基于CATIA V6的船舶電氣設計研究

盧永進，吳 盛，汪 敏

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基于CATIA V6的船舶電氣設計研究

盧永進，吳 盛，汪 敏

（中國艦船研究設計中心，武漢430064）

信息化技術正在不斷促進船舶電氣設計水平的提高。結合電氣工程實際，從電氣資源配置和標準件庫創建兩方面系統闡述電氣建庫工作，并對三維電氣設備和電纜創建進行了詳細說明，系統分析了CATIA V6電氣原理圖設計和三維綜合布置操作流程。本研究對CATIA V6三維電氣設計提供了具體的理論指導和技術參考。

CATIA V6 船舶 電氣建庫 三維設計

0 引言

隨著信息化技術的發展，CAD/CAM/CAE一體化技術已在航空、航天、汽車等領域得到良好應用并獲得好評[1,2]。而船舶設計因其模型數據量巨大而發展較為緩慢。當前，CATIA V6軟件作為主流的CAD/CAM/CAE一體化軟件正在國內船舶行業推廣。因其引入國內時間較短，電氣設計相關技術與應用未見報道，同時，設計過程需在不同模塊之間頻繁切換和對設計權限進行有效管控。因此，有必要對CATIA V6電氣設計進行深入研究。

在CATIA V6中，電氣設計主要涉及Electrical System Design、Electrical 3D Part Design和Electrical 3D Design等模塊。其中，Electrical System Design模塊應用于二維設計，可創建電氣原理圖、建立邏輯體系結構、電氣設備布置、電氣接線圖、系統導入導出；后兩模塊應用于三維設計，Electrical 3D Part Design模塊主要用于創建三維電氣設備、托架、分段/分支（Segment/Branch）；Electrical 3D Design模塊則具備布置三維設備、設備接線、創建電氣幾何形狀（Electrical Geometry）、構建物理系統（Electrical Physical System）、敷設電纜、電網分析等功能。本文將結合具體模塊，從電氣建庫、原理圖設計、三維設備建模、綜合布置等方面系統介紹CATIA V6電氣設計。

1 電氣建庫

船舶電氣建庫包含資源配置和標準件庫創建兩大部分。其中，資源配置由Owner角色設計人員在Data Setup模塊完成設置，在Data Setup模塊中，涉及電氣專業的資源集主要有Electrical Data Exchange Resources、Electrical Feature Customization Resources、Electrical Logical Resources等六種，具體見表1所示。配置時，需定義并創建好本地文件，按路徑讀取相關文件即可。

電氣設備按照CB/T 14-2011《船舶產品專用圖樣和技術文件編號》進行編碼，采取3位系統號+2位序號的方式。而設備創建完成后，統一由Leader角色設計人員存入電氣標準件庫。電氣標準件庫分多級Chapter，類似文件夾，一級Chapter按總類命名，具體為電機、電源和電站設備，照明、電熱和日常電設備等；二級Chapter按系統分類，包含供電系統設備、配電系統設備等；而三級Chapter按具體設備細分，如柴油發電機組、接地電阻柜等，而四級Chapter按二維和三維分類，具體分二維符號和三維模型，詳見圖1所示。

2 原理圖設計

CATIA V6具備從原理圖設計到三維放樣的功能，可滿足船舶電氣專業設計需求，功能較為強大。電氣原理圖繪制由專業設計人員在Symbol Design、Electrical System Design模塊中開展工作，整個設計流程見圖2所示。

設計前需進入Symbol Design模塊，創建電氣設備二維符號并定義連接點，由Leader角色設計人員統一存入標準件庫中。然后進入Electrical System Design模塊，根據不同系統劃分，構建對應的特征樹，設計人員結合具體系統開展原理圖設計工作，插入和布置設備等符號，連接電纜，從而形成系統原理圖。原理圖繪制完成后，可利用工具欄BI Essentials中的Electrical: Connectivity review項進行連接性檢查，根據線路呈現顏色判斷連接狀況。綠色表示完全連接；黃色表示部分連接；紅色表示沒有連接；白色表示沒有電氣連接性。

3 三維電氣設備和電纜創建

船舶電氣設備在CATIA V6的Electrical 3D Part Design模塊中完成創建，進入模塊后需選取Equipment作為設備類型，再切換至Part Design Essentials模塊，開展具體三維設備建模。建模方法主要包括特征建模、由曲面生成實體模型、在裝配中生成實體模型和其它CAD模型轉換導入等四種，設計者可根據工程實際合理選擇方法。電氣設備三維模型務必根據真實幾何尺寸，按1：1比例創建，同時準確表達與船體、電纜等接口信息，定義出重量重心等屬性。電氣設備電纜接口選Cavity類型創建，創建Cavity后的設備如圖3所示。對于電站類大型設備可采用裝配類型管理多態模型，創建出操作和維修空間模型，便于綜合放樣干涉檢查和維修拆裝等虛擬驗證。

電纜創建在Electrical 3D Part Design模塊中操作。需定義Electrical Conductor類型，并設置顏色、截面積、外徑、彎曲半徑、線密度等參數，電纜創建完成后，應存儲在標準件庫中。

4 電氣三維綜合布置

電氣三維綜合布置在Electrical 3D Design中完成，具體操作流程如圖4所示。進入模塊后，建立特征樹節點，開展電氣設備布置，而設備調用具體包括從服務器調用、對已布置設備重用、從資源庫調用三種方式。在艙室中調入設備后需結合羅盤操作進行位置移動和方向調整，以確定電氣設備安裝位置。在特征樹中創建Electrical Geometry（電氣幾何形狀）節點，接著創建子節點Electrical Branch Geometry（電氣分支幾何），并定義具體名稱和選擇電纜通道參數，下面根據電氣設備位置開展電纜通道設計。在特征樹中定義Electrical Physical System（電氣物理系統），對應電纜通道敷設電纜，并定義電纜外徑、彎曲半徑、線質量等參數。在CATIA V6三維電氣設計中，電纜不存在物理模型，只賦予物理屬性信息，具備開展電纜連通性設置和檢查能力。設計完成后可對電纜填充率進行計算和評判。圖5為某艙室電氣三維綜合布置場景。

5 結論

基于CATIA V6平臺，從電氣建庫、原理圖設計、三維電氣設備和電纜創建、電氣三維綜合布置等方面入手，開展了具體研究，體現在：

1）結合國內船舶電氣設計業務模式，從CATIA V6電氣資源配置和標準件庫創建兩個方面展開分析，梳理出了面向船舶設計的電氣建庫思路；2）針對電氣原理圖設計，詳細介紹了二維原理圖設計流程；3）系統介紹了電氣設備建模和電纜創建方法，并對設備的電纜接口創建進行了重要說明。同時，系統闡述了電氣三維綜合布置流程。

參考文獻:

[1] 邵開文, 馬運義. 艦船技術與設計概論[M]. 北京: 國防工業出版社, 2005: 1-20.

[2] 曾魯山,曾凡明，等. 基于CATIA和VIRTOOLS技術的虛擬機艙漫游研究[J]. 中國艦船研究, 2008, 3 (5): 62-64, 80.

CATIA V6-based Electrical Design for a Ship

Lu YongJin, Wu Sheng, Wang Min

(China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

U662.9

A

1003-4862（2016）09-0034-03

2016-04-15

盧永進（1982-），男，博士。研究方向：船舶數字化設計。