使用CATIA对船舶机舱进行三维设计
本文应用catia软件尝试设计机舱，展示了catia强大的设计功能。随着
ibm/dassault公司对其功能的不断完善，该软件一定能在船舶制造行业得到更广泛的应用。
1 引言
众所周知，CATIA[1]软件在航天航空、汽车等一些高端技术的制造行业得到非常广泛的应用和取得非常成功的效果。而将CATIA引入造船行业则是直接引用或间接借鉴了CATIA 在航天、航空、汽车等制造行业内的先进成熟技术。这些技术对常规船舶、特别对航母、军舰、豪华游轮、钻井平台等特殊海洋工程平台的设计上有着非常独特的借鉴[1,2]。
CATIA可实现船舶的可视化三维设计。其基本功能可涵盖船舶设计的各个方面，贯穿分析、设计、建造、维护整个船舶产品生命周期。CATIA软件各项模块功能强大、工作模式转换灵活，设计手段丰富简捷，其在船舶机舱三维设计中运用的
基本功能可概括为以下6个方面：
1. 船体结构模型的设计与导入;
2. %26ldquo;制造%26rdquo; 各类真正的三维设备、部件系列实体建模;
3. 舱室三维实体布置;
4. 二维原理图设计及设备、管路三维布置与部件定位;
5. 各类统计汇总报表、加工表单、布置图、安装图的输出;
6. 电子样船。
2 利用CATIA进行船舶的三维设计
CATIA软件的各个模块的运行平台，无缝地集成了基本的通用机械CAD功能与专用的船舶设计CAD功能。在实际进行船舶设计时，用户可根据其具体的设计项目，分门别类地实时切换工作模式( 即船体结构、曲面造型、管系设计、电气电缆设计、风管设计、知识工程、人机工程、零件及装配设计、机械制图、机构仿真、模具设计、钣金设计、物理量计算、干涉检查、强度分析等工作模式 )，灵活机动地采用该工作模式环境中的各种设计手段、方法，因而，用户可最大限度地调用CATIA 软件的各种知识工程资源，同时，亦可构筑自己%26ldquo;个性化%26rdquo;工作模式，在其平台上设置各类工具条，选择合适的图标，补充相应的指令，从而来创造性地完成自己的设计工作。
1. 1船体结构模型的设计与导入
船体结构是进行船舶舱室设计的基础，CATIA软件针对目前船舶制造行业的各种
CAD/CAM/CAE软件的实际应用情况，提供了与这些软件(如：TRIBON / NAPA / Maxsurf / Fastship / AUTOCAD等)的专用或标准接口。这些专用或标准接口，为船舶制造业已有的CAD/CAM/CAE应用软件向其方便灵活地导入数据提供了非常便捷的工具。本文直接读取TRIBON造船集成软件中的*.dxf格式的结构数据，转化、生成在CATIA软件中的船体结构模型，如图一所示。
1.2 “制造” 各类真正的三维设备、部件系列实体建模
运用CATIA软件先进的三维实体、曲面、线框造型建模技术和强大的二维、三维(前、后)参数化功能，从点、线、面做起，构造三维实体，可%26ldquo;制造%26rdquo; 系列的各类船舶设备( 见图二：字典文件中的主机、副锅炉、燃油泵、集油筒、箱柜、发电机、燃油供油单元等 )、基座、箱柜(日用柜、沉淀柜等)、部件、阀件(截止阀、快关阀、安全阀等)、附件(各类法兰、垫片、接头系列等)、仪表(液位计、流量表等)、管子支架、舱室用具(办公桌椅、文件箱柜、生活洁具、日常家电等)、舾装门窗、走廊栏杆等。
这些三维实体建模工作完成后，为分门别类，构成包罗万千的字典文件(即库文件)。为在建船舶舱室三维布置中实时调用这些%26ldquo;备品%26rdquo;文件提供了便利，同时，在CATIA软件中，其参数化的建库为同型设备的体积大小、接口位置等的变更提供了方便。
1.3 舱室三维实体布置
CATIA软件可以根据船型特征、船体结构、舱室定义、设备卸装工艺路径等因素来快速地建立用户自己的坐标系，如图三。基于这一坐标系，用户可以构筑自己的区域(分段)设计模型。这个设计模型的最大特点是：当进行某一专业的设计任务时，可以参考、关联、共享其他专业的设计成果(即实体、数据、信息、关系、规则等)，从而各专业可以在统一的设计模型中，分门别类地并行进行。
此外，结合结构树的特性，用户可以滚动浏览结构树，对设计模型中任意指定的对象和其属性进行显示、隐含、删除、增加等处理;利用CATIA软件的三维实体生成二维视图和任意转向的轴测图的功能，生成各类布置图、安装图。更为重要的是，用户可在一体化的设计模型中，对各专业进行实时干涉检查和综合系统平衡，为精确造船提供了可视化的设计模式和操作工具。本论文以机舱(肋位从11至37)中的管系燃油供油系统为实测对象，检验其船体结构、设备、布管等功能。
1.4 二维原理图设计及设备、管路三维布置与部件定位
管系二维原理图(PID-Piping %26amp; Instrumentation Diagrams)驱动三维设备布置、管系路径布局和各类阀件、附件的定位放置与精确调整，是CATIA软件的一个独一无二的技术特点。这一特点，构成了无缝连接船舶管系的详细设计和生产设计这二个阶段的桥梁，确保了管系二维原理图(PID)的系统原理、设备连接、单元集成和理论走向在生产设计的实际过程中得到最直接、最科学的贯彻。运用这个原理图，用户可以驱动图中的三维设备放置，自动或手动排放管系路径、定位布置各类阀件、附件，定向调整、检测管系的流向，生成统计报表。本文以机舱燃油供油系统为例，绘制了二维原理图(PID)，如图四所示，并以此驱动三维机舱设备放置、管系路径布局，如图五所示。管系二维原理图中①、②、③、④、⑤、⑥、⑦序号的二维符号分别表示燃油供油单元、燃油箱柜、集油筒、发电机、主机、副锅炉、燃油泵。
