盧永進(jìn)，吳 盛，汪 敏

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基于CATIA V6的船舶電氣設(shè)計(jì)研究

盧永進(jìn)，吳 盛，汪 敏

（中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，武漢430064）

信息化技術(shù)正在不斷促進(jìn)船舶電氣設(shè)計(jì)水平的提高。結(jié)合電氣工程實(shí)際，從電氣資源配置和標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)創(chuàng)建兩方面系統(tǒng)闡述電氣建庫(kù)工作，并對(duì)三維電氣設(shè)備和電纜創(chuàng)建進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，系統(tǒng)分析了CATIA V6電氣原理圖設(shè)計(jì)和三維綜合布置操作流程。本研究對(duì)CATIA V6三維電氣設(shè)計(jì)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(kù) 三維設(shè)計(jì)

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(chē)等領(lǐng)域得到良好應(yīng)用并獲得好評(píng)[1,2]。而船舶設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)船舶行業(yè)推廣。因其引入國(guó)內(nèi)時(shí)間較短，電氣設(shè)計(jì)相關(guān)技術(shù)與應(yīng)用未見(jiàn)報(bào)道，同時(shí)，設(shè)計(jì)過(guò)程需在不同模塊之間頻繁切換和對(duì)設(shè)計(jì)權(quán)限進(jìn)行有效管控。因此，有必要對(duì)CATIA V6電氣設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究。

在CATIA V6中，電氣設(shè)計(jì)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(jì)，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(jì)，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(kù)、原理圖設(shè)計(jì)、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(jì)。

1 電氣建庫(kù)

船舶電氣建庫(kù)包含資源配置和標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)創(chuàng)建兩大部分。其中，資源配置由Owner角色設(shè)計(jì)人員在Data Setup模塊完成設(shè)置，在Data Setup模塊中，涉及電氣專(zhuān)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(jiàn)表1所示。配置時(shí)，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(zhuān)用圖樣和技術(shù)文件編號(hào)》進(jìn)行編碼，采取3位系統(tǒng)號(hào)+2位序號(hào)的方式。而設(shè)備創(chuàng)建完成后，統(tǒng)一由Leader角色設(shè)計(jì)人員存入電氣標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)。電氣標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)分多級(jí)Chapter，類(lèi)似文件夾，一級(jí)Chapter按總類(lèi)命名，具體為電機(jī)、電源和電站設(shè)備，照明、電熱和日常電設(shè)備等；二級(jí)Chapter按系統(tǒng)分類(lèi)，包含供電系統(tǒng)設(shè)備、配電系統(tǒng)設(shè)備等；而三級(jí)Chapter按具體設(shè)備細(xì)分，如柴油發(fā)電機(jī)組、接地電阻柜等，而四級(jí)Chapter按二維和三維分類(lèi)，具體分二維符號(hào)和三維模型，詳見(jiàn)圖1所示。

2 原理圖設(shè)計(jì)

CATIA V6具備從原理圖設(shè)計(jì)到三維放樣的功能，可滿(mǎn)足船舶電氣專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)需求，功能較為強(qiáng)大。電氣原理圖繪制由專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員在Symbol Design、Electrical System Design模塊中開(kāi)展工作，整個(gè)設(shè)計(jì)流程見(jiàn)圖2所示。

設(shè)計(jì)前需進(jìn)入Symbol Design模塊，創(chuàng)建電氣設(shè)備二維符號(hào)并定義連接點(diǎn)，由Leader角色設(shè)計(jì)人員統(tǒng)一存入標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)中。然后進(jìn)入Electrical System Design模塊，根據(jù)不同系統(tǒng)劃分，構(gòu)建對(duì)應(yīng)的特征樹(shù)，設(shè)計(jì)人員結(jié)合具體系統(tǒng)開(kāi)展原理圖設(shè)計(jì)工作，插入和布置設(shè)備等符號(hào)，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(xiàng)進(jìn)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(méi)有連接；白色表示沒(méi)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(jìn)入模塊后需選取Equipment作為設(shè)備類(lèi)型，再切換至Part Design Essentials模塊，開(kāi)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(shí)體模型、在裝配中生成實(shí)體模型和其它CAD模型轉(zhuǎn)換導(dǎo)入等四種，設(shè)計(jì)者可根據(jù)工程實(shí)際合理選擇方法。電氣設(shè)備三維模型務(wù)必根據(jù)真實(shí)幾何尺寸，按1：1比例創(chuàng)建，同時(shí)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(lèi)型創(chuàng)建，創(chuàng)建Cavity后的設(shè)備如圖3所示。對(duì)于電站類(lèi)大型設(shè)備可采用裝配類(lèi)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(yàn)證。

電纜創(chuàng)建在Electrical 3D Part Design模塊中操作。需定義Electrical Conductor類(lèi)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(chǔ)在標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)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(jìn)入模塊后，建立特征樹(shù)節(jié)點(diǎn)，開(kāi)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(duì)已布置設(shè)備重用、從資源庫(kù)調(diào)用三種方式。在艙室中調(diào)入設(shè)備后需結(jié)合羅盤(pán)操作進(jìn)行位置移動(dòng)和方向調(diào)整，以確定電氣設(shè)備安裝位置。在特征樹(shù)中創(chuàng)建Electrical Geometry（電氣幾何形狀）節(jié)點(diǎn)，接著創(chuàng)建子節(jié)點(diǎn)Electrical Branch Geometry（電氣分支幾何），并定義具體名稱(chēng)和選擇電纜通道參數(shù)，下面根據(jù)電氣設(shè)備位置開(kāi)展電纜通道設(shè)計(jì)。在特征樹(shù)中定義Electrical Physical System（電氣物理系統(tǒng)），對(duì)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(jì)中，電纜不存在物理模型，只賦予物理屬性信息，具備開(kāi)展電纜連通性設(shè)置和檢查能力。設(shè)計(jì)完成后可對(duì)電纜填充率進(jìn)行計(jì)算和評(píng)判。圖5為某艙室電氣三維綜合布置場(chǎng)景。

5 結(jié)論

基于CATIA V6平臺(tái)，從電氣建庫(kù)、原理圖設(shè)計(jì)、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(kāi)展了具體研究，體現(xiàn)在：

1）結(jié)合國(guó)內(nèi)船舶電氣設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)模式，從CATIA V6電氣資源配置和標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)創(chuàng)建兩個(gè)方面展開(kāi)分析，梳理出了面向船舶設(shè)計(jì)的電氣建庫(kù)思路；2）針對(duì)電氣原理圖設(shè)計(jì)，詳細(xì)介紹了二維原理圖設(shè)計(jì)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(duì)設(shè)備的電纜接口創(chuàng)建進(jìn)行了重要說(shuō)明。同時(shí)，系統(tǒng)闡述了電氣三維綜合布置流程。

參考文獻(xiàn):

[1] 邵開(kāi)文, 馬運(yùn)義. 艦船技術(shù)與設(shè)計(jì)概論[M]. 北京: 國(guó)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(jī)艙漫游研究[J]. 中國(guó)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(jìn)（1982-），男，博士。研究方向：船舶數(shù)字化設(shè)計(jì)。