吳冬冬, 馬曉平, 趙 旭

(1.江蘇科技大學(xué) 船舶與海洋工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212100；2.江蘇現(xiàn)代造船技術(shù)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212003)

0 引 言

2021年國(guó)際新造船市場(chǎng)活躍，新船訂單相比2020年增加超過(guò)80%，集裝箱船和液化天然氣船新訂單量表現(xiàn)優(yōu)異[1]。隨著造船和海洋工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)(AVEVA Marine，AM)軟件在船舶行業(yè)的廣泛應(yīng)用，對(duì)推進(jìn)船舶建造管理現(xiàn)代化與高效化和生產(chǎn)設(shè)計(jì)內(nèi)容不斷加深均具有較大的促進(jìn)作用[2]。

船舶三維軟件大多由國(guó)外直接引進(jìn)，由于操作和習(xí)慣上的不同，因此需要對(duì)軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)[3]。馬曉平等[4]和顧穎[5]針對(duì)艙室曲面絕緣和型材絕緣快速建模對(duì)AM進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，取得良好的成效。逯濤[6]基于AM開(kāi)發(fā)報(bào)表輸出程序、曲加工自動(dòng)出圖程序、余料管理程序、拼板自動(dòng)出圖程序，較好地解決實(shí)際生產(chǎn)中的問(wèn)題。AM軟件功能強(qiáng)大，但居住艙室建模功能存在流程多、操作復(fù)雜和建模效率低等問(wèn)題。為滿足實(shí)際工作需求，對(duì)AM進(jìn)行有針對(duì)性的開(kāi)發(fā)不可或缺。

1 AM居住艙室建模流程

AM軟件居住艙室創(chuàng)建過(guò)程如下：①依次點(diǎn)擊主菜單欄上的Create和Building，在Building Block Tasks Form的Create區(qū)域點(diǎn)擊Building Block，創(chuàng)建居住區(qū)域；②依次點(diǎn)擊主菜單欄上的Create和Level，在Building Block Tasks Form的Create區(qū)域點(diǎn)擊Building Level，創(chuàng)建居住層；③依次點(diǎn)擊主菜單欄上的Create、Room和Definition/Standard，在Main Room Task的Create區(qū)域點(diǎn)擊Room，創(chuàng)建房間；④點(diǎn)擊Floor Covering和Ceilings，創(chuàng)建地板和天花板；⑤點(diǎn)擊CTWALL和Furniture，創(chuàng)建恒厚墻(Constant Thickness Wall，CTWALL)和家具，其中，家具的創(chuàng)建在AM軟件的Paragon模塊中。

從創(chuàng)建居住區(qū)域到添加家具需要60多個(gè)步驟，不包括在Paragon模塊中添加家具的操作和一些步驟的重復(fù)操作，非常不利于設(shè)計(jì)人員的使用。

2 居住艙室建模的二次開(kāi)發(fā)

AM軟件支持多種語(yǔ)言開(kāi)發(fā)方式[7]，并引入對(duì).NET技術(shù)的支持，開(kāi)發(fā)者可在可編程宏語(yǔ)言(Programmable Macro Language，PML)程序中直接調(diào)用.NET程序，或在.NET程序中調(diào)用PML代碼。AM軟件提供一系列.NET應(yīng)用程序編程接口(Application Programming Interface，API)，使開(kāi)發(fā)者可在直接引用相關(guān)的動(dòng)態(tài)庫(kù)后直接使用API進(jìn)行C#編程。AM軟件提供的API可幫助實(shí)現(xiàn)軟件絕大部分的功能，交互界面可用Visual Studio完成，并可直接加載至AM軟件的窗口中。.NET平臺(tái)具有較多的第三方資源，例如DevExpress[8]等，開(kāi)發(fā)者可完全使用C#進(jìn)行編程[9]。

2.1 居住艙室快速建模開(kāi)發(fā)

居住艙室快速建模開(kāi)發(fā)流程如圖1所示。居住艙室存儲(chǔ)層級(jí)如圖2所示。

圖1 居住艙室快速建模開(kāi)發(fā)流程

圖2 居住艙室存儲(chǔ)層級(jí)

