王江軍，張斯翔，李文治，王 賀，李 琪

（中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州 510715）

1 前言

隨著造船技術(shù)的迅猛發(fā)展和計算機(jī)信息技術(shù)在船舶建造領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，船舶企業(yè)競爭日益激烈，如何降低船舶設(shè)計建造成本，實(shí)現(xiàn)精益造船已成為現(xiàn)代造船的必然趨勢。SPD 是船舶設(shè)計制造數(shù)字化三維CAD 圖形平臺和集成制造系統(tǒng)。劃線圖作為船體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙的重要組成部分，為船舶建造過程中的分段制作的精度控制提供圖紙依據(jù)。目前國內(nèi)主要大中型船舶企業(yè)的結(jié)構(gòu)劃線圖傳統(tǒng)出圖模式，主要是采用手工繪圖的方法來完成。該傳統(tǒng)方法存在明顯的技術(shù)缺陷，通過對SPD 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)的深入研究，開發(fā)出具有結(jié)構(gòu)劃線自動出圖功能的應(yīng)用軟件，能夠顯著提高船體結(jié)構(gòu)圖紙的設(shè)計質(zhì)量，有效縮短船舶生產(chǎn)設(shè)計周期，從而降低產(chǎn)品的設(shè)計成本，達(dá)到降本增效的目的。

SPD 是一套成熟的船舶生產(chǎn)設(shè)計系統(tǒng)，但是不同的船廠對船舶設(shè)計軟件的功能需求存在著差異。在國內(nèi)大中型船舶企業(yè)，船體結(jié)構(gòu)制作安裝過程中需要對甲板和壁板等組部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)劃線，以便在型材或板架安裝過程中進(jìn)行定位。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)劃線出圖方法主要采用手工繪圖，需要首先利用SPD 生成CAD 平面圖紙或者在SPD 系統(tǒng)內(nèi)新建甲板或壁板圖紙視口，刪除或隱藏圖紙上不相關(guān)的文字信息和圖形信息，然后在圖紙上分別畫出X 方向和Y 方向的基準(zhǔn)線，接著逐個量取每根結(jié)構(gòu)線到基準(zhǔn)線的理論距離，再根據(jù)精度要求的收縮補(bǔ)償量計算出每根結(jié)構(gòu)線到基準(zhǔn)線的實(shí)際距離，最后將計算得到的所有數(shù)據(jù)信息手工繪制到圖紙上，得到完整的經(jīng)過收縮補(bǔ)償處理的結(jié)構(gòu)劃線圖，見圖1 所示。

圖1 結(jié)構(gòu)劃線圖

采用上述傳統(tǒng)方法繪制結(jié)構(gòu)劃線圖，主要存在三點(diǎn)技術(shù)缺陷：

（1）前期處理工作量大。在繪制結(jié)構(gòu)劃線圖前，需要將每個甲板或壁板組部件從SPD 設(shè)計系統(tǒng)中導(dǎo)出為CAD 圖紙，然后隱藏或刪除圖紙上不必要的干擾信息。根據(jù)測算，平均每個船體分段至少需要有5 個以上的板架需要繪制劃線圖，耗費(fèi)大量的時間及精力，并且很容易造成個別結(jié)構(gòu)劃線被誤刪或隱藏的情況，導(dǎo)致劃線圖標(biāo)注信息不全；

（2）劃線數(shù)據(jù)取值容易出錯。根據(jù)精度布置圖特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)劃線在同一個板架X 方和Y 方向收縮補(bǔ)償量存在差異，不同板架之間的收縮補(bǔ)償也不同。由于板架結(jié)構(gòu)線密集，需要量取的數(shù)據(jù)眾多，采用手工方法量取劃線數(shù)據(jù)過程中容易出現(xiàn)錯誤，造成劃線數(shù)據(jù)存在誤差；

（3）修改過程繁瑣。當(dāng)精度布置發(fā)生修改、船體結(jié)構(gòu)存在增減或位置改變的情況，就需要從SPD 中再次導(dǎo)出CAD 圖紙，然后重新量取結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和計算劃線數(shù)據(jù)，最后再標(biāo)注到圖紙上，極其不便。

鑒于以上技術(shù)缺陷，有必要開發(fā)一套具有結(jié)構(gòu)劃線數(shù)據(jù)自動出圖功能的應(yīng)用軟件，采用該軟件可以自動完成結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)及板架輪廓數(shù)據(jù)的提取，根據(jù)精度布置自動計算劃線圖，并繪制板架圖和標(biāo)注劃線數(shù)據(jù)，從而避免了手工處理過程中的數(shù)據(jù)偏差，提高結(jié)構(gòu)劃線圖設(shè)計質(zhì)量和效率。

