基于3DEXPERlENCE平臺的船舶通用性基座設計智能化研究

高偉盛

摘要：通過3DEXPERlENCE（簡稱3DE）平臺對船舶基座三維設計進行研究與分析，將設計手段和設計方法進行優(yōu)化，利用大數(shù)據(jù)原理對通用性基座進行了分析與研究，建立了一套智能化基座模板庫。結果表明，該方法在3DE平臺的應用是可行的，可以提高設計精細化、智能化水平，縮短設計時間。

關鍵詞：基座設計;三維設計;通用性;智能化

中圖分類號：TP39 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2020）09-0148-03

0 引言

基座作為連接船舶設備與船體結構的中間結構，面臨設備型號多，重復次數(shù)高，安裝布置位置的船體結構千差萬別等問題，導致基座開展三維設計的工作量巨大。在結構和設備狀態(tài)多變、工程資源有限等因素限制下，短時間內(nèi)完成全船基座設計任務是也成了一項系統(tǒng)工程。它不僅僅需要考慮設備的屬性（外形、安裝形式、重量等），還需要考慮基座布置處的船體結構。而三維設計本身需要反復協(xié)調(diào)、優(yōu)化調(diào)整布置，所以在此過程中不可避免地造成基座設計困難、修改工作量大等問題。

筆者從設計階段入手，將基座設計與設備建模協(xié)同開展，以達到設備與對應的基座模板同時布置的狀態(tài)，為機、電等其他專業(yè)三維設計提供一定的參考，避免后期空間不足而引起的基座修改。同時還需優(yōu)化基座設計方法，實現(xiàn)基座與設備、安裝面的快速關聯(lián)。

因此，如果采用通用化基座模板，依據(jù)設備型號、設備重量、安裝布置位置的船體結構自動匹配生成具有材質(zhì)及厚度的三維基座，能夠有效提高基座三維設計的精細化程度并能夠縮短設計時間。

1 船舶通用性基座設計智能化研究原理分析及研究過程

1.1 研究思路分析

3DE平臺[1]可以通過EKL語言實現(xiàn)設備安裝信息的自動讀取，以及通過讀取的設備安裝信息對基座進行自動加強;通過創(chuàng)建有效的基座模板，并將基座模板與船體結構進行關聯(lián)，可達到基座與船體結構的自動匹配，解決不同場景下基座的匹配問題和更新問題。

綜上所述，對EKL語言在基座方面的應用進行研究，通過對不同場景中基座需求的分析，設計能夠適應不同場景的基座模板庫，通過合理的EKL語言驅(qū)動基座模板，即可實現(xiàn)基座模型的智能化設計，從而達到基座設計高效率、高質(zhì)量、低維護成本的目的。

1.2 具體實施步驟及過程

1.2.1 制訂研究目標

通過對基座模板的研究，設計出一套智能化基座模板庫[2]，具體實現(xiàn)以下功能：

（1）基座自動讀取設備安裝信息，取代通過量取設備安裝信息后通過手動輸入的方法;

（2）基座根據(jù)設備安裝面類型和設備重量自動匹配相應的面板、腹板、肘板的厚度，并自動生成板材;

（3）基座根據(jù)設備類型及設備重量自動匹配相應的加強方案，并自動進行加強;

（4）基座根據(jù)實船結構自動端切;

（5）提升基座模板的通用性，使每一個基座模板都能匹配多個場景;

（6）設備移動后，基座自動更新。

1.2.2 調(diào)研與準備

（1）外部調(diào)研工作。與總裝廠相關專業(yè)人員開展基座建模研討會，對基座建模的難點和基座建模的要求進行了深入交流，并充分了解了基座發(fā)廠以后的后端處理流程，根據(jù)船廠制造、安裝需求，反向提高基座的設計要求。

（2）內(nèi)部研究分析。通過對某項目數(shù)千個設備與基座進行研究分析，經(jīng)過分類、測試、總結、尋找相同點等方式，歸納出基座模板大致可分為六類，即單面板&單腹板基座模板、回型基座模板、雙面板&雙腹板基座模板、四點式基座模板、懸臂式基座模板、圓凳型基座模板，可以針對這六類基座模板開展設計與研究，并形成智能化基座模板庫。

1.2.3 設計與研究

經(jīng)過研究策劃，針對六類基座模板的設計過程主要分為三個階段[3]，即曲面基礎設計階段、板筋強化設計階段和應用實施階段，具體設計流程如圖1。

（1）曲面基礎設計階段。通過對設備屬性進行收集、整理、分析，得出一定的規(guī)則，并結合一定的用戶特征，采取EKL知識工程設計和參數(shù)化設計[4]，創(chuàng)建具有屬性的面板、腹板、肘板的板材庫，設計出具備部分智能化功能的基座。

