CATIA二次開發在船舶型線出圖中的應用

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(深海載人裝備國家重點實驗室，江蘇 無錫 214082)

CATIA具有強大的船舶協同設計能力，在缺乏母型的船舶設計過程中，可以利用CATIA強大的曲面造型功能直接對外形進行建模設計。在整個船舶設計周期中，從方案設計、技術設計、詳細設計到最后的施工設計中，涉及到多次船體型線的出圖工作。與Napa、Tribon等船舶專用設計軟件不同，CATIA軟件無法直接生成型值表和型線圖。因此，有的部門采用人工手動量取型值的方法。但是，以正常站位劃分，一次出圖往往需要多達幾百次的型值獲取，肋骨型線圖更是多達幾千個型值點。這種方法費時費力、重復性多、出錯率高，嚴重降低了工作效率。為此，考慮采用VB對CATIA進行二次開發，得到可以快速獲取復雜外形型值點和型線圖的程序，解決型線圖出圖效率低、繁瑣易錯的問題。

1 CATIA二次開發方法

CATIA提供了COM和DCOM接口，支持從腳本到VB、VC、Delphi等通用開發工具，方便用戶特殊需求的定制[1]。VB6.0使用面向對象技術，擁有多種功能強大的控件，可快速方便地進行中小程序的開發，在非專業程序設計人員中的使用量較大。本文采用VB6.0對CATIA進行二次開發。在VB中，CATIA作為一個OLE自動化服務器，通過COM接口即可訪問CATIA內部對象，引用CATIA的類庫對象即可對CATIA進行相關的操作[2-4]。此外，程序還引用了EXCEL庫，可以方便地將型值表直接導出成Excel文件。運用VB編寫程序設計界面，更直觀地進行參數的輸入和數據的傳遞，驅動剖面型線劃分，最終導出型值表和型線圖。整個程序流程見圖1。

圖1 程序流程

2 船舶型線出圖程序設計開發步驟

2.1 曲面獲取

在進行完船舶外形三維建模后，將整個船殼外形結合成一張完整的曲面，沿中縱剖面對其分割，取其一半曲面并命名，比如命名為hull。在本程序的初始化設定模塊中，輸入該曲面所在幾何圖形集名稱和曲面名稱。通過該名稱，vb調用CAITA的Item()函數即可獲得該曲面的句柄。為了使結構樹更加清晰，在初始化模塊中還應自動創建相應的幾何圖形集用來容納出圖的中間過程。除此之外，還應設定要導出的型值表和型線圖的文件位置。在型線出圖過程中，可能會對站距、站位有調整，需要再次型線出圖，可以通過勾選刪除幾何圖形集復選框刪除上次出圖過程中的中間過程。

2.2 主尺度計算

為了對剖面線與主體是否相交的判斷提供依據，需要獲得曲面所在區域。AddNewExtremum語句可以獲得某一方向的極值，但是，某些特殊艇型艉部存在平面或者直線(見圖2)，這種情況下獲得的X方向極值并不是點而是平面或者直線。

圖2 特殊艉部構型

因此，可以進一步增加Y和Z方向的極大值約束，來確保極值是單個點。

2.3 站位劃分

在型線參數設置界面對主要參數進行輸入，見圖3。

圖3 型線參數設定界面

對橫剖面的中間整數站位數可以設置為11站、21站等任意站數，可以方便地應用于主體或圍殼出圖。艏部和艉部可以增加站位，分別以A和F代表，且站位數和站距可分別設置。在特定的位置，還可以添加1/2、1/4A、1/8F等非整數站位。增加的非整數剖面位置，通過使用冒泡排序法進行排序，得到從小到大的序列，便于型值表導出。如果船型有特殊要求，也可以通過添加x坐標添加任意站位。縱剖面和水線面除了可以設置常規站位外，也可以添加任意位置剖面。

2.4 多型值點獲取

以高度值為例，半寬值方法相同。特定站位橫剖線與某一個縱剖線相交點數可能是0、1、2等，常見的復雜船型一般最多有4個型值點，因此本程序在設置上最多能計算4個型值點，如果型值點更多，可以對程序進行擴充來適應更復雜的情況。