2 軟件開發(fā)

2.1 開發(fā)環(huán)境

根據(jù)SPD 設(shè)計建造系統(tǒng)運(yùn)行在中望CAD 圖形平臺的特點(diǎn)，本文以Visual Basic IDE 作為開發(fā)環(huán)境對船體設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)。中望CAD 提供了功能強(qiáng)大的面向?qū)ο蟮拈_發(fā)環(huán)境和應(yīng)用程序接口，通過ActiveX Automation 可以創(chuàng)建各種對象模型。由于與中望CAD在同一個地址空間運(yùn)行的特性，可以利用中望CAD 來訪問數(shù)據(jù)庫、圖形系統(tǒng)及幾何造型核心，開發(fā)各類快捷高效的應(yīng)用程序。

2.2 工作流程

船體結(jié)構(gòu)劃線出圖軟件，主要工作流程分為五個步驟：（1）獲取劃線參數(shù)；（2）獲取板架數(shù)據(jù)；（3）計算劃線數(shù)據(jù)；（4）繪制板架圖；（5）標(biāo)注劃線數(shù)據(jù)。該軟件工作流程，如圖2 所示。

圖2 軟件工作流程

（1）獲取劃線參數(shù)

該軟件采用了友好的交互界面，方便用戶直觀快捷地輸入相關(guān)參數(shù)。用戶通過選擇需要劃線的板零件名，根據(jù)精度部門提供的精度布置信息，輸入坐標(biāo)軸方向的基準(zhǔn)線和收縮量，指定船體模型中是否已加放收縮補(bǔ)償。

（2）獲取板架數(shù)據(jù)

獲取板架數(shù)據(jù)時，程序首先讀取SPD 配置數(shù)據(jù)，解析當(dāng)前船體模型，然后從分段模型數(shù)據(jù)庫中提取當(dāng)前分段的所有板架名，并在可選構(gòu)件選項表中列出，用戶將需要制作胎架的板零件名添加到已選構(gòu)件列表中，程序自動從分段模型數(shù)據(jù)庫完成指定板架的數(shù)據(jù)信息提取。

（3）計算劃線數(shù)據(jù)

計算劃線數(shù)據(jù)過程中，程序首先從板架數(shù)據(jù)中逐條解析結(jié)構(gòu)線的劃線數(shù)據(jù)信息，接著完成結(jié)構(gòu)線坐標(biāo)系和船體坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)用戶輸入的基準(zhǔn)線和收縮量計算得到結(jié)構(gòu)線的劃線數(shù)據(jù)。

（4）繪制板架圖

該軟件首先從模型數(shù)據(jù)中提取板零件的數(shù)據(jù)輪廓數(shù)據(jù)繪制板架輪廓線，然后繪制板零件的結(jié)構(gòu)線，接著根據(jù)計算得到的劃線數(shù)據(jù)進(jìn)行劃線標(biāo)注，最后完成板架的零件名和精度信息標(biāo)注。

（5）標(biāo)注劃線數(shù)據(jù)

為確保劃線圖清晰簡潔，避免船體坐標(biāo)系同一截面的劃線重復(fù)標(biāo)注，該程序在進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)注前會對劃線數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，刪除重復(fù)的劃線數(shù)據(jù)信息，最后在劃線圖上繪制基準(zhǔn)線，并將劃線數(shù)據(jù)標(biāo)注到劃線圖上。

3 軟件應(yīng)用

3.1 準(zhǔn)備分段板架數(shù)據(jù)

在應(yīng)用該軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)劃線出圖前，首先要檢查需要劃線的板架零件模型是否正確：可先在SPD 系統(tǒng)中打開需要處理的工程項目和分段，對需要做劃線圖的板架零件進(jìn)行展開，在展開過程中注意是否出現(xiàn)錯誤提示，如果存在錯誤的零件則需要在設(shè)計系統(tǒng)中檢查改正，確保劃線板架零件的模型無誤。

3.2 啟動軟件

該軟件啟動方式有三種：（1）在SPD 界面下的船體擴(kuò)展應(yīng)用中點(diǎn)擊“劃線標(biāo)注”按鈕啟動軟件；（2）在CAD 菜單中依次選擇工具＞宏＞加載工程，完成軟件的加載；（3）在CAD 命令行輸入VBALOAD 命令，選擇劃線標(biāo)注應(yīng)用軟件，完成軟件正確加載。

3.3 輸入?yún)?shù)

