CATIA船舶三维设计.docx

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本文应用catia软件尝试设计机舱,呈现了catia强大的设计功能。随着ibm/dassault公司对其功能的不断完善,该软件确定能在船舶制造行业得到更广泛的应用。
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格外广泛的应用和取得格外成功的效果。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、钻井平台等特别海洋工程平台的设计上有着格外独特的借鉴[1,2]。
CATIA可实现船舶的可视化三维设计。其根本功能可涵盖船舶设计的各个方面,贯穿分析、设计、建筑、维护整个船舶产品生命周期。CATIA软件各项模块功能强大、工作模式转换灵敏,设计手段丰富简捷,其在船舶机舱三维设计中运用的
根本功能可概括为以下6个方面:
船体构造模型的设计与导入;
%26ldquo;制造%26rdquo;各类真正的三维设备、部件系列实体建模;
舱室三维实体布置;
二维原理图设计及设备、管路三维布置与部件定位;
各类统计汇总报表、加工表单、布置图、安装图的输出;
电子样船。
利用CATIA进展船舶的三维设计
CATIA软件的各个模块的运行平台,无缝地集成了根本的通用机械CAD功能与专用的船舶设计CAD功能。在实际进展船舶设计时,用户可依据其具体的设计工程,分门别类地实时切换工作模式(即船体构造、曲面造型、管系设计、电气电缆设计、风管设计、学问工程、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、干预检查、强度分析等工作模式),灵敏机动地承受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软件的各种学问工程资源,同时,亦可构筑自己%26ldquo;共性化%26rdquo;工作模式,在其平台上设置各类工具条,选择适宜的图标,补充相应的指令,从而来制造性地完成自己的设计工作。
1船体构造模型的设计与导入
船体构造是进展船舶舱室设计的根底,CATIA软件针对目前船舶制造行业的各种CAD/CAM/CAE软件的实际应用状况,供给了与这些软件(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应用软件向其便利灵敏地导入数据供给了格外便捷的工具。本文直接读取TRIBON造船集成软件中的*.dxf格式的构造数据,转化、生成在CATIA软件中的船体构造模型,如图一所示。
“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;文件供给了便利,同时,在CATIA软件中,其参数化的建库为同型设备的体积大小、接口位置等的变更供给了便利。
舱室三维实体布置
CATIA软件可以依据船型特征、船体构造、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:当进展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、规章等),从而各专业可以在统一的设计模型中,分门别类地并行进展。
此外,结合构造树的特性,用户可以滚动扫瞄构造树,对设计模型中任意指定的对象和其属性进展显示、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,对各专业进展实时干预检查和综合系统平衡,为准确造船供给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,检验其船体构造、设备、布管等功能。
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;InstrumentationDiagrams)驱动三维设备布置、管系路径布局和各类阀件、附件的定位放置与准确调整,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具体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,依据管系、风管和电气的设计原理和物理共性,CATIA软件供给了%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展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展各自的路径布局时,可以实时检测管系、风管、电气之间的路径干预状况。在对管路、风管、电路和船体构造、船舶设备等进展干预检查、综合协调、平衡整合的根底上,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。
统计汇总报表、、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。这种依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格外灵敏和简便。
此外,舱室设计人员亦可承受CATIA成软件的关心仿真功能进展效果渲染,还可进一步利用其四维扫瞄器功能,向船东供给全方位、多角度地呈现舱室布置仿真效果。
CATIA软件不仅对在具体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。
用户可以结合宏指令的特性,用VBScript语言,调用CATIA软件供给的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。
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。
利用CATIA软件的管子专用模块,可依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。
电子样船
在用CATIA进展船舶设计中,电子样船具有格外特别的功能:其一,可通过漫游和通讯工具,进展协同审查;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,可进展DMU(DigitalMockUp)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状况,如图9所示。此外,使用CATIA软件中四维扫瞄器,还可以对机舱的船体构造、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、日常家电等进展%26ldquo;实地考察%26rdquo;。
