CATIA V6船舶電氣原理驅(qū)動設(shè)計應(yīng)用

張云 陳剛 李翠芳 馬彪

摘? ? 要：本文介紹了CATIA V6船舶電氣原理驅(qū)動設(shè)計應(yīng)用，主要包括：CATIA V6電氣設(shè)計系統(tǒng)功能與特點、電氣系統(tǒng)原理庫、電氣設(shè)備3D物理模型庫、電氣原理驅(qū)動、電氣目錄樹、L2P電氣同步等。CATIA V6三維設(shè)計軟件，體現(xiàn)了精細(xì)化設(shè)計、數(shù)字化、可視化造船的優(yōu)勢，在數(shù)字化船舶建造中具有重要意義。

關(guān)鍵詞：CATIA V6；電氣庫；電氣原理驅(qū)動；電氣目錄樹；L2P電氣同步

中圖分類號：U662.9? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Design and Application of Ship Electrical Principle

Drive Based on CATIA V6

ZHANG Yun，? CHEN Gang，? LI Cuifang，? Ma Biao

（ CSSC Huangpu Wenchong Shipbuilding Co.， Ltd.， Guangzhou 510715 ）

Abstract： This paper introduces the optimization design and application of ship electrical principle drive based on CATIA V6， mainly including： functions and features of CATIA electrical design system ， electrical system principle library， 3D physical model library for electrical equipment， electric principle drive， electrical catalog tree， L2P electrical synchronization， and realizing the transformation from electrical two-dimensional principle to electrical three-dimensional physical model. CATIA V6 3D design software embodies the advantages of fine design， digitization and visualization in shipbuilding， which is of great significance in digital shipbuilding.

Key words： CATIA V6; electrical library; electric principle drive; electrical catalog tree; L2P electrical synchronization

1? ? ?前言

CATIA V6軟件，是達(dá)索公司的CAD、CAE、CAM一體化三維設(shè)計軟件，在航空航天、汽車制造等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，是達(dá)索公司推出的最新版本。平臺將機(jī)械設(shè)計、工程分析及仿真、數(shù)控加工等應(yīng)用解決方案有機(jī)結(jié)合在一起，為用戶提供嚴(yán)密的工作環(huán)境，擁有寬廣的專業(yè)覆蓋面，幫助客戶達(dá)到縮短設(shè)計生產(chǎn)周期、提高設(shè)計質(zhì)量及降低費(fèi)用的目的。鑒于CATIA V6可實現(xiàn)可視化的三維設(shè)計，可應(yīng)用于艦船、游輪、航母等設(shè)計。

結(jié)合我司的特點，提出適合自身的業(yè)務(wù)流程，如圖1所示。

2? ? CATIA V6電氣設(shè)計系統(tǒng)功能與特點

CATIA V6電氣設(shè)計系統(tǒng)以原理驅(qū)動建模為起點，采用全三維建模方式完成電氣原理設(shè)計、電氣建模設(shè)計及電氣相關(guān)表冊及圖紙出圖：

1）原理設(shè)計；

2）電氣建模設(shè)計：設(shè)備布置、設(shè)備基座布置、電纜通道布置、電纜貫穿件布置、電纜托架布置；

3）電氣相關(guān)表冊及圖紙：電氣開孔表、電氣設(shè)備托盤表、電氣鐵舾件托盤表、電氣鐵舾件安裝圖。

3? ? ?電氣系統(tǒng)原理庫

電氣系統(tǒng)原理庫及電氣設(shè)備3D物理模型庫，是電氣原理驅(qū)動建模的前提，為電氣原理驅(qū)動建模提供必需的準(zhǔn)備條件。

電氣系統(tǒng)原理庫，分為電氣設(shè)備2D符號庫（電氣邏輯設(shè)備）和電氣電纜庫：電氣設(shè)備2D符號庫設(shè)置了電氣設(shè)備的二維符號，根據(jù)設(shè)計院圖紙創(chuàng)建，一個標(biāo)準(zhǔn)庫目錄下根據(jù)具體的系統(tǒng)名稱分為多個章節(jié)，每一個章節(jié)為一個系統(tǒng)；電氣電纜庫根據(jù)電纜設(shè)備廠家提供的電纜數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)表編輯并導(dǎo)入系統(tǒng)電氣電纜庫，包括電纜類別、型號、規(guī)格、外徑、彎曲半徑、重量及廠家等參數(shù)信息，供繪制電氣原理圖時使用。