此外，根据管系、风管和电气的设计原理和物理共性，CATIA软件提供了%26ldquo;路径(ROUT)%26rdquo;在同一设计模型中，由管系二维原理图(PID)、风管系统原理图和电气原理图驱动三维空间中进行布置的具有同一属性的路径管路、风道与电缆的几何空间走向。因而，管系、风管、电气设计人员在用同一属性路径进行各自的路径布局时，可以实时检测管系、风管、电气之间的路径干涉情况。在对管路、风管、电路和船体结构、船舶设备等进行干涉检查、综合协调、平衡整合的基础上，管系、风管、电气设计人员可分别在自己的%26ldquo;路径%26rdquo;上，直接定位放置和调整各类部件。例如：管系%26ldquo;路径%26rdquo;上的各类管子、阀件、附件、仪表、管子支架等;通风%26ldquo;路径%26rdquo;上的各类风管、风机、调风门、风管吊架等;电气%26ldquo;路径%26rdquo;上的各类电缆、附件、电缆托架等。以及检查在三维空间中布置的管系、风道与电缆系统是否应设计人员的疏忽而遗漏个别的阀件、附件等。
1.5 统计汇总报表、加工表单.布置图、安装图的输出
完成三维实体布置的舱室在CATIA中选择进入绘图工作模式，就可以自动投影生成二维舱室布置图。用户在二维舱室布置图上插入标准图框，标注尺寸(系统自动显示尺寸)、附加说明、设计签字等，就形成了安装布置图,如图六所示。这种根据三维实体实时投影生成二维图纸，保证了三维实体与二维图纸的一一对应，使船舶设计工作方式和操作手段变得非常灵活和简便。
此外，舱室设计人员亦可采用CATIA成软件的辅助仿真功能进行效果渲染，还可进一步利用其四维浏览器功能，向船东提供全方位、多角度地展示舱室布置仿真效果。
CATIA软件不仅对在详细设计阶段的各专业原理图、布置图、统计报表有很强的处理功能;同时，亦能生成在生产设计阶段中的各专业施工图纸、零件加工单、统计报表等。
(1)用户可以结合宏指令的特性，用VB Script语言，调用CATIA软件提供的Report
工具来抽取管系、风道、电缆的BOM信息，并进一步利用VBA程序来客户化统计汇总功能[4]，如图七所示。
(2)利用CATIA软件的机械制图功能，三维实体生成二维视图功能和任意转向的轴测图的功能，生成机舱各类布置图、安装图。
(3)利用CATIA软件的管子专用模块，可根据实际需要生成八种不同形式的管子零件加工单，如图八所示。同时利用其软件自身的船体开孔模块，可以生成管子开孔表。
1.6 电子样船
在用CATIA进行船舶设计中，电子样船具有非常特殊的功能：其一，可通过漫游和通讯工具，进行协同审查;其二，利用其自身的仿真人系统和剖面分析、测量和3D几何比较等功能，可进行DMU(Digital Mock Up)验证，定义、模拟和分析各种规模的装配和拆卸过程，系统安装部件的可操作情况，如图9所示。此外，使用CATIA软件中四维浏览器，还可以对机舱的船体结构、设备箱柜、管系布局和舱室的区域划分、办公设备、文件箱柜、生活洁具、日常家电等进行%26ldquo;实地考察%26rdquo;。
3 结束语
通过在CATIA软件上进行实船的设计测试，表明将CATIA软件在航天航空、汽车等一些高端技术制造行
船体结构设计中的CATIA V5
如果船舶比较大，考虑到模型数据量会比较大，最好把船舶分成几部分，例如，船尾、船艏、船舯部分，这样有利于加快建模操作时的运算速度。
本文介绍了应用在船体结构设计中的CATIA V5。
一、前言
CATIA V5 是Dassault Systemes 公司推出的真三维 CAD/CAM 设计系统，现已成为航空工业、汽车工业重要的设计软件，在船舶工业上也在逐步深入进行应用。目前，该公司推出的软件已能把船舶设计、制造加工、信息管理贯穿起来，形成一个工程设计、加工工艺、管理集为一体的应用软件。
几年来，广州文冲船厂有限责任公司(以下简称文船公司)通过造船转模和不断地学习先进造船技术，由年造 1-2 条船的能力提升现在年造 8-10 条的能力，由原来的一型船设计增加到现在的三型船设计;CATIA V5 在船舶设计中的应用也有了明显的提高，从 2005 年年底到 2006 年 6 月，通过项目的开展，并在达索公司技术人员的积极支持下，CATIA V5 在船体结构设计中的应用有了新的突破，形成了一条较为完整的应用 CATIA V5 进行船体结构生产设计的思路。下面主要就我公司在船体结构设计中对 CATIA V5 的应用进行介绍。
二、应用
1、项目及要求:用 CATIA V5 对 1700TEU(GWS334)船全船船体结构 3D 设计，并对几个典型分段要求能够直接从 3D 模型提取所需要 2D 生产设计图纸、2D 下料零件图及零件报表，突破手工 AUTOCAD 绘图和手工输入零件表。该分段长宽高分别为 11.6m、3.8m、12.7m,总共包括零件的个数 490 个(不包括补板的数量)。
2、设计思路
3、型线光顺及数据处理：文船公司目前采用的是东欣软件公司的 HD-SHM 船体线型光顺系统，光顺以后产生数据文件，为了减少数据的输入量，在导入数据之前，对数据文件进行处理，删除同一平面内多余的数据，但是要留下平边点，并对数据进行排序，见图1。
4、船壳曲面建模：
船壳曲面建模可以分成三步：
1〉在GSD 工作环境下导入数据，生成点，见图2;
2〉连线，包括肋骨线和水线，可根据需要进行选择性的连线，见图3;
3〉通过线生成曲面，见图4。
前面两步可以通过程序来完成，见图2。另外也可以直接打开AUTOCAD2000 版的二维图形文件(*.dwg),然后在CATIA V5 中利用拷贝和粘贴生成所需的肋骨线和水线，最后连成曲面，这样生成曲面效率也是比较高的。文船公司在曲面设计的应用是比较成功的，除了船壳曲面建模以外，曾成功应用于螺旋桨、拉锚试验的辅助设计，见图5、图6。
5、建库：由于一条船有几万个结构零件，其中相同、相似的零件或特征非常多，为了减少重复的工作劳动，在开展一条新船项目3D 设计之前，我们会对全船的结构进行统计，规划出建库的内容，把基础库搭建好。这是一个非常重要的环节，其直接影响到后续的3D 结构设计的质量、效率，可以说CATIA V5 提供了较好的建库功能。型材、开孔、材料、2D 标注模板库的建立及应用比较容易，肘板建库、型材端部形式及型材贯穿孔的建库操作过程相对比较复杂，但是思路还是比较清晰，简单，下面是肘板参数化建库过程，见图7，文船公司在肘板建库这一块非常重视，主要是一条船肘板的数目非常大，经过努力，我们在肘板建库，包括型材端部节点库、型材贯穿孔库已有一条清晰的建库方法。
