基于VB.NET的CATIA三维参数化船舶设备库的开发

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(大连理工大学 船舶工程学院，辽宁 大连 116024)

在三维参数化总布置设计中，需要引入大量的设备模型单元，进行舱室及甲板的布置工作。在以往的二维总布置设计中，是将设备单元制成图块，然后以块为单位插入对设备图元的引用。这种设备图元模型不仅不能根据不同的参数而得到相应的定制性设备，而且欠缺有序的管理和维护机制。基于二维图块的设备模型单元，通常存储在图文件中，不同图文件间，乃至不同建模工作站之间，都无法便捷地调用同一个设备模型库，往往需要每次重新绘制，导致设备模型单元使用效率低、一致性差、更新困难。为了提高设计建模的效率与质量，本文提出一种针对船舶三维总布置设计特点的三维参数化设备模型库技术，并开发了实现该技术的原型系统。

1 船舶三维参数化设备库的特点

在通用的机械产品设计建模中，为提高建模效率，减少重复建模，引入了标准件库的技术，而船舶三维参数化设备模型库的基本思想与此标准件库类似，但将标准件概念拓展成普遍意义下的船载设备单元。船载设备单元模型自身的特殊性导致仅限于标准件库的思想将无法满足船舶设计建模的具体要求，因此船舶设备模型库还需具备以下特点。

1)设备模型库应能直观地描述设备模型的形状参数。由于设备模型比标准件模型要复杂得多，故其描述参数要比标准件多，且尺寸命名没有统一的规则，这就要求设备库能直观地描述出设备模型中各几何元素由哪些参数控制，便于用户定制使用。故需在设备模型库中引用工程图示标明各几何元素的控制参数，使用户准确了解此设备模型各定义参数的意义。

2)设备模型应具有良好的可扩展性及更新性。同一类设备的型号较多，且不像标准件那样型号尺寸有系列标准，甚至在船舶的布置当中经常会遇到根据实际需求订做的设备。故在使用设备库添加设备的时候，遇到在设备库中没有所需设备型号的情况要远多于标准件库。所以设备模型库应具有更好的可扩展性及更新性，即设计者能够在设计中方便地向设备库中添加新型号的设备模型，也可添加新设备类型。且添加完就可立即引用该型号的设备模型。而CATIA自带的标准库不能根据设计需求方便地添加新的设备，并实时使用。

3)设备库应存储管理设备模型的被引用记录。设计完成后根据设备的引用记录，可以方便地统计出该船的设备列表。此外更重要的是通过此方法，可以以组为单位更改设备模型的尺寸大小，即若要更改多个同型号的设备模型的参数，只要在引用的时候将其放到一个组中，更改其中任何一个模型的参数，其它模型也会自动更改，而通过CATIA标准件库插入的构件之间是相互独立的，无法实现联动修改。

4)设备模型单元附属信息的管理和使用。参数化设备库可存储船载设备的物理属性、重量、重心、材料、供货方、制作厂家等相关信息，方便用户在使用设备模型时查看。

2 三维船舶设备库总体方案设计

CATIA V5具有强大的知识工程和参数化建模的功能，其虽允许用户建立和使用标准件库，但是其更新性差，模型数据容易产生冗余，操作较为复杂，而且标准件库格式为CATIA自定义的专用格式，通用性较差。除此以外也不能针对设备库特点而创建更适合设备模型存储及引用的设备模型库。

目前常用的数据库有Access、SQL Server、Oracle等，本文采用SQL Server数据库。该数据库在处理海量数据的效率，后台开发的灵活性，可扩展性等方面比较强大。SQL Server还有更多的扩展，可以用存储过程，数据库大小无极限限制，可存储大量的数据，使得模型数据库资源得到很好地共享，且可对模型数据库进行不断扩充。

采用VB.NET对CAITA进行二次开发，利用SQL Server数据库来存储参数化模型、设计参数表、尺寸示意图等相关文件。应用VB.NET开发了三维参数化设备模型库原型系统，实现对设备模型的查看、添加及修改并最终可将设备模型按用户设定的设备参数插入到用户所选定的产品目录(product)下。CATIA的参数化设备库系统流程见图 1。

图1 设备库系统流程

3 参数化建模

在建立构件库之前，首先需要创建设备的三维参数化模型，CATIA提供了参数化建模的功能。所谓参数化建模，即利用参数控制模型的几何尺寸，从而达到控制几何模型的目的。在进行实体建模的过程中要根据实体的外形尺寸(长度、宽度、高度等)选择适当的参数变量[1]。

同时，CATIA中的设计参数表提供了一种创建和管理部件族模型的方法和工具，部件族一般是指结构相似而参数值不同的一系列部件。而同一类设备的不同型号间的区别可能仅仅在于它们的结构参数值不同。通过建立匹配关系，由用户指定CATIA文档参数与设计表的栏目之间的关系，应用设计表可以通过外部变量驱动CATIA中设备模型的参数。设计表中，可以针对该设备模型有尽可能多的参数配置行。设计表中相关参数组的一组值称为一个配置(configuration)，以行的形式存储[2]。

