基于CATIA V6的船體加工模塊應(yīng)用研究與驗證

馮言偉 顧琛

摘要：本文首先介紹了CATIA軟件在船體設(shè)計初次使用的概況，特別是CATIA在某型重吊船船體加工模塊的設(shè)計應(yīng)用測試與驗證中，梳理并形成了一套初始完整的CATIA生成制造工藝的具體流程。同時通過在設(shè)計過程中的不斷探索與驗證，基本掌握了CATIA系統(tǒng)各個工藝設(shè)計階段的設(shè)計思路及應(yīng)用方法。根據(jù)CATIA系統(tǒng)在設(shè)計階段存在的一些問題并有針對這些問題進行剖析并采取可行性解決方案，最終首次實現(xiàn)了對該模塊的實際應(yīng)用，其非常具有創(chuàng)新價值及意義。

關(guān)鍵詞：工藝模型;裝配組立;可視化焊縫;接口轉(zhuǎn)換;二次開發(fā)

中圖分類號：U66文獻標識碼：A文章編號：1006—7973（2022）05-0110-03

1概述

面對船舶制造業(yè)和船舶行業(yè)設(shè)計模式的迅速發(fā)展，以及公司即將在長興島打造國內(nèi)最先進的船廠，無論是船舶建造及設(shè)計都必須要有一個嶄新發(fā)展的過程，所以技術(shù)創(chuàng)新及制造模式的更新具有迫切性。我們是基于某型重吊船工程首次實施CATIA程序的應(yīng)用探索與嘗試，面臨的困難不少。

在開始階段我們首先完成了該重吊船全船的船體三維作業(yè)指導(dǎo)書下發(fā)車間任務(wù)，初步打通CATIA軟件船體SFD模塊（結(jié)構(gòu)初步設(shè)計）與SDD模塊（結(jié)構(gòu)詳細設(shè)計）。如何應(yīng)用新軟件將SDD模型準確生成加工零件數(shù)據(jù)及套料并供車間下料，是公司目前急需解決的一項工作?，F(xiàn)階段我們通過CATIA船體加工模塊（STG 模塊）的應(yīng)用測試及驗證，大致梳理了整個工藝設(shè)計的基本流程并列出了現(xiàn)階段存在的諸多困難因素。根據(jù)掌握新軟件的主要功能及特點并結(jié)合應(yīng)用二次開發(fā)來解決現(xiàn)場生產(chǎn)遇到的實際問題，繼而推進CATIA船體加工模塊在我廠的首次正式應(yīng)用。

2工藝制造文件生成流程

首先進行SDD階段編碼并建立裝配樹，并且在SDD里生成構(gòu)件之間焊縫，然后MFM繼承SDD模型的裝配目錄樹，WPM模塊通過配置相關(guān)的規(guī)則和特征庫，使用模塊本身功能更新使之同步生成相應(yīng)結(jié)構(gòu)模塊的輪廓以及劃線、開孔等工藝信息，再用軟件功能增添坡口、余量等工藝信息。導(dǎo)出XML相關(guān)信息，并通過二次開發(fā)轉(zhuǎn)換接口生成SPD所需的板材、型材及坡口數(shù)據(jù)文件，在SPD建造系統(tǒng)里我們增設(shè)與加放焊接收縮值，板材零件導(dǎo)入套料軟件，型材零件通過建造系統(tǒng)生成型材下料圖。具體流程圖如下：

3可視化焊縫設(shè)計

在CATIA的實際應(yīng)用中，我們根據(jù)后臺程序，重新制定設(shè)計所需的結(jié)構(gòu)焊接規(guī)則和管理規(guī)則，使其按照我們定義的規(guī)則進行準確、高效地自動生成分段內(nèi)部及分段總段間可視化結(jié)構(gòu)焊縫（如下圖2所示）。通過可視化焊縫與動態(tài)視覺相結(jié)合來檢查結(jié)構(gòu)焊縫質(zhì)量，

（1）檢查是否存在建模因素導(dǎo)致焊縫生成錯誤，刪除類型為POINT的焊縫和信息為Check Error的焊縫;

（2）角接類型同時模板為Manual的焊縫，必要時修改調(diào)整焊接從屬關(guān)系，保證焊縫質(zhì)量使后續(xù)WPM 階段生成構(gòu)件安裝線得以實施。

4裝配模型（簡稱MFM）設(shè)計

我們通過對關(guān)聯(lián)EBOM與MBOM（工藝模型）的分析研究，對裝配結(jié)構(gòu)樹進行轉(zhuǎn)化及調(diào)整，最終建立了產(chǎn)品制造結(jié)構(gòu)樹并組立托盤（如圖3所示）;同步MBOM零件編碼，刪除多余的零件節(jié)點，并檢查模型編碼的規(guī)范性;通過輔助查看器顯示零件列表，對產(chǎn)品或制造項目進行梳檢和過濾及裝配審查。

5工藝模型（簡稱WPM）設(shè)計

在WPM階段我們實現(xiàn)了包含結(jié)構(gòu)零件的焊接規(guī)劃、IPM模型生成和制造特征定義等應(yīng)用。

（1）結(jié)構(gòu)零件的焊接規(guī)劃：①根據(jù)零件類型（平直、曲形）規(guī)劃零件生成;②根據(jù)SDD裝配焊接節(jié)點自動生成制造零件間的焊接節(jié)點;

（2）IPM模型生成：基于DATA Setup配置的規(guī)則及首選項設(shè)置自動生成制造特征（輪廓、劃線、開孔類型等）;

