章志兵，鄧建坤，孟凡沖，柳玉起，孔海驕

（1.華中科技大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，武漢 430074；2.中國(guó)船級(jí)社技術(shù)研發(fā)中心，北京 100007）

船舶 CAD三維建模已經(jīng)成為普遍的趨勢(shì)[1]，大量的三維軟件被引入，結(jié)合先進(jìn)信息技術(shù)，在一定程度上提高了船舶設(shè)計(jì)能力[2—3]。如今主流的船舶三維建模設(shè)計(jì)軟件主要有FORAN,CATIA,TRIBON,NX等。FORAN的主要功能集中在船體三維建模上，雖然提供了靜水力計(jì)算和艙容計(jì)算模塊，但是整體設(shè)計(jì)質(zhì)量的校驗(yàn)依賴于輸出IGES等中性文件，導(dǎo)入其他軟件進(jìn)行計(jì)算分析[4—5]；CATIA則是一款通用的機(jī)械三維設(shè)計(jì)軟件，雖具有船舶網(wǎng)格劃分等功能，但是其現(xiàn)有的船舶模塊的功能模塊還不夠豐富，模板數(shù)量較少，船舶領(lǐng)域?qū)I(yè)性不足，有待進(jìn)一步二次開(kāi)發(fā)[6]；TRIBON船舶建模功能強(qiáng)大，封閉性很強(qiáng)，模型輸出到其他軟件分析校核需要依賴復(fù)雜的數(shù)據(jù)提取工作[7]。目前還沒(méi)有一款系統(tǒng)能夠涵蓋船舶設(shè)計(jì)的全生命周期，往往是建模使用一套軟件，而分析計(jì)算使用另一套軟件，然后開(kāi)發(fā)建模文件在軟件間轉(zhuǎn)換的算法[8]，這種方式的開(kāi)發(fā)周期較長(zhǎng)，且不適合于推廣到整個(gè)船舶產(chǎn)業(yè)。

船舶集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)基于NX平臺(tái)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，把建模的不同階段劃分為不同子系統(tǒng)，相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，新增CAD建模系統(tǒng)的輸出模型管理系統(tǒng)Structure Design Result（SDR）系統(tǒng)，新增規(guī)范計(jì)算SDP系統(tǒng)。船舶集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢(shì)：① 涵蓋船體三維建模，有限元分析以及規(guī)范計(jì)算各個(gè)功能子系統(tǒng)，建模系統(tǒng)囊括專(zhuān)業(yè)化且全面的船舶建模功能；② SDR系統(tǒng)解耦了建模系統(tǒng)與計(jì)算系統(tǒng)，這使得建模系統(tǒng)能夠映射到不同的 SDR系統(tǒng)模型，對(duì)不同建模階段進(jìn)行記錄，計(jì)算系統(tǒng)直接從 SDR系統(tǒng)中拿取模型，不影響建模系統(tǒng)的工作；③ 新增了SDP系統(tǒng)，對(duì)船體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)范計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可快捷地反饋到建模系統(tǒng)進(jìn)行修改，然后拿到 SDP系統(tǒng)重新計(jì)算，顯著提高計(jì)算反饋的效率，符合制造行業(yè)數(shù)字化檢測(cè)的趨勢(shì)[9]。

船體模型包含結(jié)構(gòu)幾何數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)約束信息、屬性信息等信息，結(jié)構(gòu)幾何數(shù)據(jù)包含甲板、外殼等眾多類(lèi)型結(jié)構(gòu)，通過(guò)分類(lèi)整合，提出裝配結(jié)構(gòu)下的模型管理方式以及非裝配結(jié)構(gòu)下的模型管理方式，并提出在集成系統(tǒng)各功能子系統(tǒng)間的模型轉(zhuǎn)換方法，減少數(shù)據(jù)量，提高系統(tǒng)間模型轉(zhuǎn)換效率，縮短規(guī)范造船的周期，提高船舶產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