以创建系缆桩参数化设备模型为例，首先创建出系缆桩的几何模型，再用Formula功能创建参数[3],如系缆桩直径D,系缆桩两柱间距A,系缆桩高度H1等。然后通过公式把这些参数与系缆桩几何模型中相应的特征创建对应关系。

图2为参数化的系缆桩模型， 图中公式即为参数和几何特征的对应关系。此时，若要对模型进行修改，只需修改参数的数值，模型的对应尺寸就会做相应的更改。因此在参数化设备模型的基础上，用户可以通过修改参数的方法得到该设备各种型号的模型。为有序管理设备的型号，可将系缆桩不同型号的参数存储在设计参数表中，如图 3为程序中系缆桩设备的设计表界面。表中第一行为参数变量的定义。其每一行的一组参数代表该设备的一个型号。

设计表共有三种工作模式：加载时自动同步；加载时交互同步；手动同步。本文应用第一种工作模式，加载时自动同步，即当加载一个包含用户创建的设计表的模型时，若设计表文件被修改，并且模型中包含外部文件的数据，设计表将自动同步，模型的相关参数也会随之修改。因此，可以通过对设计参数表参数的修改实现对CATIA中相应设备模型参数的修改。

4 CATIA嵌入模块及应用实例

CATIA可以作为一个OLE自动化服务器，外部程序通过COM接口即可访问CATIA内部对象。用VB.NET引用CATIA的类库对象即可通过程序对CATIA进行相关操作[4]。以插入系缆桩设备模型为例简要介绍三维设备库的使用流程。

用户通打开 “三维参数化船舶设备库”程序界面，程序将自动连接到SQL数据库读取数据库中所存储的设备模型并显示在程序界面中。

图2 参数化系缆桩模型

图3 系缆桩设备的设计表界面

若“设备列表”中有符合要求的设备型号，可通过程序右上角的“插入设备”功能导入新的设备模型，此处需选择所要上传的CATIA模型文件、该模型对应的设计参数表以及模型尺寸示意图。单击“文件导入”即可将该设备模型导入SQL数据库中。此时我们通过单击“设备列表”中的该设备名称，可查看其详细信息，同时程序将对应设备的CATIA模型文件、设计参数表、几何参数示意图从数据库中读取至本地计算机工作目录中。

若“设备详细尺寸参数”中没有所需插入的系缆桩的型号，用户可单击“添加”铵钮为系缆桩添加一个新的设备型号。单击“提交更改至数据库”铵钮，可将已经修改的系缆桩模型的设计参数表存储到数据库中。

用户点击“插入设备”铵钮，程序将自动跳转到当前正在编辑的CATIA文档中，让用户选择插入该设备的位置(通常将设备插入到Product下)，选择“完成”后，程序将按照数据表中所选的参数插入设备，例如若选择第二行配置，则插入配置为configuration=2的系缆桩设备模型。

该模块还提供了按组插入设备模型的功能，插入设备模型时可将多个同样的模型纳入一个分组，修改模型时则可以组为单位进行修改，不必一一对设备模型的尺寸进行修改，大大提高了修改的效率。因为在应用CATIA装配功能的时候，“插入现有组件”是对现有Part文件的引用，可多次插入同一个组件，其都是对一个Part文件的引用，是对该Part文件的多次实例化[5]。例如船舶甲板上有4个系缆桩的尺寸相同，若在插入这4个系缆桩的时候选择了“成组引用”，则这4个系缆桩则引用同一个Part文件，因此若要修改这4个系缆桩尺寸的时候，只需要修改其中的一个即可，其它3个也会自动做相应的修改。若按默认选项“单独引用”则4个系缆桩分别引用4个Part文件，修改其中的任意一个系缆桩的参数，不会对其他3个系缆桩的尺寸产生影响。

5 结论

三维参数化设备库的开发研究解决了船舶三维总布置设计中大量设备的快速、准确查询与使用，克服了传统二维总布置设计中，设备模型通用性差，数据冗余，无法共享等问题，并可通过网络使设备库资源得到最大限度的共享，大大提高了三维船舶总布置设计的效率。

[1] 胡国强，贾 辉.基于CATIA V5的三维标准件库的创建与使用[J].轻型汽车技术,2010(10):34-37.

[2] 王智明，杨 旭，平海涛.知识工程及专家系统[M].北京：化学工业出版社，2006.

[3] 刘 冰，鲁墨武.基于CATIA的三维标准件库开发[J].沈阳航空工业学院学报,2005(10):30-32.

[4] 胡 挺，吴立军.CATIA二次开发技术基础[M].北京：电子工业出版社，2006.

[5] 上海江达科技发展有限公司，CATIA V5基础教程[M].北京：机械工业出版社，2008.