Tribon環(huán)境下船體分段拼板圖自動(dòng)設(shè)計(jì)方法研究

汪 驥， 帥 濤， 劉玉君， 李 瑞

(大連理工大學(xué) 工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 遼寧 大連 116024)

Tribon環(huán)境下船體分段拼板圖自動(dòng)設(shè)計(jì)方法研究

汪 驥， 帥 濤， 劉玉君， 李 瑞

(大連理工大學(xué) 工業(yè)裝備結(jié)構(gòu)分析國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 遼寧 大連 116024)

船體分段拼板圖設(shè)計(jì)是船舶建造生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，目前主要依靠人工繪制，效率較低?；赥ribon的GEN文件對(duì)分段拼板圖自動(dòng)設(shè)計(jì)方法展開了研究，通過(guò)提取拼板圖設(shè)計(jì)必需的圖形信息并進(jìn)行自動(dòng)區(qū)域劃分和定義，確定各類型數(shù)據(jù)間的相互邏輯關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，確定各類標(biāo)注尺寸的自動(dòng)計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)分段拼板圖的自動(dòng)設(shè)計(jì)，不僅能夠提高拼板圖設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，而且能夠提高拼板圖的設(shè)計(jì)效率。

Tribon環(huán)境 分段拼板圖 自動(dòng)設(shè)計(jì) GEN文件

1 引言

在船舶分段建造過(guò)程中，各類平直板材(如：內(nèi)底板、甲板、平臺(tái)板、艙壁、圍壁及部分外板)均需要進(jìn)行預(yù)先拼板作業(yè)[1]。拼板圖是拼板作業(yè)的實(shí)施依據(jù)，是分段生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的重要設(shè)計(jì)資料[2]，拼板圖一般包含圖形和標(biāo)記兩類信息，其中標(biāo)記信息可分為以下三類：拼板外形尺寸；劃線、構(gòu)件裝配定位尺寸；坡口位置和尺寸。目前，拼板圖主要由設(shè)計(jì)人員利用CAD軟件繪制完成。根據(jù)國(guó)內(nèi)船廠目前設(shè)計(jì)水平，一張拼板圖的設(shè)計(jì)工作需多個(gè)設(shè)計(jì)工時(shí)，效率較低，重復(fù)性設(shè)計(jì)工作內(nèi)容較多。而利用TRIBON進(jìn)行“分段拼板圖”出圖工作，相比CAD的優(yōu)勢(shì)在于能及時(shí)更新結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)[3]。因此，本文研究了分段拼板圖的參數(shù)化設(shè)計(jì)方法并開發(fā)相應(yīng)的軟件程序，能夠提高分段拼板圖的設(shè)計(jì)效率。

本文從Tribon的GEN文件中直接提取拼板圖，確定自動(dòng)設(shè)計(jì)的技術(shù)方案。通過(guò)研究GEN文件的數(shù)據(jù)格式及分段拼板圖中需要表達(dá)的圖形信息類型，確定GEN文件中導(dǎo)入的數(shù)據(jù)段，并對(duì)劃線信息等進(jìn)行自動(dòng)區(qū)分和定義。在外輪廓線和劃線分類定義的基礎(chǔ)上，確定各類型數(shù)據(jù)間的相互邏輯關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，研究各類標(biāo)注尺寸的自動(dòng)計(jì)算方法，包括拼板圖的總外輪廓尺寸、單個(gè)外板的外輪廓尺寸、坡口尺寸和拼板圖對(duì)角線尺寸等標(biāo)注尺寸，最終實(shí)現(xiàn)分段拼板圖的自動(dòng)設(shè)計(jì)。

2 分段拼板圖自動(dòng)設(shè)計(jì)方法研究

分段拼板圖中包含的數(shù)據(jù)信息較為豐富[4，5]，不僅包含外板構(gòu)件形狀、尺寸和相互位置、內(nèi)孔的形狀、尺寸和位置等，還包含坡口位置、定位線、裝配線、對(duì)角線等數(shù)據(jù)信息。在Tribon的GEN文件中包含單個(gè)外板的形狀尺寸、坡口、裝配線、定位線等原始信息，如果從GEN文件中提取這些原始信息，并對(duì)這些原始信息理行整理、分類和二次開發(fā)計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)分段拼板圖的自動(dòng)設(shè)計(jì)[6]。

