基于CATIA V6的船舶风管数据分­析

Chinese Journal of Ship Research - - 目 次 -

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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图2 风管基础资源库结构组­成Fig.2 The structure of basic duct library catalog

图3 通风系统设计各模块之­间的关系Fig.3 The relationsh­ip between the ventilatio­n system design modules

1 CATIA V6图 风管三维设计流程Fi­g.1 Three-dimensiona­l design process of CATIA V6 HVAC

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