CATIA V6船舶电气原理驱动设计应用

张云 陈刚 李翠芳 马彪

摘    要：本文介绍了CATIA V6船舶电气原理驱动设计应用，主要包括：CATIA V6电气设计系统功能与特点、电气系统原理库、电气设备3D物理模型库、电气原理驱动、电气目录树、L2P电气同步等。CATIA V6三维设计软件，体现了精细化设计、数字化、可视化造船的优势，在数字化船舶建造中具有重要意义。

关键词：CATIA V6；电气库；电气原理驱动；电气目录树；L2P电气同步

中图分类号：U662.9                                文献标识码：A

Design and Application of Ship Electrical Principle

Drive Based on CATIA V6

ZHANG Yun，  CHEN Gang，  LI Cuifang，  Ma Biao

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.， Ltd.， Guangzhou 510715 ）

Abstract： This paper introduces the optimization design and application of ship electrical principle drive based on CATIA V6， mainly including： functions and features of CATIA electrical design system ， electrical system principle library， 3D physical model library for electrical equipment， electric principle drive， electrical catalog tree， L2P electrical synchronization， and realizing the transformation from electrical two-dimensional principle to electrical three-dimensional physical model. CATIA V6 3D design software embodies the advantages of fine design， digitization and visualization in shipbuilding， which is of great significance in digital shipbuilding.

Key words： CATIA V6; electrical library; electric principle drive; electrical catalog tree; L2P electrical synchronization

1     前言

CATIA V6軟件，是达索公司的CAD、CAE、CAM一体化三维设计软件，在航空航天、汽车制造等领域广泛应用，是达索公司推出的最新版本。平台将机械设计、工程分析及仿真、数控加工等应用解决方案有机结合在一起，为用户提供严密的工作环境，拥有宽广的专业覆盖面，帮助客户达到缩短设计生产周期、提高设计质量及降低费用的目的。鉴于CATIA V6可实现可视化的三维设计，可应用于舰船、游轮、航母等设计。

结合我司的特点，提出适合自身的业务流程，如图1所示。

2    CATIA V6电气设计系统功能与特点

CATIA V6电气设计系统以原理驱动建模为起点，采用全三维建模方式完成电气原理设计、电气建模设计及电气相关表册及图纸出图：

1）原理设计；

2）电气建模设计：设备布置、设备基座布置、电缆通道布置、电缆贯穿件布置、电缆托架布置；

3）电气相关表册及图纸：电气开孔表、电气设备托盘表、电气铁舾件托盘表、电气铁舾件安装图。

3     电气系统原理库

电气系统原理库及电气设备3D物理模型库，是电气原理驱动建模的前提，为电气原理驱动建模提供必需的准备条件。

电气系统原理库，分为电气设备2D符号库（电气逻辑设备）和电气电缆库：电气设备2D符号库设置了电气设备的二维符号，根据设计院图纸创建，一个标准库目录下根据具体的系统名称分为多个章节，每一个章节为一个系统；电气电缆库根据电缆设备厂家提供的电缆数据标准表编辑并导入系统电气电缆库，包括电缆类别、型号、规格、外径、弯曲半径、重量及厂家等参数信息，供绘制电气原理图时使用。

4    电气设备3D物理模型库

电气设备3D物理模型库根据厂家提供的设备资料建模，包括设备外形尺寸、安装尺寸等参数，采用参数化建模方便设备信息修改时修改模型；电气设备建模完成后，需要给设备定义Equipment属性类型；同时定义电气设备电缆连接点和设备支架安装点。电缆连接点的作用是方便后期电缆放样工作，做法是在设备安装电缆填料函（电缆进线位置）绘制一个电缆连接点；设备支架安装点，用于给设备配置设备支架时使用；电气设备建模完成后，按照电气系统保存入库。鉴于以上功能需求，电气设备3D模型设定了若干必需的参数属性，见表1。

5     电气原理驱动

CATIA V6基于开放式可扩展的V5架构，其核心是知识工程语言EKL，分为4个等级，由低到高分别为数学工程语言M-EKL、核心工程语言C-EKL、高级工程语言A-EKL、扩展工程语言X-EKL。

