基于CATIA V6的船舶结构建库方法

卢永进，朱进，李涛涛

1中国舰船研究设计中心，湖北武汉430064

2海军装备部，北京100841

基于CATIA V6的船舶结构建库方法

卢永进1，朱进2，李涛涛1

1中国舰船研究设计中心，湖北武汉430064

2海军装备部，北京100841

为提高船舶的研制效率，将知识工程应用于船舶节点构件和结构设计过程中是当前工程应用的热点。基于CATIA V6软件平台，探讨三维设计中船舶结构建库流程和建库对结构设计的重要性，系统分析结构资源数据配置内容和组成，重点说明资源表的具体功能。结合参数化建模和知识工程技术，详细分析结构标准件创建步骤和设计要点。以典型船舶产品的几何结构为基础，建立完整的结构标准件和结构件模板，并实现了工程应用，为船舶结构建库提供了技术支撑和决策支持。

船舶结构；三维设计；CATIA V6；建库；知识工程

0 引 言

三维设计正成为船舶行业的技术发展方向，CADDS5，FORAN等专业软件在船舶工程设计中得到了充分应用［1-5］。作为法国达索公司开发的CAD/CAE/CAM一体化软件，CATIA系统已成功

应用于航空航天、汽车、船舶等领域［6］。近年来，该公司推出的CATIA V6软件为用户提供了较为完整的船舶设计模块，可用于船舶结构三维设计，但国内科研设计单位正处于CATIA V6三维设计的探索阶段，且鲜见相关报道。

结构建库作为船舶设计的重要组成部分，有必要充分利用知识工程技术，建立大量供设计重复调用的板材、型材等标准件，从而达到提高设计效率的目的［7-8］。然而，作为通用软件平台，CATIA V6缺乏与国内船舶设计流程的融合，软件自带模板少且不包含任何行业标准的结构数据。为此，本文将基于CATIA V6对结构资源数据配置、标准件创建流程及工程应用展开深入探讨，旨在为三维结构建库提供有效途径。

1 结构建库概述

结构建库工作涉及资源数据配置和结构标准件创建两大方面。在CATIA V6中，资源数据配置将通用几何资源（Common geometry resource）和结构资源（Structure resource）这2大资源集创建完成后绑定到具体项目，其中，通用几何资源集用于定义总体专业资源，主要包括船壳曲面和全船坐标系；结构资源集用于定义船体专业资源，主要以数据表结合后台模型关联的形式存在，包括开口表、开孔表、端切表和材料表等。同时，对应数据表解析生成的一系列结构标准件存入数据库后，在结构基础设计和详细设计时，可有效提取到结构资源数据，完成三维建模。

CATIA V6要求用户预先将设计所需的标准件进行创建并导入数据库，通过包含尺寸驱动和特征驱动的参数化结构设计方式，有效实现设计经验和知识的重用及积累，使该方法具备了如下优势［9-10］：

1）方便设计人员在结构设计时快速调用标准件，从而大大减少了重复创建工作；

2）提高数据准确性，减少设计过程中人为出错的概率；

3）当通过调用标准件生成的结构参数发生变化时，只需修改数据库中标准件的参数即可，实现了设计过程中的快速修改；

4）当船体标准规范发生变化时，可通过CATIA V6准确更改结构参数，使结构库得到快速升级，提高重用率，且新标准件的存储不会影响数据准确性。

2 结构资源数据配置

CATIA V6的结构资源数据配置在Data Setup中操作完成，涉及通用几何和结构两大资源集的创建及关联具体项目。通用几何资源集数据主要在3个模块中应用，即Space Referential，Structure Functional Design（SFD）和Structure Design（SDD），结构资源集数据应用于SFD和SDD两大模块。资源集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、设计规则以及位图等类型文件，这些文件组成结构基础数据源，服务于结构设计。

表1和表2分别给出两大资源集中的资源表及对应的功能。这些资源表主要通过数据导入方式创建，且必须严格参照船舶标准规范以确保数据的准确性。

表1 通用几何资源的主要资源表Tab.1 The main tables in common geometry resource

表2 结构资源的主要资源表Tab.2 The main tables in structure resource

3 结构标准件创建流程

CATIA V6在完成结构资源数据配置后，针对型材和贯穿开口等标准构件和几何外形，需要有效引入知识工程进行创建。运用参数化建模实现CATIA V6对结构标准件的特征提取，在参数化建模过程中将特征量用参数表示，并将其与依赖专家经验和标准规范的设计表关联，最终解析生成几何标准件，以便设计时利用几何标准件提取三维建模和数据。此外，注意设计表的数据应与表2中相应资源表的数据保持一致。

作为船体结构中的常用型材，轧制型钢分为扁钢、角钢、球扁钢、I型钢和槽型钢等，故建库时需根据标准规范整理数据，提取截面特征，合成定义零部件名称。结构几何标准件创建流程如图1所示。

