馬曉平，顧 穎，趙 旭

(1.江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

0 引 言

造船及海工設(shè)計系統(tǒng)(AVEVA Marine，AM)是英國劍維(AVEVA)公司推出的三維設(shè)計軟件，具備解決復(fù)雜工程設(shè)計和管理問題的能力，可提高設(shè)計效率、增強(qiáng)數(shù)據(jù)安全性[1]。為滿足客戶化需求，AM提供友好界面和豐富接口，方便用戶通過二次開發(fā)解決使用中的需求問題[2]。

AM軟件雖已具備許多功能，但仍有一些功能無法滿足設(shè)計需求。在艙室絕緣建模的過程中，AM自帶的建模方法對于曲面絕緣及型材絕緣建模，手工量較大，過于繁瑣，效率低下，因此基于AM的艙室絕緣快速建模開發(fā)十分必要。在AM原生功能的基礎(chǔ)上，采用可編程宏語言(PML)開發(fā)曲面絕緣及型材絕緣建模的二次開發(fā)程序，實(shí)現(xiàn)艙室絕緣快速建模，提高生產(chǎn)設(shè)計效率，最終實(shí)現(xiàn)降本增效。

1 基于AM原生功能的絕緣建模方法

AM沒有專門用于絕緣建模的功能，用戶在舾裝模塊的Structrue子模塊中通過平面板材建模功能對絕緣進(jìn)行拼湊建模，建立的絕緣模型存儲在WORLD-SITE-ZONE-STRU-FRAM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)下[3]。絕緣建模過程如圖1所示。

圖1 絕緣建模過程

對于曲面絕緣，將圖1(a)中1塊2 500 mm×4 000 mm規(guī)格的曲面板材分割為500 mm×500 mm的平面板，需要反復(fù)打開Create Panel界面，建立40塊平面絕緣，通過旋轉(zhuǎn)角度使板材與曲面貼合，從而構(gòu)成曲面絕緣。對于型材絕緣，每次在敷設(shè)相同形狀不同尺寸的絕緣時，均需要通過手動測量或查看型材屬性獲取尺寸信息，逐點(diǎn)選取建立型材絕緣，圖1(b)中的角鋼絕緣需要獲取16個點(diǎn)的絕緣坐標(biāo)，影響建模效率和質(zhì)量。

AM的平面板材建模方法適于平面絕緣，但對于曲面絕緣和型材絕緣存在2個缺陷：(1)工作量較大，重復(fù)性操作多，效率低下；(2)準(zhǔn)確性低，在敷設(shè)過程中較易造成錯誤且難以發(fā)現(xiàn)。

2 艙室絕緣建模的二次開發(fā)方法

PML是AVEVA公司量身定制的一種開發(fā)語言，可與AM軟件無縫銜接，直接在AM中調(diào)試，不需要編譯即可運(yùn)行。PML可實(shí)現(xiàn)圖標(biāo)繪制、模型修改、報表生成、數(shù)據(jù)抽取等多種功能[4]。通過PML對AM進(jìn)行二次開發(fā)，設(shè)計由板材絕緣和型材絕緣組成的艙室絕緣用戶界面。

2.1 曲面絕緣建模開發(fā)方法

曲面絕緣建模開發(fā)流程如圖2所示。

圖2 曲面絕緣開發(fā)流程

2.1.1 拾取曲面板材對角線端點(diǎn)并劃分網(wǎng)格

曲面板材對角線端點(diǎn)信息的獲取是網(wǎng)格劃分的基礎(chǔ)，采用PickCpoints(!option)方法進(jìn)行拾取操作。在!option為CORNER時，通過實(shí)例化對象EDGPACKET的definePosition()方法，存儲拾取的曲面板材對角線端點(diǎn)的位置和方位信息。根據(jù)對角線端點(diǎn)的位置及偏移方向，判斷網(wǎng)格面朝向，計算網(wǎng)格的行數(shù)和列數(shù)。程序自動對網(wǎng)格進(jìn)行劃分，由于曲面絕緣的建立按照一定順序，每3個點(diǎn)建立1個三角形，每2個三角形組成1塊絕緣，通過多塊絕緣構(gòu)成曲面絕緣，因此在網(wǎng)格劃分時，網(wǎng)格點(diǎn)標(biāo)號按照一定順序排列，如圖3所示。在圖3中，R為網(wǎng)格行數(shù)，C為網(wǎng)格列數(shù)!this.columnCount。