图7 肘板建库过程
6、船体结构3D 设计：CATIA V5 主要包括三个船体结构设计模块SFD、SDD、SR1,我公司主要应用SFD、SDD 模块进行船体结构3D 设计，利用这两个模块基本上可以建出所有的船体结构零件，在SFD 中我们是建一些总体结构，各层甲板、各个舱壁，纵骨、肋骨、舷侧纵桁、骨材等大构件，在SDD 模块中再建肘板、型材贯穿孔、补板等小构件。在建完所有的构件后，最后一次转入到SR1模块中，在这过程中可选择自动去掉板的干涉部分，生成正确零件形状。这一设计过程可以表示成图10。
图10 船体结构3D 设计流程图
如果船舶比较大，考虑到模型数据量会比较大，最好把船舶分成几部分，例如，船尾、船艏、船舯部分，这样有利于加快建模操作时的运算速度。目前，文船公司在这三个模块上的运用比较成熟，见图11、图12。
7、出2D 结构图及零件报表：CATIA V5R17 对从3D 模型出2D 图较以往已有很大的改进，从3D 到2D 可以产生带自动标注的二维图，3D 模型修改后，相应的可以通过更新来实现，另外其2D 工作平台Drafting 功能是非常强大的，画线标注操作都很方便。目前我公司是从SDD 出2D 出图(如图14)，同时从SDD出零件报表，可以方便地存为Excel 文件，如图15。
出2D 结构图步骤如下图13所示，在第一步里面可以对图形中的线型颜色、线型的粗细、字体、字大小、Drafting 的背景颜色、尺寸标注、字体、开孔中心线等进行客户化，对于零件编码可以通过更改零件名来实现;第二步出图(如图14)，根据不同的情况可以选择不同的出图方式，例如出横舱壁图可以选择衍生、繁殖出图，在目录树上选择一个body 级别的横舱壁，就能够产生正确的横舱壁图;对于没有实肋板的剖面可以选择第三种出图方式，先出一个投影图，再加一个Clipping Box,减小选择的范围，也可以采用第四种出图方式，出截面图;第三步标注，可以通过GVS 设置对零件名、规格进行自动标注，然后手工调整位置，也可以通过模板库进行半自动标注。
8、出零件图：出零件图在SMP 模块中实现，见图16、图17。这个模块功能强大，不仅能产生平直板、平直型材的零件图，还能产生弯曲板、弯曲型材的零件图;可以添加零件补偿量、坡口信息，还会生成板材、型材的加工信息及胎架信息。在生成零件图以后，再把零件转入到专门的套料系统中进行套料，生成切割指令。
结束语
CATIA V5 船体结构3D 设计模块已有一个与船舶工业实际生产、设计需要相符的基本思路，从整体到局部，从3D 到2D,并能产生信息报表，把设计、制造、加工、管理形成一体化。近两年也感受到达索公司加快了软件开发进度，从刚开始使用的R13 版到现在的R17 版，船体结构模块有了巨大的改善。文船公司在CATIA V5 结构模块3D 出2D 图上有了实质性的进展，建模操作也有了很大的改善，特别是肘板一块。但是我们希望船体结构模块更完善，比如增加线型光顺、基于3D 模型的强度、应力、静水力计算。我们在期待着这一天的到来。
基于CATIA加强框和梁类零件建模方法研究
2009-06-22 22:55:49 作者：jiangnanxue 来源：智造网—助力中国制造业创新—https://www.doczj.com/doc/2a9607798.html,
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本文阐述了使用CATIA软件建立加强框、梁类零件数字化模型的有效方法。率先来用法则(Law)、样条线(Spline)和平行曲线(Parellel)等方法精确定义出了均匀变化、曲率连续的内外缘条厚度，并时缘条、腹板、筋条的统一建模方法进行了研究与分析;尝试规范了精确、简练和快速的加强框、梁类零件数字化定义流程，从而解决了长期困扰飞机结构设计师的加强框、梁等结构件的建模问题。
现代飞机机身的加强框、梁等主承力构件，一般都采用模锻件机加制造，属于比较难以加工的非常重要的大型零件。加强框的外形多为环形或双环形，梁的外形多为沿机身纵向的直线形，加强框和梁上一般都布置有承受集中载荷的耳片接头。为提高结构效率，框、梁的剖面多为"工"字形。在工程上，一般将上、下翼缘分别称为外缘条和内缘条，中间的平板称为腹板，腹板上每隔一定距离而设置的用于提高腹板临界剪切应力的立柱称为筋条。框、梁的缘条与外侧蒙皮搭接的宽度称为缘条宽度，内、外缘条高度方向的厚度尺寸一般称为缘条厚度。
为了满足重量、强度和结构布局等一系列要求，框、梁构件内、外缘条的宽度、厚度以及缘条与腹板的夹角都是随截面变化而变化的。其设计难点是:(1)缘条变宽度;(2)缘条变厚度;(3)缘条与腹板变角度。
传统加强框、梁类零件是依据模线样板制造的，而现在是利用数字化模型数控加工完成的。在利用CATIA软件进行数字化定义时，设计师们发现，由于框、梁处的机身理论外缘的曲率变化不规则，并且框、梁零件的缘条的宽度、厚度和角度相互关联，因此难以准确地实现缘条厚度、宽度尺寸的线性、均匀变化。所以说，在过去的很长一段时间内，如何准确合理定义加强框、梁的数字化模型已成为困扰结构设计师的主要问题。
1 建模原理与方法
典型加强框、梁类零件的典型剖面形状如图1所示。
图1加强框、梁类零件的典型剖面
笔者通过长期对加强框、梁类零件CATIA建模方法的研究，探索并掌握了许多建模技巧，基本解决了此类零件的建模问题。下面分别阐述此类零件的缘条宽度、缘条厚度和缘
条角度的建模原理和方法。
1.1缘条宽度
由于框、梁类零件的所有缘条厚度都是根据缘条的边缘确定的，因此必须首先准确定义缘条的宽度。在建模时，采用在每2个缘条宽度变化的区间使用多截面实体，其方法和步骤如下:首先分别在每个宽度变化分界面上建立各自截面的草图，草图中约束缘条的宽度值。在"多截面实体"栏中定义"闭合点"，使2个截面的法线方向一致，并且使用内、外缘条的2条导引线控制其宽度均匀、线性变化，图2所示的是使用多截面实体定义缘条宽度的会话框。
