基于CATIA知識模板的船體貫穿開口設計研究

韓海榮，劉 偉，朱佳文

（中國艦船研究設計中心，武漢 430064）

基于CATIA知識模板的船體貫穿開口設計研究

韓海榮，劉 偉，朱佳文

（中國艦船研究設計中心，武漢 430064）

結合船舶結構貫穿開口的特點，以CATIA軟件為設計平臺，利用CATIA知識模板技術設計結構貫穿開口的參數化模板，并作為標準通用工具供設計人員調用，使重復性的設計工作參數化、規范化，提高設計效率和設計質量。

知識模板；貫穿開口；船舶協同設計

0　引言

隨著造船工業的不斷發展，CATIA等三維設計工具在船舶設計中的應用逐步深入，船舶設計過程中有成千上萬的貫穿開口管理需求。針對船舶開口方面的研究，主要集中在開口對結構性能影響以及開口后對結構的加強等方面，關于海量開口的設計和管理尚沒有相關可查閱的資料。使用CATIA原生功能進行全船開口的設計和管理工作量大、重復工作多、易于出錯，在設計效率和質量控制上存在一定的弊端。本文在分析船體結構貫穿開口的實際業務流程及設計參數的基礎上，利用CATIA知識模板技術，定制參數化的貫穿開口設計模板，用戶可以在一個模板中完成開口所有相關參數的選擇和輸入，一鍵完成開口需求提交，還可以通過調整參數對生成的開口進行修改。對于提高海量貫穿開口的設計和管理具有重要意義。

1　貫穿開口業務流程

船體貫穿開口是為滿足某些設備安裝運行、人員通行、物資轉運流通、通風排氣等需求而需要改變原有的船體結構的一種設計行為。全船的門窗梯蓋、電梯通道、設備檢修口等均需貫穿開口。一般由設備責任專業設計人員發起貫穿開口請求，開口請求中包括開口位置、大小、形狀等開口理論線基本信息；結構專業設計人員結合相關的結構設計準則和規范分析開口對結構性能的影響分析，進而明確開口需求是否受理，受理的開口需求將會進一步完成實際開口，不受理的開口將返回開口申請者，通過進一步協調修改后重新提交。具體如下：

圖1　貫穿開口業務流程

2　基于知識的貫穿開口模板定制

2.1CATIA原生功能

利用CATIA原生功能創建開口，首先專業設計人員需要結合設備布置位置、設備運行需求等設計知識確定開口位置、形狀、大小，利用草繪工具創建開口理論線。開口理論線的創建在曲面模塊，受先根據開口平面所在位置創建草繪平面，然后在草繪平面上繪制開口形狀，再通過約束工具編輯開口的大小和位置。如果需要修改開口理論線，需要重新進入草繪界面中。

2.2基于知識的貫穿開口模板

基于CATIA原生功能創建開口理論線步驟繁瑣，操作不便，效率低下。因此，定義基于知識的貫穿開口模板（Opening Template based Knowledge， OKT），OKT反映了系統設計對開口的具體要求，封裝了開口理論線的形狀、大小、定位等基本信息。實例化后的OKT為一個part單元。

基于知識的貫穿開口模板OKT可表示為OKT｛Pr，T，Pa，Po，D｝。其中Pr為父節點標示；T｛t1，t2，...，tn｝代表開口類型；Pa｛p1，p2，...，pm｝為開口參數列表，每個開口類型對應一組特有的參數列表；Po=（x，y，z）為開口定位信息；D描述開口的方向等信息。如圖3所示，給出了OKT模型。

圖2　基于Catia原生功能的開口理論線繪制

圖3　基于知識的貫穿開口模板模型

3　基于知識的貫穿開口模板應用

基于以上信息定制貫穿開口的參數化模板工具，如圖4所示。該工具具有基本信息輸入、預覽、參數值編輯等功能。

1）基本信息輸入

（1）父節點信息

選擇一個Product作為開口的父節點，父節點名稱主要包含所在的總段區域信息、專業及系統信息，為開口自動編碼的提供信息源。

（2）開口形狀信息

預先在庫中設置了一些開口的基本形狀，包括圓孔、腰圓孔、帶四邊倒角的方孔、不帶倒角的方孔、等腰梯形孔等，用戶可以通過下拉列表來選擇開口類型，選擇后，每種類型的開口包含不同的參數列表。參數列表通過開口類型id與對應的開口形狀進行關聯。

圖4　貫穿開口的參數化模板工具

圖5　開口類型和參數的存儲模型

（3）開口大小信息

選擇了開口形狀后，下方自動出現對應的參數列表，手動輸入參數值。

（4）開口定位信息

一般以開口中心點或者角點作為開口定位坐標，完全對稱的形狀以開口中心點進行定位。可以手動編輯或者點擊上下按鈕設置定位點的坐標值

（5）開口方向信息

即開口理論線的參考平面，可以選擇xy，yz，zx平面或自定義平面CustomPlane，當選擇自定義平面時，命令狀態跳轉為“Please select a plane for sketch”，交互選擇一個平面，其后列表框顯示所選平面的全路徑。通過RotationAngle參數可以設置理論線相對于參考平面的角度。

（6）投影信息

默認為沿理論線法向投影進行開口，如果有特殊需求的可設置投影方向，可以選擇 x，y，z或自定義方向CustomDirection。如果無特殊要求，則Project Or Not選擇No即可，這時Opening Surface和Select Project Surface將被設置為不可用。

2）預覽

點擊“Preview”，預覽生成的理論線。如果預覽之后點擊“Cancel”，則撤銷預覽所生成的一切。如果預覽之后覺得生成的結果不滿意，則可以繼續更改輸入和設置，然后繼續“Preview”，直到得到想要的結果，此時結構樹上只會出現一個結果，不會每次預覽都增加一個結果。

圖6　貫穿開口理論線預覽界面

3）參數編輯

點擊“OK”，確定生成開口理論線后，在結構樹上將會自動創建一個part節點，系統按照預先定義的編碼規則自動編碼，可對參數進行編輯以修改貫穿開口位置和尺寸參數。

圖7　自動生成的貫穿開口節點

4　結束語

本文提出的基于CATIA知識模板的貫穿開口模板設計方法已經在船舶設計中得到實際應用，顯著提高了開口提交的效率和質量，具有以下特點：

1）提出了基于知識的貫穿開口模板概念，在同一個模板中既涵蓋了系統設計對開口的信息需求，又包括了結構處理開口所必須的信息輸入，設備責任專業設計人員可以在一個界面中完成所有開口信息的錄入，有效減少了設計迭代次數，顯著提高設計效率。

2）開發了貫穿開口的參數化模板工具，用戶在開口理論線生成之前可以預覽開口形狀、大小、方向、位置等是否合理，確認后還可以修改參數來編輯開口，人機交互簡單，操作靈活方便，顯著提高了開口設計質量。

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Study on hull penetration opening design based on knowledge template of CATIA

HAN Hai-rong， LIU Wei， ZHU Jia-wen

TP391

A

1009-0134（2016）10-0139-03

2016-08-12

韓海榮（1984 -），女，陜西渭南人，工程師，碩士，研究方向為制造業信息化。