基于AM二次開發的居住艙室快速建模方法

吳冬冬, 馬曉平, 趙 旭

(1.江蘇科技大學 船舶與海洋工程學院，江蘇 鎮江 212100；2.江蘇現代造船技術有限公司，江蘇 鎮江 212003)

0 引 言

2021年國際新造船市場活躍，新船訂單相比2020年增加超過80%，集裝箱船和液化天然氣船新訂單量表現優異[1]。隨著造船和海洋工程設計系統(AVEVA Marine，AM)軟件在船舶行業的廣泛應用，對推進船舶建造管理現代化與高效化和生產設計內容不斷加深均具有較大的促進作用[2]。

船舶三維軟件大多由國外直接引進，由于操作和習慣上的不同，因此需要對軟件進行二次開發[3]。馬曉平等[4]和顧穎[5]針對艙室曲面絕緣和型材絕緣快速建模對AM進行二次開發，取得良好的成效。逯濤[6]基于AM開發報表輸出程序、曲加工自動出圖程序、余料管理程序、拼板自動出圖程序，較好地解決實際生產中的問題。AM軟件功能強大，但居住艙室建模功能存在流程多、操作復雜和建模效率低等問題。為滿足實際工作需求，對AM進行有針對性的開發不可或缺。

1 AM居住艙室建模流程

AM軟件居住艙室創建過程如下：①依次點擊主菜單欄上的Create和Building，在Building Block Tasks Form的Create區域點擊Building Block，創建居住區域；②依次點擊主菜單欄上的Create和Level，在Building Block Tasks Form的Create區域點擊Building Level，創建居住層；③依次點擊主菜單欄上的Create、Room和Definition/Standard，在Main Room Task的Create區域點擊Room，創建房間；④點擊Floor Covering和Ceilings，創建地板和天花板；⑤點擊CTWALL和Furniture，創建恒厚墻(Constant Thickness Wall，CTWALL)和家具，其中，家具的創建在AM軟件的Paragon模塊中。

從創建居住區域到添加家具需要60多個步驟，不包括在Paragon模塊中添加家具的操作和一些步驟的重復操作，非常不利于設計人員的使用。

2 居住艙室建模的二次開發

AM軟件支持多種語言開發方式[7]，并引入對.NET技術的支持，開發者可在可編程宏語言(Programmable Macro Language，PML)程序中直接調用.NET程序，或在.NET程序中調用PML代碼。AM軟件提供一系列.NET應用程序編程接口(Application Programming Interface，API)，使開發者可在直接引用相關的動態庫后直接使用API進行C#編程。AM軟件提供的API可幫助實現軟件絕大部分的功能，交互界面可用Visual Studio完成，并可直接加載至AM軟件的窗口中。.NET平臺具有較多的第三方資源，例如DevExpress[8]等，開發者可完全使用C#進行編程[9]。

2.1 居住艙室快速建模開發

居住艙室快速建模開發流程如圖1所示。居住艙室存儲層級如圖2所示。

圖1 居住艙室快速建模開發流程

圖2 居住艙室存儲層級

2.1.1 創建參數化居住艙室

參數化定義艙室是居住艙室快速建模的基礎，通過預定義艙室面板的長(length)、寬(width)和厚(thickness)等參數完成對面板(Panel)的創建。AM居住艙室建模在Outfitting模塊中進行，存儲在WORLD-SITE-ZONE-STRU-FRMW數據結構下，模型信息包含面板尺寸、位置、方位和材質等。艙室創建流程如圖3所示。

圖3 艙室創建流程

(1)創建面板。實例化面板并確定其所存儲的位置，通過代碼完成對居住艙室艙壁、地板和天花板不同存儲層級的創建。創建面板環點，較常見的為四點面板，地板和天花板以艙室頂部和底部的輪廓為創建基礎，通常為不規則面板。定義面板厚度，居住艙室艙壁厚度通常相同，但地板和天花板厚度不一致，需要對每塊面板進行單獨設置。

(2)調整面板朝向。在完成面板創建時，面板均為同一朝向，如圖4所示。需要對部分面板進行方位調整。通過三維坐標變換矩陣代碼可實現對面板正朝向方位的改變，有些面板與x、y和z軸成一定角度，應進行特殊處理。在完成面板調整方位后，需要注意此時(0，0，0)點相對于面板的位置。(0，0，0)點坐標值的調整關系面板具體擺放位置，是組成居住艙室定義的關鍵。

圖4 面板尺寸定義

(3)約束面板擺放位置。對于一間已明確具體形狀的艙室，可通過參數化預定義各面板之間的位置關系。通過合理組合和運用參數可幫助創建平直面板艙室，艙室庫的創建為后期設計人員實現居住艙室快速建模提供支撐。

