基于3DEXPERlENCE平台的船舶通用性基座设计智能化研究

高伟盛

摘要：通过3DEXPERlENCE（简称3DE）平台对船舶基座三维设计进行研究与分析，将设计手段和设计方法进行优化，利用大数据原理对通用性基座进行了分析与研究，建立了一套智能化基座模板库。结果表明，该方法在3DE平台的应用是可行的，可以提高设计精细化、智能化水平，缩短设计时间。

关键词：基座设计;三维设计;通用性;智能化

中图分类号：TP39 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2020）09-0148-03

0 引言

基座作为连接船舶设备与船体结构的中间结构，面临设备型号多，重复次数高，安装布置位置的船体结构千差万别等问题，导致基座开展三维设计的工作量巨大。在结构和设备状态多变、工程资源有限等因素限制下，短时间内完成全船基座设计任务是也成了一项系统工程。它不仅仅需要考虑设备的属性（外形、安装形式、重量等），还需要考虑基座布置处的船体结构。而三维设计本身需要反复协调、优化调整布置，所以在此过程中不可避免地造成基座设计困难、修改工作量大等问题。

笔者从设计阶段入手，将基座设计与设备建模协同开展，以达到设备与对应的基座模板同时布置的状态，为机、电等其他专业三维设计提供一定的参考，避免后期空间不足而引起的基座修改。同时还需优化基座设计方法，实现基座与设备、安装面的快速关联。

因此，如果采用通用化基座模板，依据设备型号、设备重量、安装布置位置的船体结构自动匹配生成具有材質及厚度的三维基座，能够有效提高基座三维设计的精细化程度并能够缩短设计时间。

1 船舶通用性基座设计智能化研究原理分析及研究过程

1.1 研究思路分析

3DE平台[1]可以通过EKL语言实现设备安装信息的自动读取，以及通过读取的设备安装信息对基座进行自动加强;通过创建有效的基座模板，并将基座模板与船体结构进行关联，可达到基座与船体结构的自动匹配，解决不同场景下基座的匹配问题和更新问题。

综上所述，对EKL语言在基座方面的应用进行研究，通过对不同场景中基座需求的分析，设计能够适应不同场景的基座模板库，通过合理的EKL语言驱动基座模板，即可实现基座模型的智能化设计，从而达到基座设计高效率、高质量、低维护成本的目的。

1.2 具体实施步骤及过程

1.2.1 制订研究目标

通过对基座模板的研究，设计出一套智能化基座模板库[2]，具体实现以下功能：

（1）基座自动读取设备安装信息，取代通过量取设备安装信息后通过手动输入的方法;

（2）基座根据设备安装面类型和设备重量自动匹配相应的面板、腹板、肘板的厚度，并自动生成板材;

（3）基座根据设备类型及设备重量自动匹配相应的加强方案，并自动进行加强;

（4）基座根据实船结构自动端切;

（5）提升基座模板的通用性，使每一个基座模板都能匹配多个场景;

（6）设备移动后，基座自动更新。

1.2.2 调研与准备

（1）外部调研工作。与总装厂相关专业人员开展基座建模研讨会，对基座建模的难点和基座建模的要求进行了深入交流，并充分了解了基座发厂以后的后端处理流程，根据船厂制造、安装需求，反向提高基座的设计要求。

（2）内部研究分析。通过对某项目数千个设备与基座进行研究分析，经过分类、测试、总结、寻找相同点等方式，归纳出基座模板大致可分为六类，即单面板&单腹板基座模板、回型基座模板、双面板&双腹板基座模板、四点式基座模板、悬臂式基座模板、圆凳型基座模板，可以针对这六类基座模板开展设计与研究，并形成智能化基座模板库。

1.2.3 设计与研究

经过研究策划，针对六类基座模板的设计过程主要分为三个阶段[3]，即曲面基础设计阶段、板筋强化设计阶段和应用实施阶段，具体设计流程如图1。

（1）曲面基础设计阶段。通过对设备属性进行收集、整理、分析，得出一定的规则，并结合一定的用户特征，采取EKL知识工程设计和参数化设计[4]，创建具有属性的面板、腹板、肘板的板材库，设计出具备部分智能化功能的基座。