1 船舶集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

集成系統(tǒng)需要集成的功能包括船體三維建模、有限元分析計(jì)算，以及新增規(guī)范計(jì)算功能。國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀普遍是先三維建模，繪制出船體結(jié)構(gòu)，然后要么進(jìn)行有限元模型前處理，手動(dòng)輸入到有限元軟件中，要么是通過(guò)中間平臺(tái)導(dǎo)出中性文件，在有限元軟件中重構(gòu)出船體有限元模型[10]。集成系統(tǒng)可以克服這個(gè)劣勢(shì)，CAD/CAE/SDP功能系統(tǒng)均是在NX平臺(tái)二次開(kāi)發(fā)得到，不需要額外中間過(guò)渡。根據(jù)船體設(shè)計(jì)功能劃分為3個(gè)模塊，集成系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。

1）建模模塊。完成船體三維建模，通過(guò)結(jié)構(gòu)建模、參數(shù)化建模方法，利用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)，創(chuàng)建三維數(shù)字化整船模型。此層模型采用裝配結(jié)構(gòu)，保留裝配關(guān)聯(lián)信息，模型中數(shù)據(jù)采用樹(shù)形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)管理。

圖1 集成系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)Fig.1 Architecture of integrated system

2）數(shù)據(jù)模塊。管理CAD系統(tǒng)輸出的數(shù)字樣船模型，稱為SDR模型。存儲(chǔ)整船模型以及結(jié)構(gòu)幾何關(guān)聯(lián)關(guān)系，但是在模型管理上，本層采用非裝配模式，去除特征和特征關(guān)聯(lián)，結(jié)構(gòu)位置關(guān)系由建模層 CAD系統(tǒng)保證，關(guān)聯(lián)關(guān)系用其他方式表示（具體見(jiàn)2.2章節(jié)），從而避免關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)引起的關(guān)聯(lián)更新，并減少模型數(shù)據(jù)量，為計(jì)算模塊做準(zhǔn)備。

3）計(jì)算模塊。本層包括CAE系統(tǒng)和SDP系統(tǒng)，CAE系統(tǒng)主要進(jìn)行網(wǎng)格劃分、有限元分析、仿真模擬等過(guò)程，SDP系統(tǒng)主要進(jìn)行腐蝕模型的創(chuàng)建以及計(jì)算腐蝕、板筋切割及板筋的理想化、剖面模型的創(chuàng)建以及 SDP計(jì)算模型的創(chuàng)建，進(jìn)行規(guī)范計(jì)算校核，模型管理方法和數(shù)據(jù)層類(lèi)似。

2 船體模型管理與模型轉(zhuǎn)換方法

2.1 模型管理方法思路確定

目前，非集成系統(tǒng)和集成系統(tǒng)大多采用不同的軟件平臺(tái)，模型管理往往依賴于三維軟件自身的模型管理以及裝配管理[11]，然后再根據(jù)空間位置導(dǎo)出中性文件，最后在有限元軟件中重建模型并進(jìn)行有限元分析；或者建立中間平臺(tái)來(lái)完成模型收集轉(zhuǎn)換[12—13]。這種方式的劣勢(shì)在于：① 模型在不同軟件的解析方法不同，難以保證模型信息的完整；② 中間平臺(tái)依賴于輸入輸出的軟件，開(kāi)發(fā)方法多變，開(kāi)發(fā)更新工作量大，且維護(hù)困難。

船舶集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)具有在統(tǒng)一平臺(tái)進(jìn)行建模、計(jì)算的優(yōu)勢(shì)，避免中間過(guò)渡，模型的解析方式一致，完整性能夠得到有效保障。在各子系統(tǒng)中，CAD系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模、通用建模、參數(shù)化建模。結(jié)構(gòu)特征建模，需要維護(hù)更新，必須保留建模過(guò)程的特征信息以及完整裝配信息，所以CAD系統(tǒng)需采用裝配模型方式。SDR系統(tǒng)、SDP系統(tǒng)、CAE系統(tǒng)只處理建模后的幾何模型，可省略掉不需要的特征信息以及過(guò)程信息，必要的裝配信息則用空間位置以及關(guān)系記錄來(lái)替換。采用非裝配的模型管理方式會(huì)更加高效，得到較小的數(shù)據(jù)量。為使CAD裝配結(jié)構(gòu)和非CAD系統(tǒng)非裝配結(jié)構(gòu)都適用，還新建另外的結(jié)構(gòu)非裝配描述，詳見(jiàn)2.2章節(jié)。

