基于Tribon系統(tǒng)的船體剖面生成程序開發(fā)

韓久志， 顧曉波，， 何 佳

(1.江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

基于Tribon系統(tǒng)的船體剖面生成程序開發(fā)

韓久志1， 顧曉波1，2， 何 佳2

(1.江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003；2.江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司， 江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

在船舶生產(chǎn)設(shè)計中，使用Tribon系統(tǒng)自身功能剖取和修改船體剖面耗時較多且存在遺漏結(jié)構(gòu)等問題，影響出圖效率。針對上述問題，結(jié)合Tribon二次開發(fā)接口Vitesse與數(shù)據(jù)庫技術(shù)，使用Python語言開發(fā)能夠精確快速自動生成分段范圍內(nèi)所有平面剖面的輔助程序。通過分段測試，船體剖面生成程序能夠有效提高船體生產(chǎn)設(shè)計效率。

Tribon；船體剖面；Vitesse；數(shù)據(jù)庫技術(shù)

0 引 言

Tribon系統(tǒng)于20世紀(jì)90年代因國內(nèi)輔助造船水平較低且計算機(jī)技術(shù)薄弱而引入國內(nèi)，是一套計算機(jī)輔助設(shè)計、生產(chǎn)及信息集成的造船專家系統(tǒng)。船體剖面是指船體結(jié)構(gòu)在某一位置處朝一特定方向的投影視圖，例如：橫剖面是指船體結(jié)構(gòu)在垂直于水平面的位置上朝船長方向的投影。船體剖面[1]除用于表達(dá)所剖位置構(gòu)件的形狀外，更主要的是用于表達(dá)關(guān)鍵構(gòu)件或其相連構(gòu)件間的連接情況，因此在船舶生產(chǎn)設(shè)計中有著重要的指導(dǎo)作用。在Tribon系統(tǒng)中，直接剖取結(jié)構(gòu)剖面操作復(fù)雜、效率較低、不夠精確且修改剖面耗時較多，本文基于Tribon系統(tǒng)二次開發(fā)接口Vitesse與數(shù)據(jù)庫技術(shù)開發(fā)了船體平面剖面輔助生成程序。

1 開發(fā)原理

1.1 Tribon系統(tǒng)剖面生成

在Tribon系統(tǒng)中可調(diào)用Create View功能填入相關(guān)參數(shù)來生成以及優(yōu)化剖面，如圖1所示。在這個功能模塊中，確定剖面位置的主要參數(shù)是船體結(jié)構(gòu)位于全船坐標(biāo)系中的一點，或是船體構(gòu)件上的一個平面以及曲面。當(dāng)使用點來確定剖面時，目標(biāo)剖面投影視向可通過全船坐標(biāo)系的三維空間向量表示。對于剖取特定板架所在平面的剖面視圖時，可通過Tribon系統(tǒng)板架建模名稱確定位置，而視向可根據(jù)剖面投影方向進(jìn)行設(shè)計。使用Tribon系統(tǒng)開取剖面一般需要位置參數(shù)、視向參數(shù)和范圍參數(shù)，并根據(jù)目標(biāo)剖面的結(jié)構(gòu)深度與細(xì)節(jié)需要細(xì)化參數(shù)。本文所開發(fā)的船體剖面生成程序就是通過分析剖面所需表達(dá)的要素，自動生成精確剖面參數(shù)，避免重復(fù)修復(fù)相關(guān)參數(shù)，從而實現(xiàn)剖面快速生成。

圖1 Tribon系統(tǒng)剖面視圖開取界面

1.2 開發(fā)思路

本文主要通過使用Python編程語言以及Tribon系統(tǒng)的Vitesse接口抽取并分析船體分段相關(guān)數(shù)據(jù)，如分段范圍、構(gòu)件信息等。歸類分段板架后精確生成分段范圍內(nèi)所有剖面的剖面參數(shù)，并存儲至SQLite3數(shù)據(jù)庫中。再使用kcs_draft與KcsInterpretationObject模塊自動繪制分段內(nèi)所有剖面。船體剖面生成程序的實現(xiàn)流程如圖2所示。

