基于3DEXPERIENCE平台的轮机基础库构建技术分析

卢永进 韩海荣 郭晨 熊雪程

摘要：针对大数据量环境下管路设计效率低的问题，根据船舶管路设计特点，基于3DEXPERIENCE平台梳理了轮机基础库构建常规策略。结合典型阀件标准，系统开展模型数据量研究，分析不同粒度参数化模型、标准件和实例模型对数据量的影响。同时，基于不同数据量和滤器容量对标准件组织管理形式进行测试分析，提出了结构树组织形式，并进行了添加阀附件性能测试。测试表明采用结构树管理轮机基础库可显著提高设计效率，具有很好的推广应用价值。

关键词：大数据量；3DEXPERIENCE平台；轮机；建库

中图分类号：U662.9 文献标志码：A doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2023.06.008

文章编号：1006-0316 （2023） 06-0055-05

Technical Analysis of the Three-dimensional Engine Database Foundation

Based on 3DEXPERIENCE Platform

LU Yongjin1，HAN Hairong1，GUO Chen1，2，XIONG Xuecheng1，2

（ 1.China Ship Development and Design Center， Wuhan 430064， China;

2.Wuhan Ship Development and Design Institute Co.， Ltd.， Wuhan 430064， China ）

Abstract：Aiming at the problem of low efficiency in piping design under large data volume environment， according to the characteristics of ship piping design， the conventional construction strategies of marine database were systematically sorted out. Combined with the standard of typical valve parts， the model data volume was studied systematically based on 3DEXPERIENCE Platform， and the influence of different granularity parameterized model， standard part and instance model on the data volume was analyzed. At the same time， based on different data volume and filter capacity， the organization and management form of standard parts was tested and analyzed， and the organization form of structure tree was proposed， and the performance test of valve accessories was discussed. The test results show that using structure tree to manage turbine base library can significantly improve the design efficiency and has a good value of popularization and application.

Key words：large data volume；3DEXPERIENCE platform；marine engineering；database foundation

为有效提升装备型号质量，船舶精细化设计正发展成为行业趋势[1-2]。3DEXPERIENCE平台（以下简称3DE平台）作为船舶行业的主流设计软件，已在不少船舶产品中推广应用，具备完善的精细化设计功能。

当前，船舶数字化标准体系初步建立，涵盖了大部分数字化设计建模建库要求。不同研制单位开展了大量基础资源库建设，并开发了一批使能工具集，在很大程度上支撐了型号应用需求。尽管船舶行业在数字化建设和应用方面取得了一定成绩，基本具备了推进数字化工程的基础，但与国内外先进行业数字化技术对比，在应用深度和快速设计效率提升方面存在较大差距[3-5]。

管路设计是船舶精细化设计的重要组成部分，囊括资源配置、二维符号绘制、原理图设计、管附件三维建库、管路三维设计等内容[6-8]。大型船舶管路系统呈复杂化、大型化和集成化趋势发展，加上研制后期采用全范围和高粒度建模方式，形成设计模型数据量极大，同时，管路设计受技术状态影响修改频繁，使得传统设计模式和设计手段难以有效支撑型号研制，迫切需要在新形式和新要求下建立技术手段，以提高大数据量环境下管路设计效率和研制质量。

1 基础库构建常规流程

在3DE平台中，轮机基础库构建包含建立工程技术表、解析管附件、CATALOG存放管理、定义过滤器和资源库配置等过程，如图1所示，具体流程如下：

（1）面向设计使用的管附件信息，梳理标准件信息和管附件匹配规则，从而建立工程技术表，包含标准体系表、材料类型表、材料表、管附件连接类型表、管附件子类表、管路通径表、管路公称压力表、管材外径表、管材壁厚表、管材规格尺寸、管材弯模直径表、管材弯管半径表、管材自动匹配规则表、管路支管规则表等。

（2）平台参数化设计功能强大，利用管材规格尺寸表数据驱动系统刚性管材批量解析生成标准件。针对种类繁多的阀附件，先创建参数化

模型，包括三维几何模型、接口和属性信息等内容，对应标准数据定义设计表，通过设计表驱动参数化模型解析生成标准件。

（3）平台原生功能利用CATALOG存放管附件标准件，其类似于文件夹，CATALOG可以根据附件类别、标准等定义多级Chapter，用于存储对应标准件，航空领域也采用此管理方式。

（4）过滤器定义则通过设置筛选规则获取面向管路设计的标准件，以供设计人员调用。过滤器分为刚性管过滤器、附件过滤器和管绝缘过滤器等类别，每类过滤器由不同过滤单元组成。

（5）將工程技术表、管材过滤器、附件过滤器等资源表组合形成系统规格书，再将系列资源表、规格书、标准件库关联到Piping/Tubing specification Resource资源集，与具体工程项目所绑定。

通过对轮机基础库构建流程进行分析，其涉及创建数据表（含匹配规则）、几何模型、属性信息、CATALOG和过滤器等对象，显而易见，消耗服务器数据量最大的即几何模型。

2 基础库模型数据分析

作为通用设计平台，3DE平台不同于FORAN、TRIBON等船舶专用软件，未提供阀附件参数化模型[9-10]。为分析不同复杂程度模型数据量，以GB/T 587-2008 A型船用法兰青铜截止阀为对象，开展模型数据量研究。

充分吸纳标准数据信息，分析A型船用法兰青铜截止阀的几何建模要素，以图2所示粗粒度、适中粒度和细粒度三种粒度创建参数化模型，并分别定义设计表与之关联。基于不同粒度参数化模型，分别以A10065、A25125两型截止阀对应参数进行解析，形成参考模型。在设计场景中调用参考模型生成实例模型。将三个带设计表的参数化模型、六个解析生成的参考模型和六种实例模型分别以with authoring（.3dxml）格式导出，形成3DXML文件，按文件大小统计模型数据量，具体如表1所示。