相比于生成中性文件或者建立中間平臺(tái)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)沒(méi)有中間文件過(guò)渡過(guò)程，沒(méi)有編碼解碼過(guò)程，數(shù)據(jù)完整性優(yōu)秀，效率上得到很大提升。

2.2 模型信息整理分類(lèi)及管理方法

船體模型中包含的結(jié)構(gòu)信息見(jiàn)表1。船體結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)上分為板結(jié)構(gòu)和筋結(jié)構(gòu)，筋結(jié)構(gòu)作為板的附屬結(jié)構(gòu)管理。不過(guò)面板是例外，面板的作用是作為板架開(kāi)孔結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)，雖然是板結(jié)構(gòu)，但是需要作為依附結(jié)構(gòu)管理。艙室作為船體結(jié)構(gòu)中三維封閉實(shí)體，應(yīng)該單獨(dú)管理。故模型可按表2分類(lèi)。

表1 模型數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)Tab.1 Statistics of model data

表2 模型分類(lèi)Tab.2 Model classification

模型管理根據(jù)類(lèi)別管理，用非裝配描述來(lái)分別板架類(lèi)、非板架類(lèi)和艙室類(lèi)結(jié)構(gòu)。

2.2.1 板架類(lèi)模型管理

分類(lèi)中把板架、肘板、內(nèi)殼等結(jié)構(gòu)稱為板架類(lèi)結(jié)構(gòu)，在模型管理上，采用非裝配的描述，沿用普適的樹(shù)形結(jié)構(gòu)，用樹(shù)來(lái)保存結(jié)構(gòu)描述，稱作結(jié)構(gòu)樹(shù)。

結(jié)構(gòu)樹(shù)示意見(jiàn)圖2，根節(jié)點(diǎn)記T；根T下第一層的 1—5分別表示型線、主船體、上層建筑、甲板室以及其他區(qū)域；2節(jié)點(diǎn)下一層的 1—5分別表示貨艙區(qū)域、首部結(jié)構(gòu)、尾部結(jié)構(gòu)、機(jī)艙結(jié)構(gòu)以及其他結(jié)構(gòu)。板架節(jié)點(diǎn)和類(lèi)型節(jié)點(diǎn)之間用虛線連接，表示他們之間還有其他的子類(lèi)型分類(lèi)節(jié)點(diǎn)，在此處省略。結(jié)構(gòu)樹(shù)每一個(gè)類(lèi)型節(jié)點(diǎn)都有唯一的編碼，子節(jié)點(diǎn)編碼是在父節(jié)點(diǎn)編碼上增加而來(lái)。結(jié)構(gòu)樹(shù)的分支節(jié)點(diǎn)是根據(jù)船體的位置信息進(jìn)行生長(zhǎng)的。

圖2 結(jié)構(gòu)樹(shù)Fig.2 Structure tree

結(jié)構(gòu)樹(shù)非類(lèi)型葉節(jié)點(diǎn)是板架節(jié)點(diǎn)，其編碼通過(guò)編碼初始化、編碼精確計(jì)算確定。根據(jù)編碼在對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)掛載板架結(jié)構(gòu)。新增結(jié)構(gòu)樹(shù)節(jié)點(diǎn)與對(duì)應(yīng)板架結(jié)構(gòu)同步變化，刪除板架結(jié)構(gòu)則會(huì)刪除對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)。

步驟1：新建節(jié)點(diǎn)類(lèi)型編碼初始化。在創(chuàng)建結(jié)構(gòu)時(shí)，根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型可以初步確定節(jié)點(diǎn)位置的編碼，主船體是02，上層建筑是03，其他區(qū)域是04。