圖3 網(wǎng)格點(diǎn)標(biāo)號

根據(jù)網(wǎng)格點(diǎn)標(biāo)號可得出網(wǎng)格點(diǎn)對應(yīng)的平面坐標(biāo)，定義!index為圖3網(wǎng)格點(diǎn)標(biāo)號。通過GetQuadPointsMatrixIndecies(!index is real)方法計算網(wǎng)格點(diǎn)!index對應(yīng)的坐標(biāo)。在!index為(R-1)C時，網(wǎng)格點(diǎn)坐標(biāo)為(1,C)，網(wǎng)格點(diǎn)平面坐標(biāo)如圖4所示。

圖4 網(wǎng)格點(diǎn)平面坐標(biāo)

2.1.2 拾取分析曲面板材網(wǎng)格點(diǎn)并建板

曲面板材網(wǎng)格點(diǎn)的拾取操作通過PickCpoints(!option)方法實(shí)現(xiàn)。在!option為NODE時，采用GetNodePosC(!picked)方法存儲拾取的曲面板材網(wǎng)格點(diǎn)的位置信息。通過GetNodePosF()方法分析拾取的曲面板材網(wǎng)格點(diǎn)，得到網(wǎng)格板端點(diǎn)最終位置。網(wǎng)格板端點(diǎn)最終位置的3種情況如圖5所示。若拾取的是一個平面，則網(wǎng)格點(diǎn)所在直線與平面的交點(diǎn)即為最終的網(wǎng)格板端點(diǎn)；若拾取的是一條直線，則網(wǎng)格點(diǎn)所在直線與拾取直線的交點(diǎn)為最終的網(wǎng)格板端點(diǎn)；若拾取的是曲面上的一點(diǎn)，則最終的網(wǎng)格板端點(diǎn)為拾取點(diǎn)在網(wǎng)格點(diǎn)所在直線的投影點(diǎn)。GetNodePosF()方法精簡以往頻繁打開Create Panel界面進(jìn)行選取的步驟，僅需要根據(jù)輔助提示進(jìn)行拾取，在對拾取的信息自動判斷后獲得網(wǎng)格板端點(diǎn)的最終位置，保證網(wǎng)格板端點(diǎn)位置的準(zhǔn)確性。

圖5 網(wǎng)格板端點(diǎn)最終位置的3種情況

網(wǎng)格板端點(diǎn)在不同網(wǎng)格中具有不同的表示方式，通過GetFourPointsCoor()方法得到并存儲在!this.fourPointsCoor數(shù)組中。在!this.fourPointsCoor[a][b][c]中，a和b為網(wǎng)格坐標(biāo)索引值，c為在以(a,b)坐標(biāo)為起點(diǎn)的網(wǎng)格位置。以圖6中坐標(biāo)索引為(2,2)的點(diǎn)為例，該點(diǎn)在網(wǎng)格①中為第四點(diǎn)，用數(shù)組元素[1][1][4]表示。

圖6 網(wǎng)格板端點(diǎn)表示方式

網(wǎng)格板端點(diǎn)按照一定規(guī)則自動整合，通過CreateCPanel()方法建立絕緣模型，1個網(wǎng)格的第一點(diǎn)、第二點(diǎn)和第三點(diǎn)構(gòu)成1塊panel，第二點(diǎn)、第三點(diǎn)和第四點(diǎn)構(gòu)成1塊panel，核心代碼如圖7所示。通過循環(huán)語句快速建立曲面絕緣，免去以往手動單塊建模的繁瑣操作，大幅提高建模速度。

圖7 CreateCPanel()方法核心代碼

2.2 型材絕緣建模開發(fā)方法

艙室型材絕緣主要由球扁鋼絕緣、角鋼絕緣及T型材絕緣等構(gòu)成。根據(jù)絕緣形狀將型材絕緣分為8種敷設(shè)類型，如圖8所示，其中：W為絕緣厚度；T為型材厚度；D為型材高度；X為絕緣與型材之間的角度；A為型材底端的長度；C為面板厚度；L為絕緣一邊的長度。通過上述參數(shù)確定型材絕緣的形狀與大小，可通過參數(shù)化建模思想[5]實(shí)現(xiàn)型材絕緣建模。

