基于AutoCAD和PDM的船舶總圖數字化設計方法研究

朱佳文，肖鵬安，韓海榮

（中國艦船研究設計中心，武漢 430064）

基于AutoCAD和PDM的船舶總圖數字化設計方法研究

朱佳文，肖鵬安，韓海榮

（中國艦船研究設計中心，武漢 430064）

在船舶產品的總體設計過程中，由于艙室數量多而導致統計艙室面積、容積、周長等總體設計參數耗時多，船舶總圖缺乏數字化管理模式。本文提出一種基于AutoCAD和PDM的船舶總圖數字化設計方法，該方法將船舶總圖中甲板與艙室的名稱、編號、幾何信息通過擴展數據的格式存儲在二維圖紙的甲板與艙室的邊界線上，利用基于Cauchy定理和Cauchy積分公式推導的算法可以判斷艙室所屬的甲板，并在PDM中建立了描述船舶總圖的艙室接口、甲板接口、區域結構樹，然后在AutoCAD中開發與PDM集成的接口，使得船舶總圖設計人員可以在AutoCAD環境中繪制數字總圖并進行實時發布，同時還可以動態加載PDM中的數字總圖。該方法可有效提升船舶總布置信息的綜合分析能力，為裝置、船舶保障、電力等系統的自動設計，以及自動提取設備重量重心、設備三維模型自動布置奠定有力條件。

AutoCAD；PDM；船舶；總圖；數字化

0 引言

在船舶總體設計過程中，由于艙室數量較多，艙室的幾何外形比較復雜，有些艙室跨越多層甲板，有些艙室的艙頂與艙底幾何外形不一致，在每一版總圖發布過程中，為了熟悉與甲板、艙室相關的各項設計參數，需要統計匯總全船的艙室面積、容積，同時還需要了解艙室在甲板中的位置信息，大量的計算嚴重影響了專業設計人員的工作效率。

目前，總體專業的設計人員主要是基于AutoCAD開展二維總圖的管理與發布，但是在總圖的管理與發布過程中主要是基于文檔的管理，缺少針對甲板、艙室的幾何參數、編號、位置信息的數字化管理，無法自動獲取各個艙室的面積、容積等幾何信息，嚴重影響了各個專業設計人員的工作效率，同時還降低了船舶的研制質量。

因此，為了提升船舶設計人員的工作效率，同時提高船舶的研制質量，我們需要一種新的方法在AutoCAD中完成船舶總圖的設計工作。

1 數字化設計方法概述

在船舶總體設計過程中，由于傳統的總圖繪制模式影響了船舶總體設計參數的統計與分析效率，我們提出一種基于AutoCAD和PDM的船舶總圖數字化設計方法，該方法將船舶總圖中甲板與艙室的名稱、編號、幾何信息通過擴展數據的格式存儲在二維圖紙的甲板與艙室的多邊形邊界線上，并在PDM中建立了描述船舶總圖的艙室接口、甲板接口、區域結構樹，然后在AutoCAD中開發與PDM集成的接口，使得船舶總圖設計人員可以在AutoCAD環境中繪制數字總圖并進行實時發布，同時還可以動態加載PDM中的數字總圖。

在該方法中，我們開發了AutoCAD與PDM集成的程序，在該程序中我們利用了基于Cauchy定理和Cauchy積分公式推導的算法來判斷多邊形的內部與外部，從而可以快速判斷艙室與甲板的歸屬關系。

2 多邊形內外的判別方法

本節利用復變函數中的Cauchy定理和Cauchy積分公式推導的算法，來判斷多邊形的內部與外部。即：在二維平面中，通過一個點與多邊形頂點連線的俯角進行運算，根據運算的結果可判斷該點是否在封閉多邊形內部。

圖1 沿著復平面中有向線段的積分

1）點A在封閉多邊形ω內部，考慮復平面的常值函數f(z)=1，則函數在ω圍成的區域中解析，即由于原點根據Cauchy積分公式，

圖2 點A在封閉多邊形ω內部

因此，

由于θt與rt，與均為實數，所以，

圖3 點A在封閉多邊形ω外部

因此，

根據上述函數在有向線段上的積分推導，得到：

由于θt與rt，與均為實數，所以，

綜上（1）（2）所述，我們可以得到如下的結論：

3 數字總圖實施方法

3.1 詳細流程

基于AutoCAD和PDM的船舶總圖數字化設計方法流程圖，如圖4所示。

下面結合流程圖，對基于AutoCAD和PDM的船舶總圖數字化設計方法的工作流程進行詳細描述：

1）管理員在PDM接口數據提交系統中新建船舶型號產品Product_N；

2）根據船舶總體設計要求，總體專業在PDM接口數據提交系統的接口協調定義模塊中定義產品Product_N的“艙室空間位置”接口關系，它包含接口屬性：底、頂、艙室底面積、艙室頂面積、艙室層高、容積、周長、艙底Z坐標、艙頂Z坐標、艙頂附近的甲板名稱；

圖4 基于AutoCAD和PDM的船舶總圖數字化設計方法流程圖

3）根據船舶總體設計要求，總體專業在PDM接口數據提交系統的接口協調定義模塊中定義產品Product_N的“甲板空間位置”接口關系，它包含接口屬性：甲板序號、甲板Z坐標、甲板層高、底、甲板基點X坐標、甲板基點Y坐標；