（2）板筋強化設計階段。通過自動讀取設備屬性信息、參數(shù)化控制基座模板的研究，對基座模板進行更深層次的參數(shù)化驅(qū)動，實現(xiàn)板厚、材質(zhì)、加強、更新等智能化功能。

（3）應用實施階段。將初步設計完成的六類基座模板入庫，并在不同場景中為不同屬性的設備快速添加基座，測試基座模板庫中的六類基座模板是否達到研究目標。

2 智能化基座模板庫在3DE平臺上的應用研究

2.1 傳統(tǒng)基座設計流程

傳統(tǒng)基座三維模型主要是采用拓撲[5]基座的方法進行建模，具體流程如圖2。

（1）創(chuàng)建拓撲基座庫：首先對基座進行分類，根據(jù)分類結果創(chuàng)建拓撲基座，并將拓撲基座入庫備用。拓撲基座為片體模型，未反映板厚、材質(zhì)等屬性。當前的拓撲基座庫中包含的基座類型有：壁掛式兩條（梯形腹板&矩形肘板）、壁掛式兩條（梯形腹板&肘板）、落地式兩條（矩形腹板&肘板）、壁掛式兩條（矩形腹板&梯形肘板）、落地式兩條（矩形腹板&梯形肘板）、落地式兩條（矩形腹板&肘板）、落地式兩條（梯形腹板&肘板）、落地式兩條（梯形腹板&矩形肘板）、斜撐壁掛式兩條、斜撐壁掛式平臺、四腳不等高（梯形腹板&肘板）、四腳等高（矩形腹板&肘板）、圓凳、兩條靠背、框共計15類。

（2）創(chuàng)建母型基座庫：使用創(chuàng)建好的拓撲基座庫，為設備庫中的設備創(chuàng)建母型基座，使設備庫中的每一個設備都有一個對應的母型基座。

（3）生成基座實例：設備在實船布置好以后，調(diào)取該設備對應的母型基座，并手動調(diào)整該母型基座與結構貼合，然后為該基座添加板材信息，生成完整的基座實例。

采用拓撲基座的方法創(chuàng)建基座模型，建庫工作量大、流程復雜、耗時長，平均創(chuàng)建一個完整的基座模型需要2h以上，工作效率比較低，需要投入大量設計人員專門從事基座建模工作。

2.2 基座設計智能化研究成果

通過研究分析，我們當前已創(chuàng)建出一個智能化基座模板庫，以及《基于3DE平臺的基座模板建庫及建模操作手冊》，該基座模板庫涵蓋了船上大部分場景的基座使用環(huán)境，庫中主要包含的基座類型有：四點式基座、雙面板&雙腹板基座、回形基座、圓凳型基座、單面板&但腹板基座、單面板&雙腹板基座、懸臂式基座、橫向落地&單面板單腹板掛壁基座共計8項。

該智能化基座模板庫，實現(xiàn)了以下功能：

（1）可以自動讀取設備安裝信息，取代手動輸入的方法;

（2）可以根據(jù)設備安裝面類型和設備重量自動匹配相應的面板、腹板、肘板的厚度，并自動生成板材;

（3）可以根據(jù)設備類型及設備重量自動匹配相應的加強方案，并自動進行加強;

（4）可以根據(jù)實船結構自動端切;

（5）設備移動后，基座可以一鍵更新。

相較于拓撲基座建模方法，采用基座智能設計方法創(chuàng)建基座，無論在建庫方面、基座建模流程方面還是提升基座建模效率等方面，都有巨大提升，具體對比情況如表1所示。

綜上，采用智能化基座設計方法創(chuàng)建基座，可有效縮短建模時間、提高建模質(zhì)量、減少建模工作量，從而達到提升建模效率、降低人力成本、提高設計精度等目標。

3 結語

本文通過研究分析與項目實際應用，智能化的基座模板庫實現(xiàn)了基座設計自動化，為3DE平臺開展基座設計提供了新的思路和方法。該研究也表明此種方法開展基座設計對提高設計精細化、智能化是有效的，可以用于船舶三維基座設計領域。

參考文獻

[1] 盧永進，林銳.CATIA V6船舶三維設計實例教程[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2016.

[2] 邵開文，馬運義.艦船技術與設計概論[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.8（2009.7重印）.

[3] 中國船舶工業(yè)總公司.船舶設計實用手冊-舾裝分冊[M].北京：國防工業(yè)出版社，2002.

[4] 陳賓康.計算機輔助船舶設計[M].北京：國防工業(yè)出版社，1994.

[5] 佘小林，楊德慶.船舶舵機基座輕量化設計[J].中國艦船研究，2020，15（1）：170-176.