基于SPD 的结构划线出图软件开发及应用

2022-09-13王江军张斯翔李文治

广东造船 2022年4期

王江军，张斯翔，李文治，王贺，李琪

（中船黄埔文冲船舶有限公司，广州 510715）

1 前言

随着造船技术的迅猛发展和计算机信息技术在船舶建造领域的推广应用，船舶企业竞争日益激烈，如何降低船舶设计建造成本，实现精益造船已成为现代造船的必然趋势。SPD 是船舶设计制造数字化三维CAD 图形平台和集成制造系统。划线图作为船体结构设计图纸的重要组成部分，为船舶建造过程中的分段制作的精度控制提供图纸依据。目前国内主要大中型船舶企业的结构划线图传统出图模式，主要是采用手工绘图的方法来完成。该传统方法存在明显的技术缺陷，通过对SPD 船体结构设计系统的深入研究，开发出具有结构划线自动出图功能的应用软件，能够显著提高船体结构图纸的设计质量，有效缩短船舶生产设计周期，从而降低产品的设计成本，达到降本增效的目的。

SPD 是一套成熟的船舶生产设计系统，但是不同的船厂对船舶设计软件的功能需求存在着差异。在国内大中型船舶企业，船体结构制作安装过程中需要对甲板和壁板等组部件进行结构划线，以便在型材或板架安装过程中进行定位。传统的结构划线出图方法主要采用手工绘图，需要首先利用SPD 生成CAD 平面图纸或者在SPD 系统内新建甲板或壁板图纸视口，删除或隐藏图纸上不相关的文字信息和图形信息，然后在图纸上分别画出X 方向和Y 方向的基准线，接着逐个量取每根结构线到基准线的理论距离，再根据精度要求的收缩补偿量计算出每根结构线到基准线的实际距离，最后将计算得到的所有数据信息手工绘制到图纸上，得到完整的经过收缩补偿处理的结构划线图，见图1 所示。

图1 结构划线图

采用上述传统方法绘制结构划线图，主要存在三点技术缺陷：

（1）前期处理工作量大。在绘制结构划线图前，需要将每个甲板或壁板组部件从SPD 设计系统中导出为CAD 图纸，然后隐藏或删除图纸上不必要的干扰信息。根据测算，平均每个船体分段至少需要有5 个以上的板架需要绘制划线图，耗费大量的时间及精力，并且很容易造成个别结构划线被误删或隐藏的情况，导致划线图标注信息不全；

（2）划线数据取值容易出错。根据精度布置图特点，结构划线在同一个板架X 方和Y 方向收缩补偿量存在差异，不同板架之间的收缩补偿也不同。由于板架结构线密集，需要量取的数据众多，采用手工方法量取划线数据过程中容易出现错误，造成划线数据存在误差；

（3）修改过程繁琐。当精度布置发生修改、船体结构存在增减或位置改变的情况，就需要从SPD 中再次导出CAD 图纸，然后重新量取结构数据和计算划线数据，最后再标注到图纸上，极其不便。

鉴于以上技术缺陷，有必要开发一套具有结构划线数据自动出图功能的应用软件，采用该软件可以自动完成结构数据及板架轮廓数据的提取，根据精度布置自动计算划线图，并绘制板架图和标注划线数据，从而避免了手工处理过程中的数据偏差，提高结构划线图设计质量和效率。

2 软件开发

2.1 开发环境

根据SPD 设计建造系统运行在中望CAD 图形平台的特点，本文以Visual Basic IDE 作为开发环境对船体设计系统进行二次开发。中望CAD 提供了功能强大的面向对象的开发环境和应用程序接口，通过ActiveX Automation 可以创建各种对象模型。由于与中望CAD在同一个地址空间运行的特性，可以利用中望CAD 来访问数据库、图形系统及几何造型核心，开发各类快捷高效的应用程序。

2.2 工作流程

船体结构划线出图软件，主要工作流程分为五个步骤：（1）获取划线参数；（2）获取板架数据；（3）计算划线数据；（4）绘制板架图；（5）标注划线数据。该软件工作流程，如图2 所示。

图2 软件工作流程

（1）获取划线参数

该软件采用了友好的交互界面，方便用户直观快捷地输入相关参数。用户通过选择需要划线的板零件名，根据精度部门提供的精度布置信息，输入坐标轴方向的基准线和收缩量，指定船体模型中是否已加放收缩补偿。