軟件根據(jù)識別到的SPD 工程項和分段名提取板架數(shù)據(jù)供用戶選擇；用戶選取所需的板架，并輸入劃線基準(zhǔn)線和收縮量；填寫參數(shù)時需要注意X 方向和Y 方向的坐標(biāo)系對應(yīng)SPD 模型剖面圖坐標(biāo)系，船長方向的基準(zhǔn)線填寫格式為FRaa+bb。其中，aa 代表肋位號，bb 代表基準(zhǔn)線距肋位的距離。

3.4 生成劃線草圖

完成參數(shù)設(shè)置后，點(diǎn)擊“繪圖”按鈕，軟件根據(jù)用戶所選取的板架名和輸入的精度參數(shù)，首先從數(shù)據(jù)庫中提取板架輪廓和劃線數(shù)據(jù)信息，繪制板架輪廓和劃線；然后根據(jù)基準(zhǔn)線和精度信息計算劃線數(shù)據(jù)；最后生成劃線草圖，并自動完成劃線信息標(biāo)注。

3.5 繪制結(jié)構(gòu)劃線圖

生成劃線草圖后，對于板縫線和不規(guī)則零件劃線數(shù)據(jù)可以采用半自動標(biāo)注方式：首先點(diǎn)擊“標(biāo)注”按鈕；接著選取劃線基準(zhǔn)線；然后選擇需要標(biāo)注的板縫線或者不規(guī)則零件劃線，軟件會自動判斷標(biāo)注方向并計算出劃線數(shù)據(jù)；最后完成板縫線和劃線標(biāo)注。圖3 為該軟件自動繪制的甲板結(jié)構(gòu)劃線圖。

圖3 結(jié)構(gòu)劃線圖

4 軟件應(yīng)用成果

（1）大幅提升了結(jié)構(gòu)出圖效率

該軟件開發(fā)完成后，在某船A 總段進(jìn)行了實(shí)船應(yīng)用測試：按照精度布置要求，某船A 總段所有具備平面板架的分段都需要做劃線圖，為此從中隨機(jī)抽取了5 個分段進(jìn)行測試。結(jié)果表明，軟件應(yīng)用前后設(shè)計工時顯著減少，如表1 所示。

表1 軟件在某船A 總段應(yīng)用成果（設(shè)計工時）統(tǒng)計

從表1 可以看出，軟件應(yīng)用后明顯提高了劃線圖的出圖工作效率，從而有效減輕了設(shè)計人員的工作負(fù)荷，縮短了生產(chǎn)設(shè)計周期，降低了產(chǎn)品設(shè)計成本，達(dá)到降本增效的目的。

（2）顯著提高了劃線圖紙質(zhì)量

首先，該軟件通過自動提取并計算板架數(shù)據(jù)，根據(jù)收縮補(bǔ)償量生成劃線板架圖，有效避免了手工量取劃線數(shù)據(jù)時的錯漏問題，提高了劃線圖質(zhì)量；其次，該軟件根據(jù)算法實(shí)現(xiàn)了劃線數(shù)據(jù)快捷高效高精度的計算，有效降低了傳統(tǒng)模式下手工量取數(shù)據(jù)和人工計算過程中產(chǎn)生的誤差，保證了設(shè)計數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性（見表2），提高了結(jié)構(gòu)劃線圖的精度。

表2 軟件在某船B 總段應(yīng)用成果（正確率）對比

（3）具有廣闊的應(yīng)用前景

結(jié)構(gòu)劃線圖是船體結(jié)構(gòu)圖紙重要組成部分，應(yīng)用結(jié)構(gòu)劃線自動處理軟件能夠滿足對所有需要劃線的船體板架進(jìn)行出圖的需求，快捷高效高精度地完成結(jié)構(gòu)劃線圖紙自動出圖工作，擴(kuò)展了SPD 設(shè)計系統(tǒng)在船體結(jié)構(gòu)出圖方面的功能，具有廣闊的應(yīng)用前景；同時，程序采用ActiveX Automation 的特性對SPD 進(jìn)行二次開發(fā)，具有友好的交互界面，操作簡便，易于掌握，使設(shè)計人員不需要掌握復(fù)雜的劃線數(shù)據(jù)計算原理，就可以輕松勝任結(jié)構(gòu)劃線的板架出圖工作，降低了結(jié)構(gòu)劃線圖的設(shè)計技術(shù)難度。

5 結(jié)束語

結(jié)構(gòu)劃線自動處理軟件，在中望CAD 進(jìn)行二次開發(fā)，彌補(bǔ)了SPD 在結(jié)構(gòu)設(shè)計出圖中的不足，提高了生產(chǎn)設(shè)計圖紙質(zhì)量和效率，降低了產(chǎn)品設(shè)計成本，達(dá)到了降本增效的目的，具有廣闊的應(yīng)用前景。