（3）制造特征定義：使用Edit功能編輯修改制造特征，包括對坡口、余量、劃線、開孔類型等特征進行添加和編輯，圖4所示為已添加制造特征的工藝模型;

6制造數(shù)據(jù)生成及輸出

為了使輸出的制造數(shù)據(jù)盡可能不改變現(xiàn)場的加工生產(chǎn)模式，我們創(chuàng)新性地應(yīng)用了二次開發(fā)程序?qū)ATIA 軟件導(dǎo)出的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，通過轉(zhuǎn)換生成SPD套料用的數(shù)據(jù)文件。

6.1零件數(shù)據(jù)輸出

應(yīng)用CATIA原生程序輸出板材、型材XML數(shù)據(jù)和零件信息文件，然后利用二次開發(fā)程序讀取已有XML 數(shù)據(jù)和零件信息，通過接口轉(zhuǎn)換生成SPD套料所需的LST文件。

6.2坡口輸出

普通坡口和自然坡口分別在工藝結(jié)果模型和SDD 模型中生成板架坡口特征線，坡口特征線可以初步鑒別所加坡口正確與否，利用二次開發(fā)程序讀取已有的LST文件和坡口特征線將坡口數(shù)據(jù)導(dǎo)出且生成Bevel文件，然后通過坡口轉(zhuǎn)換程序?qū)⑵滢D(zhuǎn)換成用于SPD套料的二進制LST文件。

6.3加工制造圖紙及數(shù)據(jù)生成

根據(jù)全船精度布置圖，在SPD建造系統(tǒng)對分段零件加放相應(yīng)的焊接收縮值，并通過讀取已有的LST套料文件，將其轉(zhuǎn)換成CAD零件可供套料以及加工數(shù)據(jù)的生成。為了驗證零件信息的準確性和完整性，套料前先核對零件形狀及其加工信息。套料完成后生成分段加工制造圖紙及數(shù)據(jù)，并輸出型材、板材加工數(shù)據(jù)。

7驗證中存在的問題及解決措施

初始階段我們通過對該型重吊船幾個典型分段進行首次應(yīng)用測試驗證，發(fā)現(xiàn)其中有關(guān)零件輪廓、坡口、劃線和加工數(shù)據(jù)等方面的問題，到目前為止基本都已解決，以下是對幾個典型案例進行剖析講解：

（1）輪廓形狀：存在板零件形狀變形或邊界丟失情況，型材零件輸出后出現(xiàn)形狀變形、長度為零或不正確等現(xiàn)象。

（2）裝配劃線：存在裝配劃線生成缺失、多余等現(xiàn)象，無法滿足現(xiàn)場裝配制造需求;

針對驗證中所產(chǎn)生的問題，我們根據(jù)軟件功能特點積極探索問題所在的根源，認真分析并排查是建模方式原因還是程序自身存在漏洞的緣故所造成的，若是程序原因則繼續(xù)通過作相應(yīng)的二次開發(fā)來實現(xiàn)功能完善，具體解決措施如下：

輪廓形狀：針對板零件輪廓變形，仔細剖析原因得知一部分是建模方式問題引起的，比如用Panel類型定義的折邊肘板在IPM運算后不能完整生成裝配節(jié)點導(dǎo)致輸出后輪廓不閉合，改成用Plate來定義就能避免此情形;另一部分是坡口程序問題，由于PD文件與Bevel文件數(shù)據(jù)不匹配導(dǎo)致轉(zhuǎn)入SPD后坡口無法定位而導(dǎo)致變形或邊界丟失現(xiàn)象，對于此情況主要采取對二次開發(fā)坡口程序的優(yōu)化改進，詳見圖5所示。

裝配劃線：對于劃線生成缺失、多余等情況，我們主要是應(yīng)用新焊接模式生成角接焊縫后檢查并調(diào)整焊接從屬關(guān)系，確保焊縫主從順序正確繼而達到生成完整劃線目的。然后根據(jù)實際需求在后臺配置相應(yīng)的焊接驅(qū)動規(guī)則，過濾各種實際裝配制造中無用的劃線（比如：補板、型材上的劃線等）來消除劃線多余的現(xiàn)象，詳見圖6所示。

8結(jié)束語

本次CATIA軟件技術(shù)在重吊船的首次應(yīng)用研究與實踐驗證，將程序數(shù)據(jù)直接輸送到生產(chǎn)的第一線，并可實現(xiàn)完整的零件尺寸測量、檢索等多項功能替代了傳統(tǒng)的加工模式，提高了加工裝配生產(chǎn)的準確性，生產(chǎn)效率得到了較大的提升。當(dāng)然，這些創(chuàng)新性研究成果還處于起步階段，我們還需全面分析CATIA STG模塊在船體加工工藝設(shè)計應(yīng)用過程中存在的問題，并結(jié)合生產(chǎn)實際需求，繼續(xù)通過實施相應(yīng)的二次開發(fā)對程序進行優(yōu)化。

此次船體模塊的創(chuàng)新性應(yīng)用研究及實踐，首次打通了CATIA船體模塊下車間之路，并為加速CATIA軟件在船舶行業(yè)落地應(yīng)用又邁進了實質(zhì)性的一步，使數(shù)字化和智能化的造船模式得到了進一步的發(fā)展，從而使我們的船舶制造業(yè)在國際上更具競爭優(yōu)勢。

參考文獻：

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