步驟2：節(jié)點(diǎn)編碼精確計(jì)算。節(jié)點(diǎn)編碼根據(jù)結(jié)構(gòu)位置生長(zhǎng)，主船體貨艙區(qū)域 02_03_08，首部結(jié)構(gòu)為02_04_06。部分結(jié)構(gòu)編碼還需更精確，根據(jù)法向編碼，橫向結(jié)構(gòu)編碼后面再添加 01_01_01。主船體貨艙區(qū)域橫向結(jié)構(gòu)肘板的編碼為02_03_08_01_01_01，肘板編碼圖例見(jiàn)圖3。

圖3 肘板編碼圖例Fig.3 Legend of bracket coding

2.2.2 非板架類(lèi)模型管理

非板架類(lèi)結(jié)構(gòu)依附于板架類(lèi)結(jié)構(gòu)管理，從板架類(lèi)結(jié)構(gòu)獲取非板架類(lèi)結(jié)構(gòu)需要區(qū)分模型是裝配模型還是非裝配類(lèi)模型，故非板架類(lèi)結(jié)構(gòu)分兩種方式，分別適用于CAD系統(tǒng)和非CAD系統(tǒng)。

2.2.2.1 裝配模型非板架類(lèi)結(jié)構(gòu)管理

按板架劃分，每一塊板架分別管理非板架類(lèi)結(jié)構(gòu)，用樹(shù)形結(jié)構(gòu)來(lái)管理，稱為板架樹(shù)。使用特征關(guān)聯(lián)和屬性查找來(lái)構(gòu)建對(duì)應(yīng)板架樹(shù)。非板架結(jié)構(gòu)有骨材、開(kāi)孔、面板、節(jié)點(diǎn)以及其他結(jié)構(gòu)5種類(lèi)型。板架樹(shù)見(jiàn)圖4。其創(chuàng)建步驟如下。

步驟1：獲取屬性。在板架幾何上通過(guò)屬性查找獲取該類(lèi)型屬性數(shù)組，每項(xiàng)屬性值是對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的handler值。

圖4 裝配模型板架樹(shù)Fig.4 Panel tree of assembly model

步驟 2：獲取特征。根據(jù) handler值獲取對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)幾何，根據(jù)幾何直接獲取創(chuàng)建特征。

步驟3：獲取結(jié)構(gòu)。通過(guò)NX平臺(tái)接口根據(jù)特征獲取其對(duì)應(yīng)的幾何結(jié)構(gòu)，例如可根據(jù)骨材特征獲取骨材實(shí)體、骨材復(fù)線和骨材理論線。板架樹(shù)骨材節(jié)點(diǎn)示意見(jiàn)圖5。

圖5 板架樹(shù)骨材節(jié)點(diǎn)示意Fig.5 Stiffener node hint of panel tree

開(kāi)孔與板架結(jié)構(gòu)共用板架結(jié)構(gòu)，節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建步驟不同于上，直接遍歷板架內(nèi)邊界獲取。

2.2.2.2 非裝配模型非板架類(lèi)結(jié)構(gòu)管理

非裝配模型文件不使用裝配結(jié)構(gòu)，不使用特征，取消特征關(guān)聯(lián)。為了描述板架與對(duì)應(yīng)的非板架類(lèi)型結(jié)構(gòu)，需要引入新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提供高效的增刪改查。船體結(jié)構(gòu)復(fù)雜數(shù)據(jù)量大，但是每塊板架對(duì)應(yīng)的非板架類(lèi)結(jié)構(gòu)為幾千數(shù)量級(jí)，采用哈希結(jié)構(gòu)，提高效率，但還是稱為板架樹(shù)。NX提供的UDO[14]工具就是基于哈希結(jié)構(gòu)的，還提供了豐富的附加功能，例如自動(dòng)刪除UDO對(duì)象中不存在的結(jié)構(gòu)。模型管理使用UDO對(duì)象來(lái)管理板架對(duì)應(yīng)的非板架類(lèi)結(jié)構(gòu)。