c.按"确定"后，生成的缘条宽度既符合宽度的线性变化趋势，又符合设计要求，而且便于数控加工。
图3所示的是使用多截面实体定义缘条宽度的建模过程。
1.2缘条厚度
某段加强框的图形和尺寸如图4所示，缘条的厚度尺寸一般控制在筋条处。理论上，在缘条厚度从9变化到16的区域，应保证其厚度大于9小于16，并且均匀、线性变化，光滑过渡。在以往的数字化定义过程中，确定缘条厚度的矛盾非常突出，曾先后使用了样条线、样条线十控制点、不等距偏移线等方法进行建模。数字化制造时发现缘条厚度过渡不均匀，部分区域出现波浪性的反复变化，而且有些零件截面的厚度过小，甚至造成强度不够的严重后果，致使零件报废。
为了解决缘条厚度的问题，笔者创新地联合使用了法则(law)、样条线(Spline)和平行曲线(Patellel)等工具精确定义出了均匀变化、曲率连续的缘条厚度，其方法和步骤如下:
a.根据加强框或梁的缘条厚度变化情况，建立以直线为基准的缘条厚度的Spline线，每段直线段的长度与两筋条间的框缘条长度一一对应，Spline线与基准直线在控制点处的距离与缘条厚度一一对应。图5所示的是基准直线与Spline线的对应关系。
注意:在建立Spline线时，切记在样条线的"显示参数"栏里定义印line线的切线方向、张度和曲率方向。切线方向定义为基准直线的方向;张度值选0.1，张度值表示样条线在控制点处的切线值，它足够小，可以保证Spline线在每个控制点左、右非常小的区域内完成尖点的圆滑过渡，而基本不影响2个控制点之间缘条厚度的线性变化;曲率方向也定义为基准直线的方向。
b.在上述基准直线和Spline线之间定义一个法则。
使用平行曲线，曲线选框的理论内缘或理论外缘，常量选上述定义的"法则曲线"，平移出所需要的线性变化、光滑过渡的缘条厚度曲线。
d.使用草图工具的"投影三维元素"和"修剪"将平行曲线中的线条投影至草图并根据某段框或梁的结构形式修剪为需要的长度，作出内、外缘厚度正确的封闭草图。
e.使用凹槽等方法去除多余材料，抠出"工"字形的加强框缘条的形状。
图6所示的是去除多余材料后的"工"字形框缘条形状。
1.3缘条角度
为了保证每一截面的缘条厚度基本一致，缘条和腹板的夹角是变化的。一般情况下角度变化是以筋条分界，如筋条左侧是900，筋条右侧是9100为了分隔2个不同的曲面，以往建模时将该处筋条设计成一与缘条同高，即"满筋"结构。但这种结构形式既改变了设计的初衷，又毫无必要地增加了零件的质量。
本次建模采用满筋结构来分隔2个缘条与腹板夹角不同的区域，然后再去除多余部分。这样既满足了设计的要求，又减轻了结构重量。图7所示的是缘条与腹板夹角不同的区域的建模过程，其步骤如下:
a.建立"满筋"结构，以分隔不同的区域。
b.应用拔模建立角度正确的框缘条，图7(a)所示的是拔模后的"满筋"结构。
c.用分割的方法去除"满筋，的多余部分，与缘条相连的部分顶留0.3-1.Omm的余量，使筋条的高度与设计要求一致。图7(b)所示的是去除"满筋"的多余部分的结构。
d.倒圆角，图7(c)所示的是建模后的最终状态。
1.4加强框、梁类零件建模流程
传统的加强框、梁等零件的建模过程是根据数控加工的先后顺序建立的，模型步骤繁多，结构树复杂，而且占用大量的存储空间，修改维护起来十分麻烦，有时甚至需要重新建模，才能解决问题。
本次建模，力求以最少的几何元素来建立完整、精确的模型，尽量采用最简单、最直接的方式来分别建立零件的缘条宽度、厚度、角度和腹板的厚度，减少了几何尺寸的运算过程，降低了模型的复杂度，明显提高了建模效率，并且模型结构树简单，存储空间较小，便于后期修改维护。规范后的加强框、梁类零件建模流程如图8所示。
2 建模特点分析
上述建模方法适用于所有的缘条变宽度、变厚度和变角度的加强框、梁类等零件的数字化定义过程。与其他方法比较，此方法具有以下明显的优势:
a.提高了数模的准确性。应用法则、样条线和平行曲线的联合功能，完全解决了缘条的宽度和厚度变化不均匀的问题。
b.便于数模的检查和校对。缘条的宽度和厚度尺寸都是在草图中定义的，尺寸清晰，表达集中。
c.方便数模的修改和维护。由于建模步骤简单，存储空问较小，修改起来速度很快，在非常短的时间内即可完成。
d.大大提高了建模的工作效率。据统计，较之以前的建模方法，规范后的方法可将建模时间缩短至少一半。
e.降低了模型的出错概率。由于尽量采用最简单、最直接的方式来分别建立零件的缘
条宽度、厚度、角度和腹板的厚度，减少了几何尺寸的运算过程和建模的步骤，因此大大降低了出错的概率。
3 结束语
上述建模方法基本解决了长期以来加强框、梁类零件的数字化模型的缘条厚度变化不均匀的间题，实现了数模尺寸的精确性和连续性。本文中的建模流程明显提高了加强框、梁类等复杂零件建模的工作效率和可维护性，在某型飞机三维建模过程中已经取得了良好的效果。通过数字化制造的实践和检验，已经验证了该建模方法和流程的可行性，可以进行推广应用。
基于三维建模的船舶管系设计 摘要：三维建模技术的崛起以及虚拟现实技术的出现，为生产设计和创新提供了一种非常好的工作平台。设计人员可以直接从三维概念和构思入手，通过模型仿真来分析和评价设计方案的可行性与可靠性。本文介绍了NUPAS-CADMA TIC在船舶管系设计中的应用，并以一个实际案例阐述了三维建模的整个流程，同时探究了其存在的必要性与优势。 关键字：三维建模模型仿真管系设计优势 引言 船舶管系的设计, 首先必须进行原理设计, 然后根据原理图进行管系的布置设计。管系原理图没有说明管系的具体位置, 因此利用原理图无法进行管系的制造及安装。传统的管子制造是按“样棒弯管”法进行。由于该方法制造的管子安装质量差、劳动强度大、船舶建造周期长,所以现在已不再使用。现在的管子制作都是通过计算机布置管路、放样及出零件图, 然后在车间按零件图预制好。 船舶管系三维建模国内外现状 随着科学技术的发展，船舶设计手段不断更新，当今船舶的三维建模设计应用越来越普遍。