Chinese Journal of Ship Research
基于CATIA V6的船舶风管数据分析
网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/42.1755.TJ.20170313.1612.026.html期刊网址：www.ship-research.com引用格式：卢永进，吴波，李涛涛. CATIA V6的船舶风管数据分析［J］.中国舰船研究，2017，12（2）：57-62.基于LU Y J WUB ，LI T T. Data analysis of ship ventilation ducts based on CATIA V6［J］. Chinese Journal of Ship Re⁃ ， search，2017，12（2）：57-62. 卢永进，吴波，李涛涛430064中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 CATIA V6 CATIA摘 要：［目的］为深入探索 船舶风管设计和相关数据组成，［方法］结合实际工程背景，建立V6通风系统三维设计方法，分析管附件资源库结构组成和风管放样流程；围绕系统设计各模块组成，指出各模块处理对象和数据储存位置，以明确研究对象。在此基础上，系统阐述基础技术表定义和具体内容，重点介绍其内容扩展性，并针对通风管路三维模型，深入研究底层数据结构。［结果］经分析研究，得到了主要技术表之间的关联性。［结论］研究结果有利于设计者深入掌握通风系统设计，对定制开发可提供理论指导和技术支撑。关键词：通风管路；三维设计；CATIA V6；技术表；数据分析中图分类号：U662.9；TP391 文献标志码：A DOI：10.3969/j.issn.1673-3185.2017.02.007
Data analysis of ship ventilation ducts based on CATIA V6
LU Yongjin，WU Bo，LI Taotao China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China
Abstract：In order to research on CATIA V6 ship duct design and related data，combined with a practical engineering background，a three-dimensional design method for the CATIA V6 ventilation system is exhibited，and the catalog composition of duct fittings and duct lofting process are presented. Meanwhile， revolving around the system design modules，the module processing objects and data storage location are analyzed in order to determine the object of study. And on this basis，the definition and specific content of the engineering technological tables are illustrated in detail；specifically，the contents are extended. Moreover，in light of the three-dimensional model，further research into the underlying data structure of ventilation ducts is implemented. The relationships between the major technological tables are shown. The results of the study are not only beneficial for designers to grasp design technology，but also essential for software developers to secure theoretical guidance and technical support. Key words：ventilation duct；three-dimensional design；CATIA V6；technological table；data analysis
0引言
良好的通风设计和合理的气流组织可为船舶舱室提供高品质空气和舒适环境，现已成为船舶研制的关注重点。而当前的一个重要方向即利用日趋完善的数字化技术开展通风系统优化设计以 实现气流的合理组织［1-3］。在船舶设计领域，三维设计技术已成为提高
