基于CATIA V6的船舶風管數據分析

盧永進，吳波，李濤濤

中國艦船研究設計中心，湖北 武漢 430064

基于CATIA V6的船舶風管數據分析

盧永進，吳波，李濤濤

中國艦船研究設計中心，湖北 武漢 430064

［目的］為深入探索CATIA V6船舶風管設計和相關數據組成，［方法］結合實際工程背景，建立CATIA V6通風系統三維設計方法，分析管附件資源庫結構組成和風管放樣流程；圍繞系統設計各模塊組成，指出各模塊處理對象和數據儲存位置，以明確研究對象。在此基礎上，系統闡述基礎技術表定義和具體內容，重點介紹其內容擴展性，并針對通風管路三維模型，深入研究底層數據結構。［結果］經分析研究，得到了主要技術表之間的關聯性。［結論］研究結果有利于設計者深入掌握通風系統設計，對定制開發可提供理論指導和技術支撐。

通風管路；三維設計；CATIA V6；技術表；數據分析

0 引 言

良好的通風設計和合理的氣流組織可為船舶艙室提供高品質空氣和舒適環境，現已成為船舶研制的關注重點。而當前的一個重要方向即利用日趨完善的數字化技術開展通風系統優化設計以實現氣流的合理組織［1-3］。

在船舶設計領域，三維設計技術已成為提高船舶研制效率和改進產品質量的重要途徑，也為虛擬現實和仿真分析提供技術基礎。由于船舶系統設計的復雜性和模型數據量巨大，且總體設計難以達到生產建造工藝所要求的設計深度，使得數字化技術在一體化設計建造中的應用滯后。目前，國內船舶領域已先后引入CADDS5，FORAN，TRIBON，CATIA V5等軟件，并獲得了初步成效［4-9］。結合應用現狀，船舶三維設計軟件性能的對比如表1所示，可見CATIA平臺作為通用軟件，盡管模型數據量大，但關聯性設計強，CAD/CAE集成度高，具備版本管理和權限控制，在船舶設計領域具有較強優勢。其中，CATIA V6相比CATIA V5而言，在協同設計、協作創新及虛擬驗證方面提出了新的行業標準，并針對船舶結構、輪機、電氣等專業設計進行了系統功能增強，為用戶提供了全新的解決方案。

近年來，法國達索公司推出的CATIA V6產品正在國內船舶行業得到穩步推廣。但作為通用設計平臺，CATIA V6缺乏與國內船舶研制的有效融合，尚待進行設計加速、質量檢查、二維出圖等定制開發，而CATIA V6底層數據是開展定制開發的前提和基礎。船舶通風系統設計是船舶設計的一項重要內容，有必要結合船舶通風系統進行數據分析研究。

1 CATIA V6通風系統三維設計方法

CATIA V6是由法國達索公司與IBM公司基于類C語言程序CNEXT開發的CAD/CAM/CAE通用軟件平臺。軟件平臺能滿足船舶從方案設計到生產設計中各專業的基本需求，具體涵蓋總體型線、船體結構、管路系統、暖通、舾裝、電氣等專業。

結合工程研制背景，CATIA V6船舶通風系統三維設計主要包括管附件建庫和風管放樣兩部分。管附件建庫時，進入HVAC 3D Part Design模塊完成參數化建模（HVAC代表供暖、通風與空調，簡稱暖通），與設計表關聯后進行解析，批量生成標準件，然后按種類分別存入基礎模型管理文件Catalog中。而風管放樣則進入Piping&Tubing Systems Design模塊，創建系統管線號，選擇已引用濾器的規格書，然后在特征樹中實現Logical與Physical節點相關聯。再切換至HVAC 3D Design模塊，調入相關設備，創建三維管材，插入管附件。在設計過程中應有效開展干涉檢查，并對風管布置進行相應調整。風管三維設計流程如圖1所示。

風管建庫時，附件參數化建模應以YZ平面為對稱面，確保與管材相匹配。管材和附件標準件庫用于分類存放、管理和檢索空調通風系統標準件，下分多級Chapter，類似文件夾。根據工程研制經驗，一級Chapter按部件種類分，具體為風管、調風門、肘管、法蘭、墊片、變徑、三通、通艙管件等；二級Chapter可按具體標準分類，以調風門為例，分為調風門_CB/T 3726-1995、調風蝶閥_CB 1285-1996等；底層即為解析后的標準件，具體如圖2所示。

