基于CATIA V6的船舶电气设计研究

2016-10-13卢永进

船电技术 2016年9期

卢永进，吴盛，汪敏

基于CATIA V6的船舶电气设计研究

卢永进，吴盛，汪敏

（中国舰船研究设计中心，武汉430064）

信息化技术正在不断促进船舶电气设计水平的提高。结合电气工程实际，从电气资源配置和标准件库创建两方面系统阐述电气建库工作，并对三维电气设备和电缆创建进行了详细说明，系统分析了CATIA V6电气原理图设计和三维综合布置操作流程。本研究对CATIA V6三维电气设计提供了具体的理论指导和技术参考。

CATIA V6 船舶电气建库三维设计

0 引言

随着信息化技术的发展，CAD/CAM/CAE一体化技术已在航空、航天、汽车等领域得到良好应用并获得好评[1,2]。而船舶设计因其模型数据量巨大而发展较为缓慢。当前，CATIA V6软件作为主流的CAD/CAM/CAE一体化软件正在国内船舶行业推广。因其引入国内时间较短，电气设计相关技术与应用未见报道，同时，设计过程需在不同模块之间频繁切换和对设计权限进行有效管控。因此，有必要对CATIA V6电气设计进行深入研究。

在CATIA V6中，电气设计主要涉及Electrical System Design、Electrical 3D Part Design和Electrical 3D Design等模块。其中，Electrical System Design模块应用于二维设计，可创建电气原理图、建立逻辑体系结构、电气设备布置、电气接线图、系统导入导出；后两模块应用于三维设计，Electrical 3D Part Design模块主要用于创建三维电气设备、托架、分段/分支（Segment/Branch）；Electrical 3D Design模块则具备布置三维设备、设备接线、创建电气几何形状（Electrical Geometry）、构建物理系统（Electrical Physical System）、敷设电缆、电网分析等功能。本文将结合具体模块，从电气建库、原理图设计、三维设备建模、综合布置等方面系统介绍CATIA V6电气设计。

1 电气建库

船舶电气建库包含资源配置和标准件库创建两大部分。其中，资源配置由Owner角色设计人员在Data Setup模块完成设置，在Data Setup模块中，涉及电气专业的资源集主要有Electrical Data Exchange Resources、Electrical Feature Customization Resources、Electrical Logical Resources等六种，具体见表1所示。配置时，需定义并创建好本地文件，按路径读取相关文件即可。

电气设备按照CB/T 14-2011《船舶产品专用图样和技术文件编号》进行编码，采取3位系统号+2位序号的方式。而设备创建完成后，统一由Leader角色设计人员存入电气标准件库。电气标准件库分多级Chapter，类似文件夹，一级Chapter按总类命名，具体为电机、电源和电站设备，照明、电热和日常电设备等；二级Chapter按系统分类，包含供电系统设备、配电系统设备等；而三级Chapter按具体设备细分，如柴油发电机组、接地电阻柜等，而四级Chapter按二维和三维分类，具体分二维符号和三维模型，详见图1所示。

2 原理图设计

CATIA V6具备从原理图设计到三维放样的功能，可满足船舶电气专业设计需求，功能较为强大。电气原理图绘制由专业设计人员在Symbol Design、Electrical System Design模块中开展工作，整个设计流程见图2所示。

设计前需进入Symbol Design模块，创建电气设备二维符号并定义连接点，由Leader角色设计人员统一存入标准件库中。然后进入Electrical System Design模块，根据不同系统划分，构建对应的特征树，设计人员结合具体系统开展原理图设计工作，插入和布置设备等符号，连接电缆，从而形成系统原理图。原理图绘制完成后，可利用工具栏BI Essentials中的Electrical: Connectivity review项进行连接性检查，根据线路呈现颜色判断连接状况。绿色表示完全连接；黄色表示部分连接；红色表示没有连接；白色表示没有电气连接性。

3 三维电气设备和电缆创建

船舶电气设备在CATIA V6的Electrical 3D Part Design模块中完成创建，进入模块后需选取Equipment作为设备类型，再切换至Part Design Essentials模块，开展具体三维设备建模。建模方法主要包括特征建模、由曲面生成实体模型、在装配中生成实体模型和其它CAD模型转换导入等四种，设计者可根据工程实际合理选择方法。电气设备三维模型务必根据真实几何尺寸，按1：1比例创建，同时准确表达与船体、电缆等接口信息，定义出重量重心等属性。电气设备电缆接口选Cavity类型创建，创建Cavity后的设备如图3所示。对于电站类大型设备可采用装配类型管理多态模型，创建出操作和维修空间模型，便于综合放样干涉检查和维修拆装等虚拟验证。

电缆创建在Electrical 3D Part Design模块中操作。需定义Electrical Conductor类型，并设置颜色、截面积、外径、弯曲半径、线密度等参数，电缆创建完成后，应存储在标准件库中。

4 电气三维综合布置

电气三维综合布置在Electrical 3D Design中完成，具体操作流程如图4所示。进入模块后，建立特征树节点，开展电气设备布置，而设备调用具体包括从服务器调用、对已布置设备重用、从资源库调用三种方式。在舱室中调入设备后需结合罗盘操作进行位置移动和方向调整，以确定电气设备安装位置。在特征树中创建Electrical Geometry（电气几何形状）节点，接着创建子节点Electrical Branch Geometry（电气分支几何），并定义具体名称和选择电缆通道参数，下面根据电气设备位置开展电缆通道设计。在特征树中定义Electrical Physical System（电气物理系统），对应电缆通道敷设电缆，并定义电缆外径、弯曲半径、线质量等参数。在CATIA V6三维电气设计中，电缆不存在物理模型，只赋予物理属性信息，具备开展电缆连通性设置和检查能力。设计完成后可对电缆填充率进行计算和评判。图5为某舱室电气三维综合布置场景。

5 结论

基于CATIA V6平台，从电气建库、原理图设计、三维电气设备和电缆创建、电气三维综合布置等方面入手，开展了具体研究，体现在：

1）结合国内船舶电气设计业务模式，从CATIA V6电气资源配置和标准件库创建两个方面展开分析，梳理出了面向船舶设计的电气建库思路；2）针对电气原理图设计，详细介绍了二维原理图设计流程；3）系统介绍了电气设备建模和电缆创建方法，并对设备的电缆接口创建进行了重要说明。同时，系统阐述了电气三维综合布置流程。