基于AM 的舾装建模工具开发

谭 冬，王成林

（大连中远海运重工有限公司，辽宁大连 116113）

0 引言

随着计算机辅助设计使用的飞速发展，船舶三维可视化设计得到了广泛普及和不断深化，三维可视化设计逐步代替了传统的二维设计方法。传统的二维设计不但设计图纸不直观，而且现场制造也不直观，因而从根源上容易导致设备、结构等的碰撞，由设计产生的错误必然会造成生产上的修改。三维可视化设计让设计更加直观，可有效减少碰撞，大大提高了设计人员的工作效率。

三维可视化设计软件有很多种，在船舶设计领域应用的软件主要包括TRIBON、CADDS5、 CATIA、AVEVAMARINE、Intergraph Smart 3D、SB3DS、SPD 等。这些软件都有各自的特点，随着新技术的不断发展，软件也在不断升级，目前很多船厂都转型使用AVEVA MARINE（AM）三维设计软件[1-3]。由于船舶建造具有复杂性和多样性，每个船厂都需要根据自身情况对软件进行二次开发，AM 软件最大的特点是二次开发接口丰富，自身内置的PML 语言接口和NET 接口，基本可以解决我们在实际中遇到的问题[4-6]。

AM 三维设计软件在中远海运重工的应用已非常成熟，由于一些舾装件种类复杂、数量繁多， 不同船型使用标准型号和尺寸不同，在建模时很多舾装件需要手动进行单一建模。同时，目前建模时也仅能建立几何模型，出图时仍需要设计人员单独剖分模型，以形成三视图。舾装件的材料表也需要设计人员再单独提取核算并制表，这不仅会延长建模出图周期，还会增加建模出图的成本。为了能够提高设计效率，开发了舾装建模工具，本文主要介绍标准库模型的建立、参数化建模和二维图纸与三维模型的转化。

1 舾装建模工具

1.1 标准库模型

将标准库模型分为一般标准件和锁紧件，一般标准件通过文本形式存储模型命令，以文件夹的形式存储层级关系，可自定义文件路径和模型数量等，设计人员可根据自己的需求增加或删除文件，以方便使用维护。在AM 中读取标准库模型的路径，按照存储样式进行分类，并通过树形排列展示出来。三维模型的创建是通过选中子项点击创建按钮进行的，如图1 所示。

图1 标准库存储

按照国际标准对紧固件模型进行分类，并以文本的形式将其存储。可通过筛选类型、长度和螺杆直径，快速找到对应紧固件，选中要创建的紧固件直接创建即可，如图2 所示。

1.2 参数化建模

参数化建模是通过填写模型的某些参数值来快速建立一个新的模型，参数化建模的参数不仅可以是几何参数，还可以是温度、材料和重量等属性参数。以这里用最常见的梯子模型为例，在梯子的部件结构设计中，细化分解每个部件的组合特征，使分解的部件几何特征实现参数化。对于图形的描述可以分为以下3 部分：图形的拓扑关系、图形的几何参数（如点的坐标）、几何参数与图形结构参数（如图形的长、宽等）之间的关系。

图2 紧固件存储

通过对最常见的梯子模型进行分析，梯子的拓扑关系可分为主特征和辅特征，主特征包括梯架、踏步、支撑和垫板；辅特征包括材料、标注和表格等（见图3）。主特征是构成梯子主要因素，用来创建梯子的三维模型；辅特征主要用来辅助出制作图、生成材料表，对梯子本身的结构没有影响。分析了图形的拓扑关系及其变化规律，提炼出图形的几何参数，而后将这些参数用程序表示出来，从而实现参数的填写并建立模型。

图3 梯子的拓扑关系

形成参数化建模后，通过输入一部分关键参数，可以自动输出相应参数的舾装件，并生成三视图和材料表，无需再次单独建模和核算材料清单，因而节省了建模出图的周期，最终降低整个建模设计的成本。

1.3 二维图纸与三维模型的转换

1.3.1 二维图纸生成三维模型

二维图纸是将三维模型通过投影原理绘制而成的，由二维图纸向三维模型的转换是一个逆向的过程。这里用到的二维图纸不需要三视图，只需要一个方向上的投影，这些模型的二维投影很容易绘制，按照操作方式分为平面拉伸体、旋转体、格栅和设备底座。

常见的板材、壁板和天花板，这些模型只需绘制出投影图，而后通过拉伸或旋转生成建模文件，再在AM 中执行建模文件生成三维模型（见图4）。格栅模型通常是由外圈的扁铁和内部的格栅条组成，虽然外圈形状不同，但内部格栅条是有序排列的，因此通过提取CAD 中外圈的几何信息可以很快生成格栅的三维模型。通常设备底座的外形也比较规则，可通过在CAD 中提取几何信息和输入参数来创建三维模型。

图4 二维图纸生成三维模型过程

1.3.2 三维模型导出套料文件

板材在加工前需要在母板中套料，使用Fastcam 对板材进行套料，需要掌握板材的二维轮廓信息。以前的做法是通过CAD 绘制零件轮廓，而后通过Fastcam 提取零件信息，最后进行套料。通过开发改进了以前的做法，将建好的三维模型自动命名零件号，直接将零件导出成可供Fastcam 使用的零件信息，如图5 所示。

图5 三维模型转换成套料文件

图6a)、图6b)分别是标准件建模界面和锁紧件建模界面。标准件通过读取文件路径构建树形列表，选中文件进行创建模型；锁紧件通过读取List 文件进行类型、长度和螺杆直径的筛选，选中文件创建模型。

参数化建模包括梯子、拉手、踏步等多种类型的舾装模型，通过输入参数可直接创建模型，也可直接修改模型，梯子的参数化建模界面如图7 所示。建好的模型可以直接生成供生产使用的制作图纸，包括基本的尺寸标注、材料表以及节点详图，如图8 所示。

图6 标准库建模界面

二维图纸转换三维模型主要使用AutoCAD提供的.NET 开发接口，通过选择集得到对象，再将对象转换成AM 可识别的命令生成模型。图9为二维转三维模型的操作界面，图10 为二维模型与三维模型的对比。

图7 直梯参数化界面

图8 直梯三维模型与制作图

图10 二维图纸转化三维模型

3 结论

舾装建模工具的开发是一个长期的、不断完善的过程，目的就是尽可能地提高设计效率，改进设计质量，保证又快又好地完成设计任务。标准库模型的使用，使设计人员可以在建模时直接选取对应标准型号的标准模型，无需再次建模，从而减少了建模周期。舾装参数化建模，可以通过填写参数快速建立三维模型；模型转换改变了以往的工作方式，优化了设计流程。舾装建模工具的应用可以降低生产设计建模的出图周期，进而降低生产设计的成本，提高企业效益，同时逐步推进自动化建模工作，进一步落实智能造船的工作。