在風管放樣過程中，伴隨管材布放和管附件添加，需實時開展干涉檢查，以判斷風管與船體、電纜及其他管路是否產生碰撞，從而減少或避免并行設計過程中的干涉問題，有效控制設計質量和技術狀態。獲取干涉檢查結果后，各專業設計人員需圍繞具體問題開展布置協調，并以協調結果為依據，對風管設計進行修改完善。由于設計處于不斷平衡和反復迭代的過程中，干涉檢查將伴隨整個風管施工設計，直至出圖才能結束。

2 CATIA V6設計數據存儲

由通風系統三維設計方法分析可知，CATIA V6通風系統設計主要由Data Setup，HVAC 3D Part Design，Piping& Tubing Systems Design，HVAC 3D Design等模塊組成，其關系如圖3所示。從圖3來看，CATIA V6配置了Database Server和File Server兩大服務器。Database Server用于存儲屬性、表格和裝配關系，而File Server則存儲幾何模型和文檔類文件。各模塊產生的相關信息對應存儲至服務器中，作為其他模塊的數據來源。其中，Data Setup和Piping&Tubing Systems Design模塊創建的數據和引用全部存入Database Server中；HVAC 3D Part Design和HVAC 3D Design模塊產生的三維模型和設計表存入File Server，而其屬性信息與在標準件庫中的位置關系儲存在Data?base Server服務器；運用Drafting模塊出圖則從兩大服務器讀取模型和屬性等具體信息。

3 基礎資源庫數據

風管基礎資源庫配置旨在建立完整詳實的基礎技術表、規格書、資源集，是風管三維設計的基礎，而基礎技術表內容則作為重要的底層數據，是基礎資源數據的核心。

3.1 基礎技術表

基礎技術表是資源庫配置的基礎，CATIA V6提供了十多張風管技術表，這些技術表分為基礎數據表和設計規則表兩大類，具體如表2所示。其中，基礎數據表包含標準體系表（Standard Table）、材料種類表（Material Category Table）、材料表（Material Table）、部件子類表（Part Subtype Table）、等效通徑表（HVAC Equivalent Diameter Table）等，分別定義設計采用的標準體系、材料種類、材料名稱、附件子類、風管尺寸規格等。而設計規則表用于建立風管彎管規則和管件自動匹配規則，具體為風管彎管半徑表（HVAC Turn Rule Table）、最短直管段長度表（HVAC Minimum Straight Length Table）和風管管件自動匹配表（HVAC Automatic Part Rule Table）等5張表。不僅技術表之間存在數據引用關系，而且向管材標準件創建提供基礎數據，還為管附件賦予相應屬性。

3.2 技術表內容分析

基礎技術表類似于Excel表，包含一系列涉及管附件屬性和幾何參數的離散值，如Equivalent Diameter，Material，End Style，Height等，其內容默認定義為String，Length，Mass，Angle等字段類型。對于等效通徑表而言，其默認為自帶的Equivalent Diameter，Shape 2個屬性和 Height，Width及Corner Radius 3個參數值，如表3所示。其中，Shape表示風管截面類型，可定義為矩形截面、跑道截面、橢圓截面和圓截面4種，具體尺寸由V_Height，V_Width和V_Corner Radius 3個參數決定，風管不同截面形狀參數取值如表4所示。對圓形截面風管而言，僅需定義V_Height，表示圓形截面直徑，而系統自動默認V_Width與V_Height等值，V_Corner Radius為0；矩形截面風管則根據工程實際定義3個參數值，若無需折角，則V_Corner Radius設置為0，否則按具體折角半徑取值。

技術表內容可根據工程需要自行添加。管材規格表是重要的基礎技術表之一，默認自帶Equivalent Diameter，Shape等10個離散值。該表可作為設計表與參數化管材相關聯，賦予管材相關屬性和幾何參數。為此，需要對每一種管材進行命名，有必要增加Title項，并設置為字符類型。同時，從出圖滿足重量重心統計角度考慮，添加Linear Weight項定義管材線密度，字段類型設置為Linear Mass，對應CATIA V6中的單位kg_m（即國標標準計量單位kg/m），從而擴充基礎數據內容，具體如表5所示。

