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CATIA在游艇设计中的应用

2019-06-07彭勇 刘卫斌

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针对游艇设计各个环节的不同要求,充分应用CATIA的强大功能与之匹配,简化、优化人工设计操作,使游艇设计过程更加便捷、高效、实用。

一、引言

    我国游艇工业自改革开放以来,出现了高速发展的局面。通过引进技术、引进专家、来料加工、合作生产等使我国游艇建造技术在短期内达到了一定的生产能力,有些企业达到了较高的水平,生产的大量游艇满足了国内需求。但从整体水平来看,还是落后于国外。这一方面与国内游艇业起步较晚、设计经验不足、需求量还不够大有关,另一方面与国内的船舶CAD/CAM发展水平也有很大关系。当前船舶CAD/CAM已成为船舶设计制造企业提高设计效率,提高设计质量,降低成本强有力的手段。纵观当今CAD/CAM商用软件市场,著名的CALMA软件CADDS5软件退出了市场。Euclid软件最近已被并入Dassault公司。而GM宣布与EDS脱离,EDS又宣布与UG脱离再加上UG大用户MD公司因与Boeing合并而逐步、全面地转向CATIA。由于良好的背景和技术支持,CATIA将会在将来得到长足的发展。CATIA是目前航空行业和汽车行业主要应用的设计软件,在船舶行业的应用相对较少,但由于CATIA本身良好的界面和强大的功能以及CATIA逐渐重视船舶设计模块的开发和应用,相信在不久的将来,CATIA将广泛用于船舶CAD/CAM。相对于其他船体,游艇曲面复杂度不高,设计时对微型计算机的配置要求也相对较低,更适应于使用CATIA进行设计。

二、CATIA简介

    CATIA是全球唯一一家将软件开商与计算机厂商结合起来,并由IBM负责全球支持服务和销售的产品。作为世界领先的CAD/CAM软件,CATIA在过去的二十年中一直保持着骄人的业绩,并继续保持其强劲的发展趋势。CATIA在汽车及汽车、航空航天领域的统治地位不断增强,同时CATIA也大量地进入了其他行业,如机车制造、通用机械、家电、船舶等。CATIA V5在CAD/CAM中具有如下优势:

    1.CATIA V5对于开发过程、功能和硬件平台可以进行灵活的搭配组合,可为产品开发链中的每个专业成员配置最合理的解决方案。CATIA在CAD之外,在空间干涉分析、运动干涉分析、运动学分析、装配模拟等技术上都达到了一定的高度。

    2.CATIA V5具备最完美和友好的操作界面,具备VGX,C-NEXT等多种先进技术,吸取了其他CAD软件的优点。

    3.CATIA V5结合了显式知识规则的优点,可在设计过程中交互式捕捉设计意图,定义产品的性能和变化。隐式的经验知识变成了显式的专用知识,提高了设计的自动化程度,降低了设计错误的风险。

三、利用CATIA进行游艇设计

    CATIA具备大量功能强大的集成模块,拥有灵活便捷的工作模式,可“无纸化”实现游艇设计的全部过程。笔者通过实际的应用与研究,发现CATIA在游艇设计的应用过程中可应用于如下几个方面:

    1.游艇水下部分的设计

    CATIA拥有库管理(LIB)模块,允许用户存放、检索和管理模型。在很多游艇设计单位,设计游艇水下部分的过程中,广泛用到“母型船设计法”。LIB方便用户建构丰富的母型船库,便捷的检索、添加功能,可以避免其他CAD软件匹配链接数据库的繁琐过程。在调出母型船数据后,用户可以在GSD环境下导入型值表,生成点,再完成肋骨线、水线等的连接,继而利用CATIA强大的曲面设计模块完成水下部分曲面的构造。用户也可利用CATIA的CAA进行基于C++或者VB的二次开发,建立工程框图,通过用户需求的参数化输入实现水下部分的可视化修改。另外,CATIA软件针对目前船舶制造行业的各种CAD/CAM/CAE软件的实际应用情况,提供了与其他软件(如:TRIBON/NAPA/MAXSURF/Mastership/AUTOCAD等)的专用或标准接口,方便用户广泛的利用既有资源。除“母型船设计法”外,其他的设计方法如“系列船型法”、“自行绘制法”也可以利用CATIA很好的完成。