完毕语
通过在CATIA软件上进展实船的设计测试,说明将CATIA软件在航天航空、汽车等一些高端技术制造行
船体构造设计中的CATIAV5
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假设船舶比较大,考虑到模型数据量会比较大,最好把船舶分成几局部,例如,船尾、船艏、船舯局部,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构造设计中的CATIAV5。一、前言
CATIAV5是DassaultSystemes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展应用。目前,该公司推出的软件已能把船舶设计、制造加工、信息治理贯穿起来,形成一个工程设计、加工工艺、治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****先进造船技术,由年造1-2条船的力气提升现在年造8-10条的力气,由原来的一型船设计增加到现在的三型船设计;CATIAV5在船舶设计中的应用也有了明显的提高,从2023年年底到2023年6月,通过工程的开展,并在达索公司技术人员的乐观支持下,CATIAV5在船体构造设计中的应用有了的突破,形成了一条较为完整的应用CATIAV5进展船体构造生产设计的思路。下面主要就我公司在船体构造设计中对CATIAV5的应用进展介绍。
二、应用
1、工程及要求:用CATIAV5对1700TEU(GWS334)船全船船体构造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。、、,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:文船公司目前承受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,为了削减数据的输入量,在导入数据之前,对数据文件进展处理,删除同一平面内多余的数据,但是要留下平边点,并对数据进展排序,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,可依据需要进展选择性的连线,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。另外也可以直接翻开AUTOCAD2023版的二维图形文件(*.dwg),然后在CATIAV5中利用拷贝和粘贴生成所需的肋骨线和水线,最终连成曲面,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、拉锚试验的关心设计,见图5、图6。
5、建库:由于一条船有几万个构造零件,其中一样、相像的零件或特征格外多,为了削减重复的工作劳动,在开展一条船工程3D设计之前,我们会对全船的构造进展统计,规划出建库的内容,把根底库搭建好。这是一个格外重要的环节,其直接影响到后续的3D构造设计的质量、效率,可以说CATIAV5供给了较好的建库功能。型材、开孔、材料、2D标注模板库的建立及应用比较简洁,肘板建库、型材端部形式及型材贯穿孔的建库操作过程相比照较简洁,但是思路还是比较清楚,简洁,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格外重视,主要是一条船肘板的数目格外大,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楚的建库方法。
图7肘板建库过程
6、船体构造3D设计:CATIAV5主要包括三个船体构造设计模块SFD、SDD、SR1,我公司主要应用SFD、SDD模块进展船体构造3D设计,利用这两个模块根本上可以建出全部的船体构造零件,在SFD中我们是建一些总体构造,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。在建完全部的构件后,最终一次转入到SR1模块中,在这过程中可选择自动去掉板的干预局部,生成正确零件外形。这一设计过程可以表示成图10。
图10船体构造3D设计流程图
假设船舶比较大,考虑到模型数据量会比较大,最好把船舶分成几局部,例如,船尾、船艏、船舯局部,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构造图及零件报表:CATIAV5R17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,相应的可以通过更来实现,另外其2D工作平台Drafting功能是格外强大的,画线标注操作都很便利。目前我公司是从SDD出2D出图(如图14),同时从SDD出零件报表,可以便利地存为Excel文件,如图15。
出2D构造图步骤如以以下图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、开孔中心线等进展客户化,对于零件编码可以通过更改零件名来实现;其次步出图(如图14),依据不同的状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、生殖出图,在名目树上选择一个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ClippingBox,减小选择的范围,也可以承受第四种出图方式,出截面图;第三步标注,可以通过GVS设置对零件名、规格进展自动标注,然后手工调整位置,也可以通过模板库进展半自动标注。
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,再把零件转入到特地的套料系统中进展套料,生成切割指令。
完毕语
CATIAV5船体构造3D设计模块已有一个与船舶工业实际生产、设计需要相符的根本思路,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、治理形成一体化。近两年也感受到达索公司加快了软件开发进度,从刚开头使用的R13版到现在的R17版,船体构造模块有了巨大的改善。文船公司在CATIAV5构造模块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。但是我们期望船体构造模块更完善,比方增加线型光顺、基于3D模型的强度、应力、静水力计算。我们在期盼着这一天的到来。