圖2 程序?qū)崿F(xiàn)流程

在Tribon系統(tǒng)中選定目標(biāo)船的工程之后，獲取目標(biāo)船的所有分段名稱與范圍；選定分段后取分段內(nèi)所有板架信息從而對板架進(jìn)行兩次分類，歸類后緩存至數(shù)據(jù)庫中；根據(jù)板架歸類統(tǒng)計出分段范圍所有板架或構(gòu)件的位置，生成板架所在平面的位置集；以平面位置為索引，構(gòu)建每個位置處剖面的范圍參數(shù)、視向參數(shù)；最后將所有相關(guān)參數(shù)傳至繪制方法，循環(huán)繪出分段范圍內(nèi)所有或選定剖面的剖面視圖。

2 數(shù)據(jù)抽取與板歸類

剖面快速生成程序中的數(shù)據(jù)均是通過抽取Tribon船體模型而獲得的[2]。本程序以分段為剖面工程基礎(chǔ)，其涉及的數(shù)據(jù)主要是分段名稱與分段范圍。分段范圍是由該分段內(nèi)所有板架范圍所確定的，故又涉及分段內(nèi)部所有板架的名稱及范圍的獲取。本程序的數(shù)據(jù)抽取主要使用Python語言，通過Tribon系統(tǒng)的Vitesse接口調(diào)用kcs_dex抽取模塊實現(xiàn)[3]。

板架的歸類主要通過分析板架的4階變換矩陣進(jìn)行。在Tribon系統(tǒng)中，船體構(gòu)件可通過這個4×4變換齊次矩陣，實現(xiàn)其三維變換操作。本程序主要通過獲取該矩陣的第3與第4行相關(guān)數(shù)據(jù)識別板架的類型與位置。設(shè)某個平面板架的變換矩陣為A，若該板架平行于坐標(biāo)系Oyz平面，則有A31的值為1，第3行其他元素均為0，且A41為該板架與全局坐標(biāo)系x軸相交的值，第4行除比例因子A44為1外其他均為0。因此，A31值為1表示板架平行于橫剖面，A32值為1表示平行于縱剖面，A33值為表示平行于水平面。根據(jù)板架所平行的剖面，可將板架的平面類型歸類于橫剖面、縱剖面或水平剖面。若多個板架的變換矩陣一致，則表示它們位置相同，在同一個平面內(nèi)。同一平面內(nèi)板架的歸類集合以平面所在位置，如FR 50+100的船體標(biāo)尺形式表示。

3 剖面參數(shù)與數(shù)據(jù)存儲

3.1 剖面參數(shù)生成

剖面參數(shù)指的是位置參數(shù)、視向參數(shù)以及范圍參數(shù)。位置參數(shù)用來確定剖取剖面的位置，即待剖取剖面位于全船的位置，可通過全船坐標(biāo)點或船體構(gòu)件名稱定義位置；視向參數(shù)確定船體結(jié)構(gòu)投影方向，即觀看剖面的視向，可通過全船坐標(biāo)系的空間向量進(jìn)行指定；范圍參數(shù)指待投影區(qū)域位于全船坐標(biāo)系下的空間范圍，即船體構(gòu)件在全船坐標(biāo)系中最小的包絡(luò)箱形范圍，如圖3所示，可用包絡(luò)箱形的兩對角點A和B表示箱形范圍。

圖3 包絡(luò)箱形范圍

以Tribon系統(tǒng)本身開取剖面功能為例，介紹本程序所涉及的剖面參數(shù)的具體含義。根據(jù)上述對剖面參數(shù)的分類，圖1中Plane單元模塊下Plane區(qū)域的所有參數(shù)可歸類于位置參數(shù)與視向參數(shù)，可將剖面位置的表達(dá)劃分為垂直于坐標(biāo)軸剖面、三點定義剖面和指定板架所在平面剖面這3種情況。垂直于坐標(biāo)軸的剖面即指平行于橫剖面、縱剖面、水線面的剖面，其剖面位置參數(shù)即剖面與坐標(biāo)軸交點處的坐標(biāo)軸值，其視向參數(shù)則對應(yīng)于圖1中Looking區(qū)域中所有參數(shù)。當(dāng)選擇了坐標(biāo)軸值作為位置參數(shù)時，其具體參數(shù)只需在By Coordinates區(qū)域中的Origin填入特定坐標(biāo)值，如選x軸，即剖面平行于Oyz平面，其位置參數(shù)只需填入Origin處的x值；當(dāng)選用“3points”確定剖面位置時，則由剖面中的1點作為源點以及確定剖面法向量的兩個向量確定剖面；當(dāng)選用Plane區(qū)域下的板架“Panel”作為位置參數(shù)時，應(yīng)在選定構(gòu)件類型填入相應(yīng)的結(jié)構(gòu)名稱。