4? ? 電氣設(shè)備3D物理模型庫

電氣設(shè)備3D物理模型庫根據(jù)廠家提供的設(shè)備資料建模，包括設(shè)備外形尺寸、安裝尺寸等參數(shù)，采用參數(shù)化建模方便設(shè)備信息修改時修改模型；電氣設(shè)備建模完成后，需要給設(shè)備定義Equipment屬性類型；同時定義電氣設(shè)備電纜連接點和設(shè)備支架安裝點。電纜連接點的作用是方便后期電纜放樣工作，做法是在設(shè)備安裝電纜填料函（電纜進(jìn)線位置）繪制一個電纜連接點；設(shè)備支架安裝點，用于給設(shè)備配置設(shè)備支架時使用；電氣設(shè)備建模完成后，按照電氣系統(tǒng)保存入庫。鑒于以上功能需求，電氣設(shè)備3D模型設(shè)定了若干必需的參數(shù)屬性，見表1。

5? ? ?電氣原理驅(qū)動

CATIA V6基于開放式可擴(kuò)展的V5架構(gòu)，其核心是知識工程語言EKL，分為4個等級，由低到高分別為數(shù)學(xué)工程語言M-EKL、核心工程語言C-EKL、高級工程語言A-EKL、擴(kuò)展工程語言X-EKL。

CATIA V6電氣原理驅(qū)動建模，需要在系統(tǒng)內(nèi)創(chuàng)建電氣原理圖后通過Logical To Physical功能驅(qū)動物理設(shè)備建模。但是CATIA V6內(nèi)使用原理驅(qū)動建模電氣物理設(shè)備和電纜只能根據(jù)系統(tǒng)劃分目錄，系統(tǒng)圖繪制完成后通過原理驅(qū)動所有的電氣物理設(shè)備和電纜按照系統(tǒng)都放置在一個系統(tǒng)目錄下，無法再目錄劃分，不符合船舶電氣區(qū)域設(shè)計要求；電氣原理驅(qū)動后，所有的電氣物理設(shè)備都放置于坐標(biāo)原點，船舶艙室空間大，移動布置效率低。為了解決上述問題，使用EKL程序設(shè)計開發(fā)CATIA V6電氣原理驅(qū)動建模設(shè)計系統(tǒng)，使物理設(shè)備和電纜通過EKL-L2P原理驅(qū)動后能夠根據(jù)區(qū)域（甲板、艙室）劃分目錄，滿足船舶電氣區(qū)域設(shè)計要求。

系統(tǒng)的具體功能包括：

1）解決了CATIA V6電氣原理驅(qū)動建模后，同一電氣系統(tǒng)下的電氣設(shè)備都默認(rèn)放置在一個產(chǎn)品目錄下的問題，實現(xiàn)了電氣設(shè)備能夠根據(jù)空間艙室劃分目錄樹，滿足公司電氣設(shè)備區(qū)域設(shè)計的需求，并且同步之后的電氣設(shè)備能夠根據(jù)坐標(biāo)→艙室→甲板三級進(jìn)行空間自動布置，減少了設(shè)計工作量，提高了設(shè)計效率；

2）解決了電氣原理驅(qū)動后，一個電氣系統(tǒng)下的電纜都默認(rèn)放置在一個產(chǎn)品目錄下，實現(xiàn)了電纜的區(qū)域目錄劃分、電纜相關(guān)屬性的自動繼承。

6? ? ?RFLP電氣目錄樹

根據(jù)電氣原理設(shè)計及生產(chǎn)設(shè)計的需求，創(chuàng)建電氣原理驅(qū)動建模RFLP目錄樹。Logical節(jié)點為邏輯設(shè)計節(jié)點，存放電氣原理信息，按照電氣系統(tǒng)分類繪制電氣原理圖，創(chuàng)建電氣邏輯設(shè)備和邏輯電纜；Physical節(jié)點為物理設(shè)計節(jié)點，存放電氣物理信息，按照電氣生產(chǎn)設(shè)計需求，分為Cable（電纜）、Equipment（電氣設(shè)備）、CABLEWAY（電纜通道）、 EHanger（電氣鐵舾件）四類節(jié)點，Cable、Equipment節(jié)點通過電氣原理驅(qū)動獲得電氣物理設(shè)備和電纜。

