CATIA V5在船体结构设计中的应用

canyei0472 · 发表于 2011-6-18 09:25:12

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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。
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
2.1 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）。
2.2 设计思路

2.3 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。
2.4 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。
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