在Tribon系統(tǒng)中范圍參數(shù)由Create View界面中的Limits單元模塊(見圖4)確定，由空間范圍“Limits”與剖面深度“Depth”構(gòu)成。圖中“Limits”區(qū)域內(nèi)的“Minimum”與“Maximum” 是指上述箱形范圍的兩個對角點即最低點A和最高點B，由其確定剖面的空間范圍?！癉epth”區(qū)域的參數(shù)確定剖面投影深度，即確定待投影結(jié)構(gòu)沿剖面法向的范圍。

圖4 Limits單元模塊

根據(jù)分段剖面表以及面向?qū)ο蟮木幊趟枷耄境绦驅(qū)⑵拭鎱?shù)封裝成一個抽象的類——剖面類，剖面的所有參數(shù)均轉(zhuǎn)化為該類的屬性，從而具體某個剖面的表示則是該類的一個具體對象[4]，剖面類的具體屬性如表1所示。確定剖面參數(shù)的基礎(chǔ)是完成了對目標(biāo)分段內(nèi)所有板架的分析與歸類，根據(jù)剖面類型確定剖面的剖取方式以及視向。如表2所示，本程序?qū)⑵矫嫫拭骖愋头譃椤皒panels” “ypanels”“zpanels”等3類，即橫剖面、縱剖面與水平剖面。剖面位置是指板架歸類后所在平面的位置，其值與板架變換矩陣有關(guān)。剖面名稱與板架歸類后的歸類集合名稱一致，同時也間接以船舶標(biāo)尺的形式表示剖面類型。如表2所示，根據(jù)不同類型的剖面可在一定范圍內(nèi)選定剖面的視向，并根據(jù)視向獲取已定義的視向值。本程序中，剖面范圍有兩種取值方式：一種是取分段的范圍值，此時的剖面大小與分段投影范圍相同；另一種是取歸類后板架平面的范圍，此時的剖面只表示當(dāng)前所有板架的投影視圖。根據(jù)剖面的表達(dá)需要，在程序中可以選定剖面范圍的取值方式。剖面前后深度根據(jù)剖面平面內(nèi)板架沿視向方向的范圍確定，即該剖面只表達(dá)歸類后板架集合內(nèi)的船體結(jié)構(gòu)。

表1 剖面類屬性

表2 剖面視向參數(shù)值

3.2 數(shù)據(jù)存儲

根據(jù)程序本身的功能范圍以及可移植性，數(shù)據(jù)存儲機(jī)制選用的是輕型數(shù)據(jù)庫SQLite3。通過數(shù)據(jù)庫技術(shù)，可以記錄分段內(nèi)所有平面剖面數(shù)據(jù)，以供剖面修改與備份需要。數(shù)據(jù)庫主要存儲歸類后的板架集合所在平面的剖面數(shù)據(jù)，其結(jié)構(gòu)如表3所示。

表3 分段剖面數(shù)據(jù)

4 繪制實現(xiàn)

本程序主要通過調(diào)用kcs_draft模塊下view_symbolic_new(Symbolic View)創(chuàng)建剖面視圖方法實現(xiàn)繪制剖面。該方法參數(shù)Symbolic View是指KcsInterpretationObject模型的用于創(chuàng)建平面剖面視圖的類，其主要屬性如表4所示。由Viewclass剖面對象和剖面范圍賦值于Symbolic View實例化后的對象,并傳遞上述的繪制方法實現(xiàn)繪制。

表4 Symbolic View類屬性

船體剖面生成程序可用于Tribon系統(tǒng)的多個模塊。下面以Hull Planar模塊剖取2 700 TEU集裝箱船底部分段剖面為例，介紹程序的操作步驟與實現(xiàn)效果。

