦予材質(zhì)，比如梯架和踏步均為Q235A，腹板為Q235B。

對(duì)于模板的命名，需與專業(yè)設(shè)計(jì)人員統(tǒng)一規(guī)范名稱，包含模板的應(yīng)用專業(yè)、模板類型、型號(hào)和規(guī)格等信息。

2.4 創(chuàng)建模板

選擇該直梯模型為模板零件（見(jiàn)圖3），并發(fā)布輸入和參數(shù)。發(fā)布的輸入是調(diào)用模板時(shí)的輸入條件，設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建的輸入條件與模板中的輸入條件需完全一致，包括類型和方向等，尤其是方向，若不一致，則所調(diào)用模板的擺放位置會(huì)發(fā)生改變。發(fā)布參數(shù)的目的是在調(diào)用模板時(shí)，可在匹配輸入的同時(shí)更改參數(shù)。

圖2 零件明細(xì)節(jié)點(diǎn)

圖3 創(chuàng)建模板

3 船舶外舾裝參數(shù)化模板調(diào)用

參數(shù)化模板的調(diào)用方式是從模板庫(kù)中調(diào)用模板，主要通過(guò)選取相應(yīng)的輸入和更改參數(shù)完成模板實(shí)例化。

3.1 創(chuàng)建模板庫(kù)

創(chuàng)建的模板庫(kù)與標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)共同構(gòu)成部件庫(kù)。模板庫(kù)的構(gòu)建大致分為3 層結(jié)構(gòu)，其中：第一層為專業(yè)類型模板總稱（即外舾裝模板）；第二層為外舾裝件類別（即欄桿模板、直梯模板和基座模板等）；第三層為外舾裝件對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)或模板小類別（見(jiàn)圖4）。對(duì)于模板庫(kù)或部件庫(kù)的管理，應(yīng)由專業(yè)部件庫(kù)管理員統(tǒng)一添加或刪除，其庫(kù)本身應(yīng)在特定的工程空間內(nèi)，且命名規(guī)則遵從相應(yīng)的技術(shù)約定。專業(yè)設(shè)計(jì)人員可通過(guò)模板庫(kù)直接調(diào)用相應(yīng)的模板。為便于設(shè)計(jì)人員快速識(shí)別所需模板，可在模板庫(kù)的對(duì)應(yīng)模板屬性中添加說(shuō)明信息等。

3.2 直梯模板調(diào)用

參數(shù)化模板的調(diào)用有2 種方式：一是通過(guò)由模板和標(biāo)準(zhǔn)件組成的部件庫(kù)調(diào)用，該方式需先將模板添加到模板庫(kù)中，設(shè)計(jì)人員通過(guò)搜索模板庫(kù)選擇調(diào)用的模板；二是通過(guò)模板實(shí)例化命令直接調(diào)用模板。在實(shí)船設(shè)計(jì)中，第一種方式更規(guī)范，更方便管理，第二種方式偏向于測(cè)試模板時(shí)采用。

在調(diào)用參數(shù)化模板時(shí)，需先創(chuàng)建輸入，以此與模板中的輸入匹配。比如直梯模板的調(diào)用，需先創(chuàng)建2 條垂直的線，以此對(duì)應(yīng)模板中的輸入條件，并在調(diào)用過(guò)程中修改模型參數(shù)。在調(diào)用模板時(shí)，需注意選擇輸入的順序和輸入元素的方向必須與模板中的輸入完全一致。

參數(shù)化模板調(diào)用的一個(gè)特點(diǎn)是在參數(shù)化模板調(diào)用實(shí)例化過(guò)程中，實(shí)例化生成新的產(chǎn)品零件，即每次調(diào)用的模板都是全新的部件，因?yàn)槟０寮哪Ｐ吞卣鲄?shù)是不同的，這可能會(huì)使整船模型的數(shù)據(jù)量增加，而調(diào)用的標(biāo)準(zhǔn)件是同一個(gè)產(chǎn)品零件，即每次調(diào)用的模板是同一個(gè)部件，只是裝配位置有所不同。

圖4 創(chuàng)建模板庫(kù)

4 結(jié) 語(yǔ)

本文通過(guò)分析基于三維體驗(yàn)平臺(tái)的船舶設(shè)計(jì)，著重介紹了如何通過(guò)參數(shù)化模板提升船舶設(shè)計(jì)效率，如何利用參數(shù)化模板形成的部件庫(kù)使設(shè)計(jì)更加規(guī)范化，形成船舶數(shù)字資產(chǎn)，以及設(shè)計(jì)人員如何通過(guò)調(diào)用參數(shù)化模板自動(dòng)生成三維制造交付物。構(gòu)建參數(shù)化模板是提升船舶設(shè)計(jì)效率的必要手段，以此為切入點(diǎn)，更應(yīng)考慮如何更有效地在三維體驗(yàn)平臺(tái)上開(kāi)展船舶設(shè)計(jì)工作，如何快速創(chuàng)建三維模型，使設(shè)計(jì)更加合理、規(guī)范化，縮短設(shè)計(jì)周期。

該參數(shù)化模板構(gòu)建方法研究有可優(yōu)化創(chuàng)新的方面，比如調(diào)用參數(shù)化模板創(chuàng)建輸入條件是設(shè)計(jì)人員必不可少的操作，由于實(shí)船上模板件的數(shù)量大、類型多，在調(diào)用參數(shù)化模板時(shí)，設(shè)計(jì)人員需反復(fù)創(chuàng)建輸入條件，工作量較大，考慮到同一種模板的輸入條件是不變的，可通過(guò)更加快捷的方式幫助設(shè)計(jì)人員批量創(chuàng)建出輸入條件，比如二次開(kāi)發(fā)，或通過(guò)特征實(shí)例化調(diào)用的方式快捷批量生成輸入條件。此外，由于參數(shù)化模板實(shí)例化之后整船模型數(shù)據(jù)量有所增加，可考慮先參數(shù)化模板中的某些部分建成標(biāo)準(zhǔn)件，比如直梯模板中的踏步和腹板等，再將標(biāo)準(zhǔn)件裝配形成參數(shù)化模板，這樣在參數(shù)化模板實(shí)例化之后模型數(shù)據(jù)量會(huì)有所減少，可間接縮短模型（各專業(yè)）打開(kāi)時(shí)間，提升設(shè)計(jì)效率。