船舶三维建模技术是一种新型的船舶设计手段，它是对传统的以二维平面设计（AUTOCAD 为平台）为主的船舶管系放样方式的突破。改变了传统管系放样模式，将计算机三维建模技术与现代船舶管系放样紧密结合，能够准确的反应设计者的意图，直观真实地呈现在设计者面前，使得船舶管系放样与建造有机地结合在一起，对于减少劳动强度，防止返工现象是一种行之有效的方法，从而达到提高生产效率和经济效益，减少建造周期的目的[1]。 目前三维建模在国外的发展要领先于国内。在国外，三维技术已经是比较成熟的技术，但是在国内，由于知识产权等因素的制约，加上起步较晚，国内的三维软件与国际水平还有一定的差距，目前国际常用船舶设计软件主要有Tribon 、NUPAS 、NAPA、Catia 等，国内的软件有东欣、沪东等，从上世纪90 年代起，上海沪东开始研发自己的三维放样软件，经过十几年的发展，已经形成了较为完善的系统，同时被国内很多厂家采用，目前在国内应用最广泛的是Tribon[2]。下面就三维建模软件NUPAS-CADMATIC为例，从建模到输出管系透视图ISOS 和管道图SPOOLS，如何识别图纸探讨三维建模在船舶管系设计中的应用与优势。
船舶三维模型参数化设计技术开发及应用 强兆新 摘要：本文介绍了船舶三维模型参数化设计中船型生成系统、船舶参数化分舱和稳性计算系统、船体结构参数化生成、有限元模型快速生成系统、船舶模型在各系统间无缝传递的实现等功能。给出了船舶三维模型参数化设计的应用案例，并展望其对我国数字化造船起到的推动作用及积极意义。 关键词：三维模型，参数化设计，技术开发 Ship 3D Parametric Design Technology Development and Application QIANG Zhao-xin （China Ship Design & Research Center Co., Ltd, Beijing 100081, China） Abstract: In this paper, 3D model of the ship design parameters of the system to generate ship, ship parameters of the subdivision and stability calculation, the parameters of the hull structure of production, rapid finite element model generation systems, ships models in the seamless delivery systems such as the realization of the Function. Gives three-dimensional model of the ship design parameters of the application of the case and its outlook on China's Digital Shipbuilding and play a role in promoting positive. Key words: 3D model, Parametric Design, Technology Development 1 引言 三维参数化设计是提高产品设计质量和效率的重要手段，目前已在航空、航天、汽车工业等行业的研发设计全过程中得到广泛应用。由于船舶产品的相对复杂性，其三维参数化设计的应用程度相对落后。虽然目前国内各大造船企业均采用了如TRIBON、CADDS5等软件来进行三维的生产设计，在提高设计质量上取得了显著的成效，然而这仅仅是在设计后期三维设计技术的基本应用。为减少重复劳动和保证设计的一致性和连贯性，船舶三维设计技术正在向详细设计拓展。 “船舶三维模型参数化设计技术应用开发研究”科研项目是国防科工委批准的国家重点科技攻关项目，旨在对现有三维设计系统进行消化、吸收的基础上，通过技术引进、自主开发、二次开发等手段，对三维设计系统进行整合，将船舶三维设计技术向详细设计拓展。通过一个多专业共用的参数化模型，实现船舶设计的并行协同和众多设备、系统的集
使用CATIA对船舶机舱进行三维设计 本文应用catia软件尝试设计机舱，展示了catia强大的设计功能。随着 ibm/dassault公司对其功能的不断完善，该软件一定能在船舶制造行业得到更广泛的应用。 1 引言 众所周知，CATIA[1]软件在航天航空、汽车等一些高端技术的制造行业得到非常广泛的应用和取得非常成功的效果。而将CATIA引入造船行业则是直接引用或间接借鉴了CATIA 在航天、航空、汽车等制造行业内的先进成熟技术。这些技术对常规船舶、特别对航母、军舰、豪华游轮、钻井平台等特殊海洋工程平台的设计上有着非常独特的借鉴[1,2]。 CATIA可实现船舶的可视化三维设计。其基本功能可涵盖船舶设计的各个方面，贯穿分析、设计、建造、维护整个船舶产品生命周期。CATIA软件各项模块功能强大、工作模式转换灵活，设计手段丰富简捷，其在船舶机舱三维设计中运用的 基本功能可概括为以下6个方面： 1. 船体结构模型的设计与导入; 2. %26ldquo;制造%26rdquo; 各类真正的三维设备、部件系列实体建模; 3. 舱室三维实体布置; 4. 二维原理图设计及设备、管路三维布置与部件定位; 5. 各类统计汇总报表、加工表单、布置图、安装图的输出; 6. 电子样船。 2 利用CATIA进行船舶的三维设计 CATIA软件的各个模块的运行平台，无缝地集成了基本的通用机械CAD功能与专用的船舶设计CAD功能。在实际进行船舶设计时，用户可根据其具体的设计项目，分门别类地实时切换工作模式( 即船体结构、曲面造型、管系设计、电气电缆设计、风管设计、知识工程、人机工程、零件及装配设计、机械制图、机构仿真、模具设计、钣金设计、物理量计算、干涉检查、强度分析等工作模式 )，灵活机动地采用该工作模式环境中的各种设计手段、方法，因而，用户可最大限度地调用CATIA 软件的各种知识工程资源，同时，亦可构筑自己%26ldquo;个性化%26rdquo;工作模式，在其平台上设置各类工具条，选择合适的图标，补充相应的指令，从而来创造性地完成自己的设计工作。 1. 1船体结构模型的设计与导入 船体结构是进行船舶舱室设计的基础，CATIA软件针对目前船舶制造行业的各种 CAD/CAM/CAE软件的实际应用情况，提供了与这些软件(如：TRIBON / NAPA / Maxsurf / Fastship / AUTOCAD等)的专用或标准接口。这些专用或标准接口，为船舶制造业已有的CAD/CAM/CAE应用软件向其方便灵活地导入数据提供了非常便捷的工具。本文直接读取TRIBON造船集成软件中的*.dxf格式的结构数据，转化、生成在CATIA软件中的船体结构模型，如图一所示。
