基于三维体验平台的船舶设备位置驱动与布置

2019-05-20邹梦瑶管伟元

船舶与海洋工程 2019年2期

邹梦瑶，管伟元，王充，吴立

（中国船舶及海洋工程设计研究院，上海 200011）

0 引言

随着数字化设计技术的快速发展，船舶制造业已在数字化设计方面取得较大进展，并正在进一步朝智能化方向转型。目前国内主流的船舶三维设计软件主要有CADDS5、TRIBON、NAPA、FORAN、SPD和三维体验（3D Experience）平台等，其中3D Experience平台是法国达索系统开发的新一代集CAD、CAE和CAM于一体的PLM软件平台[1]。该平台旨在为企业提供一体化、智能化的工业解决方案，可很好地满足制造业在数字化转型升级方面的需求，为制造业带来全新的设计和生产体验，目前已成功应用于航空航天、汽车和船舶等领域[2-3]。

在总布置设计中，设备的布置流程一般从库中调用，通过操作罗盘进行位置移动和方向调整[4]。该方法不仅缺乏与二维原理图之间的关联，而且设备移动定位的效率和准确性不足。二维驱动三维（Logical to Physical，L2P）[5]是3D Experience平台中连接二维原理图设计和三维设计的重要方法，采用该方法不仅可实现对原理图中电缆和管线的驱动，而且可实现对分电箱和油泵等船舶设备的位置驱动。但是，在不配置驱动规则的情况下，只能先将设备驱动到船舶坐标系的原点，再运用罗盘对其进行移动。针对以上问题，本文重点研究L2P的驱动机制，实现二维与三维的关联，并且通过EKL编程实现对设备的高效位置驱动和准确布置，同时为后续原理图中涉及空间关联的BI检查创造条件。设备位置驱动和布置的具体流程见图1。

图1 设备位置驱动和布置的具体流程

1 空间划分

空间划分主要运用空间分配（Space Allocation, SAO）模块和创成式曲面设计（Generative Shape Design,GSD）模块。首先，运用SAO模块定义切割元素，对主船体进行区域划分，切割元素主要分为DeckCE、FireZoneCE、WaterTightCE、LongCE和CrossCE等5类，可按实际需要删除或添加切割元素的种类。然后，选取划分好的某个区域，在某个支持面上绘制草图，运用草图中的线元素代表舱壁的位置，进而划分出具体的舱室空间。对某平台供应船（Platform Supply Vessel, PSV）双层底区域进行详细的舱室划分所绘草图见图2。

图2 某PSV双层底区域详细舱室划分草图

需注意，在定义切割元素时，对于不规则甲板面，需先运用GSD模块生成甲板曲面，再将其定义为切割元素。此外，对于形状较为复杂的非规则舱室，可先运用GSD模块，通过曲面的拉伸、切割和缝合形成封闭体，再将该封闭体指定为某个具体的舱室。某PSV的空间划分结果见图3。

图3 某PSV的空间划分结果

2 资源配置

空间划分好之后，为实现设备向指定空间的驱动，需将划分好的空间配置在资源库中，以便创建二维原理图中的设备符号与指定空间的关联。此外，需在资源库中配置设备的驱动规则。为实现设备的驱动，需配置Diagram Resources和Logical System Routing Resources 2种资源集，具体需配置的资源项见表1。

表1 资源配置

表1中的Zone Names资源项中需声明空间类型和读取方向，其中：空间类型主要有Deck、Room、Watertight zones和Fire zones等；读取方向与空间类型相关联，主要有Above、Below、Left、Right和Inside等。例如，为实现设备向指定舱室的驱动，空间类型选择为Room，空间读取方向选择为Inside，将存储舱室名称的Sheet表导入。表1中的Compute 3D position资源项中需配置设备的驱动规则，驱动规则用EKL语言编写，该语言是3D Experience平台中的一种面向对象的简便、直译、自动化的语言，支持用户定制业务流程，帮助用户定义、重用和分享知识。驱动规则部分核心代码如下：

3 设备位置驱动

为实现设备的位置驱动，除了配置相应的资源以外，还需具备2个条件，即：二维原理图中设备符号与空间相关联；设备符号Reference属性中的Predefined Part Number与所要驱动三维设备的Title相一致，否则无法实现驱动。创建空间关联在二维原理图的视图窗口完成。首先，运用Create Zone命令选择区域的类型和名称，在原理图中绘制一个封闭图形代表某个指定的舱室空间，其次，运用Create Space Link命令手动或自动创建空间关联。最后，在属性中查看设备符号的Space Reference属性，检查空间关联是否创建成功。此外，可运用B.I.Essentials命令中的Diagram: Space Allocation Review检查项对二维原理图中的设备符号进行空间分配检查，从而提高设备位置驱动的准确性。

上述2个条件满足之后，在RFLP结构树中激活Physical节点，切换至Electrical 3D Design模块或Piping & Tubing 3D Design模块。接着，运用Logical to Physical命令实现设备由二维到三维的驱动。最后，在三维模型中查看设备是否驱动成功。本文主要实现主机燃油供给泵向某个空间中心的驱动（见图4）。实际上，在驱动规则中也可定义设备向三维坐标点的驱动，但采用该方法无法创建设备与空间的关联，因此不能运用B.I检查。相比之下，建议采用设备向指定空间的驱动。

图4 设备驱动至指定空间中心

4 设备布置

设备驱动到指定空间的中心之后，可通过操作罗盘进行位置移动和方向调整，但设备移动的位置只能粗略估计，具有较大的随意性。为了更加精确、高效地对设备进行布置，可在Engine Rules Capture模块中通过EKL编程创建Action，并将其制作成相应的设备布置命令。在使用该命令时，先选择需布置的设备和船舶坐标系，然后通过输入肋位号FrN、纵剖面编号LongN和垂向甲板编号HN的数值及各方向对应的Offset数值，即可实现基于船舶坐标系的设备布置（见图5）。