圖8 型材絕緣敷設(shè)類型

型材絕緣開發(fā)流程如圖9所示。開發(fā)重點(diǎn)是參數(shù)獲取，對型材的幾何尺寸進(jìn)行參數(shù)設(shè)計，在敷設(shè)形狀相同尺寸不同的型材絕緣模型時，僅需要設(shè)定不同參數(shù)值，并不需要重新建立即可快速建立不同規(guī)格類型的型材絕緣模型。

圖9 型材絕緣開發(fā)流程

以球扁鋼絕緣建模為例。在1塊板材上建立多個絕緣，通過EDGPACKET對象的elementPick()方法選取1塊類型為HPLATE的板材，采用Collection方法抽取板材上所有Gtype屬性為BULB的型材，采用PML1語法抽取型材的Position、Orientation、TolLen和Cparam屬性，其中：TolLen為型材長度；Cparam為數(shù)組類型，存儲型材厚度、高度等信息。通過對型材信息的抽取，免去頻繁手動測量數(shù)據(jù)和查看屬性的操作，一步拾取板材的操作即可快速獲得大量型材的數(shù)據(jù)信息。根據(jù)方位屬性分析，計算面板的朝向Facing Dir和延伸方向Running Dir。對位置屬性獲取的坐標(biāo)點(diǎn)延面板朝向平移Cpara[1]的數(shù)值，可得到絕緣剖面原點(diǎn)。在原點(diǎn)確定后，利用參數(shù)化建模思想，通過參數(shù)變量控制絕緣的尺寸和形狀。在得到絕緣坐標(biāo)值后，可快速創(chuàng)建型材絕緣。

3 絕緣快速建模工具應(yīng)用實(shí)例

絕緣快速建模程序界面如圖10所示。

圖10 絕緣快速建模程序界面

在絕緣快速建模過程中，用戶主要通過三大步驟進(jìn)行絕緣建模。第一步，模型拾取。在曲面絕緣建模界面中，通過Pick Corner Points、Add Node Points和Delete Last Point等3個按鈕根據(jù)輔助提示拾取對角線端點(diǎn)及網(wǎng)格點(diǎn)數(shù)據(jù)。在型材絕緣界面中，通過Pick Item按鈕拾取1塊板架，可快速收集板架上所有型材的信息。第二步，絕緣敷設(shè)材料選擇及尺寸參數(shù)輸入。程序通過拾取的信息及獲取的輸入?yún)?shù)，自動計算構(gòu)建Panel各Pave點(diǎn)的最終位置。第三步，點(diǎn)擊Create按鈕，快速生成絕緣模型。分別以散貨船駕駛艙室的艙壁和1塊曲面板材為例，絕緣建模效果如圖11所示。

圖11 絕緣建模效果

以1艘38 000 t散貨船為例，分別使用AM原生建模功能和絕緣快速建模開發(fā)工具進(jìn)行絕緣建模，對建模效率進(jìn)行對比，結(jié)果如表1所示。船上所有曲面絕緣建模可節(jié)省82.9 h，所有型材絕緣建模可節(jié)省238.7 h，綜合可節(jié)省13.4 d的設(shè)計工時，由此得出二次開發(fā)絕緣建模效率明顯優(yōu)于原生建模，驗(yàn)證二次開發(fā)的高效性。

表1 建模效率對比

4 結(jié) 語

基于PML在AM中進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)艙室絕緣快速建模，改變手動測量或查找屬性獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行絕緣建模的模式，僅需要通過模型拾取動作即可獲取數(shù)據(jù)信息，計算絕緣坐標(biāo)，完成絕緣建模工作。相對于原生平面板材建模功能，采用二次開發(fā)的絕緣建模程序功能更強(qiáng)，可為設(shè)計人員節(jié)約大量設(shè)計時間，大幅縮短船舶設(shè)計周期，最終實(shí)現(xiàn)降本增效。

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