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/2a9607798.html, 船舶三维生产设计现状及二次开发技术的应用 作者：梁维臣 来源：《科学与技术》2014年第02期 摘要：要想在国际市场日趋激烈的造船行业拔得头筹，获得船舶企业利润的提升，控制生产成本，就需要引入先进技术，而3维生产设计系统能够帮助其将船舶的生产周期大大缩短。为了能够将先进的CAD/CAM系统功能有效、充分发挥出来，必须要二次开发CAD/CAM系统，才能够进一步获取收益，提升企业生产生产设计能力和整船技术。文章对我国企业现阶段使用船舶3维生产设计情况，同时介绍二次开发3微生产软件方法。 关键词：二次开发；CAD/CAM；3维生产设计；船舶 我国拥有稳固的产业发展基础，且有健全的科研体系和工业体系，以及漫长的海岸线，这些都为造船业的发展打下坚实的基础，发展船舶工业的优势较为明显。与此同时，近些年来飞速增长的对外贸易为我国船舶工业跻身国际竞争产业的机遇之一。现今，工业基础雄厚、资本丰富、劳动力丰富的区域已经成为世界船舶工业的新的战场。我国有非常丰富的海洋、江河资源，是航运大国，从中国不断提高的造船行业市场份额来看，造船行业以中国为主要发展基地趋势已十分明显。在作业条件与使用要求的制约下，还受到诸多约束和限制，如公约、规程、规范等等。 一、我国应用3维生产设计现状 船厂在接受设计院提供图纸后，将其进行转化，例如根据装配工艺流程图、剖口形式、焊接图、弯管数控代码、下料图、施工图等实施整船装配及加工零部件，与此同时，展开支架、设备、电器、管系、船体等的舾装生产设计和3维建模，输出物料册清、套料图、放样图、施工图等。现阶段，所提供的船厂设计图纸的特点还是较为粗略。船厂要进行生产设计还须花费大量精力详细设计。如今科学技术十分发达，在船舶CAD/CAM系统的协助下，造船业获得更大的提升空间。 面向船舶生产设计、以3维建模技术为核心的计算机集成系统就是船舶制造3维设计系统，该系统为现代造船提供了内容覆盖船舶涂、舾、壳生产设计、先进生产模式的、负荷我国船舶制造的计算机辅助系统。系统实现仿真检验和虚拟建造通过产品全电子数字模型的建立来实现，并将统计报表和生产设计图纸完整提供。CADDS5软件更加适合西装量大、中小型船、高性能、高技术、诸多船型的船型设计制造。对此，为获得显著应用效果，创建整船数字化设计平台可选择CADDS5软件，应用CADDS5软件突破口为水下舰船机舱重点舱室设备布置、电器、管系布置的干涉检查、舾装设计、3维建模等，生产图通过3维布置直接布置出，在提供的船体型线基础上，在船体工程中逐步扩大，将3维曲面拟合运用于船体外板，将船体内部
我国年造船产量占世界造船总产量的份额和名次已由世界第17位跃居世界第3位，仅次于日本和韩国。预计到2005年，中国年造船产量可迄650万吨以上，在世界造船市场的份额也将提高到15％。但目前，我国整体造船水平大致相当于国际二十世纪80年代末、90年代初的水平，船型开发与设计满足不了开拓市场的需求。不少技术复杂的船，包括超大型集装箱船、大型液化石油气、天然气船、豪华旅游船等尚处于开发阶段。 工欲善其事，必先利其器。随着船舶不断向大型化、复杂化方向发展，利用先进的计算机技术，提高设计水平，缩短设计周期，设计出经济、高附加值的船舶已相当普及。目前，国际上常用的船舶设计软件有如下几种： Tribon Tribon系统是由瑞典KCS(Kockums Computer System AB)公司设计开发的一套用于辅助船舶设计与建造计算机软件集成系统。Tribon集CAD/CAM(计算机辅助设计与制造)与MIS (信息集成)于一体，并覆盖了船体、管子、电缆、舱室、涂装等各个专业的一个专家系统。总体上Tribon系统可分为船体设计、舾装设计、系统管理及维护三大部分。该软件是一个出色的集成系统，也是一个庞大的系统(系统程序约500 MB)，它具有许多其他系统所不具备的优点。Tribon推出的新版本较过去添加了很多新的功能，如在设备选择、合同设计等方面的功能。 我国使用该设计软件系统的公司有：广船国际股份有限公司、江南造船（集团）有限公司等。对我国的用户来说，该软件存在的缺点有：数据开放性不够，数据库系统自成一套与常用的数据库缺少接口等。 NAPA NAPA公司首次在船舶设计软件中采用3D技术，并在船舶初步设计和基本设计阶段提出了3D NAPA船舶模型的概念，这一概念己得到广泛认同。利用NAPA Steel设计师们可以在较短时间内迅速完成结构初步设计和重量、成本计算，生成可供送审的技术文件和图样，并根据需要生成结构有限元计算所需的网格模型。在NAPA于2003.1发布的版本中具有的最新的功能之一是提供了许多软件与NAPA Steel之间的接口，比如说Tribon Hull和Nupas -Cadmatic，以及其它一些典型的经常使用的船舶设计系统。其中与Tribon之间的接口可以实现：曲线的转换、表面的转换、图的转换等。 CADDS 5i CADDS 5i是PTC公司针对船舶、航空、航天行业推出的产品，空中客车、劳斯莱斯、波音公司BAE系统、洛克希德马丁、美国联防公司、中国的CSIC(中船集团)等约2000个客户已经成功地应用了这套解决方案。该产品在世界造船市场的份额也为15％。这个软件主要包括船体、管系、舾装、电力、空调通风系统等几大模块。船体模块主要进行船体结构辅助设计，可输入输出全部船体制造所需的数据。管系施装模块则提供了管系设计和制造所需的所有工具，包括3D管系布置。空调通风模块所提供的工具可支持开发大型HVAC(热力、通风与空调)系统及其结构的能力，并生成制造输出数据。电气系统模块提供的功能可支持船舶电气系统的开发，其中包括布线示意图、3D电缆通道网络、3D布线以及电缆通道支
