應(yīng)用3DE平臺(tái)的超級副本功能提升船體建模效率

陳岳 劉建明

(廣船國際技術(shù)中心)

0 前言

超級副本又叫超級拷貝（powercopy），是CATIA V6 知識工程模塊中的一部分，其本身提供的功能非常強(qiáng)大，可將操作過程進(jìn)行記錄，在遇到需要同樣操作步驟時(shí)可以調(diào)用該副本使用記錄操作過程進(jìn)行自動(dòng)操作，并將手工操作所帶來的失誤概率降為零，從而達(dá)到快速操作、生成的目的。超級副本便于定位和特征復(fù)制，它可以把一組設(shè)計(jì)完整的內(nèi)容拷貝到新的位置，從而避免普通復(fù)制粘貼后造成的輸入錯(cuò)誤以及挨個(gè)更改輸入的麻煩。超級副本的強(qiáng)大之處還在于可以自動(dòng)選擇放開修改權(quán)限的參數(shù)，比如好多操作類似，但是關(guān)鍵的一些參數(shù)是會(huì)有所變化的，可以通過修改參數(shù)使超級副本的適用性更廣泛、便捷性也更高。運(yùn)用超級副本不但可以減少建模的工作量，還可以通過建立典型零件庫與特征庫實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模來進(jìn)一步提高工作效率。本論文重點(diǎn)介紹超級副本工具在船體建模方面的應(yīng)用。

1 超級副本簡介和原理介紹

超級副本工具可分為Powercopy 和Udf，區(qū)別是Powercopy 進(jìn)行實(shí)例化后其操作步驟是公開化的，而Udf 則處于打包封閉的狀態(tài)。使用超級副本命令，首先需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)超級副本，之后即可無限使用它。超級副本存在于目錄樹中，重新雙擊目錄樹上的超級副本就可以對它進(jìn)行編輯。

Catia 的超級副本功能適用于相似零件的建模。在使用前首先要分析相似零件的構(gòu)造邏輯關(guān)系，以確定輸入?yún)?shù)（參數(shù)可以是尺寸、點(diǎn)、直線、曲線、平面和曲面等幾何參數(shù)、矢量參數(shù)等元素或信息），其次是調(diào)用超級副本功能，在catia 軟件的零件設(shè)計(jì)狀態(tài)，打開“Tools 工具欄”，從工具欄中選擇“Instantiate From Selection 從選擇實(shí)例化”執(zhí)行副本的命令。超級副本在接收到設(shè)計(jì)輸入數(shù)據(jù)后，通過事先設(shè)計(jì)好的建模順序和邏輯關(guān)系自動(dòng)生成操作和模型，也就是執(zhí)行“宏”處理。在當(dāng)前設(shè)計(jì)環(huán)境中引用外部模型使用超級副本時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)副本模型的輸入輸出對當(dāng)前設(shè)計(jì)環(huán)境的輸入元素進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得到和副本相同類型的輸出數(shù)據(jù)。

2 超級副本在船體建模方面的具體操作和應(yīng)用

2.1 創(chuàng)建外板縱向骨材支持面

應(yīng)用3DE 平臺(tái)進(jìn)行建模過程中，創(chuàng)建外板縱向骨材時(shí)首先選擇一個(gè)縱骨所處的平面，即支持面。對于建外板縱向骨材時(shí)，3DE 平臺(tái)默認(rèn)支持面只有兩種，一種是與外板的法向垂直，另外一種是水平方向。然而這兩種情況都與實(shí)際情況不符，第一種情況如圖1 所示，演示用的球扁鋼是沿板的法線方向，與正確位置的球扁鋼有明顯區(qū)別；第二種情況如圖2 所示，演示用的球扁鋼是沿水平方向，與正確位置的球扁鋼的方向差別比沿法線方向還要大。

因此在實(shí)際的建模過程中，我們?yōu)榱说玫角虮怃摰恼_朝向，需要先找出相應(yīng)高度的外板縱骨線，以此創(chuàng)建其支持面。實(shí)際操作過程比較繁瑣，需要花費(fèi)大量時(shí)間手工處理。首先在外板展開圖或者骨材剖面找到縱骨的首尾位置所處的平面，然后創(chuàng)建出平面A 和B；第二步根據(jù)外板展開圖找到縱骨線所在的水平面。創(chuàng)建此水平面與外板的交線C 即縱骨線，見圖3 所示。用縱骨首尾平面A 和B 與縱骨線C 相交得到首尾交點(diǎn)a 和b，見圖4 所示。

