基于CATIA知识模板的船体贯穿开口设计研究

韩海荣，刘 伟，朱佳文

（中国舰船研究设计中心，武汉 430064）

基于CATIA知识模板的船体贯穿开口设计研究

韩海荣，刘 伟，朱佳文

（中国舰船研究设计中心，武汉 430064）

结合船舶结构贯穿开口的特点，以CATIA软件为设计平台，利用CATIA知识模板技术设计结构贯穿开口的参数化模板，并作为标准通用工具供设计人员调用，使重复性的设计工作参数化、规范化，提高设计效率和设计质量。

知识模板；贯穿开口；船舶协同设计

0　引言

随着造船工业的不断发展，CATIA等三维设计工具在船舶设计中的应用逐步深入，船舶设计过程中有成千上万的贯穿开口管理需求。针对船舶开口方面的研究，主要集中在开口对结构性能影响以及开口后对结构的加强等方面，关于海量开口的设计和管理尚没有相关可查阅的资料。使用CATIA原生功能进行全船开口的设计和管理工作量大、重复工作多、易于出错，在设计效率和质量控制上存在一定的弊端。本文在分析船体结构贯穿开口的实际业务流程及设计参数的基础上，利用CATIA知识模板技术，定制参数化的贯穿开口设计模板，用户可以在一个模板中完成开口所有相关参数的选择和输入，一键完成开口需求提交，还可以通过调整参数对生成的开口进行修改。对于提高海量贯穿开口的设计和管理具有重要意义。

1　贯穿开口业务流程

船体贯穿开口是为满足某些设备安装运行、人员通行、物资转运流通、通风排气等需求而需要改变原有的船体结构的一种设计行为。全船的门窗梯盖、电梯通道、设备检修口等均需贯穿开口。一般由设备责任专业设计人员发起贯穿开口请求，开口请求中包括开口位置、大小、形状等开口理论线基本信息；结构专业设计人员结合相关的结构设计准则和规范分析开口对结构性能的影响分析，进而明确开口需求是否受理，受理的开口需求将会进一步完成实际开口，不受理的开口将返回开口申请者，通过进一步协调修改后重新提交。具体如下：

图1　贯穿开口业务流程

2　基于知识的贯穿开口模板定制

2.1CATIA原生功能

利用CATIA原生功能创建开口，首先专业设计人员需要结合设备布置位置、设备运行需求等设计知识确定开口位置、形状、大小，利用草绘工具创建开口理论线。开口理论线的创建在曲面模块，受先根据开口平面所在位置创建草绘平面，然后在草绘平面上绘制开口形状，再通过约束工具编辑开口的大小和位置。如果需要修改开口理论线，需要重新进入草绘界面中。

2.2基于知识的贯穿开口模板

基于CATIA原生功能创建开口理论线步骤繁琐，操作不便，效率低下。因此，定义基于知识的贯穿开口模板（Opening Template based Knowledge， OKT），OKT反映了系统设计对开口的具体要求，封装了开口理论线的形状、大小、定位等基本信息。实例化后的OKT为一个part单元。

基于知识的贯穿开口模板OKT可表示为OKT｛Pr，T，Pa，Po，D｝。其中Pr为父节点标示；T｛t1，t2，...，tn｝代表开口类型；Pa｛p1，p2，...，pm｝为开口参数列表，每个开口类型对应一组特有的参数列表；Po=（x，y，z）为开口定位信息；D描述开口的方向等信息。如图3所示，给出了OKT模型。

图2　基于Catia原生功能的开口理论线绘制

图3　基于知识的贯穿开口模板模型

3　基于知识的贯穿开口模板应用

基于以上信息定制贯穿开口的参数化模板工具，如图4所示。该工具具有基本信息输入、预览、参数值编辑等功能。

1）基本信息输入

（1）父节点信息

选择一个Product作为开口的父节点，父节点名称主要包含所在的总段区域信息、专业及系统信息，为开口自动编码的提供信息源。

（2）开口形状信息

预先在库中设置了一些开口的基本形状，包括圆孔、腰圆孔、带四边倒角的方孔、不带倒角的方孔、等腰梯形孔等，用户可以通过下拉列表来选择开口类型，选择后，每种类型的开口包含不同的参数列表。参数列表通过开口类型id与对应的开口形状进行关联。

图4　贯穿开口的参数化模板工具

图5　开口类型和参数的存储模型

（3）开口大小信息

选择了开口形状后，下方自动出现对应的参数列表，手动输入参数值。

（4）开口定位信息

一般以开口中心点或者角点作为开口定位坐标，完全对称的形状以开口中心点进行定位。可以手动编辑或者点击上下按钮设置定位点的坐标值

（5）开口方向信息

即开口理论线的参考平面，可以选择xy，yz，zx平面或自定义平面CustomPlane，当选择自定义平面时，命令状态跳转为“Please select a plane for sketch”，交互选择一个平面，其后列表框显示所选平面的全路径。通过RotationAngle参数可以设置理论线相对于参考平面的角度。

（6）投影信息

默认为沿理论线法向投影进行开口，如果有特殊需求的可设置投影方向，可以选择 x，y，z或自定义方向CustomDirection。如果无特殊要求，则Project Or Not选择No即可，这时Opening Surface和Select Project Surface将被设置为不可用。

2）预览

点击“Preview”，预览生成的理论线。如果预览之后点击“Cancel”，则撤销预览所生成的一切。如果预览之后觉得生成的结果不满意，则可以继续更改输入和设置，然后继续“Preview”，直到得到想要的结果，此时结构树上只会出现一个结果，不会每次预览都增加一个结果。

图6　贯穿开口理论线预览界面

3）参数编辑

点击“OK”，确定生成开口理论线后，在结构树上将会自动创建一个part节点，系统按照预先定义的编码规则自动编码，可对参数进行编辑以修改贯穿开口位置和尺寸参数。

图7　自动生成的贯穿开口节点

4　结束语

本文提出的基于CATIA知识模板的贯穿开口模板设计方法已经在船舶设计中得到实际应用，显著提高了开口提交的效率和质量，具有以下特点：

1）提出了基于知识的贯穿开口模板概念，在同一个模板中既涵盖了系统设计对开口的信息需求，又包括了结构处理开口所必须的信息输入，设备责任专业设计人员可以在一个界面中完成所有开口信息的录入，有效减少了设计迭代次数，显著提高设计效率。

2）开发了贯穿开口的参数化模板工具，用户在开口理论线生成之前可以预览开口形状、大小、方向、位置等是否合理，确认后还可以修改参数来编辑开口，人机交互简单，操作灵活方便，显著提高了开口设计质量。

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Study on hull penetration opening design based on knowledge template of CATIA

HAN Hai-rong， LIU Wei， ZHU Jia-wen

TP391

A

1009-0134（2016）10-0139-03

2016-08-12

韩海荣（1984 -），女，陕西渭南人，工程师，硕士，研究方向为制造业信息化。