模型中不采用特征，原來(lái)同一特征會(huì)變成幾個(gè)不同結(jié)構(gòu)來(lái)管理，例如骨材特征一分為三，變成骨材實(shí)體、骨材復(fù)線以及骨材理論線。用樹(shù)型來(lái)展示新的模型管理結(jié)構(gòu)的變化，非裝配模型板架樹(shù)見(jiàn)圖6，其中每一個(gè)具體結(jié)構(gòu)就是一個(gè)UDO對(duì)象，即哈希結(jié)構(gòu)。例如某個(gè)存儲(chǔ)板-骨材復(fù)線的 UDO對(duì)象包括了主甲板 _C.1, RootCurve_ST_1, RootCurve_ST_2,RootCurve_ST_3等結(jié)構(gòu)對(duì)象。

創(chuàng)建一個(gè)UDO對(duì)象，只需要先創(chuàng)建對(duì)象，再調(diào)用NX接口把結(jié)構(gòu)存入U(xiǎn)DO。取得UDO對(duì)象中具體哈希表的內(nèi)容需要以下3步。

圖6 非裝配模型板架樹(shù)Fig.6 Panel tree of unassembled model

步驟1：獲取板架關(guān)聯(lián)UDO對(duì)象。為了支持UDO對(duì)象，NX在模型中維持結(jié)構(gòu)-UDO對(duì)象表，直接通過(guò)NX接口獲取板架關(guān)聯(lián)的所有UDO對(duì)象。

步驟 2：篩選特定 UDO對(duì)象。通過(guò)結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的類(lèi)類(lèi)型來(lái)篩選出指定類(lèi)型的UDO對(duì)象。如骨材通過(guò)Panel Stiff Body,Panel Stiff Root Curve以及 Panel Stiff Theory Curve篩選出該板架對(duì)應(yīng)的板-骨材實(shí)體UDO、板-骨材復(fù)線UDO和板-骨材理論線UDO。

步驟3：取出哈希對(duì)象中關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)。根據(jù)NX接口從UDO對(duì)象中取出關(guān)聯(lián)的所有結(jié)構(gòu)，這時(shí)，板架本身也被得到，直接包裝接口過(guò)濾掉，就得到板架對(duì)應(yīng)的這類(lèi)關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)。

2.2.3 艙室類(lèi)結(jié)構(gòu)管理

模型在CAD系統(tǒng)中調(diào)用艙室識(shí)別算法后，用樹(shù)形結(jié)構(gòu)管理，稱為艙室樹(shù)。艙室樹(shù)中艙室根據(jù)類(lèi)型不同掛載到不同子節(jié)點(diǎn)下。艙室樹(shù)的深度只有3層，遍歷快速。

2.3 系統(tǒng)間模型轉(zhuǎn)換方法

2.3.1 裝配位置的保證

模型只在CAD系統(tǒng)中采用裝配結(jié)構(gòu)，但模型的管理方法不依賴于裝配，模型的裝配位置關(guān)系應(yīng)該始終有保證。由于采用統(tǒng)一的平臺(tái)，NX提供了這方面的支持，模型轉(zhuǎn)換方法基于拷貝，使用NX的WAVE功能，WAVE功能提供關(guān)聯(lián)的與非關(guān)聯(lián)的模型間模型拷貝[15]，本方法采用非關(guān)聯(lián)，系統(tǒng)間的模型不關(guān)聯(lián)約束。在使用時(shí)，采用 WAVE拷貝基于絕對(duì)坐標(biāo)系的方式，輸入模型內(nèi)結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)位置拷貝到輸出模型之后不發(fā)生變化，即只要CAD系統(tǒng)中的裝配關(guān)系是正確的，就能保證模型在其他系統(tǒng)中是合理的。其他模型也不再需要采用裝配結(jié)構(gòu)，減少了數(shù)據(jù)量。

2.3.2 模型轉(zhuǎn)換方法詳細(xì)過(guò)程

在本集成系統(tǒng)中，采用統(tǒng)一的NX平臺(tái)，具體的轉(zhuǎn)換方法過(guò)程為選擇提取范圍，進(jìn)行模型二次過(guò)濾，模型間 WAVE結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建 UDO對(duì)象重置板-非板結(jié)構(gòu)關(guān)系（見(jiàn)圖7）。

步驟1：選擇提取范圍。利用包容盒來(lái)選擇模型提取范圍，用戶需要輸入包容盒的坐標(biāo)范圍。提取范圍只包含范圍內(nèi)的板架類(lèi)結(jié)構(gòu)以及艙室結(jié)構(gòu)。

