基于三维体验平台的船体结构出图技术研究

邹梦瑶，吴 立，王 充，管伟元

（1. 中国船舶及海洋工程设计研究院，上海 200011；

2. 华中光电技术研究所 武汉光电国家实验室，湖北 武汉 430200）

0 引 言

三维设计制造技术已在航空、航天、汽车和船舶等领域得到广泛应用[1-2]。由于船舶设计模型数据量巨大[3-4]，为便于船舶设计、船级社送审和开展广泛的技术交流，船舶图纸目前在船舶设计、建造过程中依然被广泛采用。3DE（3DExperience）平台作为目前主流的CAD/CAM/CAE一体化软件，利用其特有的创成式视图样式（Generative View Style, GVS）模板功能，初步具备由船舶三维模型至二维图纸的快速出图功能，但由于船体制图的特殊性[5]，单纯依靠机械投影的方法很难满足要求。由此，必须基于船舶行业的特点对GVS模板进行客户化定制，并进行必要的开发。

影响出图效果的因素主要包括船体三维模型结构件属性、文本及符号标注和线型资源库、GVS模板、图框模板。船体三维模型结构件属性定义是基础，若没有完善的结构件属性定义，便无法在GVS模板中配置某种结构件线型，从而无法在出图时绘制正确的线型。此外，为完善图纸中的标注信息，需有相应的文本及符号库。为给图纸添加图框，需定制图框模板。

1 船体三维模型构件属性

船体三维模型构件属性与建模及出图息息相关，属于建库的基础工作之一，只有在建模之前将模型构件的属性定义完毕，才可在建模及出图时直接选取。

船体三维模型构件一般按图1进行定义，在后期出图时就可根据构件的属性（如水密板、防火板等）自动提取这些属性，自动绘制出相对应的线型。

图1 三维模型特征属性

根据船体制图的需要，一般进行图2所示的三维模型特征属性分类。

图2 三维模型特征属性分类

2 文本、标注和线型资源库

2.1 文本及符号标注资源库

在船体制图中，图线除了用来组成图形表示船体、设备和构件的形状以外，还在结构图纸中表示构件在视图中的投影。因此，在图纸中对图线进行文本标注尤为重要。由于船体三维模型数据量巨大、构件繁多，通过自动提取构件的尺寸等标注信息实现自动标注显得尤为重要，在3DE平台中，可通过结构资源数据库Data Setup配置结合GVS模板来实现。首先在通用几何和结构两大资源库中创建对应的文本及符号标注库，然后配置好 GVS模板，通过模板调用资源库，在出图过程中实现文本及符号的自动标注，省去烦琐的重复工作，大大提高出图效率，同时保证标注的准确性。

资源库通常由一系列资源表组成。资源表是指资源集中的数据表、数据库和设计规则等类型文件，这些文件组成结构基础数据库，服务于结构设计。

表1和表2分别给出两大资源库中涉及的文本及符号标注部分。这些资源库主要通过数据导入的方式创建，且必须严格按照船体制图标准规范来确保数据的准确性。

表1 通用几何资源库中涉及的文本及符号标注部分

表2 结构资源库中涉及的文本及符号标注部分

2.2 线型资源库

在结构图纸中，以不同的线型表示不同构件在视图中的投影。作为通用软件，3DE平台并没有针对船体制图的特殊线型（如轨道线等），但该平台具有很好的开放性，可通过自定义的方式满足船体制图线型的特殊要求（见图3）。

3 GVS模板

GVS模板采用XML文件中定义的参数集，自定义工程制图的外观，可生成参考平面系和结构对象的图形替换，即根据构件属性筛选不同构件投影之后的图线，根据船体制图线型要求进行线型图形替换。在样本XML文件中，GVS模板参数位于参考平面系和结构对象节点下文件的底部。结构对象节点包含加强筋、自由边上的加强筋、横梁、板材和开孔的所有GVS模板，该文件的组织方式见图4。

图3 自定义线型

图4 GVS模板组织方式

GVS模板作为结构出图的必须文件，在配置时需根据船体制图标准规范整体数据，创建流程见图5。

图5 配置GVS模板流程

4 图框模板配置

图样上一般应具有标题栏、反向代号栏和附加栏，对总图、装配图和部件图还应具有明细栏。在3DE平台中，可根据Table Template功能自定义绘制所需定制的模板，在模板名称前必须以“TitleBlock_”和“RevisionTable_”等关键词作为前缀，此后方可作为模板任意调用。图6和图7分别为自定义标题栏及自定义版本栏。

图6 自定义标题栏

图7 自定义版本栏

5 图纸的布局

3DE平台原生功能拥有强大的图纸布局能力，可基于机械投影图纸进行任意排版布局，将不同视角的多张视图排布在同一张图纸中，为二维视图和三维视图并行提供理论基础。

图8为自定义图纸布局。从图8中可清晰地看到，借助三维轴视图可更好地辅助二维视图，更加立体化表达板架的结构形式。

视图任意排版之后，不对手动添加的标注造成任何影响。同时，当结构发生更新时，与结构有关联的标注会随之联动更新，主要包括以下2方面：

1) 当结构尺寸更新时，手动标注内容会随结构更新而同步更新；

2) 当结构位置更新时，手动标注箭头位置会随结构更新而同步更新。

6 出图流程改进

目前基于3DE平台的船体结构二维出图效果见图8，基本上满足船体制图的出图要求，但在效率上仍然有提升的空间。

针对3DE平台的出图流程及出图效果，梳理并研究出一套二维出图流程（见图9）。

图8 自定义图纸布局

图9 二维出图流程

7 结 语

基于3DE平台，从船体三维模型构件属性、文本及标注和线型资源库、GVS模板、图框模板配置等方面入手，开展具体研究，体现在以下4方面：

1) 结合国内船舶结构二维出图业务模式，梳理了面向船舶结构二维出图的建库思路；

2) 详细介绍了GVS模板的配置方法；

3) 系统阐述了船舶结构二维出图的流程；

4) 为设计人员提供了全新的结构二维出图建库及调用方法，可为定制开发提供参考。

为进一步提高二维出图效率，后续需从定义出图区域及标注特征信息2方面入手，研究二次开发工作：

1) 通过选择坐标平面或定义任意形状包络体，定义出图区域，筛选需出图的结构特征，快速投影并进行线型替换；

2) 提取结构特征信息，通过批量自动标注或快速手动交互标注，在二维图中快速标注特征信息，避免设计人员重复工作，提高出图效率。

【 参 考 文 献 】

[1] 邵开文，马运义. 舰船技术与设计概论[M]. 北京：国防工业出版社，2005.

[2] 何胜墙. 大型飞机数字化装配技术与装备[M]. 北京：航空工业出版社，2013.

[3] 陈奎英，张冬梅，吴瑞曦. CATIA软件在船舶设计中的应用[J]. 青岛远洋船员学院学报，2008，29 (4): 55-59.

[4] 李焱. 三维设计在船体结构中的应用[J]. 中国舰船研究，2007, 2 (1): 14-18.

[5] 杨永祥，管义锋. 船体制图[M]. 北京：国防工业出版社，2010.