2.1.1 創(chuàng)建參數(shù)化居住艙室

參數(shù)化定義艙室是居住艙室快速建模的基礎(chǔ)，通過(guò)預(yù)定義艙室面板的長(zhǎng)(length)、寬(width)和厚(thickness)等參數(shù)完成對(duì)面板(Panel)的創(chuàng)建。AM居住艙室建模在Outfitting模塊中進(jìn)行，存儲(chǔ)在WORLD-SITE-ZONE-STRU-FRMW數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)下，模型信息包含面板尺寸、位置、方位和材質(zhì)等。艙室創(chuàng)建流程如圖3所示。

圖3 艙室創(chuàng)建流程

(1)創(chuàng)建面板。實(shí)例化面板并確定其所存儲(chǔ)的位置，通過(guò)代碼完成對(duì)居住艙室艙壁、地板和天花板不同存儲(chǔ)層級(jí)的創(chuàng)建。創(chuàng)建面板環(huán)點(diǎn)，較常見(jiàn)的為四點(diǎn)面板，地板和天花板以艙室頂部和底部的輪廓為創(chuàng)建基礎(chǔ)，通常為不規(guī)則面板。定義面板厚度，居住艙室艙壁厚度通常相同，但地板和天花板厚度不一致，需要對(duì)每塊面板進(jìn)行單獨(dú)設(shè)置。

(2)調(diào)整面板朝向。在完成面板創(chuàng)建時(shí)，面板均為同一朝向，如圖4所示。需要對(duì)部分面板進(jìn)行方位調(diào)整。通過(guò)三維坐標(biāo)變換矩陣代碼可實(shí)現(xiàn)對(duì)面板正朝向方位的改變，有些面板與x、y和z軸成一定角度，應(yīng)進(jìn)行特殊處理。在完成面板調(diào)整方位后，需要注意此時(shí)(0，0，0)點(diǎn)相對(duì)于面板的位置。(0，0，0)點(diǎn)坐標(biāo)值的調(diào)整關(guān)系面板具體擺放位置，是組成居住艙室定義的關(guān)鍵。

圖4 面板尺寸定義

(3)約束面板擺放位置。對(duì)于一間已明確具體形狀的艙室，可通過(guò)參數(shù)化預(yù)定義各面板之間的位置關(guān)系。通過(guò)合理組合和運(yùn)用參數(shù)可幫助創(chuàng)建平直面板艙室，艙室?guī)斓膭?chuàng)建為后期設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)居住艙室快速建模提供支撐。

2.1.2 創(chuàng)建參數(shù)化家具

家具參數(shù)化快速建模開(kāi)發(fā)流程如圖5所示。

圖5 家具參數(shù)化快速建模開(kāi)發(fā)流程

(1)參數(shù)化定義家具面板尺寸。家具參數(shù)化建模需要用戶選擇想要的家具類型和樣式，輸入家具的長(zhǎng)、寬和高即可完成家具的建模工作。在創(chuàng)建家具過(guò)程中，以家具清單的默認(rèn)模型尺寸為基礎(chǔ)，用戶可進(jìn)行微調(diào)，以提高家具模型建模的靈活性和通用性。實(shí)例化家具面板，家具模型在創(chuàng)建時(shí)會(huì)基于當(dāng)前艙室自動(dòng)生成其存儲(chǔ)層級(jí)。創(chuàng)建面板環(huán)點(diǎn)，家具模型涉及的面板形狀較為豐富，主要由四點(diǎn)帶倒角、五點(diǎn)帶倒角、七點(diǎn)帶倒角和圓柱等形狀組成。最后定義面板厚度。

(2)調(diào)整面板朝向。在AM中調(diào)整面板方位與調(diào)整拉伸實(shí)體面板方位的方法相同，可采用艙室調(diào)整方位的方法。

(3)約束面板擺放位置。依家具清單對(duì)家具進(jìn)行創(chuàng)建。所有面板的長(zhǎng)和寬均依用戶輸入的長(zhǎng)、寬和高按原家具實(shí)際比例進(jìn)行參數(shù)化建模，板厚保持不變。數(shù)據(jù)存在數(shù)倍的差距，對(duì)于原尺寸或與原尺寸差距不是太大，建模效果尤佳。

以創(chuàng)建衣柜為例，如圖6所示。

圖6 衣柜建模

2.2 居住艙室與家具定位

所有家具的擺放位置均默認(rèn)為(0，0，0)點(diǎn)，不符合實(shí)際生產(chǎn)的需求，需要對(duì)完成建模的家具進(jìn)行位置調(diào)整。考慮不同艙室同一家具可能存在不同的擺放位置，可通過(guò)對(duì)每個(gè)艙室內(nèi)的家具組合設(shè)置一組定位坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家具的初定位，后期僅需要工作人員對(duì)家具擺放進(jìn)行微調(diào)即可。