CATIA V6电气原理驱动建模，需要在系统内创建电气原理图后通过Logical To Physical功能驱动物理设备建模。但是CATIA V6内使用原理驱动建模电气物理设备和电缆只能根据系统划分目录，系统图绘制完成后通过原理驱动所有的电气物理设备和电缆按照系统都放置在一个系统目录下，无法再目录划分，不符合船舶电气区域设计要求；电气原理驱动后，所有的电气物理设备都放置于坐标原点，船舶舱室空间大，移动布置效率低。为了解决上述问题，使用EKL程序设计开发CATIA V6电气原理驱动建模设计系统，使物理设备和电缆通过EKL-L2P原理驱动后能够根据区域（甲板、舱室）划分目录，满足船舶电气区域设计要求。

系统的具体功能包括：

1）解决了CATIA V6电气原理驱动建模后，同一电气系统下的电气设备都默认放置在一个产品目录下的问题，实现了电气设备能够根据空间舱室划分目录树，满足公司电气设备区域設计的需求，并且同步之后的电气设备能够根据坐标→舱室→甲板三级进行空间自动布置，减少了设计工作量，提高了设计效率；

2）解决了电气原理驱动后，一个电气系统下的电缆都默认放置在一个产品目录下，实现了电缆的区域目录划分、电缆相关属性的自动继承。

6     RFLP电气目录树

根据电气原理设计及生产设计的需求，创建电气原理驱动建模RFLP目录树。Logical节点为逻辑设计节点，存放电气原理信息，按照电气系统分类绘制电气原理图，创建电气逻辑设备和逻辑电缆；Physical节点为物理设计节点，存放电气物理信息，按照电气生产设计需求，分为Cable（电缆）、Equipment（电气设备）、CABLEWAY（电缆通道）、 EHanger（电气铁舾件）四类节点，Cable、Equipment节点通过电气原理驱动获得电气物理设备和电缆。

RFLP电气目录树，见图2所示 。

7    电气原理图

绘制电气原理图，调用电气设备逻辑库和电缆逻辑库，同时对电气逻辑设备和电缆赋予代号；所有逻辑设备都有一个空间舱室属性；所有逻辑电缆的空间舱室属性，通过该电缆的首末逻辑设备的空间舱室属性计算得出；在DataSetup资源配置环境，设置设备L2P映射表；通过L2P程序，为逻辑设备自动设定；为L2P生成的物理设备设定父节点及3D位置。

通过L2P程序，在一个逻辑对象和多个物理对象间创建Link关系，生成的电缆设定父节点，将逻辑电缆属性信息同步至物理电缆下。

8     电气逻辑与物理的关联关系

通过CATIA V6自带的Create Implement Relation功能，创建电气逻辑和物理的关联关系。

9    L2P电气同步

L2P电气同步，即电气二维原理到电气三维物理模型的转变。

9.1   电气设备驱动

通过EKL程序，设计电气原理驱动规则程序BR：

1）L2P_ComputePartNumber，使用逻辑设备的Reference Title作为L2P时的Predefined Part Number，原逻辑设备的 Predefined Part Number为空；

2）L2P_ComputeFatherForPlacingEquipment，将L2P 生成的物理设备插入到产品结构树下对应的父节点下；

3）L2P_ComputeComponent3DPosition，为L2P生成的物理设备计算布置位置。

L2P电气设备驱动：

1）逻辑电气设备根据Instance属性内的空间三维坐标布置；

2）逻辑电气设备Instance属性内的空间三维坐标为空时，根据Creat Space Link赋予的舱室信息自动布置到相应的舱室坐标中心；

3）逻辑电气设备既无空间坐标也无舱室坐标时，自动布置到赋予的甲板空间中心；

4）没有任何空间舱室信息的电气设备，将同步到原点（0，0，0），点击Synchronize电气设备3D模型自动布置。

9.2   逻辑电缆驱动

通过EKL程序，设计电缆驱动规则程序BR：

1）L2P_ComputeMultipleCorrespondingPhysicals，将Implement Link Root所对应的Physical Product多个EPS 和当前执行L2P的逻辑电缆间创建Link关系；