在Tribon系統(tǒng)船體剖面生成程序可通過菜單直接啟動，彈出通過使用wxPython圖形庫設(shè)計而成的人機(jī)交互界面[5]，如圖5所示。在選擇目標(biāo)分段B11PS分段后，右邊空白框會以樹狀結(jié)構(gòu)顯示出該分段內(nèi)所有剖面分類情況以及位置名稱。當(dāng)分段是初次選擇時，需要點擊“更新數(shù)據(jù)”按鈕進(jìn)行分段數(shù)據(jù)更新。在右側(cè)樹狀欄展開剖面類型節(jié)點后，右擊選擇“FR 75”“FR 81”“L0”“1980”向左邊列表框內(nèi)添加剖面。本程序支持繪制單個或多個剖面，當(dāng)選擇剖面不正確時，點擊“重置選擇”按鈕可清空列表框內(nèi)剖面。當(dāng)剖面確定之后，點擊“繪制剖面”按鈕，在Tribon系統(tǒng)繪制區(qū)域內(nèi)選取一點以默認(rèn)比例1∶50繪制列表框內(nèi)所列剖面，繪制效果如圖6所示。關(guān)閉本程序后，可繼續(xù)在繪制區(qū)域內(nèi)對所生成的剖面進(jìn)行標(biāo)注或調(diào)用。

通過具有數(shù)年船體生產(chǎn)設(shè)計工作經(jīng)驗的設(shè)計人員實際使用測試表明：使用Tribon系統(tǒng)自身功能剖取上述剖面耗時100 s，優(yōu)化修改耗時120 s；使用本程序則耗時分別為60 s和105 s。本程序在剖取剖面方面效率提高明顯，剖面質(zhì)量較好。

圖5 船體剖面生成程序主界面

圖6 繪制效果

5 結(jié)束語

基于Tribon系統(tǒng)船體模型數(shù)據(jù)，本文使用Python語言以及SQLite3輕型數(shù)據(jù)庫分析歸類船體分段板架，開發(fā)船體剖面生成程序，實現(xiàn)快速自動繪制批量船體分段內(nèi)平面剖面。船體剖面生成程序不僅能夠批量繪制高質(zhì)量剖面，可供Tribon系統(tǒng)多模塊多專業(yè)使用，還能有效提高船舶生產(chǎn)設(shè)計效率，縮短工時，提高造船經(jīng)濟(jì)效益。

[1] 楊永祥,管義鋒.船體制圖[M].北京：國防工業(yè)出版社，2010.

[2] 張星君,夏利娟,趙黨. Tribon船體模型的數(shù)據(jù)信息文件快速生成的開發(fā)[J]. 船舶工程,2010(1):56-59.

[3] 姚競爭.Tribon模型的數(shù)據(jù)抽取及二次開發(fā) [D].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué),2006.

[4] 房曉溪. 面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計[M].北京:高等教育出版社,2003.

[5] 龔英弢,沈玉琦. Tribon M3船體快速建模開發(fā)[J]. 船舶,2008(6):51-54.

Development of Hull Section Generation Program Based on Tribon System

HAN Jiuzhi1， GU Xiaobo1，2， HE Jia2

(1. School of Naval Architecture and Ocean Engineering， Jiangsu University of Science and Technology，Zhenjiang 212003， Jiangsu， China； 2. Jiangsu Modern Shipbuilding Technology Co.，Ltd.， Zhenjiang 212003， Jiangsu， China)

During the ship production design, it is time-consuming to use the Tribon system to create or modify the view of hull section ,which would make some omission of structure in the section and effect the efficiency of drawing. In order to solve the above problems, a program is developed which can automatically generate all plane section views of a block accurately and quickly by Python language with the Vitesse application program interface and database technology. It proves that the hull section generation program can effectively improve the design efficiency of ship hull production through the block test.

Tribon; hull section; Vitesse； database technology

韓久志(1990-)，男，碩士研究生，研究方向為船舶與海洋結(jié)構(gòu)物先進(jìn)制造技術(shù)

1000-3878(2017)04-0087-06

TP311

A