船舶研制效率和改进产品质量的重要途径，也为虚拟现实和仿真分析提供技术基础。由于船舶系统设计的复杂性和模型数据量巨大，且总体设计难以达到生产建造工艺所要求的设计深度，使得数字
化技术在一体化设计建造中的应用滞后。目前，国CADDS5 ，FORAN内船舶领域已先后引入 ， TRIBON ，CATIA V5 等软件，并获得了初步成效［4-9］。结合应用现状，船舶三维设计软件性能的1 CATIA对比如表 所示，可见 平台作为通用软件， CAD/CAE尽管模型数据量大，但关联性设计强，集成度高，具备版本管理和权限控制，在船舶设计领域具有较强优势。其中，CATIA V6 CATIA相比V5而言，在协同设计、协作创新及虚拟验证方面提出了新的行业标准，并针对船舶结构、轮机、电气等专业设计进行了系统功能增强，为用户提供了全新的解决方案。 CATIA V6近年来，法国达索公司推出的 产品正在国内船舶行业得到稳步推广。但作为通用设计平台，CATIA V6缺乏与国内船舶研制的有效融合，尚待进行设计加速、质量检查、二维出图等定CATIA V6制开发，而 底层数据是开展定制开发的前提和基础。船舶通风系统设计是船舶设计的一项重要内容，有必要结合船舶通风系统进行数据分析研究。
1 CATIA V6通风系统三维设计方法
CATIA V6 IBM是由法国达索公司与 公司基C CNEXT CAD/CAM/CAE于类 语言程序 开发的 通用软件平台。软件平台能满足船舶从方案设计到生产设计中各专业的基本需求，具体涵盖总体型线、船体结构、管路系统、暖通、舾装、电气等专业。结合工程研制背景，CATIA V6船舶通风系统三维设计主要包括管附件建库和风管放样两部HVAC 3D Part Design分。管附件建库时，进入 模HVAC块完成参数化建模（ 代表供暖、通风与空 调，简称暖通），与设计表关联后进行解析，批量生成标准件，然后按种类分别存入基础模型管理文Catalog Piping & Tubing件 中。而风管放样则进入Systems Design模块，创建系统管线号，选择已引Logical用滤器的规格书，然后在特征树中实现 与Physical HVAC 3D Design节点相关联。再切换至模块，调入相关设备，创建三维管材，插入管附件。在设计过程中应有效开展干涉检查，并对风1管布置进行相应调整。风管三维设计流程如图所示。 YZ风管建库时，附件参数化建模应以 平面为对称面，确保与管材相匹配。管材和附件标准件库用于分类存放、管理和检索空调通风系统标准Chapter，类似文件夹。根据工程研件，下分多级Chapter制经验，一级 按部件种类分，具体为风管、调风门、肘管、法兰、垫片、变径、三通、通舱管件Chapter等；二级 可按具体标准分类，以调风门为_CB/T 3726-1995 _CB例，分为调风门 、调风蝶阀1285-1996等；底层即为解析后的标准件，具体如2图 所示。在风管放样过程中，伴随管材布放和管附件添加，需实时开展干涉检查，以判断风管与船体、电缆及其他管路是否产生碰撞，从而减少或避免并行设计过程中的干涉问题，有效控制设计质量和技术状态。获取干涉检查结果后，各专业设计人员需围绕具体问题开展布置协调，并以协调结
果为依据，对风管设计进行修改完善。由于设计处于不断平衡和反复迭代的过程中，干涉检查将伴随整个风管施工设计，直至出图才能结束。
2 CATIA V6设计数据存储
CATIA由通风系统三维设计方法分析可知， V6 Data Setup，HVAC 3D通风系统设计主要由Part Design，Piping & Tubing Systems Design， HVAC 3D Design 3等模块组成，其关系如图 所3来看，CATIA V6 Database Server示。从图 配置了File Server两大服务器。Database Server和 用于存File Server储属性、表格和装配关系，而 则存储几何模型和文档类文件。各模块产生的相关信息对应存储至服务器中，作为其他模块的数据来源。其中，Data Setup Piping & Tubing Systems Design和 Database Server模块创建的数据和引用全部存入中；HVAC 3D Part Design HVAC 3D Design和 模块File Server，而其属产生的三维模型和设计表存入 Data⁃性信息与在标准件库中的位置关系储存在base Server Drafting服务器；运用 模块出图则从两大服务器读取模型和属性等具体信息。
3 基础资源库数据
风管基础资源库配置旨在建立完整详实的基础技术表、规格书、资源集，是风管三维设计的基础，而基础技术表内容则作为重要的底层数据，是基础资源数据的核心。
3.1 基础技术表