圖7 模型轉(zhuǎn)換過(guò)程Fig.7 Process of model transformation

步驟2：源系統(tǒng)過(guò)濾。拿取模型的系統(tǒng)稱為源系統(tǒng)，利用源系統(tǒng)模型管理的結(jié)構(gòu)樹(shù)與艙室樹(shù)過(guò)濾提取結(jié)構(gòu)。遍歷結(jié)構(gòu)樹(shù)，得到板架類(lèi)結(jié)構(gòu)tag集并排序。對(duì)提取范圍內(nèi)的每一塊板架在tag集中二分查找，判斷其是否存在。如果不在，說(shuō)明該板架不是船體結(jié)構(gòu)，從提取范圍中刪除。同理，遍歷源艙室樹(shù)，從提取范圍刪除無(wú)效艙室。

步驟3：目標(biāo)系統(tǒng)過(guò)濾。輸出模型所在系統(tǒng)稱為目標(biāo)系統(tǒng)。同樣遍歷結(jié)構(gòu)樹(shù)，用哈希表存儲(chǔ)模型中已存在板架結(jié)構(gòu)的GUID集，對(duì)提取范圍的每一塊板架的GUID在哈希表中查找，判斷是否存在。如果存在，說(shuō)明此結(jié)構(gòu)已經(jīng)拿取到目標(biāo)系統(tǒng)，不再重復(fù)拿取，從提取范圍中刪除。艙室操作同理。

步驟4：WAVE板架類(lèi)結(jié)構(gòu)并創(chuàng)建對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)樹(shù)節(jié)點(diǎn)。WAVE處理后的提取范圍中的板架到目標(biāo)系統(tǒng)。根據(jù)WAVE得到的結(jié)構(gòu)編碼創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)。

步驟5：WAVE非板架類(lèi)結(jié)構(gòu)并創(chuàng)建UDO對(duì)象。獲取每個(gè)提取范圍內(nèi)板架關(guān)聯(lián)的非板架類(lèi)結(jié)構(gòu)，WAVE到目標(biāo)系統(tǒng)，輸入?yún)?shù)形式是板+非板結(jié)構(gòu)類(lèi)型，在WAVE完成后，根據(jù)板-非板結(jié)構(gòu)創(chuàng)建對(duì)應(yīng)UDO對(duì)象，非板模型轉(zhuǎn)換過(guò)程見(jiàn)圖8。

圖8 非板模型轉(zhuǎn)換過(guò)程Fig.8 Conversion process of non-panel models

步驟6：WAVE艙室。WAVE提取范圍處理后的艙室到目標(biāo)系統(tǒng)，并根據(jù)艙室類(lèi)型創(chuàng)建艙室節(jié)點(diǎn)。

3 集成系統(tǒng)模型管理方法關(guān)鍵特性

分析集成系統(tǒng)體系，解耦建模模塊和計(jì)算模塊，采用樹(shù)來(lái)管理板架類(lèi)型結(jié)構(gòu)和艙室類(lèi)結(jié)構(gòu)，用板架樹(shù)和哈希結(jié)構(gòu)來(lái)管理非板類(lèi)結(jié)構(gòu)，除CAD系統(tǒng)外都采用非裝配結(jié)構(gòu)，減少建模過(guò)程信息，模型結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)無(wú)損，給集成系統(tǒng)帶來(lái)優(yōu)秀的特性。

