基于CATIA V6的船舶電氣設(shè)計研究

盧永進，吳 盛，汪 敏

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基于CATIA V6的船舶電氣設(shè)計研究

盧永進，吳 盛，汪 敏

（中國艦船研究設(shè)計中心，武漢430064）

信息化技術(shù)正在不斷促進船舶電氣設(shè)計水平的提高。結(jié)合電氣工程實際，從電氣資源配置和標(biāo)準(zhǔn)件庫創(chuàng)建兩方面系統(tǒng)闡述電氣建庫工作，并對三維電氣設(shè)備和電纜創(chuàng)建進行了詳細(xì)說明，系統(tǒng)分析了CATIA V6電氣原理圖設(shè)計和三維綜合布置操作流程。本研究對CATIA V6三維電氣設(shè)計提供了具體的理論指導(dǎo)和技術(shù)參考。

CATIA V6 船舶 電氣建庫 三維設(shè)計

0 引言

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，CAD/CAM/CAE一體化技術(shù)已在航空、航天、汽車等領(lǐng)域得到良好應(yīng)用并獲得好評[1,2]。而船舶設(shè)計因其模型數(shù)據(jù)量巨大而發(fā)展較為緩慢。當(dāng)前，CATIA V6軟件作為主流的CAD/CAM/CAE一體化軟件正在國內(nèi)船舶行業(yè)推廣。因其引入國內(nèi)時間較短，電氣設(shè)計相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用未見報道，同時，設(shè)計過程需在不同模塊之間頻繁切換和對設(shè)計權(quán)限進行有效管控。因此，有必要對CATIA V6電氣設(shè)計進行深入研究。

在CATIA V6中，電氣設(shè)計主要涉及Electrical System Design、Electrical 3D Part Design和Electrical 3D Design等模塊。其中，Electrical System Design模塊應(yīng)用于二維設(shè)計，可創(chuàng)建電氣原理圖、建立邏輯體系結(jié)構(gòu)、電氣設(shè)備布置、電氣接線圖、系統(tǒng)導(dǎo)入導(dǎo)出；后兩模塊應(yīng)用于三維設(shè)計，Electrical 3D Part Design模塊主要用于創(chuàng)建三維電氣設(shè)備、托架、分段/分支（Segment/Branch）；Electrical 3D Design模塊則具備布置三維設(shè)備、設(shè)備接線、創(chuàng)建電氣幾何形狀（Electrical Geometry）、構(gòu)建物理系統(tǒng)（Electrical Physical System）、敷設(shè)電纜、電網(wǎng)分析等功能。本文將結(jié)合具體模塊，從電氣建庫、原理圖設(shè)計、三維設(shè)備建模、綜合布置等方面系統(tǒng)介紹CATIA V6電氣設(shè)計。

1 電氣建庫

船舶電氣建庫包含資源配置和標(biāo)準(zhǔn)件庫創(chuàng)建兩大部分。其中，資源配置由Owner角色設(shè)計人員在Data Setup模塊完成設(shè)置，在Data Setup模塊中，涉及電氣專業(yè)的資源集主要有Electrical Data Exchange Resources、Electrical Feature Customization Resources、Electrical Logical Resources等六種，具體見表1所示。配置時，需定義并創(chuàng)建好本地文件，按路徑讀取相關(guān)文件即可。

電氣設(shè)備按照CB/T 14-2011《船舶產(chǎn)品專用圖樣和技術(shù)文件編號》進行編碼，采取3位系統(tǒng)號+2位序號的方式。而設(shè)備創(chuàng)建完成后，統(tǒng)一由Leader角色設(shè)計人員存入電氣標(biāo)準(zhǔn)件庫。電氣標(biāo)準(zhǔn)件庫分多級Chapter，類似文件夾，一級Chapter按總類命名，具體為電機、電源和電站設(shè)備，照明、電熱和日常電設(shè)備等；二級Chapter按系統(tǒng)分類，包含供電系統(tǒng)設(shè)備、配電系統(tǒng)設(shè)備等；而三級Chapter按具體設(shè)備細(xì)分，如柴油發(fā)電機組、接地電阻柜等，而四級Chapter按二維和三維分類，具體分二維符號和三維模型，詳見圖1所示。

2 原理圖設(shè)計

CATIA V6具備從原理圖設(shè)計到三維放樣的功能，可滿足船舶電氣專業(yè)設(shè)計需求，功能較為強大。電氣原理圖繪制由專業(yè)設(shè)計人員在Symbol Design、Electrical System Design模塊中開展工作，整個設(shè)計流程見圖2所示。

