基于三維體驗平臺的船舶設備位置驅動與布置

鄒夢瑤，管偉元，王 充，吳 立

（中國船舶及海洋工程設計研究院，上海 200011）

0 引 言

隨著數(shù)字化設計技術的快速發(fā)展，船舶制造業(yè)已在數(shù)字化設計方面取得較大進展，并正在進一步朝智能化方向轉型。目前國內主流的船舶三維設計軟件主要有CADDS5、TRIBON、NAPA、FORAN、SPD和三維體驗（3D Experience）平臺等，其中3D Experience平臺是法國達索系統(tǒng)開發(fā)的新一代集CAD、CAE和CAM于一體的PLM軟件平臺[1]。該平臺旨在為企業(yè)提供一體化、智能化的工業(yè)解決方案，可很好地滿足制造業(yè)在數(shù)字化轉型升級方面的需求，為制造業(yè)帶來全新的設計和生產體驗，目前已成功應用于航空航天、汽車和船舶等領域[2-3]。

在總布置設計中，設備的布置流程一般從庫中調用，通過操作羅盤進行位置移動和方向調整[4]。該方法不僅缺乏與二維原理圖之間的關聯(lián)，而且設備移動定位的效率和準確性不足。二維驅動三維（Logical to Physical，L2P）[5]是3D Experience平臺中連接二維原理圖設計和三維設計的重要方法，采用該方法不僅可實現(xiàn)對原理圖中電纜和管線的驅動，而且可實現(xiàn)對分電箱和油泵等船舶設備的位置驅動。但是，在不配置驅動規(guī)則的情況下，只能先將設備驅動到船舶坐標系的原點，再運用羅盤對其進行移動。針對以上問題，本文重點研究L2P的驅動機制，實現(xiàn)二維與三維的關聯(lián)，并且通過EKL編程實現(xiàn)對設備的高效位置驅動和準確布置，同時為后續(xù)原理圖中涉及空間關聯(lián)的BI檢查創(chuàng)造條件。設備位置驅動和布置的具體流程見圖1。

圖1 設備位置驅動和布置的具體流程

1 空間劃分

空間劃分主要運用空間分配（Space Allocation, SAO）模塊和創(chuàng)成式曲面設計（Generative Shape Design,GSD）模塊。首先，運用SAO模塊定義切割元素，對主船體進行區(qū)域劃分，切割元素主要分為DeckCE、FireZoneCE、WaterTightCE、LongCE和CrossCE等5類，可按實際需要刪除或添加切割元素的種類。然后，選取劃分好的某個區(qū)域，在某個支持面上繪制草圖，運用草圖中的線元素代表艙壁的位置，進而劃分出具體的艙室空間。對某平臺供應船（Platform Supply Vessel, PSV）雙層底區(qū)域進行詳細的艙室劃分所繪草圖見圖2。

圖2 某PSV雙層底區(qū)域詳細艙室劃分草圖

需注意，在定義切割元素時，對于不規(guī)則甲板面，需先運用GSD模塊生成甲板曲面，再將其定義為切割元素。此外，對于形狀較為復雜的非規(guī)則艙室，可先運用GSD模塊，通過曲面的拉伸、切割和縫合形成封閉體，再將該封閉體指定為某個具體的艙室。某PSV的空間劃分結果見圖3。

圖3 某PSV的空間劃分結果

2 資源配置

空間劃分好之后，為實現(xiàn)設備向指定空間的驅動，需將劃分好的空間配置在資源庫中，以便創(chuàng)建二維原理圖中的設備符號與指定空間的關聯(lián)。此外，需在資源庫中配置設備的驅動規(guī)則。為實現(xiàn)設備的驅動，需配置Diagram Resources和Logical System Routing Resources 2種資源集，具體需配置的資源項見表1。