RFLP電氣目錄樹，見圖2所示 。

7? ? 電氣原理圖

繪制電氣原理圖，調(diào)用電氣設(shè)備邏輯庫和電纜邏輯庫，同時對電氣邏輯設(shè)備和電纜賦予代號；所有邏輯設(shè)備都有一個空間艙室屬性；所有邏輯電纜的空間艙室屬性，通過該電纜的首末邏輯設(shè)備的空間艙室屬性計算得出；在DataSetup資源配置環(huán)境，設(shè)置設(shè)備L2P映射表；通過L2P程序，為邏輯設(shè)備自動設(shè)定；為L2P生成的物理設(shè)備設(shè)定父節(jié)點及3D位置。

通過L2P程序，在一個邏輯對象和多個物理對象間創(chuàng)建Link關(guān)系，生成的電纜設(shè)定父節(jié)點，將邏輯電纜屬性信息同步至物理電纜下。

8? ? ?電氣邏輯與物理的關(guān)聯(lián)關(guān)系

通過CATIA V6自帶的Create Implement Relation功能，創(chuàng)建電氣邏輯和物理的關(guān)聯(lián)關(guān)系。

9? ? L2P電氣同步

L2P電氣同步，即電氣二維原理到電氣三維物理模型的轉(zhuǎn)變。

9.1? ?電氣設(shè)備驅(qū)動

通過EKL程序，設(shè)計電氣原理驅(qū)動規(guī)則程序BR：

1）L2P_ComputePartNumber，使用邏輯設(shè)備的Reference Title作為L2P時的Predefined Part Number，原邏輯設(shè)備的 Predefined Part Number為空；

2）L2P_ComputeFatherForPlacingEquipment，將L2P 生成的物理設(shè)備插入到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹下對應(yīng)的父節(jié)點下；

3）L2P_ComputeComponent3DPosition，為L2P生成的物理設(shè)備計算布置位置。

L2P電氣設(shè)備驅(qū)動：

1）邏輯電氣設(shè)備根據(jù)Instance屬性內(nèi)的空間三維坐標(biāo)布置；

2）邏輯電氣設(shè)備Instance屬性內(nèi)的空間三維坐標(biāo)為空時，根據(jù)Creat Space Link賦予的艙室信息自動布置到相應(yīng)的艙室坐標(biāo)中心；

3）邏輯電氣設(shè)備既無空間坐標(biāo)也無艙室坐標(biāo)時，自動布置到賦予的甲板空間中心；

4）沒有任何空間艙室信息的電氣設(shè)備，將同步到原點（0，0，0），點擊Synchronize電氣設(shè)備3D模型自動布置。

9.2? ?邏輯電纜驅(qū)動

通過EKL程序，設(shè)計電纜驅(qū)動規(guī)則程序BR：

1）L2P_ComputeMultipleCorrespondingPhysicals，將Implement Link Root所對應(yīng)的Physical Product多個EPS 和當(dāng)前執(zhí)行L2P的邏輯電纜間創(chuàng)建Link關(guān)系；

2）L2P_ComputeFatherForPlacingRoutables，為電纜指定父節(jié)點；

3）L2P_ReportAttributes，將邏輯電纜屬性信息同步至物理電纜下。

邏輯電纜驅(qū)動：

1）使用BR執(zhí)行原理驅(qū)動，根據(jù)邏輯電纜首末設(shè)備的空間信息，確定電纜所屬的父節(jié)點，把邏輯電纜屬性同步至物理電纜下；邏輯電氣電纜，根據(jù)Instance屬性內(nèi)的空間三維坐標(biāo)布置；

2）電纜程序優(yōu)化后，按區(qū)域分工不同，將電纜經(jīng)過的區(qū)域分界面處的節(jié)點分配給電纜，指定停止點；提取經(jīng)過自己區(qū)域的電纜清單，量取電纜在本區(qū)域的長度，填寫電纜在本區(qū)域經(jīng)過的節(jié)點；設(shè)置電纜隔離代碼、通道隔離代碼；按電纜規(guī)格、防護(hù)等級、通道最大容納比率等敷設(shè)電纜。

10? 電氣設(shè)備及電纜變更檢查

電氣設(shè)備及電纜變更檢查，解決了使用CATIA V6進(jìn)行船舶電氣設(shè)計，在電氣原理驅(qū)動建模階段對邏輯電氣設(shè)備屬性及L2P后的物理設(shè)備屬性變更進(jìn)行檢查，提高軟件利用率，提高準(zhǔn)確性。