利用過一點(diǎn)創(chuàng)建曲面的法線功能過尾交點(diǎn)b 做外板的法線得到法線c，見圖5 所示。利用首交點(diǎn)a和法線c 可確定一個(gè)平面即是縱骨平面，見圖6 所示。

2.2 創(chuàng)建圓孔和長圓孔開孔加強(qiáng)支持面

眾所周知在建模過程中開長圓形孔和圓形孔后，加強(qiáng)肋支持面一般是距孔邊緣15mm。

利用超級副本功能可以輕松找到長圓孔和圓孔狀開孔的加強(qiáng)肋支持面，要尋找其加強(qiáng)肋支持面也是一件比較繁瑣的事，需要根據(jù)圖紙來得到支持面的空間坐標(biāo)，然后創(chuàng)建一個(gè)平面，以此平面作為支持面，在板上建加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。由于孔邊緣與加強(qiáng)肋之間的關(guān)系，實(shí)際可以通過開孔的輪廓來定位加強(qiáng)的位置，這樣只需進(jìn)行一次繁瑣的操作，然后將此操作過程生成超級副本，并開放關(guān)鍵參數(shù)供修改，就可以實(shí)現(xiàn)快速定位孔邊加強(qiáng)的支持面。具體操作步驟為：利用取中心軸線功能，找到開孔輪廓線中心軸線A 和B，見圖9 所示。將輪廓線進(jìn)行拉升，得到輪廓線C，利用軸線功能，找到輪廓線C 的中心軸線A1 和B1，見圖10 所示。

圖1 球扁鋼沿板的法線方向

圖2 球扁鋼沿水平方向

圖3 創(chuàng)建縱骨線C

圖4 創(chuàng)建首尾交點(diǎn)a 和b

圖5 得到法線c

圖6 確定縱骨平面

圖7 參數(shù)輸入界面

圖8 長圓孔加強(qiáng)肋

圖9 中心軸線A 和B

圖10 中心軸線A1 和B1

圖11 直線D1 和D2

圖12 平面S3 和S4

圖13 得到加強(qiáng)支持面

圖14 參數(shù)錄入界面

利用兩條直線可以確定一個(gè)平面的原理，通過直線B 和B1 可以得到平面P1，取P1 和拉伸體的交線得到直線D1 和D2，見圖11 所示。以平面P1 為參考平面，以相交直線D1、D2 為旋轉(zhuǎn)軸可以得到平面S1 和S2，同樣的方法可獲得平面S3 和S4，見圖12 所示。

通過將平面S1、S2、S3、S4 進(jìn)行偏移得到偏移后的平面Z1、Z2、Z3、Z4，將偏移值設(shè)置為Q。平面Z1、Z2、Z3、Z4 實(shí)際就是我們在實(shí)例化中需要用到的支持平面了，而將偏移值Q 設(shè)為可修改的參數(shù)。在進(jìn)行實(shí)例化時(shí),如圖13 所示只要輸入開孔輪廓和偏移值之后就能得到加強(qiáng)的支持面。進(jìn)行一次復(fù)制的制作進(jìn)行打包后，后續(xù)的使用則非常的便捷、簡明。如圖14 所示，只要選定開孔的輪廓，輸入偏移值即可創(chuàng)建加強(qiáng)支持面，效率提升達(dá)90%以上。

3 結(jié)束語

可見，在一些重復(fù)性建模項(xiàng)目中，超級副本功能極大地提高工作效率，縮短設(shè)計(jì)周期。結(jié)合catia超級副本易學(xué)、易用的特性，在許多領(lǐng)域里都可以借助超級副本節(jié)省大量的人工成本。在汽車、船舶、航空、航天及其他工業(yè)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)制造已陸續(xù)進(jìn)入全數(shù)字化階段，需要對系統(tǒng)中所有零件和連接件在數(shù)字模型中進(jìn)行表達(dá)，然而大量的結(jié)構(gòu)數(shù)模并不是毫無規(guī)律的，在建模時(shí)可以借助超級副本來輕松完成結(jié)構(gòu)形式簡單、結(jié)構(gòu)類型相同的模型。在重復(fù)性操作中巧妙運(yùn)用超級副本對縮短建模周期、控制模型質(zhì)量有巨大幫助。