（2）板筋强化设计阶段。通过自动读取设备属性信息、参数化控制基座模板的研究，对基座模板进行更深层次的参数化驱动，实现板厚、材质、加强、更新等智能化功能。

（3）应用实施阶段。将初步设计完成的六类基座模板入库，并在不同场景中为不同属性的设备快速添加基座，测试基座模板库中的六类基座模板是否达到研究目标。

2 智能化基座模板库在3DE平台上的应用研究

2.1 传统基座设计流程

传统基座三维模型主要是采用拓扑[5]基座的方法进行建模，具体流程如图2。

（1）创建拓扑基座库：首先对基座进行分类，根据分类结果创建拓扑基座，并将拓扑基座入库备用。拓扑基座为片体模型，未反映板厚、材质等属性。当前的拓扑基座库中包含的基座类型有：壁挂式两条（梯形腹板&矩形肘板）、壁挂式两条（梯形腹板&肘板）、落地式两条（矩形腹板&肘板）、壁挂式两条（矩形腹板&梯形肘板）、落地式两条（矩形腹板&梯形肘板）、落地式两条（矩形腹板&肘板）、落地式两条（梯形腹板&肘板）、落地式两条（梯形腹板&矩形肘板）、斜撑壁挂式两条、斜撑壁挂式平台、四脚不等高（梯形腹板&肘板）、四脚等高（矩形腹板&肘板）、圆凳、两条靠背、框共计15类。

（2）创建母型基座库：使用创建好的拓扑基座库，为设备库中的设备创建母型基座，使设备库中的每一个设备都有一个对应的母型基座。

（3）生成基座实例：设备在实船布置好以后，调取该设备对应的母型基座，并手动调整该母型基座与结构贴合，然后为该基座添加板材信息，生成完整的基座实例。

采用拓扑基座的方法创建基座模型，建库工作量大、流程复杂、耗时长，平均创建一个完整的基座模型需要2h以上，工作效率比较低，需要投入大量设计人员专门从事基座建模工作。

2.2 基座设计智能化研究成果

通过研究分析，我们当前已创建出一个智能化基座模板库，以及《基于3DE平台的基座模板建库及建模操作手册》，该基座模板库涵盖了船上大部分场景的基座使用环境，库中主要包含的基座类型有：四点式基座、双面板&双腹板基座、回形基座、圆凳型基座、单面板&但腹板基座、单面板&双腹板基座、悬臂式基座、横向落地&單面板单腹板挂壁基座共计8项。

该智能化基座模板库，实现了以下功能：

（1）可以自动读取设备安装信息，取代手动输入的方法;

（2）可以根据设备安装面类型和设备重量自动匹配相应的面板、腹板、肘板的厚度，并自动生成板材;

（3）可以根据设备类型及设备重量自动匹配相应的加强方案，并自动进行加强;

（4）可以根据实船结构自动端切;

（5）设备移动后，基座可以一键更新。

相较于拓扑基座建模方法，采用基座智能设计方法创建基座，无论在建库方面、基座建模流程方面还是提升基座建模效率等方面，都有巨大提升，具体对比情况如表1所示。

综上，采用智能化基座设计方法创建基座，可有效缩短建模时间、提高建模质量、减少建模工作量，从而达到提升建模效率、降低人力成本、提高设计精度等目标。

3 结语

本文通过研究分析与项目实际应用，智能化的基座模板库实现了基座设计自动化，为3DE平台开展基座设计提供了新的思路和方法。该研究也表明此种方法开展基座设计对提高设计精细化、智能化是有效的，可以用于船舶三维基座设计领域。

参考文献

[1] 卢永进，林锐.CATIA V6船舶三维设计实例教程[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2016.

[2] 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，2005.8（2009.7重印）.

[3] 中国船舶工业总公司.船舶设计实用手册-舾装分册[M].北京：国防工业出版社，2002.

[4] 陈宾康.计算机辅助船舶设计[M].北京：国防工业出版社，1994.

[5] 佘小林，杨德庆.船舶舵机基座轻量化设计[J].中国舰船研究，2020，15（1）：170-176.