因此，本文對(duì)分段拼板圖自動(dòng)設(shè)計(jì)方法的研究技術(shù)路線如圖1所示，需要解決的關(guān)鍵技術(shù)是從GEN文件的原始信息中提取與拼板圖相關(guān)的數(shù)據(jù)原始信息進(jìn)行整理和分類，以及對(duì)標(biāo)注尺寸和位置的判斷和計(jì)算。拼板圖外輪廓和內(nèi)孔的信息可以從GEN文件中原始切割路徑得到，坡口、裝配線、定位線等信息從Marking_Data數(shù)據(jù)段獲得[7，8]，但是必須根據(jù)需要進(jìn)行整理，例如根據(jù)Marking_Type的類型，對(duì)“STIFFENER扶強(qiáng)材”、“PANEL”、“PANEL_GSD”、“OTHER_EXTERNAL_MARKIN”、“BASE_LINE”、“CORNER_GSD”、“HOLE”等進(jìn)行區(qū)分和定義。標(biāo)注尺寸和位置可以根據(jù)上面定義的數(shù)據(jù)類型之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行判別和計(jì)算。

圖1 分段拼板圖自動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)路線

3 拼板圖中外輪廓線和劃線自動(dòng)分類定義

Tribon系統(tǒng)生成的GEN文件是以切割指令編碼形式寫成的原始切割文件，包含切割線和劃線信息[9]。根據(jù)GEN文件編碼中具有開始和結(jié)束關(guān)鍵字的特點(diǎn)，通過(guò)判斷BURNING_DATA和END_OF_BURNING_DATA之間的內(nèi)容可以得到每個(gè)外板構(gòu)件的外輪廓線和內(nèi)孔線的信息，通過(guò)MARKING_DATA、START_OF_CONTOUR、END_OF_CONTOUR 和END_OF_MARKING_DATA之間的內(nèi)容可以得到劃線的信息。

由于拼板圖中的每條線段都有特定的含義，通過(guò)分類，拼板圖中主要涉及的線段類型有“OUT_OF_CONTOUR”、“STIFFENER”、“PANEL”、“PANEL_GSD”、“OTHER_EXTERNAL_MARKING”、“BASE_LINE”、“CORNER_GSD”、“HOLE”等。每種類型的線段在拼板圖中既有縱向的線段也有橫向的線段，而且每種類型的線段對(duì)后期標(biāo)注尺寸和標(biāo)注位置的計(jì)算具有重要影響。因此，需要對(duì)拼板圖中每種類型的線段進(jìn)行判別和分類提取整理。

“STIFFENER”、“PANEL_GSD”、“OTHER_EXTERNAL_MARKING”、“PANEL”、“BASE_LINE”、“CORNER_GSD”等類型的線段主要包含在GEN文件的“MARKING_DATA”數(shù)據(jù)段中，提取算法流程如圖2所示。按行讀取GEN文件數(shù)據(jù)直至讀取到“MARKING_DATA”字段，然后依次讀取至“MARKING_TYPE”字段，提取出線段類型，打開相應(yīng)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)數(shù)組；往后繼續(xù)讀取行字段直至“START_OF_CONTOUR”，將其后讀取的行字段數(shù)據(jù)依次存入打開的結(jié)構(gòu)數(shù)組中，直至“END_OF_CONTOUR”結(jié)束。

外輪廓“OUT_OF_CONTOUR”和內(nèi)孔“HOLE”數(shù)據(jù)主要包含在GEN文件的“BURNING_DATA”數(shù)據(jù)段中，提取算法流程如圖3所示。按行讀取GEN文件數(shù)據(jù)直至讀取到“BURNING_DATA”字段，然后依次讀取至“OUTER_CONTOUR”或者“HOLE”字段；往后繼續(xù)讀取行字段直至“BEVEL_DATA”，將其后讀取的行字段數(shù)據(jù)依次存入打開的結(jié)構(gòu)數(shù)組中，直至“END_OF_BEVEL_DATA”結(jié)束。

圖2 “MARKING_DATA”提取算法流程

圖3 “BEVEL_DATA”提取算法流程

4 標(biāo)注尺寸的自動(dòng)計(jì)算方法

標(biāo)注尺寸和標(biāo)注位置的自動(dòng)計(jì)算是本文的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)對(duì)拼板圖標(biāo)注要求進(jìn)行分析，總結(jié)歸納標(biāo)注的類型如下。

(1) 外板構(gòu)件的尺寸標(biāo)注：主要標(biāo)注每個(gè)外板構(gòu)件的長(zhǎng)寬尺寸，一般外板長(zhǎng)度標(biāo)注在整個(gè)拼板圖的上邊，外板寬度標(biāo)注在整個(gè)拼板圖的左邊。