船舶三维设计系统(SPD)的自主开发 苏文荣 （中国船舶工业集团公司沪东中华造船(集团)有限公司,上海,200136） 一、船舶三维设计系统的自主开发的背景 改革开放以来20多年，我国造船工业得到了发展迅速。至新世纪初我国造船产量名列世界第三。但我国造船要成为世界第一造船大国和强国还面临着十分繁重的技术和管理上的创新，还有一段艰巨的路程要走。因为日、韩等国家的造船技术和管理水平已从第四阶段集成制造向造船发展的第五阶段敏捷制造过渡。我国主要骨干船厂现在的造船技术和管理水平都处于第三阶段的分道制造，沪东中华当时也只处于第三阶段，准备向第四阶段集成制造方向发展。 我国作为世界第三造船大国。造成如此差距的主要问题在于以下几方面：建造周期长、制造返工量大，质量难以控制和成本难以控制。我国要成为第一造船大国和强国，沪东中华要成为一流的造船企业，必须解决上述问题，变革造船的模式，走数字化造船之路，实现集成制造。 1.深化设计，为建立现代造船模式提供支撑 现代造船模式是以中间产品为导向，按区域组织生产，壳、舾、涂、作业在空间上分道，时间上有序，实现设计、生产、管理一体化连续总装造船。造船总装化、管理精细化、信息集成化是现代造船模式的主要实现形式。 推行现代总装造船模式，首先要改变原串行设计为各专业的平行设计，以利于加强专业协调和缩短设计周期;变按功能系统设计为按区域设计、以中间产品为导向的设计为总装造船提供技术基础。要树立不仅要解决“造怎样船”还要解决“怎样造船”的面向生产、管理的设计理念。设计要贯彻壳、舾、涂一体化：设计生产管理一体化的原则为总装造船提供大量的制造、工程管理等信息。设计模式的转变，设计的深化是实现总装造船的必要条件。
船舶行业主要3D软件 1、Tribon Tribon 系统是由瑞典KCS(Kockums Computer System AB)公司设计开发的一套用于辅助船舶设计与建造计算机软件集成系统。Tribon集CAD/CAM(计算机辅助设计与制造)与MIS(信息集成)于一体，并覆盖了船体、管子、电缆、舱室、涂装等各个专业的一个专家系统。总体上Tribon系统可分为船体设计、舾装设计、系统管理及维护三大部分。该软件是一个出色的集成系统，也是一个庞大的系统(系统程序约500 MB)，它具有许多其他系统所不具备的优点。Tribon推出的新版本较过去添加了很多新的功能，如在设备选择、合同设计等方面的功能.我国使用该设计软件系统的公司有：广船国际股份有限公司、江南造船（集团）有限公司等。对我国的用户来说，该软件存在的缺点有：数据开放性不够，数据库系统自成一套与常用的数据库缺少接口等。 2、FORAN NAPA 公司首次在船舶设计软件中采用3D技术，并在船舶初步设计和基本设计阶段提出了3D NAPA船舶模型的概念，这一概念己得到广泛认同。利用NAPA Steel设计师们可以在较短时间内迅速完成结构初步设计和重量、成本计算，生成可供送审的技术文件和图样，并根据需要生成结构有限元计算所需的网格模型。在NAPA于2003.1发布的版本中具有的最新的功能之一是提供了许多软件与NAPA Steel之间的接口，比如说Tribon Hull和Nupas-Cadmatic，以及其它一些典型的经常使用的船舶设计系统。其中与Tribon之间的接口可以实现：曲线的转换、表面的转换、图的转换等。 FORAN软件是一个囊括了船、机、电、涂、舾装各个专业的强大设计软件。 在船舶设计和建造中，从开始的方案设计、初步设计和送审设计阶段，直到详细的施工设计阶段，FORAN都是赖以降低成本、提高生产效率的主要工具。 本系统可以应用在所有船型的设计建造，且不受船舶尺寸的限制，同时可以根据不同用户的特定需求进行客户化定制。 FORAN代表了船舶CAD/CAM/CAE技术的前沿， 为造船的全过程提供了集成化的解决方案，包括船型尺寸、船型系数计算、船体结构、机械设备、舾装、电气设施、舱室设计等，所有功能可在分布式工作环境下、应用并行工程的概念完成。 FORAN 的开发和维护者SENER Ingeniería y Sistemas SA公司，是西班牙最大的私营独资的工程公司。利用50年的船舶设计经验，SENER保证其最终产品是可信赖的、高效的工具，帮助用户实现其唯一的目标：让船舶的设计和建造更快、更好、更节省。 3、CADDS 5i CADDS 5i是PTC公司针对船舶、航空、航天行业推出的产品，空中客车、劳斯莱斯、波音公司BAE系统、洛克希德马丁、美国联防公司、中国的CSIC(中船集团)等约2000个客户已经成功地应用了这套解决方案。该产品在世界造船市场的份额也为15％。这个软件主要包括船体、管系、舾装、电力、空调通风系统等几大模块。船体模块主要进行船体结构辅助设计，可输入输出全部船体制造所需的数据。管系施装模块则提供了管系设计和制造所需的所有工具，包括3D管系布置。空调通风模块所提供的工具可支持开发大型HVAC(热力、通风与空调)系统及其结构的能力，并生成制造输出数据。电气系统模块提供的功能可支持船舶电气系统的开发，其中包括布线示意图、3D电缆通道网络、3D布线以及电缆通道支撑结构。通过从可用于船舶系统的设备和电缆库中进行选择，用户可以创建示意图。国内有部分船厂在使用NAPA软件进行详细设计，使用Tribon做生产设计，而CADDS 5i可以很好的与他们进行互通。我国该软件已在江南、大连、辽南、武昌、长江船舶设计院等船厂和设计院使用。 4、CATIA