4）管理員根據產品Product_N的水密區、甲板的組成在PDM接口數據提交系統的區域瀏覽器中創建區域結構樹；

5）在AutoCAD的加載應用程序的啟動組中添加定制開發的CAD與PDM的數字總圖集成程序“DES-GD.dvb”與“DES-GD.lsp”，每次啟動AutoCAD將自動加載程序并啟動“PDM-GD”功能菜單，“PDM-GD”功能菜單中包括：“總布置圖基本信息”、“批量發布艙室數據到PDM”、“批量發布甲板數據到PDM”、“動態加載艙室”、“繼續發布艙室數據到PDM”；

6）總體專業的設計人員在AutoCAD中新建總圖文件“Product_N_General.dwg”，通過功能菜單“總布置圖基本信息”設置總圖的基本信息，包含：設置產品代號“Product_N”、設置設計階段“技術設計”、設置版本“1.0”、設置基點（通過鼠標點選確定基點X坐標、基點Y坐標）等信息；

7）每層甲板用一個多段線進行描述，多段線表示甲板的幾何邊界，甲板的設計數據以擴展數據格式通過程序保存在多段線中，甲板多段線的擴展數據格式如表1所示。

表1 甲板多段線的擴展數據格式

8）總體專業的設計人員在甲板圖層“SZZT_JIABAN”中，用多段線分別繪制總圖中的各層甲板，在“編輯甲板”模式下（快捷鍵：在AutoCAD中輸入bjjb），單擊甲板，即可對甲板的序號、編號、名稱、Z坐標、甲板層高、甲板基點X坐標、甲板基點Y坐標等信息進行設置；

9）每個艙室用一個多段線進行描述，多段線表示艙室的幾何邊界，判斷艙室所屬的甲板，可通過第二章中的算法實現，艙室的設計數據以擴展數據格式通過程序保存在多段線中，艙頂多段線與艙底多段線的擴展數據格式如表2所示。

表2 艙底多段線的擴展數據格式

表3 艙頂多段線的擴展數據格式

10）總體專業的設計人員在艙室圖層“SZZT_CANGSHI_BOTTOM”中，用多段線分別繪制總圖中的各個艙室，在“編輯艙室”模式下（快捷鍵：在AutoCAD中輸入bjcs），單擊艙室，即可對艙室的編號、名稱、艙頂Z坐標、艙底Z坐標、艙頂附件的甲板名稱等信息進行設置；

11）總體專業的設計人員利用集成程序完成總圖的繪制后，通過功能菜單“批量發布甲板數據到PDM”，即可將該總圖中的甲板數據通過集成程序和已定義的“甲板空間位置”接口關系發布到PDM的區域瀏覽器中；

12）總體專業的設計人員通過功能菜單“批量發布艙室數據到PDM”，即可將該總圖中的艙室數據通過集成程序和已定義的“艙室空間位置”接口關系發布到PDM的區域瀏覽器中；

13）總體專業的設計人員在完成總圖數據的發布后，所有專業的設計人員即可通過功能菜單“動態加載艙室”將PDM區域瀏覽器中的甲板、艙室數據下載到本地，并自動還原總圖（將甲板的幾何信息加載到“SZZT_JIABAN”圖層，將艙室的幾何信息加載到“SZZT_CANGSHI_BOTTOM”圖層，同時將PDM中甲板、艙室的接口數據通過擴展數據保存在甲板、艙室的邊界線中）；

14）總體專業的設計人員加載總圖后，即可對總圖中的甲板、艙室數據進行修改，并可再次發布新的總圖數據。

3.2 方法特征

在本文提出的基于AutoCAD和PDM的船舶總圖數字化設計方法中，甲板、艙室多段線保存的設計數據中不含產品信息，總圖的產品代號、設計階段等信息在“總布置圖基本信息”中設置，通過修改“總布置圖基本信息”，總圖具有可復用性。

總圖的發布權限通過PDM中的產品團隊模塊進行管理，所有專業的設計人員均可以通過加載數字總圖下載總圖的設計數據，僅總體專業的設計人員具有發布總圖數據的權限，設計人員每次啟動AutoCAD通過集成程序與PDM進行數據交互時，PDM會要求設計人員輸入帳號、密碼進行身份驗證。

該方法開發的集成程序，艙室數據的發布支持斷點續傳，可通過“繼續發布艙室數據到PDM”功能菜單實現。

所有專業的設計人員加載總圖后，就可以利用總圖開展設計工作，可以實現自動識別設備的艙室信息、自動提取設備重量重心、自動開展設備三維模型的布置等功能。

4 結束語

本文研究了基于AutoCAD和PDM的船舶總圖數字化設計方法，該方法解決了船舶總體設計過程中總布置數據處理工作煩瑣、總布置數據缺乏有效管理、設計效率低下的問題，使得AutoCAD二維總布置圖與PDM數據高度集成，針對船舶中甲板、艙室的名稱、編號、幾何信息實現了數字化管理，具備自動提取全船艙室的面積、容積、周長等功能，并對建數字化總圖進行版本管理，為裝置、船舶保障、電力等系統的自動設計、提升船舶總布置信息的綜合分析能力、自動識別設備的艙室信息、自動提取設備的重量重心、自動布置設備三維模型奠定了基礎。

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THE

ZHU Jia-wen, XIAO Peng-an, HAN Hai-rong

TP206

：A

：1009-0134(2017)08-0141-04

2017-05-19

朱佳文（19 -），男