基于SPD 的結(jié)構(gòu)劃線出圖軟件開發(fā)及應(yīng)用

王江軍，張斯翔，李文治，王 賀，李 琪

（中船黃埔文沖船舶有限公司，廣州 510715）

1 前言

隨著造船技術(shù)的迅猛發(fā)展和計算機信息技術(shù)在船舶建造領(lǐng)域的推廣應(yīng)用，船舶企業(yè)競爭日益激烈，如何降低船舶設(shè)計建造成本，實現(xiàn)精益造船已成為現(xiàn)代造船的必然趨勢。SPD 是船舶設(shè)計制造數(shù)字化三維CAD 圖形平臺和集成制造系統(tǒng)。劃線圖作為船體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙的重要組成部分，為船舶建造過程中的分段制作的精度控制提供圖紙依據(jù)。目前國內(nèi)主要大中型船舶企業(yè)的結(jié)構(gòu)劃線圖傳統(tǒng)出圖模式，主要是采用手工繪圖的方法來完成。該傳統(tǒng)方法存在明顯的技術(shù)缺陷，通過對SPD 船體結(jié)構(gòu)設(shè)計系統(tǒng)的深入研究，開發(fā)出具有結(jié)構(gòu)劃線自動出圖功能的應(yīng)用軟件，能夠顯著提高船體結(jié)構(gòu)圖紙的設(shè)計質(zhì)量，有效縮短船舶生產(chǎn)設(shè)計周期，從而降低產(chǎn)品的設(shè)計成本，達到降本增效的目的。

SPD 是一套成熟的船舶生產(chǎn)設(shè)計系統(tǒng)，但是不同的船廠對船舶設(shè)計軟件的功能需求存在著差異。在國內(nèi)大中型船舶企業(yè)，船體結(jié)構(gòu)制作安裝過程中需要對甲板和壁板等組部件進行結(jié)構(gòu)劃線，以便在型材或板架安裝過程中進行定位。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)劃線出圖方法主要采用手工繪圖，需要首先利用SPD 生成CAD 平面圖紙或者在SPD 系統(tǒng)內(nèi)新建甲板或壁板圖紙視口，刪除或隱藏圖紙上不相關(guān)的文字信息和圖形信息，然后在圖紙上分別畫出X 方向和Y 方向的基準線，接著逐個量取每根結(jié)構(gòu)線到基準線的理論距離，再根據(jù)精度要求的收縮補償量計算出每根結(jié)構(gòu)線到基準線的實際距離，最后將計算得到的所有數(shù)據(jù)信息手工繪制到圖紙上，得到完整的經(jīng)過收縮補償處理的結(jié)構(gòu)劃線圖，見圖1 所示。

圖1 結(jié)構(gòu)劃線圖

采用上述傳統(tǒng)方法繪制結(jié)構(gòu)劃線圖，主要存在三點技術(shù)缺陷：

（1）前期處理工作量大。在繪制結(jié)構(gòu)劃線圖前，需要將每個甲板或壁板組部件從SPD 設(shè)計系統(tǒng)中導(dǎo)出為CAD 圖紙，然后隱藏或刪除圖紙上不必要的干擾信息。根據(jù)測算，平均每個船體分段至少需要有5 個以上的板架需要繪制劃線圖，耗費大量的時間及精力，并且很容易造成個別結(jié)構(gòu)劃線被誤刪或隱藏的情況，導(dǎo)致劃線圖標注信息不全；

（2）劃線數(shù)據(jù)取值容易出錯。根據(jù)精度布置圖特點，結(jié)構(gòu)劃線在同一個板架X 方和Y 方向收縮補償量存在差異，不同板架之間的收縮補償也不同。由于板架結(jié)構(gòu)線密集，需要量取的數(shù)據(jù)眾多，采用手工方法量取劃線數(shù)據(jù)過程中容易出現(xiàn)錯誤，造成劃線數(shù)據(jù)存在誤差；

（3）修改過程繁瑣。當精度布置發(fā)生修改、船體結(jié)構(gòu)存在增減或位置改變的情況，就需要從SPD 中再次導(dǎo)出CAD 圖紙，然后重新量取結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)和計算劃線數(shù)據(jù)，最后再標注到圖紙上，極其不便。

鑒于以上技術(shù)缺陷，有必要開發(fā)一套具有結(jié)構(gòu)劃線數(shù)據(jù)自動出圖功能的應(yīng)用軟件，采用該軟件可以自動完成結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)及板架輪廓數(shù)據(jù)的提取，根據(jù)精度布置自動計算劃線圖，并繪制板架圖和標注劃線數(shù)據(jù)，從而避免了手工處理過程中的數(shù)據(jù)偏差，提高結(jié)構(gòu)劃線圖設(shè)計質(zhì)量和效率。