表1 資源配置

表1中的Zone Names資源項中需聲明空間類型和讀取方向，其中：空間類型主要有Deck、Room、Watertight zones和Fire zones等；讀取方向與空間類型相關聯(lián)，主要有Above、Below、Left、Right和Inside等。例如，為實現(xiàn)設備向指定艙室的驅動，空間類型選擇為Room，空間讀取方向選擇為Inside，將存儲艙室名稱的Sheet表導入。表1中的Compute 3D position資源項中需配置設備的驅動規(guī)則，驅動規(guī)則用EKL語言編寫，該語言是3D Experience平臺中的一種面向對象的簡便、直譯、自動化的語言，支持用戶定制業(yè)務流程，幫助用戶定義、重用和分享知識。驅動規(guī)則部分核心代碼如下：

3 設備位置驅動

為實現(xiàn)設備的位置驅動，除了配置相應的資源以外，還需具備2個條件，即：二維原理圖中設備符號與空間相關聯(lián)；設備符號Reference屬性中的Predefined Part Number與所要驅動三維設備的Title相一致，否則無法實現(xiàn)驅動。創(chuàng)建空間關聯(lián)在二維原理圖的視圖窗口完成。首先，運用Create Zone命令選擇區(qū)域的類型和名稱，在原理圖中繪制一個封閉圖形代表某個指定的艙室空間，其次，運用Create Space Link命令手動或自動創(chuàng)建空間關聯(lián)。最后，在屬性中查看設備符號的Space Reference屬性，檢查空間關聯(lián)是否創(chuàng)建成功。此外，可運用B.I.Essentials命令中的Diagram: Space Allocation Review檢查項對二維原理圖中的設備符號進行空間分配檢查，從而提高設備位置驅動的準確性。

上述2個條件滿足之后，在RFLP結構樹中激活Physical節(jié)點，切換至Electrical 3D Design模塊或Piping & Tubing 3D Design模塊。接著，運用Logical to Physical命令實現(xiàn)設備由二維到三維的驅動。最后，在三維模型中查看設備是否驅動成功。本文主要實現(xiàn)主機燃油供給泵向某個空間中心的驅動（見圖4）。實際上，在驅動規(guī)則中也可定義設備向三維坐標點的驅動，但采用該方法無法創(chuàng)建設備與空間的關聯(lián)，因此不能運用B.I檢查。相比之下，建議采用設備向指定空間的驅動。

圖4 設備驅動至指定空間中心

4 設備布置

設備驅動到指定空間的中心之后，可通過操作羅盤進行位置移動和方向調整，但設備移動的位置只能粗略估計，具有較大的隨意性。為了更加精確、高效地對設備進行布置，可在Engine Rules Capture模塊中通過EKL編程創(chuàng)建Action，并將其制作成相應的設備布置命令。在使用該命令時，先選擇需布置的設備和船舶坐標系，然后通過輸入肋位號FrN、縱剖面編號LongN和垂向甲板編號HN的數(shù)值及各方向對應的Offset數(shù)值，即可實現(xiàn)基于船舶坐標系的設備布置（見圖5）。

圖5 基于船舶坐標系的設備布置

部分核心代碼如下：

5 結 語

本文基于3D Experience平臺，重點研究了船舶設備的位置驅動和布置方法，主要包括以下幾個方面內容：

1) 結合SAO和GSD 2個功能模塊，提出了空間劃分的方法，并實現(xiàn)了全船的空間劃分。

2) 從資源庫配置、驅動條件和驅動過程等方面詳細介紹了L2P設備位置驅動方法的使用，搭建了二維原理圖設計與三維模型設計之間的橋梁。

3) 通過EKL編程設定了設備位置驅動規(guī)則，在創(chuàng)建設備符號與空間的關聯(lián)的基礎上實現(xiàn)了設備向指定空間中心的驅動，為后續(xù)針對空間編寫設備報表創(chuàng)造了條件。

4) 通過EKL編程實現(xiàn)了基于船舶坐標系的設備布置，與羅盤拖動相比，提高了設備布置的準確性和效率，有助于設計者快速、高效地開展總布置設計。

經某PSV和某集裝箱船的實船應用，證明該方法高效、精準，是開展基于3D Experience平臺的設備布置的有效方法。