通過獲取縱剖線沿船長方向的極大值和極小值點，得到該縱剖線沿船長方向的范圍。將橫剖線位置分別與其進行比較，即可判斷二者是否存在交點。當存在交點時，通過以下方法來確定交點個數。

對橫縱剖面交點hybridShapeIntersection采用AddNewNear語句添加離底部平面最近的約束，以得到最下方的單個點(點1)，見圖4。

圖4 型值點數判斷方法

同時獲取靠近頂部平面最近的點2。如果2點坐標相同，表明該處僅有1個交點。當二者不同時，沿Z正方向從點1偏移0.001 mm創建平面，用其分割縱剖線，得到曲線2。曲線2與橫剖線相交，獲得最靠近底部平面的點3，如該點坐標與點2相同，表明僅有2個點。如果二者不同，繼續使用以上方法得到曲線3和點4，如果點4與點2相同，表明僅存在3個點，否則，存在4個點。使用以上方法可以自動判斷交點的個數，適應多種復雜情況。

2.5 型線圖獲取

CATIA中的三維模型需要通過工程制圖模塊轉換成二維型線圖，最終導出dwg格式的文件用于CAD處理。在程序中首先對主體使用AddNewVolumeCloseSurface函數封閉成實體，然后分別用橫、縱、水剖面與其相交，最后在工程制圖模塊對其進行投影得到其輪廓。投影時，除了剖面其余全部隱藏，防止對出圖過程有干擾。在投影過程中，通過設定視圖坐標系與頁面坐標系之間的距離和角度,調整3個投影視圖的位置，防止出現重合干涉。CATIA投影視圖默認隱藏遮擋住的線條，因此，需要對視圖的HiddenLineMode屬性進行設定以顯示虛線，并自動導出成dwg文件。

3 算例驗證

采用圖5所示的某船型對以上方法和程序進行驗證。限于篇幅選取較少剖面。在程序界面輸入了相關參數后，程序自動導出的型值表和型線圖見表1和圖6。對型線圖進行標注加框即可實現型線出圖。從型值表可以看出，程序實現了整數非整數站位排序、特殊站位添加、特定格式型值表導出等功能。對于球鼻艏處，也成功地獲取了4個型值點。相較于人工量取型值點，極大地提高了工作效率，降低了出錯率。

圖5 船模型及剖面劃分

圖6 程序導出的型線圖

站號距基線BL高度0縱剖線800縱剖線1 200縱剖線2 400縱剖線水線半寬1 500 WL3 000 WL4 500 WL1A1 218.06 121.11 436.16121.91 584.46 122.82 384.06 128.0984.92 982.63 641.10.5A1 218.05974.01 354.35 974.51 450.25 975.12 029.95 978.61 368.43 316.73 816.601 218.05 843.21 301.55 843.51 364.85 843.91 780.25 846.01 755.33 535.83 911.30.51 218.05 643.91 266.61 266.65 643.91 310.21 310.25 643.91 608.15 643.82 093.23 680.83 962.711 218.05 469.41 275.11 275.15 469.41 325.05 469.31 638.65469.21 994.73 660.53 945.61F1 218.05 319.91 378.15 320.11 481.75 320.41 960.55 321.91 262.83 432.33 869.21.5F1 218.05 281.31 504.65 281.61 666.45 281.92 262.35 283.5788.23 216.13 795.0-200站位283.91 276.73 120.97 561.05 917.47 561.76 540.97 562.6215.4

4 結論

使用VB對CATIA進行二次開發，介紹了程序思想和關鍵代碼，對相關程序開發具有借鑒作用。該程序實現了對船舶型值表和型線圖的快速獲取功能，具有界面清晰簡潔、適應性廣、出圖效率高的特點，可增強可靠性，減少人為出錯。在整個設計生產過程中，可重復性強，當線型改變后，可以快速完成出圖任務，可以使得科研設計人員輕松面對多條型號或者多個設計過程中的出圖任務。