2 軟件開發(fā)

2.1 開發(fā)環(huán)境

根據(jù)SPD 設(shè)計建造系統(tǒng)運行在中望CAD 圖形平臺的特點，本文以Visual Basic IDE 作為開發(fā)環(huán)境對船體設(shè)計系統(tǒng)進行二次開發(fā)。中望CAD 提供了功能強大的面向?qū)ο蟮拈_發(fā)環(huán)境和應(yīng)用程序接口，通過ActiveX Automation 可以創(chuàng)建各種對象模型。由于與中望CAD在同一個地址空間運行的特性，可以利用中望CAD 來訪問數(shù)據(jù)庫、圖形系統(tǒng)及幾何造型核心，開發(fā)各類快捷高效的應(yīng)用程序。

2.2 工作流程

船體結(jié)構(gòu)劃線出圖軟件，主要工作流程分為五個步驟：（1）獲取劃線參數(shù)；（2）獲取板架數(shù)據(jù)；（3）計算劃線數(shù)據(jù)；（4）繪制板架圖；（5）標注劃線數(shù)據(jù)。該軟件工作流程，如圖2 所示。

圖2 軟件工作流程

（1）獲取劃線參數(shù)

該軟件采用了友好的交互界面，方便用戶直觀快捷地輸入相關(guān)參數(shù)。用戶通過選擇需要劃線的板零件名，根據(jù)精度部門提供的精度布置信息，輸入坐標軸方向的基準線和收縮量，指定船體模型中是否已加放收縮補償。

（2）獲取板架數(shù)據(jù)

獲取板架數(shù)據(jù)時，程序首先讀取SPD 配置數(shù)據(jù)，解析當前船體模型，然后從分段模型數(shù)據(jù)庫中提取當前分段的所有板架名，并在可選構(gòu)件選項表中列出，用戶將需要制作胎架的板零件名添加到已選構(gòu)件列表中，程序自動從分段模型數(shù)據(jù)庫完成指定板架的數(shù)據(jù)信息提取。

（3）計算劃線數(shù)據(jù)

計算劃線數(shù)據(jù)過程中，程序首先從板架數(shù)據(jù)中逐條解析結(jié)構(gòu)線的劃線數(shù)據(jù)信息，接著完成結(jié)構(gòu)線坐標系和船體坐標系的轉(zhuǎn)換，然后根據(jù)用戶輸入的基準線和收縮量計算得到結(jié)構(gòu)線的劃線數(shù)據(jù)。

（4）繪制板架圖

該軟件首先從模型數(shù)據(jù)中提取板零件的數(shù)據(jù)輪廓數(shù)據(jù)繪制板架輪廓線，然后繪制板零件的結(jié)構(gòu)線，接著根據(jù)計算得到的劃線數(shù)據(jù)進行劃線標注，最后完成板架的零件名和精度信息標注。

（5）標注劃線數(shù)據(jù)

為確保劃線圖清晰簡潔，避免船體坐標系同一截面的劃線重復(fù)標注，該程序在進行數(shù)據(jù)標注前會對劃線數(shù)據(jù)進行檢查，刪除重復(fù)的劃線數(shù)據(jù)信息，最后在劃線圖上繪制基準線，并將劃線數(shù)據(jù)標注到劃線圖上。

3 軟件應(yīng)用

3.1 準備分段板架數(shù)據(jù)

在應(yīng)用該軟件進行結(jié)構(gòu)劃線出圖前，首先要檢查需要劃線的板架零件模型是否正確：可先在SPD 系統(tǒng)中打開需要處理的工程項目和分段，對需要做劃線圖的板架零件進行展開，在展開過程中注意是否出現(xiàn)錯誤提示，如果存在錯誤的零件則需要在設(shè)計系統(tǒng)中檢查改正，確保劃線板架零件的模型無誤。

3.2 啟動軟件

該軟件啟動方式有三種：（1）在SPD 界面下的船體擴展應(yīng)用中點擊“劃線標注”按鈕啟動軟件；（2）在CAD 菜單中依次選擇工具＞宏＞加載工程，完成軟件的加載；（3）在CAD 命令行輸入VBALOAD 命令，選擇劃線標注應(yīng)用軟件，完成軟件正確加載。