（2）获取板架数据

获取板架数据时，程序首先读取SPD 配置数据，解析当前船体模型，然后从分段模型数据库中提取当前分段的所有板架名，并在可选构件选项表中列出，用户将需要制作胎架的板零件名添加到已选构件列表中，程序自动从分段模型数据库完成指定板架的数据信息提取。

（3）计算划线数据

计算划线数据过程中，程序首先从板架数据中逐条解析结构线的划线数据信息，接着完成结构线坐标系和船体坐标系的转换，然后根据用户输入的基准线和收缩量计算得到结构线的划线数据。

（4）绘制板架图

该软件首先从模型数据中提取板零件的数据轮廓数据绘制板架轮廓线，然后绘制板零件的结构线，接着根据计算得到的划线数据进行划线标注，最后完成板架的零件名和精度信息标注。

（5）标注划线数据

为确保划线图清晰简洁，避免船体坐标系同一截面的划线重复标注，该程序在进行数据标注前会对划线数据进行检查，删除重复的划线数据信息，最后在划线图上绘制基准线，并将划线数据标注到划线图上。

3 软件应用

3.1 准备分段板架数据

在应用该软件进行结构划线出图前，首先要检查需要划线的板架零件模型是否正确：可先在SPD 系统中打开需要处理的工程项目和分段，对需要做划线图的板架零件进行展开，在展开过程中注意是否出现错误提示，如果存在错误的零件则需要在设计系统中检查改正，确保划线板架零件的模型无误。

3.2 启动软件

该软件启动方式有三种：（1）在SPD 界面下的船体扩展应用中点击“划线标注”按钮启动软件；（2）在CAD 菜单中依次选择工具＞宏＞加载工程，完成软件的加载；（3）在CAD 命令行输入VBALOAD 命令，选择划线标注应用软件，完成软件正确加载。

3.3 输入参数

软件根据识别到的SPD 工程项和分段名提取板架数据供用户选择；用户选取所需的板架，并输入划线基准线和收缩量；填写参数时需要注意X 方向和Y 方向的坐标系对应SPD 模型剖面图坐标系，船长方向的基准线填写格式为FRaa+bb。其中，aa 代表肋位号，bb 代表基准线距肋位的距离。

3.4 生成划线草图

完成参数设置后，点击“绘图”按钮，软件根据用户所选取的板架名和输入的精度参数，首先从数据库中提取板架轮廓和划线数据信息，绘制板架轮廓和划线；然后根据基准线和精度信息计算划线数据；最后生成划线草图，并自动完成划线信息标注。

3.5 绘制结构划线图

生成划线草图后，对于板缝线和不规则零件划线数据可以采用半自动标注方式：首先点击“标注”按钮；接着选取划线基准线；然后选择需要标注的板缝线或者不规则零件划线，软件会自动判断标注方向并计算出划线数据；最后完成板缝线和划线标注。图3 为该软件自动绘制的甲板结构划线图。

图3 结构划线图

4 软件应用成果

（1）大幅提升了结构出图效率

该软件开发完成后，在某船A 总段进行了实船应用测试：按照精度布置要求，某船A 总段所有具备平面板架的分段都需要做划线图，为此从中随机抽取了5 个分段进行测试。结果表明，软件应用前后设计工时显著减少，如表1 所示。

表1 软件在某船A 总段应用成果（设计工时）统计

从表1 可以看出，软件应用后明显提高了划线图的出图工作效率，从而有效减轻了设计人员的工作负荷，缩短了生产设计周期，降低了产品设计成本，达到降本增效的目的。

（2）显著提高了划线图纸质量

首先，该软件通过自动提取并计算板架数据，根据收缩补偿量生成划线板架图，有效避免了手工量取划线数据时的错漏问题，提高了划线图质量；其次，该软件根据算法实现了划线数据快捷高效高精度的计算，有效降低了传统模式下手工量取数据和人工计算过程中产生的误差，保证了设计数据的准确性（见表2），提高了结构划线图的精度。

表2 软件在某船B 总段应用成果（正确率）对比

（3）具有广阔的应用前景

结构划线图是船体结构图纸重要组成部分，应用结构划线自动处理软件能够满足对所有需要划线的船体板架进行出图的需求，快捷高效高精度地完成结构划线图纸自动出图工作，扩展了SPD 设计系统在船体结构出图方面的功能，具有广阔的应用前景；同时，程序采用ActiveX Automation 的特性对SPD 进行二次开发，具有友好的交互界面，操作简便，易于掌握，使设计人员不需要掌握复杂的划线数据计算原理，就可以轻松胜任结构划线的板架出图工作，降低了结构划线图的设计技术难度。