3.1 系統(tǒng)間模型增量更新以及計(jì)算系統(tǒng)計(jì)算復(fù)用

CAE系統(tǒng)的有限元分析結(jié)果以及SDP系統(tǒng)的共同規(guī)范計(jì)算結(jié)果都不斷反饋到CAD建模系統(tǒng)，對(duì)模型修正。二次過(guò)濾保證模型不重復(fù)拿取，對(duì)于已有結(jié)構(gòu)，先刪除再提取，實(shí)現(xiàn)增量更新，節(jié)約模型傳輸花費(fèi)的時(shí)間。如果該板相對(duì)獨(dú)立，重新進(jìn)行計(jì)算時(shí)，只需要對(duì)此板及其非板架類(lèi)結(jié)構(gòu)單獨(dú)計(jì)算，無(wú)須重新計(jì)算其他結(jié)構(gòu)，避免重復(fù)計(jì)算；如果與其他結(jié)構(gòu)尚有關(guān)聯(lián)，也只需計(jì)算關(guān)聯(lián)部分，一定程度上避免全船的重新計(jì)算，實(shí)現(xiàn)計(jì)算的復(fù)用。相比基于中間平臺(tái)的方法，模型無(wú)損，轉(zhuǎn)換方便；相比于直接前處理方式，保留CAD模型，提供更新能力。本系統(tǒng)模型管理與轉(zhuǎn)換方法，提高模型轉(zhuǎn)換效率，大大節(jié)省模型傳輸時(shí)間以及計(jì)算時(shí)間。

3.2 模型重用

船的全周期模型、CAD模型、SDR模型、SDP模型和CAE模型都被完整保存。提供方便地創(chuàng)建新建模任務(wù)、新計(jì)算任務(wù)的功能，通過(guò)拷貝舊船的全周期模型，然后在CAD系統(tǒng)中利用豐富的通用建模以及參數(shù)化建模功能進(jìn)行船體三維模型的修改，可以在不同程度上重用SDR模型、SDP和CAE模型以及計(jì)算結(jié)果。現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)其他系統(tǒng)模型重用率不高[16]，本系統(tǒng)重用方便，提高船舶三維建模與計(jì)算分析的效率，保證船舶建造的質(zhì)量，提升我國(guó)造船行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

4 集成系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換應(yīng)用實(shí)例

應(yīng)用實(shí)例為CAD系統(tǒng)到SDP系統(tǒng)模型轉(zhuǎn)換。在傳統(tǒng)造船中，SDP是一套校驗(yàn)計(jì)算的規(guī)范，沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的系統(tǒng)，需要人工結(jié)合模型按照規(guī)范公式測(cè)量數(shù)據(jù)，時(shí)間很難估量。本集成系統(tǒng)中一艘31.9萬(wàn)t油船的模型轉(zhuǎn)換過(guò)程見(jiàn)圖9，CAD的模型文件大小為2.5 GB，SDR和SDP模型大小約400 MB，模型結(jié)構(gòu)信息無(wú)任何丟失。模型從CAD到SDR只用32 min，從SDR到SDP只要26 min，且從CAD到SDP系統(tǒng)模型有更新的能力，模型轉(zhuǎn)換方法快速且實(shí)用。

圖9 31.9萬(wàn)t油船模型轉(zhuǎn)換過(guò)程Fig.9 Model conversion process of 31.0w ton oil ship model

5 結(jié)論

探討了船舶集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)中模型管理方法以及系統(tǒng)間模型轉(zhuǎn)換方法。基于統(tǒng)一NX平臺(tái)，采用樹(shù)管理板架類(lèi)和艙室類(lèi)結(jié)構(gòu)，采用板架樹(shù)和哈希結(jié)構(gòu)高效管理非板架類(lèi)結(jié)構(gòu)以及板-非板架類(lèi)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)關(guān)系，保證數(shù)據(jù)完整性且存取方便高效。

在SDR系統(tǒng)、SDP系統(tǒng)等非裝配模型中采用哈希結(jié)構(gòu)管理板-非板結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)關(guān)系，用非裝配描述表示裝配結(jié)構(gòu)，在完整保留模型結(jié)構(gòu)信息的前提下，減少結(jié)構(gòu)之間的關(guān)聯(lián)耦合性，減少數(shù)據(jù)量，實(shí)現(xiàn)模型的增量更新，提高模型存取速度與轉(zhuǎn)換效率，大大優(yōu)化有限元分析以及規(guī)范計(jì)算的速度以及計(jì)算結(jié)構(gòu)反饋的效率。

集成系統(tǒng)在重用舊船模型數(shù)據(jù)方面切實(shí)可行并且快速有效，充分利用資源，提高了船舶行業(yè)整體競(jìng)爭(zhēng)力。