3.3 輸入?yún)?shù)

軟件根據(jù)識別到的SPD 工程項和分段名提取板架數(shù)據(jù)供用戶選擇；用戶選取所需的板架，并輸入劃線基準線和收縮量；填寫參數(shù)時需要注意X 方向和Y 方向的坐標系對應(yīng)SPD 模型剖面圖坐標系，船長方向的基準線填寫格式為FRaa+bb。其中，aa 代表肋位號，bb 代表基準線距肋位的距離。

3.4 生成劃線草圖

完成參數(shù)設(shè)置后，點擊“繪圖”按鈕，軟件根據(jù)用戶所選取的板架名和輸入的精度參數(shù)，首先從數(shù)據(jù)庫中提取板架輪廓和劃線數(shù)據(jù)信息，繪制板架輪廓和劃線；然后根據(jù)基準線和精度信息計算劃線數(shù)據(jù)；最后生成劃線草圖，并自動完成劃線信息標注。

3.5 繪制結(jié)構(gòu)劃線圖

生成劃線草圖后，對于板縫線和不規(guī)則零件劃線數(shù)據(jù)可以采用半自動標注方式：首先點擊“標注”按鈕；接著選取劃線基準線；然后選擇需要標注的板縫線或者不規(guī)則零件劃線，軟件會自動判斷標注方向并計算出劃線數(shù)據(jù)；最后完成板縫線和劃線標注。圖3 為該軟件自動繪制的甲板結(jié)構(gòu)劃線圖。

圖3 結(jié)構(gòu)劃線圖

4 軟件應(yīng)用成果

（1）大幅提升了結(jié)構(gòu)出圖效率

該軟件開發(fā)完成后，在某船A 總段進行了實船應(yīng)用測試：按照精度布置要求，某船A 總段所有具備平面板架的分段都需要做劃線圖，為此從中隨機抽取了5 個分段進行測試。結(jié)果表明，軟件應(yīng)用前后設(shè)計工時顯著減少，如表1 所示。

表1 軟件在某船A 總段應(yīng)用成果（設(shè)計工時）統(tǒng)計

從表1 可以看出，軟件應(yīng)用后明顯提高了劃線圖的出圖工作效率，從而有效減輕了設(shè)計人員的工作負荷，縮短了生產(chǎn)設(shè)計周期，降低了產(chǎn)品設(shè)計成本，達到降本增效的目的。

（2）顯著提高了劃線圖紙質(zhì)量

首先，該軟件通過自動提取并計算板架數(shù)據(jù)，根據(jù)收縮補償量生成劃線板架圖，有效避免了手工量取劃線數(shù)據(jù)時的錯漏問題，提高了劃線圖質(zhì)量；其次，該軟件根據(jù)算法實現(xiàn)了劃線數(shù)據(jù)快捷高效高精度的計算，有效降低了傳統(tǒng)模式下手工量取數(shù)據(jù)和人工計算過程中產(chǎn)生的誤差，保證了設(shè)計數(shù)據(jù)的準確性（見表2），提高了結(jié)構(gòu)劃線圖的精度。

表2 軟件在某船B 總段應(yīng)用成果（正確率）對比

（3）具有廣闊的應(yīng)用前景

結(jié)構(gòu)劃線圖是船體結(jié)構(gòu)圖紙重要組成部分，應(yīng)用結(jié)構(gòu)劃線自動處理軟件能夠滿足對所有需要劃線的船體板架進行出圖的需求，快捷高效高精度地完成結(jié)構(gòu)劃線圖紙自動出圖工作，擴展了SPD 設(shè)計系統(tǒng)在船體結(jié)構(gòu)出圖方面的功能，具有廣闊的應(yīng)用前景；同時，程序采用ActiveX Automation 的特性對SPD 進行二次開發(fā)，具有友好的交互界面，操作簡便，易于掌握，使設(shè)計人員不需要掌握復(fù)雜的劃線數(shù)據(jù)計算原理，就可以輕松勝任結(jié)構(gòu)劃線的板架出圖工作，降低了結(jié)構(gòu)劃線圖的設(shè)計技術(shù)難度。

5 結(jié)束語

結(jié)構(gòu)劃線自動處理軟件，在中望CAD 進行二次開發(fā)，彌補了SPD 在結(jié)構(gòu)設(shè)計出圖中的不足，提高了生產(chǎn)設(shè)計圖紙質(zhì)量和效率，降低了產(chǎn)品設(shè)計成本，達到了降本增效的目的，具有廣闊的應(yīng)用前景。