在實(shí)際工作中，每個(gè)艙室均具有自己的坐標(biāo)，對(duì)居住艙室進(jìn)行定位是必要的。僅需要獲取定位點(diǎn)的坐標(biāo)，在對(duì)居住艙室進(jìn)行一次坐標(biāo)運(yùn)算即可完成整個(gè)居住艙室的定位工作。坐標(biāo)點(diǎn)的獲取，主要分為兩種方式：①通過(guò)用戶鼠標(biāo)點(diǎn)擊獲取該點(diǎn)信息；②用戶直接輸入x、y和z的坐標(biāo)值。

3 居住艙室建模和應(yīng)用實(shí)例

3.1 居住艙室快速建模

居住艙室快速建模程序界面如圖7所示。

圖7 艙室快速建模程序界面

居住艙室快速建模步驟如下：

(1)點(diǎn)擊CE按鈕選擇居住艙室需要存儲(chǔ)的位置。

(2)選擇艙室。

(3)選擇艙室家具。

(4)輸入和選擇居住艙室信息。對(duì)于常用的艙室尺寸，可設(shè)置一個(gè)初始值，以減少重復(fù)數(shù)據(jù)的輸入。

(5)點(diǎn)擊家具名稱后方的按鈕，彈出家具選擇窗口。

(6)選擇家具，出現(xiàn)參數(shù)化家具數(shù)值輸入界面。輸入尺寸，點(diǎn)擊確定并關(guān)閉按鈕，完成家具的預(yù)創(chuàng)建。界面會(huì)自動(dòng)切換至艙室快速建模界面。每個(gè)家具均保留初始尺寸，用戶可按需求自行修改。家具快速建模程序界面如圖8所示。

(7)艙室定位。完成參數(shù)化艙室的數(shù)值輸入和家具選擇，點(diǎn)擊定位按鈕即可將艙室定位至想要的位置。對(duì)于定位坐標(biāo)值的設(shè)置，用戶可自行選擇定位點(diǎn)或直接輸入具體坐標(biāo)值，如圖9所示。

圖9 居住艙室定位

(8)生成居住艙室和家具。居住艙室數(shù)據(jù)填寫(xiě)如圖10所示。點(diǎn)擊創(chuàng)建按鈕即可完成居住艙室和家具的創(chuàng)建工作，如圖11所示。

圖10 居住艙室數(shù)據(jù)填寫(xiě)

圖11 居住艙室快速建模效果圖

3.2 居住艙室快速建模應(yīng)用實(shí)例

以1艘7 500 t風(fēng)電安裝船船員居住艙室建模為例，分別使用AM居住艙室建模功能和居住艙室快速建模開(kāi)發(fā)程序?qū)Υ纤谐绦蚨x的艙室進(jìn)行建模，并對(duì)建模效率進(jìn)行對(duì)比。使用AM居住艙室建模功能得到的船員居住艙室如圖12所示。使用居住艙室快速建模開(kāi)發(fā)程序得到的船員居住艙室效果圖如圖13所示。建模時(shí)間：AM居住艙室建模功能為921 h；居住艙室快速建模開(kāi)發(fā)程序?yàn)?0 h。后者可節(jié)省831 h，效率提升90.22%。

圖13 使用居住艙室快速建模開(kāi)發(fā)程序得到的船員居住艙室效果圖

4 結(jié) 語(yǔ)

基于C#在AM中進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)居住艙室快速建模，改變AM建造居住艙室的模式。通過(guò)對(duì)居住艙室和家具的參數(shù)化定義，用戶輸入?yún)?shù)或選擇數(shù)值，即可實(shí)現(xiàn)居住艙室快速建模。居住艙室快速建模程序可根據(jù)具體船舶艙室需要進(jìn)行艙室自定義，以實(shí)現(xiàn)快速建模。參數(shù)化家具庫(kù)的創(chuàng)建可自由組合艙室內(nèi)的家具種類，以滿足不同艙室對(duì)不同家具組合的需求，可為設(shè)計(jì)人員節(jié)約大量設(shè)計(jì)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，最終實(shí)現(xiàn)降本增效。