图1 型材截面创建流程图Fig.1 Flow chart of the profile cross-section setup

以轧制型钢为例，对型材截面创建涉及的具体操作步骤详述如下：

1）根据船舶行业标准规范，整理型钢几何数据，创建设计表；

2）新建截面类型Structure Section，定义具体名称；

3）绘制截面草图，实现长度和定位尺寸约束；

4）根据截面特征创建锚点；

5）按照软件帮助工具命名截面边界，同时分析和绘制SFD对应的简化特征；

6）实现设计表参数与截面模型尺寸相关联；

7）创建Component Family并关联上述截面；

8）解析生成几何标准件。

4 标准件工程实例创建

在工程实际中，船体结构中存在大量的标准构件及标准外形，如板材、型材、贯穿开口、结构开口、型材端部形式、坡口等。为更好地分析结构建库工作，以某型科考船的船体结构为例，开展了实际的结构标准件创建和模板定制。

科考船主要板材和型材为B级船体结构钢，冰区加强区域外板采用D级船体结构钢，两者均为钢质全焊接结构。因全船有近万个结构部件，故针对数量较多的相同或相似部件，全面开展了清理工作并构建了基础库。结构设计包括如图2所示的板材、型材、贯穿开口、结构开口和端切5大类标准件，其中，板材、结构开口和端切仅通过资源数据配置即可，其他2类标准件则需要通过资源配置后，对应Material Table和Slot Table数据构建特征后解析生成。

图2 船体结构标准件分类Fig.2 Standard parts classification of hull structure

在创建型材结构标准件时，需要清理标准规范创立设计表，并绘制截面特征草图。草图必须基于x-y坐标平面绘制，高度方向H与V轴保持一致，且确保截面中心对称。图3给出了扁钢、球扁钢、T型材、角钢、空心圆钢和方钢截面的几何特征，图中粗点划线为结构基础设计时的使用特征，细实线轮廓为结构详细设计时的使用特征。同时，截面锚点和边界命名需结合工程设计与软件说明进行定义，完成后，对锚点进行非构造元素化操作，隐藏不必要的工作平面和线条，以避免设计调用时产生歧义。图4所示为典型贯穿水密开口，图中粗点划线轮廓表示型材，细实线表示开口外轮廓。

结合科考船结构节点详图，针对连接、补板、垫板等型式，在明确设计参考输入对象和尺寸驱动参数的条件下，对应创建参数化模型，并完成参

数借用，实现三维结构模板的创建。共完成了20多种模板，图5所示为其中3种结构设计模板。同时，在Catalog环境下建立结构标准库目录，将不同的模板存入库中对应的目录。当用户开展结构设计时，仅需调用相应的模板、选取参考对象、输入数据即可快速生成结构部件，以满足提高设计效率、确保研制质量的需要。

图3 典型型材截面Fig.3 Typical profile cross-section

图4 典型贯穿水密开口Fig.4 Typical watertight notch

图5 典型结构设计模板Fig.5 Typical structure design templates

5 结 语

针对CATIA V6结构建库缺乏模板和标准数据的问题，阐述了船舶三维结构建库的重要性，分析了CATIA V6结构资源数据配置策略，详细说明了一系列资源表的具体功能。基于将知识工程引入三维结构建库中，对CATIA V6结构标准件创建展开分析，为设计人员提供了全新的建库思路。同时，结合科考船工程实例，介绍了船体结构标准件的系统分类和创建。在此工程应用中，充分运用知识工程技术，有效创建了结构件模板，存入标准件库供结构设计时调用，从而达到了提高工作效率、确保数据准确性的目的。

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Database construction method of hull structure based on CATIA V6

LU Yongjin1，ZHU Jin2，LI Taotao1

1 China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China

2 Naval Armament Department of PLAN，Beijing 100841，China

Finding a method of knowledge-based engineering for ship node structure design and hull structure design to improve working efficiency is a hot research issue.Based on the CATIA V6 software platform，this paper systematically describes how to build a structure database for three-dimensional design，and explains the importance of database construction to structure design.Moreover，the data allocation and composition of structure resources are analyzed，and the specific functions of the resource tables specially explained.Combined with the technology of parameterized modeling and knowledge engineering，the creation procedure of standard parts for structure design is introduced in detail.Finally，taking the typical hull structure as an example，the establishment of a large number of standard parts and structure templates are implemented in engineering application.It is concluded that the solution provides technical support and decision support for ship database construction.

ship hull structure；three-dimensional design；CATIA V6；database construction；knowledge-based engineering

U662.9；TP391.7

A

10.3969/j.issn.1673-3185.2016.06.006

2016-04-05

时间：2016-11-18 15:19

国家部委基金资助项目

卢永进（通信作者），男，1982年生，博士，工程师。研究方向：船舶设计信息化。E-mail：soda1998@126.com李涛涛，男，1988年生，硕士，助理工程师。研究方向：船舶设计信息化。E-mail：taotaoliwhut@163.com

http://www.cnki.net/kcms/detail/42.1755.tj.20161118.1519.012.html 期刊网址：www.ship-research.com

卢永进，朱进，李涛涛.基于CATIA V6的船舶结构建库方法［J］.中国舰船研究，2016，11（6）：35-39. LU Yongjin，ZHU Jin，LI Taotao.Database construction method of hull structure based on CATIA V6［J］.Chinese Journal of Ship Research，2016，11（6）：35-39.