基础技术表是资源库配置的基础，CATIA V6提供了十多张风管技术表，这些技术表分为基础2数据表和设计规则表两大类，具体如表 所示。其中，基础数据表包含标准体系表（Standard Table）、Material Category Table材料种类表（ ）、材料表（Material Table）、部件子类表（Part Subtype Table）、等效通径表（HVAC Equivalent Diameter Table）等，分别定义设计采用的标准体系、材料种类、材料名称、附件子类、风管尺寸规格等。而设计规则表用于建立风管弯管规则和管件自动匹配规则，具体为风管弯管半径表（HVAC Turn Rule Table）、最短HVAC Minimum Straight Length直管段长度表（ Table HVAC Automatic ）和风管管件自动匹配表（ Part Rule Table）等 5张表。不仅技术表之间存在数据引用关系，而且向管材标准件创建提供基础数据，还为管附件赋予相应属性。
3.2 技术表内容分析
Excel基础技术表类似于 表，包含一系列涉及Equivalent管附件属性和几何参数的离散值，如Diameter，Material，End Style，Height 等，其内容默
String，Length，Mass，Angle认定义为 等字段类型。对于等效通径表而言，其默认为自带的Equivalent Diameter，Shape 2 Height，个属性和Width Corner Radius 3 3及 个参数值，如表 所示。其中，Shape表示风管截面类型，可定义为矩形截4面、跑道截面、椭圆截面和圆截面 种，具体尺寸由V_Height，V_Width V_Corner Radius 3和 个参数决4定，风管不同截面形状参数取值如表 所示。对圆V_Height，表示圆形截形截面风管而言，仅需定义V_Width V_Height面直径，而系统自动默认 与 等值，V_Corner Radius 0；矩为 形截面风管则根据工3 V_Corner程实际定义 个参数值，若无需折角，则Radius 0，否则按具体折角半径取值。设置为 技术表内容可根据工程需要自行添加。管材规格表是重要的基础技术表之一，默认自带Equivalent Diameter，Shape 10等 个离散值。该表可作为设计表与参数化管材相关联，赋予管材相关属性和几何参数。为此，需要对每一种管材进Title行命名，有必要增加 项，并设置为字符类型。同时，从出图满足重量重心统计角度考虑，添加Linear Weight项定义管材线密度，字段类型设置Linear Mass，对应 CATIA V6 kg_m（即为 中的单位kg/m国标标准计量单位 ），从而扩充基础数据内5容，具体如表 所示。
3.3 技术表的关联关系
由于不同项目对数据配置存在多样性，一两 张基础技术表涉及的内容根本无法满足项目研制需求，往往需结合多张技术表才能实现基础资源配置。因此，技术表之间的关联关系为开展CATIA V6定制开发提供了桥梁，主要风管技术表4之间的关联关系如图 所示。4从图 可以看出，所有技术表都是通过各种离散值密切联系在一起。首先，材料表引用了材料种类表中的种类属性，然后，管材规格表关联材料表、等效通径表、端部类型表等技术表的对应信息。风管弯管半径表引用了弯管弯模倍数表中的弯模半径、倍数，风管弯模直径表中的弯模直径，以及部件子类表中的部件子类。同时，该表中的等效通径、截面形状、材料名称、材料种类和几何参数被管材规模表所引用。因此，技术表的关联关系，不仅便于数据的存储和读取，而且可确保数据一致性和减少数据输入工作量。
4 风管模型底层数据结构
在设计过程中，大量的模型数据关乎系统稳定性，所以对软件提出了更高的要求。为此， CATIA V6 VPM的设计/制造并行工程理采用基于念，具备上下文管理、成熟度管理、关联设计管理等功能，能够很好地实现对三维设计模型的管理［10］。CATIA V6通风管路三维模型在 中由属性信息和几何信息共同表达，按树状结构组织，其属性信息囊括等效通径、材料、端部类型等所有信息，而几何信息则由坐标点和基本图元等组成。整个树状结构不仅集中表达了产品、管材和附件之间的从属关系，而且有利于用户访问相关对象读取5 CATIA V6数据信息。图 所示为 通风系统模型VPM Reference数据结构，风管三维模型由 和
VPM Port两部分组成，前者表达属性和方法，包含风管实体和管线信息，具体涵盖管材和调风门、垫片、法兰、弯头、三通等附件几何实体，并对属性和几何信息进行了规范定义和表达。VPM Reference V_PartType具备用户扩展功能，如 为字符型，字符40 VPM Port长度不能超过 个。而 封装了管材和附件的详细接口信息，包含标准、壁厚、截面形状、等效通径以及几何参数，便于定制开发时获取相应数据。
5结语
以通风系统管路设计作为研究对象，根据工程实际，建立了合理的风管资源库结构和三维设计流程，明确了通风系统设计数据流向。结合CATIA V6设计相关模块，解析出数据存储方式和对应服务器。通过对基础资源库数据展开分析，系统介绍与通风系统设计紧密相关的基础技术表，并说明了主要技术表内容以及各表之间的关联关系，结合实例阐述了技术表的内容添加方法，以提高系统的可扩充性和集成性。同时，针对通风管路模型数据，系统分析数据结构组成，为通风系统设计加速、质量检查、二维出图等专业定制开发提供极有价值的参考。
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