(2) 劃線位置的尺寸標(biāo)注：主要對(duì)“OTHER_EXTERNAL_MARKING”和“BASE_LINE”兩種劃線位置進(jìn)行標(biāo)注，一般標(biāo)注在整個(gè)拼板圖的下邊和右邊。

(3) 坡口線的標(biāo)注：對(duì)坡口線位置進(jìn)行標(biāo)注，一般距離外板構(gòu)件外輪廓一定范圍內(nèi)，且在GEN文件中為“OTHER_EXTERNAL_MARKING”。

(4) 對(duì)角線標(biāo)注：有兩類對(duì)角線，一類是整個(gè)拼板圖的對(duì)角線，一類是每列外板構(gòu)件組成的板列對(duì)角線。

4.1 拼板圖角點(diǎn)計(jì)算

在整個(gè)拼板圖中，每列外板構(gòu)件的外輪廓線的長(zhǎng)邊和寬邊可能不在一條水平線或者一條垂直線上，從GEN文件讀取的數(shù)據(jù)坐標(biāo)上會(huì)有一些微小的差別，由于標(biāo)注的定位需要以整個(gè)拼板圖的四個(gè)角點(diǎn)作為基準(zhǔn)，因此必須對(duì)拼板圖的四個(gè)角點(diǎn)進(jìn)行判別。

假設(shè)拼板圖四個(gè)角點(diǎn)分別為PLD、PRD、PRU、PLU，如圖4所示。通過(guò)對(duì)讀取的所有點(diǎn)的坐標(biāo)，可以計(jì)算出整個(gè)拼板圖X方向的最大值和最小值，以及Y方向的最大值和最小值。利用這些值，可以得到表征整個(gè)拼板圖范圍的四個(gè)角點(diǎn)的位置坐標(biāo)，如圖4中的P1、P2、P3、P4。

因?yàn)橥獍辶邪逶谒椒较蚝痛怪狈较蛑淮嬖谖⑿〉牟顒e。因此，對(duì)拼板圖上所有的點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，距離P1點(diǎn)最遠(yuǎn)的點(diǎn)即為PRU，距離P2點(diǎn)最遠(yuǎn)的點(diǎn)即為PLU，同理可以得到PLD、PRD的點(diǎn)坐標(biāo)。

圖4 拼板圖角點(diǎn)計(jì)算示意圖

4.2 外板構(gòu)件尺寸標(biāo)注的計(jì)算

以四個(gè)角點(diǎn)的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)為基準(zhǔn)，就能判斷出整個(gè)拼板圖外輪廓線上邊和左邊的組成線段，這些線段的長(zhǎng)度就是標(biāo)注的長(zhǎng)度，根據(jù)這些線段的位置，就能計(jì)算出標(biāo)注的位置。

以上邊計(jì)算為例，如圖5所示，首先循環(huán)讀取外板構(gòu)件的外輪廓結(jié)構(gòu)數(shù)組，判斷每組線段起始點(diǎn)和終點(diǎn)的Y坐標(biāo)值是否都等于PLU或PRU點(diǎn)的Y坐標(biāo)值。如果符合條件，則該線段為拼板圖外輪廓上邊的組成線段，將這些線段的信息存入外輪廓尺寸上邊標(biāo)注的結(jié)構(gòu)數(shù)組。

外輪廓左邊線段的計(jì)算方法類似，只要判斷每組線段起始點(diǎn)和終點(diǎn)的X坐標(biāo)值是否都等于PLU或PLD的X坐標(biāo)值即可。

圖5 外板構(gòu)件尺寸標(biāo)注計(jì)算(上邊)

4.3 劃線位置的尺寸標(biāo)注計(jì)算

劃線的標(biāo)注主要是對(duì)“OTHER_EXTE-RNAL_MARKING”(不含非坡口線)和“BASE_LINE”的位置進(jìn)行計(jì)算。

如圖6所示，這類劃線的位置只需循環(huán)讀取“OTHER_EXTERNAL_MARKING”(不含非坡口線)和“BASE_LINE”的結(jié)構(gòu)數(shù)組，判斷每組線段起始點(diǎn)和終點(diǎn)的Y坐標(biāo)值相同的即為水平線段，X坐標(biāo)值相同的即為垂直線段。

圖6 劃線位置尺寸標(biāo)注計(jì)算流程

對(duì)于水平線段，判斷起始點(diǎn)或者終點(diǎn)的X坐標(biāo)，其中是否有一個(gè)等于PRD或者PRU的X坐標(biāo)。如果符合判別條件，即表征該線段為需要標(biāo)注的劃線，根據(jù)這些線段的信息可以計(jì)算出該標(biāo)注位置和標(biāo)注尺寸。