電氣設(shè)備變更檢查，通過EKL程序設(shè)計EKL check rule實現(xiàn)電氣設(shè)備的程序自動檢查，包括以下方面：邏輯設(shè)備的空間屬性分配；物理設(shè)備唯一性；物理設(shè)備屬性完整性；物理設(shè)備與邏輯設(shè)備預(yù)設(shè)坐標(biāo)的一致性；查找統(tǒng)計沒有電纜連接的設(shè)備；物理設(shè)備與對應(yīng)邏輯設(shè)備是否有L2P Link 關(guān)系等。

11? ? ?實船應(yīng)用

通過上述對CATIA V6船舶電氣原理驅(qū)動設(shè)計應(yīng)用的研究，實現(xiàn)從電氣原理設(shè)計到電氣物理三維設(shè)計的數(shù)字化建模設(shè)計，已經(jīng)在實船上得到了一定程度的應(yīng)用，包括資源配置、項目結(jié)構(gòu)樹創(chuàng)建、電氣設(shè)備二維符號庫建模、電纜庫建庫、電氣設(shè)備三維建庫、電氣系統(tǒng)原理圖的繪制、電氣原理驅(qū)動、三維電氣設(shè)備布置、電纜通道建模、電氣鐵舾件建模、電氣鐵舾件托盤分托、導(dǎo)出鐵舾件托盤及電氣鐵舾件安裝圖出圖等。其中：按照船廠生產(chǎn)設(shè)計需要，對安裝圖圖面標(biāo)注信息作出標(biāo)識格式定義；在電纜通道上設(shè)置了電纜節(jié)點；對通道做了連通操作；對電纜敷設(shè)功能進(jìn)行了簡單測試，初步實現(xiàn)電纜敷設(shè)功能。

相比SPD船舶設(shè)計軟件，CATIA V6軟件在建模方面優(yōu)勢明顯，例如：設(shè)備建模采用參數(shù)化建模方式，便于模型隨時修改，且建模時間短、精度高、三維模型效果清晰直觀。應(yīng)用CATIA V6軟件進(jìn)行船舶電氣原理設(shè)計，實現(xiàn)了電氣系統(tǒng)原理二維到電氣三維設(shè)備及電纜的驅(qū)動轉(zhuǎn)換，首先在邏輯與物理間創(chuàng)建關(guān)聯(lián)關(guān)系，執(zhí)行驅(qū)動操作，通過邏輯設(shè)備的艙室屬性賦予電氣三維設(shè)備艙室空間屬性，通過邏輯電纜首尾設(shè)備空間屬性對照映射表自動計算也實現(xiàn)了空間屬性分配。

設(shè)計中也發(fā)現(xiàn)了許多問題及不足：在基礎(chǔ)配置及出圖方面，電氣原理驅(qū)動數(shù)據(jù)準(zhǔn)備較多，資源配置繁瑣，需在CATIA V6軟件環(huán)境下繪制電氣原理圖，同時建立空間參考；電氣原理圖繪制效率較低，未來可考慮開發(fā)直接讀取DWG圖紙的接口程序，通過部分交互能夠自動轉(zhuǎn)化為CATIA V6的電氣系統(tǒng)原理圖；電纜通道連通性及其檢查功能效率低，在操作電纜連接的動作時易改變原有通道的路徑；電纜敷設(shè)功能也有待完善提高；電氣緊固件安裝圖剖圖效率低，尤其是對于信息量較大的鐵舾件安裝圖。

12? ?結(jié)論

相比CATIA V5， CATIA V6在電氣邏輯設(shè)計功能上有較大提升，同時在電氣物理三維設(shè)計方面，比如電纜通道放樣及電氣設(shè)備布置方面亦有增強(qiáng)。針對CATIA V6三維設(shè)計軟件中船舶電氣設(shè)計模塊存在的問題，仍需不斷深入研究，探索優(yōu)化方案。CATIA V6三維設(shè)計軟件，體現(xiàn)了精細(xì)化設(shè)計、數(shù)字化、可視化造船的優(yōu)勢，對提高設(shè)計質(zhì)量起著重要的作用，在數(shù)字化船舶建造中具有重要意義。

參考文獻(xiàn)

[1]盧永進(jìn)，林銳.CATIA_V6船舶三維設(shè)計實例[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2016.

[2]胡婉婷.3D EXPERIENCE 船舶電子電氣設(shè)計實用教程[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2017.