    2.游艇外观造型的设计

    游艇在当今社会属于奢侈品的范畴,相对于其他船舶类型而言,在外型上具有更加美观、更加时尚的要求。CATIA的动态草绘器(DYS)便如提供了一块供游艇设计师绘画的画板,可以让设计师将自由的创意快速的表达出来。CATIA动态草图器可作为一个工具在用户快速草绘2D轮廓图并将其作为3D设计的一部分使用。用户可以直接操作共面实体几何并且编辑形状、改变自由度或修改相关约束。动态草绘器在2D窗口中不断地分析几何以检查约束冲突。通过对轮廓几何约束的自动记忆,该产品可以捕捉到设计意图。CATIA的自由外型设计(FRF)便如同这块画板的调色板,提供设计师一系列工具,来实施风格或外形定义或复杂的曲线和曲面定义。对NURBS的支持使得曲面的建立和修形以及与其它CAD系统的数据交换更加轻而易举。另外,CATIA的高级曲面设计(ASU)则可以很好的完成游艇外型的光顺、修改以及与水下部分的平稳衔接。

    3.游艇艇体结构的设计

    在游艇舱体的布局设计中,用户可以根据船型特征、船体结构、舱室定义、设备卸装工艺路径等因素快速地建立自己的坐标系,基于既定的坐标系,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:当进行某一环节的设计任务时,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、规则等),从而各环节可以在统一的设计模型中,分门别类地进行并行设计。用户可以滚动浏览装配结构树,对设计模型中任意指定的对象和其属性进行显示、隐含、删除、增加等处理。用户还可以利用CATIA软件的三维实体生成二维视图和任意转向的等轴测图功能,生成各类布置图和安装图。更为重要的是,用户可在一体化的设计模型中,对每项设计工作进行实时干涉检查和综合系统平衡,为精确造船提供了可视化的设计模式和操作工具。另外,CATIA的装配模拟(FIT)可使用户定义零件装配或拆卸过程中的轨迹。使用动态模拟,系统可以确定并显示碰撞及是否超出最小的间隙。用户可以重放零件运动轨迹,以确认设计更改的效果。

    除了以上三个主要的应用,CATIA可以贯穿游艇设计整个过程,无论整体设计或者细节设计,都可以发挥强大的功用。比如利用CATIA进行的曲面建模,除了在游艇水下部分得到应用之外,也可用于游艇某些零部件(比如螺旋桨)的设计;CATIA绘图-空间(2D/3D)集成产品:Draw-Space(2D/3D)Integration(DRS)利用二维原理图驱动三维布置图,可以很好的辅助完成游艇上管系、电气等的三维布置与调整;可以利用CATIA的二维工作平台Drafting功能完成游艇各部分的2D结构图与零件图的出图;4D漫游器(4D Navigator)允许用户在艇体装配早期,就对设计进行交互式和动画可视化检测,也可以没有出实体的情况下便给予客户整个游艇形象化的展示……

四、结束语

    目前在很多应用CATIA进行船舶设计的单位,都局限于船舶的零件设计、制造、装配,而在总体设计方面应用面相对狭隘。由于游艇曲面相对简单,便于宏观控制,而且CATIA自身功用强大、二次开发模块完备,通过笔者的比较研究,发现将CATIA应用于游艇整体设计具有相当的可行性与操作性,无论是前期的设计、中期的制造,还是后期的装配,都可以发挥CATIA的功能。而对于整个船舶制造行业,可以将CATIA在游艇整体中的应用作为一个很好的切入点,使其在船舶设计中得到更为广泛、更为深入的应用。

责任编辑:程玥
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