設(shè)計前需進入Symbol Design模塊，創(chuàng)建電氣設(shè)備二維符號并定義連接點，由Leader角色設(shè)計人員統(tǒng)一存入標(biāo)準(zhǔn)件庫中。然后進入Electrical System Design模塊，根據(jù)不同系統(tǒng)劃分，構(gòu)建對應(yīng)的特征樹，設(shè)計人員結(jié)合具體系統(tǒng)開展原理圖設(shè)計工作，插入和布置設(shè)備等符號，連接電纜，從而形成系統(tǒng)原理圖。原理圖繪制完成后，可利用工具欄BI Essentials中的Electrical: Connectivity review項進行連接性檢查，根據(jù)線路呈現(xiàn)顏色判斷連接狀況。綠色表示完全連接；黃色表示部分連接；紅色表示沒有連接；白色表示沒有電氣連接性。

3 三維電氣設(shè)備和電纜創(chuàng)建

船舶電氣設(shè)備在CATIA V6的Electrical 3D Part Design模塊中完成創(chuàng)建，進入模塊后需選取Equipment作為設(shè)備類型，再切換至Part Design Essentials模塊，開展具體三維設(shè)備建模。建模方法主要包括特征建模、由曲面生成實體模型、在裝配中生成實體模型和其它CAD模型轉(zhuǎn)換導(dǎo)入等四種，設(shè)計者可根據(jù)工程實際合理選擇方法。電氣設(shè)備三維模型務(wù)必根據(jù)真實幾何尺寸，按1：1比例創(chuàng)建，同時準(zhǔn)確表達(dá)與船體、電纜等接口信息，定義出重量重心等屬性。電氣設(shè)備電纜接口選Cavity類型創(chuàng)建，創(chuàng)建Cavity后的設(shè)備如圖3所示。對于電站類大型設(shè)備可采用裝配類型管理多態(tài)模型，創(chuàng)建出操作和維修空間模型，便于綜合放樣干涉檢查和維修拆裝等虛擬驗證。

電纜創(chuàng)建在Electrical 3D Part Design模塊中操作。需定義Electrical Conductor類型，并設(shè)置顏色、截面積、外徑、彎曲半徑、線密度等參數(shù)，電纜創(chuàng)建完成后，應(yīng)存儲在標(biāo)準(zhǔn)件庫中。

4 電氣三維綜合布置

電氣三維綜合布置在Electrical 3D Design中完成，具體操作流程如圖4所示。進入模塊后，建立特征樹節(jié)點，開展電氣設(shè)備布置，而設(shè)備調(diào)用具體包括從服務(wù)器調(diào)用、對已布置設(shè)備重用、從資源庫調(diào)用三種方式。在艙室中調(diào)入設(shè)備后需結(jié)合羅盤操作進行位置移動和方向調(diào)整，以確定電氣設(shè)備安裝位置。在特征樹中創(chuàng)建Electrical Geometry（電氣幾何形狀）節(jié)點，接著創(chuàng)建子節(jié)點Electrical Branch Geometry（電氣分支幾何），并定義具體名稱和選擇電纜通道參數(shù)，下面根據(jù)電氣設(shè)備位置開展電纜通道設(shè)計。在特征樹中定義Electrical Physical System（電氣物理系統(tǒng)），對應(yīng)電纜通道敷設(shè)電纜，并定義電纜外徑、彎曲半徑、線質(zhì)量等參數(shù)。在CATIA V6三維電氣設(shè)計中，電纜不存在物理模型，只賦予物理屬性信息，具備開展電纜連通性設(shè)置和檢查能力。設(shè)計完成后可對電纜填充率進行計算和評判。圖5為某艙室電氣三維綜合布置場景。

5 結(jié)論

基于CATIA V6平臺，從電氣建庫、原理圖設(shè)計、三維電氣設(shè)備和電纜創(chuàng)建、電氣三維綜合布置等方面入手，開展了具體研究，體現(xiàn)在：

1）結(jié)合國內(nèi)船舶電氣設(shè)計業(yè)務(wù)模式，從CATIA V6電氣資源配置和標(biāo)準(zhǔn)件庫創(chuàng)建兩個方面展開分析，梳理出了面向船舶設(shè)計的電氣建庫思路；2）針對電氣原理圖設(shè)計，詳細(xì)介紹了二維原理圖設(shè)計流程；3）系統(tǒng)介紹了電氣設(shè)備建模和電纜創(chuàng)建方法，并對設(shè)備的電纜接口創(chuàng)建進行了重要說明。同時，系統(tǒng)闡述了電氣三維綜合布置流程。

參考文獻:

[1] 邵開文, 馬運義. 艦船技術(shù)與設(shè)計概論[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2005: 1-20.

[2] 曾魯山,曾凡明，等. 基于CATIA和VIRTOOLS技術(shù)的虛擬機艙漫游研究[J]. 中國艦船研究, 2008, 3 (5): 62-64, 80.

CATIA V6-based Electrical Design for a Ship

Lu YongJin, Wu Sheng, Wang Min

(China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China)

U662.9

A

1003-4862（2016）09-0034-03

2016-04-15

盧永進（1982-），男，博士。研究方向：船舶數(shù)字化設(shè)計。