2.1.2 創建參數化家具

家具參數化快速建模開發流程如圖5所示。

圖5 家具參數化快速建模開發流程

(1)參數化定義家具面板尺寸。家具參數化建模需要用戶選擇想要的家具類型和樣式，輸入家具的長、寬和高即可完成家具的建模工作。在創建家具過程中，以家具清單的默認模型尺寸為基礎，用戶可進行微調，以提高家具模型建模的靈活性和通用性。實例化家具面板，家具模型在創建時會基于當前艙室自動生成其存儲層級。創建面板環點，家具模型涉及的面板形狀較為豐富，主要由四點帶倒角、五點帶倒角、七點帶倒角和圓柱等形狀組成。最后定義面板厚度。

(2)調整面板朝向。在AM中調整面板方位與調整拉伸實體面板方位的方法相同，可采用艙室調整方位的方法。

(3)約束面板擺放位置。依家具清單對家具進行創建。所有面板的長和寬均依用戶輸入的長、寬和高按原家具實際比例進行參數化建模，板厚保持不變。數據存在數倍的差距，對于原尺寸或與原尺寸差距不是太大，建模效果尤佳。

以創建衣柜為例，如圖6所示。

圖6 衣柜建模

2.2 居住艙室與家具定位

所有家具的擺放位置均默認為(0，0，0)點，不符合實際生產的需求，需要對完成建模的家具進行位置調整。考慮不同艙室同一家具可能存在不同的擺放位置，可通過對每個艙室內的家具組合設置一組定位坐標，實現對家具的初定位，后期僅需要工作人員對家具擺放進行微調即可。

在實際工作中，每個艙室均具有自己的坐標，對居住艙室進行定位是必要的。僅需要獲取定位點的坐標，在對居住艙室進行一次坐標運算即可完成整個居住艙室的定位工作。坐標點的獲取，主要分為兩種方式：①通過用戶鼠標點擊獲取該點信息；②用戶直接輸入x、y和z的坐標值。

3 居住艙室建模和應用實例

3.1 居住艙室快速建模

居住艙室快速建模程序界面如圖7所示。

圖7 艙室快速建模程序界面

居住艙室快速建模步驟如下：

(1)點擊CE按鈕選擇居住艙室需要存儲的位置。

(2)選擇艙室。

(3)選擇艙室家具。

(4)輸入和選擇居住艙室信息。對于常用的艙室尺寸，可設置一個初始值，以減少重復數據的輸入。

(5)點擊家具名稱后方的按鈕，彈出家具選擇窗口。

(6)選擇家具，出現參數化家具數值輸入界面。輸入尺寸，點擊確定并關閉按鈕，完成家具的預創建。界面會自動切換至艙室快速建模界面。每個家具均保留初始尺寸，用戶可按需求自行修改。家具快速建模程序界面如圖8所示。

(7)艙室定位。完成參數化艙室的數值輸入和家具選擇，點擊定位按鈕即可將艙室定位至想要的位置。對于定位坐標值的設置，用戶可自行選擇定位點或直接輸入具體坐標值，如圖9所示。

圖9 居住艙室定位

(8)生成居住艙室和家具。居住艙室數據填寫如圖10所示。點擊創建按鈕即可完成居住艙室和家具的創建工作，如圖11所示。

圖10 居住艙室數據填寫

圖11 居住艙室快速建模效果圖

3.2 居住艙室快速建模應用實例

以1艘7 500 t風電安裝船船員居住艙室建模為例，分別使用AM居住艙室建模功能和居住艙室快速建模開發程序對船上所有程序定義的艙室進行建模，并對建模效率進行對比。使用AM居住艙室建模功能得到的船員居住艙室如圖12所示。使用居住艙室快速建模開發程序得到的船員居住艙室效果圖如圖13所示。建模時間：AM居住艙室建模功能為921 h；居住艙室快速建模開發程序為90 h。后者可節省831 h，效率提升90.22%。

圖13 使用居住艙室快速建模開發程序得到的船員居住艙室效果圖

4 結 語

基于C#在AM中進行二次開發，實現居住艙室快速建模，改變AM建造居住艙室的模式。通過對居住艙室和家具的參數化定義，用戶輸入參數或選擇數值，即可實現居住艙室快速建模。居住艙室快速建模程序可根據具體船舶艙室需要進行艙室自定義，以實現快速建模。參數化家具庫的創建可自由組合艙室內的家具種類，以滿足不同艙室對不同家具組合的需求，可為設計人員節約大量設計時間，提高生產效率，最終實現降本增效。