3.3 技術表的關聯關系

由于不同項目對數據配置存在多樣性，一兩張基礎技術表涉及的內容根本無法滿足項目研制需求，往往需結合多張技術表才能實現基礎資源配置。因此，技術表之間的關聯關系為開展CATIA V6定制開發提供了橋梁，主要風管技術表之間的關聯關系如圖4所示。

從圖4可以看出，所有技術表都是通過各種離散值密切聯系在一起。首先，材料表引用了材料種類表中的種類屬性，然后，管材規格表關聯材料表、等效通徑表、端部類型表等技術表的對應信息。風管彎管半徑表引用了彎管彎模倍數表中的彎模半徑、倍數，風管彎模直徑表中的彎模直徑，以及部件子類表中的部件子類。同時，該表中的等效通徑、截面形狀、材料名稱、材料種類和幾何參數被管材規模表所引用。因此，技術表的關聯關系，不僅便于數據的存儲和讀取，而且可確保數據一致性和減少數據輸入工作量。

4 風管模型底層數據結構

在設計過程中，大量的模型數據關乎系統穩定性，所以對軟件提出了更高的要求。為此，CATIA V6采用基于VPM的設計/制造并行工程理念，具備上下文管理、成熟度管理、關聯設計管理等功能，能夠很好地實現對三維設計模型的管理［10］。

通風管路三維模型在CATIA V6中由屬性信息和幾何信息共同表達，按樹狀結構組織，其屬性信息囊括等效通徑、材料、端部類型等所有信息，而幾何信息則由坐標點和基本圖元等組成。整個樹狀結構不僅集中表達了產品、管材和附件之間的從屬關系，而且有利于用戶訪問相關對象讀取數據信息。圖5所示為CATIA V6通風系統模型數據結構，風管三維模型由VPM Reference和VPM Port兩部分組成，前者表達屬性和方法，包含風管實體和管線信息，具體涵蓋管材和調風門、墊片、法蘭、彎頭、三通等附件幾何實體，并對屬性和幾何信息進行了規范定義和表達。VPM Reference具備用戶擴展功能，如V_PartType為字符型，字符長度不能超過40個。而VPM Port封裝了管材和附件的詳細接口信息，包含標準、壁厚、截面形狀、等效通徑以及幾何參數，便于定制開發時獲取相應數據。

5 結 語

以通風系統管路設計作為研究對象，根據工程實際，建立了合理的風管資源庫結構和三維設計流程，明確了通風系統設計數據流向。結合CATIA V6設計相關模塊，解析出數據存儲方式和對應服務器。通過對基礎資源庫數據展開分析，系統介紹與通風系統設計緊密相關的基礎技術表，并說明了主要技術表內容以及各表之間的關聯關系，結合實例闡述了技術表的內容添加方法，以提高系統的可擴充性和集成性。同時，針對通風管路模型數據，系統分析數據結構組成，為通風系統設計加速、質量檢查、二維出圖等專業定制開發提供極有價值的參考。

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Data analysis of ship ventilation ducts based on CATIA V6

LU Yongjin，WU Bo，LI Taotao
China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

In order to research on CATIA V6 ship duct design and related data，combined with a practical engineering background，a three-dimensional design method for the CATIA V6 ventilation system is exhibited，and the catalog composition of duct fittings and duct lofting process are presented.Meanwhile，revolving around the system design modules，the module processing objects and data storage location are analyzed in order to determine the object of study.And on this basis，the definition and specific content of the engineering technological tables are illustrated in detail；specifically，the contents are extended. Moreover，in light of the three-dimensional model，further research into the underlying data structure of ventilation ducts is implemented.The relationships between the major technological tables are shown.The results of the study are not only beneficial for designers to grasp design technology，but also essential for software developers to secure theoretical guidance and technical support.

ventilation duct；three-dimensional design；CATIA V6；technological table；data analysis

U662.9；TP391

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.007

http://kns.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20170313.1612.026.html

盧永進，吳波，李濤濤.基于CATIA V6的船舶風管數據分析［J］.中國艦船研究，2017，12（2）：57-62. LU Y J，WU B，LI T T.Data analysis of ship ventilation ducts based on CATIA V6［J］.Chinese Journal of Ship Re?search，2017，12（2）：57-62.

2016-06-29 < class="emphasis_bold"> 網絡出版時間：

時間：2017-3-13 16:12

國家部委基金資助項目

盧永進（通信作者），男，1982年生，博士，工程師。研究方向：船舶設計信息化。

E-mail：soda1998@126.com

期刊網址：www.ship-research.com