2）L2P_ComputeFatherForPlacingRoutables，为电缆指定父节点；

3）L2P_ReportAttributes，将逻辑电缆属性信息同步至物理电缆下。

逻辑电缆驱动：

1）使用BR执行原理驱动，根据逻辑电缆首末设备的空间信息，确定电缆所属的父节点，把逻辑电缆属性同步至物理电缆下；逻辑电气电缆，根据Instance属性内的空间三维坐标布置；

2）电缆程序优化后，按区域分工不同，将电缆经过的区域分界面处的节点分配给电缆，指定停止点；提取经过自己区域的电缆清单，量取电缆在本区域的长度，填写电缆在本区域经过的节点；设置电缆隔离代码、通道隔离代码；按电缆规格、防护等级、通道最大容纳比率等敷设电缆。

10  电气设备及电缆变更检查

电气设备及电缆变更检查，解决了使用CATIA V6进行船舶电气设计，在电气原理驱动建模阶段对逻辑电气设备属性及L2P后的物理设备属性变更进行检查，提高软件利用率，提高准确性。

电气设备变更检查，通过EKL程序设计EKL check rule实现电气设备的程序自动检查，包括以下方面：逻辑设备的空间属性分配；物理设备唯一性；物理设备属性完整性；物理设备与逻辑设备预设坐标的一致性；查找统计没有电缆连接的设备；物理设备与对应逻辑设备是否有L2P Link 关系等。

11     實船应用

通过上述对CATIA V6船舶电气原理驱动设计应用的研究，实现从电气原理设计到电气物理三维设计的数字化建模设计，已经在实船上得到了一定程度的应用，包括资源配置、项目结构树创建、电气设备二维符号库建模、电缆库建库、电气设备三维建库、电气系统原理图的绘制、电气原理驱动、三维电气设备布置、电缆通道建模、电气铁舾件建模、电气铁舾件托盘分托、导出铁舾件托盘及电气铁舾件安装图出图等。其中：按照船厂生产设计需要，对安装图图面标注信息作出标识格式定义；在电缆通道上设置了电缆节点；对通道做了连通操作；对电缆敷设功能进行了简单测试，初步实现电缆敷设功能。

相比SPD船舶设计软件，CATIA V6软件在建模方面优势明显，例如：设备建模采用参数化建模方式，便于模型随时修改，且建模时间短、精度高、三维模型效果清晰直观。应用CATIA V6软件进行船舶电气原理设计，实现了电气系统原理二维到电气三维设备及电缆的驱动转换，首先在逻辑与物理间创建关联关系，执行驱动操作，通过逻辑设备的舱室属性赋予电气三维设备舱室空间属性，通过逻辑电缆首尾设备空间属性对照映射表自动计算也实现了空间属性分配。

设计中也发现了许多问题及不足：在基础配置及出图方面，电气原理驱动数据准备较多，资源配置繁琐，需在CATIA V6软件环境下绘制电气原理图，同时建立空间参考；电气原理图绘制效率较低，未来可考虑开发直接读取DWG图纸的接口程序，通过部分交互能够自动转化为CATIA V6的电气系统原理图；电缆通道连通性及其检查功能效率低，在操作电缆连接的动作时易改变原有通道的路径；电缆敷设功能也有待完善提高；电气紧固件安装图剖图效率低，尤其是对于信息量较大的铁舾件安装图。

12   结论

相比CATIA V5， CATIA V6在电气逻辑设计功能上有较大提升，同时在电气物理三维设计方面，比如电缆通道放样及电气设备布置方面亦有增强。针对CATIA V6三维设计软件中船舶电气设计模块存在的问题，仍需不断深入研究，探索优化方案。CATIA V6三维设计软件，体现了精细化设计、数字化、可视化造船的优势，对提高设计质量起着重要的作用，在数字化船舶建造中具有重要意义。

参考文献

[1]卢永进，林锐.CATIA_V6船舶三维设计实例[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2016.

[2]胡婉婷.3D EXPERIENCE 船舶电子电气设计实用教程[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2017.