在反映阀件最大外形尺寸、接口形式的前提下，不同粒度的模型创建时间不同，粒度越细，建模耗时越多，主要消耗在创建设计表和几何模型上。同时，随着模型粒度增加，模型数据量明显增大。A10065和A25125两型阀件对应标准中最小和最大尺寸阀件，可见最小尺寸模型比参数化模型数据量小，随阀件尺寸增加，参考模型数据量相应增加，粒度越细，占用数据量越多。

标准件通过参数化模型解析生成，作为参考模型存放在CATALOG中，供管路设计时通过滤器进行筛选调用，在管路系统设计中生成具体实例模型。为此，对三种粒度解析生成的A10065参考模型进行1次和10次实例模型插入，并以导出文件数据量进行分析。可见首次插入实例模型数据量较大，略大于参考模型数据量，后续插入同一参考模型对数据量影响较小，控制参数化模型粒度是有效减少模型数据量的核心。

3 标准件管理方案

轮机基础库构建形成数量大且种类多的标准件。针对标准件的组织管理，通过不同关键因素对各种管理方案进行测试分析，提出合适的标准件管理方案。

3.1  CATALOG＋滤器方式

添加阀附件是管路设计中的常用操作，在

以往工程应用中，采用CATALOG＋滤器方式管理标准件，出现首次添加附件卡顿现象，甚至延时达十余分钟。添加阀附件时，平台首先加载附件过滤器，遍历滤器中对应类型所有规格。为此，考虑从服务量数据量和滤器容量两个方面进行分析。在测试环境下，通过导入船体、轮机等三维模型实现服务器数据量按比例递增，对应数据量为1.4 GB、4.2 GB、8.8 GB和1000 GB，并设置不同滤器容量，即滤器零件数1、50、500、5000进行阀附件首次添加时长测试。具体测试时，四名设计人员在相同软硬件配置下进行同步骤操作，各自统计时长后取平均值，相关数据变化如图3所示。一开始，随着服务器数据量不断增加，首次添加时长变化不大，当增至8.8 GB时，插入附件时长明显增加，而数据量增加至100 GB时，首次添加附件耗时达873 s。CATALOG＋滤器管理方式受服务器数据量影响明显，不同硬件配置存在不同门限值。同时，在服务器数据量相同条件下，滤器容量大小影响添加时长，滤器容量大表明过滤器包含的零件数量多，导致遍历时间加长。

3.2  CATALOG＋LineID方式

除CATALOG＋滤器方式管理标准件外，3DE平台提供CATALOG＋LineID方式，即资源库配置采取“规格书”形式，按管路系统将管材和阀附件分类，以便设计时精确选取。为分析CATALOG＋LineID方式设计效率，以服务量数据量和滤器容量为变量测试操作时长。结果如表2所示。CATALOG＋LineID方式较CATALOG＋滤器方式而言通过系统分类减少了滤器容量，加载效率有一定优势，但其本质仍是采用CATALOG库管理，受服务器数据量影响较大，随船舶设计推进，服务器数据量显著增加，加载效率显著下降。同时，需要购买SEF许可用于创建LineID，将加大设计经济成本。此外，设计修改迭代过程中难以保证管路系统逻辑与物理的一致性，会导致设计人员无法添加合适的阀附件。

3.3 结构树组织方式

CATALOG＋滤器方式、CATALOG+LineID方式两种添加阀附件均受服务器数据量影响，影响管路设计效率。由于管路设计添加方式主要包含CATALOG查询和平台搜索两种方式，平台搜索方式可基于特征信息搜索任意对象实施加载。为此，基于产品结构树的组织方法，提出使用结构树对阀附件进行组织管理，即将设计所需阀附件解析后以节点形式直接挂到相应结构树下，设计人员在管路设计时通过平台搜索方式从结构树选取添加阀附件。

管附件库采用结构树形式组织管理，确定以附件类型为主创建相应的节点，并在相应的节点下根据不同标准创建子节点，同时结合各系统使用特殊阀附件情况，创建非标阀附件节点。即一级节点按标准阀件、标准附件、非标阀附件和占位阀附件分，其中，标准阀件和标准附件二级节点按标准号定义，命名要求为“零件名称_带年号的标准号（无则缺省）”，如“船用法兰铸钢截止阀GB/T 584－2008”。非标阀附件按企标定义，占位阀件根据最大外形尺寸建模，具体形式如图4所示。

对于轮机标准件结构树管理方式，按不同滤器容量50、500、5000進行阀附件首次添加时长测试。结构树方式添加阀附件步骤涉及点击添加按钮、选取管路、选择添加模式、获取对应阀附件和插入阀附件模型。与其他标准件管理的差别主要在于选取添加模式不同。测试发现添加时长一般不超过30 s，即使滤器容量达到5000，耗时仅34 s，可见结构树形式管理轮机基础库能有效减少阀附件添加时间，显著提高设计效率。

图4 轮机标准件库结构树形式

4 结论

随着船舶数字化设计的深入应用，对船舶管路研制质量和设计效率提出了越来越高的要求。从船舶研制任务入手梳理了轮机基础库构建流程，探究了基础库模型数据量变化规律。针对CATALOG＋滤器方式管理标准件出现首次添加附件时间过长的问题，通过服务量数据量和滤器容量两大因素进行测试分析，表明服务器数据量是重要影响因素。最后，提出采用结构树形式组织管理轮机标准件，测试结果表明可有效打破服务器数据量的限制，显著减少添加时长，在工程型号中有很好的应用前景，有助于提高管路设计效率。

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