【转】CATIA船舶设计精讲 1 引言 众所周知，CATIA[1]软件在航天航空、汽车等一些高端技术的制造行业得到非常广泛的应用和取得非常成功的效果。而将CATIA引入造船行业则是直接引用或间接借鉴了CATIA在航天、航空、汽车等制造行业内的先进成熟技术。这些技术对常规船舶、特别对航母、军舰、豪华游轮、钻井平台等特殊海洋工程平台的设计上有着非常独特的借鉴[1,2]。 CATIA可实现船舶的可视化三维设计。其基本功能可涵盖船舶设计的各个方面，贯穿分析、设计、建造、维护整个船舶产品生命周期。CATIA软件各项模块功能强大、工作模式转换灵活，设计手段丰富简捷，其在船舶机舱三维设计中运用的 基本功能可概括为以下6个方面： 1．船体结构模型的设计与导入； 2． %26ldquo;制造%26rdquo; 各类真正的三维设备、部件系列实体建模； 3．舱室三维实体布置； 4．二维原理图设计及设备、管路三维布置与部件定位； 5．各类统计汇总报表、加工表单、布置图、安装图的输出； 6．电子样船。 2 利用CATIA进行船舶的三维设计 CATIA软件的各个模块的运行平台，无缝地集成了基本的通用机械CAD功能与专用的船舶设计CAD功能。在实际进行船舶设计时，用户可根据其具体的设计项目，分门别类地实时切换工作模式（即船体结构、曲面造型、管系设计、电气电缆设计、风管设计、知识工程、人机工程、零件及装配设计、机械制图、机构仿真、模具设计、钣金设计、物理量计算、干涉检查、强度分析等工作模式），灵活机动地采用该工作模式环境中的各种设计手段、方法，因而，用户可最大限度地调用CATIA 软件的各种知识工程资源，同时，亦可构筑自己%26ldquo;个性 化%26rdquo;工作模式，在其平台上设置各类工具条，选择合适的图标，补充相应的指令，从而来创造性地完成自己的设计工作。 1． 1船体结构模型的设计与导入 船体结构是进行船舶舱室设计的基础，CATIA软件针对目前船舶制造行业的各种CAD/CAM/CAE软件的实际应用情况，提供了与这些软件（如：TRIBON / NAPA / Maxsurf / Fastship / AUTOCAD等）的专用或标准接口。这些专用或标准接口，
【34】?第41卷?第6期? 2019-06 基于CATIA V6的船舶管路系统三维设计优化 Three-dimensional design optimization of ship pipeline system based on CATIA V6 赵 恒，周志杰，彭文波 ZHAO Heng, ZHOU Zhi-jie, PENG Wen-bo （中国舰船研究设计中心，武汉 430064） 摘 要：管路系统的三维设计是船舶产品数字化设计的重要组成部分。以基于CATIA V6的管路系统三 维设计为对象，对基础资源集、模型标准库、模型关联关系三个方面展开研究，根据研究结果对管路系统三维设计流程进行优化，优化后的管路系统三维设计标准化程度高、模型设计信息丰富，在工程实践中取得良好的应用效果。 关键词：CATIA V6；船舶管路系统；三维设计；数字化设计中图分类号：U662.9 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2019)06-0034-05 收稿日期：2018-09-10 作者简介：赵恒（1991 -），男，湖北武汉人，硕士，研究方向为舰船计算机辅助设计与应用研究。0 引言 船舶管路系统三维设计，是指采用数字化手段构建虚拟三维管路系统模型，模型能够完整反映管路系统的设计特点、布置情况及几何外形特征，能够用于数字化分析及指导生产施工。由于船舶管路系统多且复杂，布置遍及全船，管路及附件数量大、规格繁多、材质多样，管路系统的三维设计完成情况是决定船舶产品三维设计深度及设计质量的重要因素。CATIA 是CAD/CAM/CAE 一体化的通用软件平台，CATIA V5在船舶设计领域的应用已取得一定成效，CATIA V6是法国达索公司近年来推出的产品，与CATIA V5有较大的差异，该软件延续了CATIA V5在通用平台上搭建船舶专业模块、模型仿真度高、属性值丰富等优点，并且提供了优秀的产品生命周期管理、协同设计解决方案等技术，逐渐成为一些船舶设计建造单位使用的主流三维设计平台[1,2]。 在目前的管路三维设计中，软件的基本设计模块可以实现系统模型的建模及布置，但所建立的模型主要体现几何外形特征，只包含少量设计信息，不利于设计信息在三维模型中的集中体现，不利于设计人员对产品信息的管理，不利于系统模型的更新维护。因此，需针对三维管路系统的资源配置、模型定制、模型关联关系管理等方面展开进一步研究，使三维设计能够适应国内船舶设计的需求。在目前的研究中，卢永进、宗丹等人概括性的介绍了CATIA V6管路系统三维设计的基础资源 库配置、轮机建库关键技术等内容[3,4]；许诺、李祥等人基于CATIA V5研究了管路及管路类模型标准库的设计与实现[5,6]。本文针对基于CATIA V6的船舶管路系统三维设计，进一步研究基础资源库配置、模型标准库创建及模型间的关联关系在管路系统三维设计中的应用。 1 基础资源集配置 船舶管路系统可分为轮机工程管路系统及暖通空调工程管路系统两个大类，CATIA V6中分别由Piping&Tubing 模块及HVAC 模块完成创建，两类管路系统的基础资源集配制方法类似，条目内容根据系统专业的要求存在差异，以轮机工程管路系统基础资源集配置展开研究。 管路系统基础资源集，如图1所示，主要以工程规格表的形式存在，由表1中各表组成。其中，管材规格尺寸表（表2）中的Standard 、Material 、Nominal Size 、Rating 等构成管路模型的主要属性内容，并与工程规格表中其他表的内容对应，构成管路规格过滤器内容；部件子类表存储模型类别；弯管弯模倍数表等构成管路弯曲规则过滤器；管材自动匹配表等构成管路创建自动匹配规则过滤器；管路规格过滤器、管路弯曲规则过滤器及管路创建自动匹配规则过滤器共同实现从模型标准库中调用选取管路模型。