對(duì)于垂直線段，判斷起始點(diǎn)或者終點(diǎn)的Y坐標(biāo)，其中是否有一個(gè)等于PLD或者PRD的Y坐標(biāo)。如果符合判別條件，即表征該線段為需要標(biāo)注的劃線，根據(jù)這些線段的信息可以計(jì)算出該標(biāo)注位置和標(biāo)注尺寸。

4.4 坡口線的標(biāo)注計(jì)算

循環(huán)讀取“OTHER_EXTERNAL_MARKING”的結(jié)構(gòu)數(shù)組，先判斷每組線段屬于水平線段或者垂直線段。對(duì)于水平線段，判斷其Y坐標(biāo)距離四個(gè)角點(diǎn)的Y坐標(biāo)是否等于坡口大??；對(duì)于垂直線段，判斷其X坐標(biāo)距離四個(gè)角點(diǎn)的X坐標(biāo)是否等于坡口大小，將符合判別條件的線段信息記錄下來(lái)，根據(jù)這些線段的信息可以計(jì)算出該標(biāo)注位置和標(biāo)注尺寸。

4.5 對(duì)角線的標(biāo)注計(jì)算

循環(huán)讀取坡口線標(biāo)注的結(jié)構(gòu)數(shù)組，計(jì)算得到水平線和垂直線的交點(diǎn)坐標(biāo)。通過(guò)判斷交點(diǎn)坐標(biāo)和外輪廓的相對(duì)位置，確定對(duì)角線的起始點(diǎn)和終點(diǎn)，兩點(diǎn)間的距離即為對(duì)角線標(biāo)注尺寸。根據(jù)這些線段的信息可以計(jì)算出該標(biāo)注位置和標(biāo)注尺寸。

5 分段拼板圖自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)

采用上述分段拼板圖的設(shè)計(jì)方法，本文使用VB2008開發(fā)軟件系統(tǒng)。系統(tǒng)框架如圖7所示，從Tribon的GEN文件中提取拼板圖各類線型的信息，并對(duì)需要的標(biāo)注位置和標(biāo)注尺寸進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，生成拼板圖的DXF文件，實(shí)現(xiàn)分段拼板圖的自動(dòng)設(shè)計(jì)。如圖8所示，拼板圖表達(dá)的圖、線、標(biāo)注、文字內(nèi)容完整，且出圖速度快，一張拼板圖的所有操作在10s內(nèi)就能全部完成，顯著提高了出圖效率。由于圖形繪制、標(biāo)注尺寸計(jì)算等都由程序自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，除了能夠避免人工繪制平板圖可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤，還能對(duì)拼板構(gòu)件原始數(shù)據(jù)錯(cuò)誤進(jìn)行報(bào)警。

圖7 拼板圖自動(dòng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)框架

圖8 拼板圖自動(dòng)設(shè)計(jì)

6 結(jié)論

基于Tribon的GEN文件，本文對(duì)于分段拼板圖自動(dòng)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究，解決了圖形線段類型自動(dòng)判別分類和標(biāo)注尺寸自動(dòng)設(shè)計(jì)等方面的問(wèn)題。實(shí)現(xiàn)分段拼板圖的自動(dòng)繪制，不僅能夠提高拼板圖設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，而且能夠提高拼板圖的設(shè)計(jì)效率，縮短工時(shí)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

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Research on Automated Design Method of Hull Block Plate Alignment Plan under Tribon Environment

WANG Ji, SHUAI Tao, LIU Yu-jun, LI Rui

(Dalian University of Technology, State Key Laboratory of Structural Analysis of Industrial Equipment, Dalian Liaoning 116024, China)

During the procedure of shipbuilding production design, the hull block plate alignment plan is quite important, which primarily depends on manual work, resulting in low efficiency. In this paper, the automated design method is studied based on the GEN files of Tribon. The necessary graphic information of plate alignment plan design is extracted, then regionalized and defined automatically, to determine the logical relationship between all types of data. On this basis, the automated computing method for various dimensioning is obtained, realizing the automation design of hull block plate alignment plan, which can improve both the accuracy and the efficiency of plate alignment plan design.

Tribon environment Hull block plate alignment plan Automation design GEN files

工信部高技術(shù)船舶科研項(xiàng)目“采用液壓升降裝置的近海風(fēng)電設(shè)備安裝船關(guān)鍵技術(shù)研究”資助。

汪 驥(1978-)，男，副教授。

U662

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