玻璃鋼游艇三維型線設(shè)計平臺的開發(fā)

1、第4卷第4期中國水運(理論版Vol.4No.42006年4月ChinaWaterTransport(TheoryEditionApril2006收稿日期：2006-3-1作者簡介:楊磊華中科技大學(xué)交通學(xué)院船海系(430074玻璃鋼游艇三維型線設(shè)計平臺的開發(fā)楊磊劉衛(wèi)斌摘要:在簡述VisualBasic6.0軟件開發(fā)程序和Pro/Engineer3DCAD/CAM系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)上，闡述了利用這兩個工具編制計算機(jī)輔助玻璃鋼游艇設(shè)計系統(tǒng)的過程。該系統(tǒng)可以通過輸入設(shè)計新船的主尺度及部分型值要素，通過光順計算取得到新船的型值表，并利用Pro/Engineer進(jìn)行船體型線的三維建模.最后提出船舶CAD軟件的

2、發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞:VisualBasic6.0Pro/EngineerGRP游艇線型設(shè)計中圖分類號：U674.11文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號：1006-7973(200604-0020-03一、引言船舶設(shè)計是一個綜合應(yīng)用船舶知識和各類技術(shù)的復(fù)雜過程,在設(shè)計過程中，需要進(jìn)行大量的重復(fù)計算，還會有大量的設(shè)計圖紙從而就需要大量的人力物力，這在一定的程度上制約了船舶設(shè)計技術(shù)的發(fā)展。電子計算機(jī)有著強(qiáng)大的計算和存儲能力，電子計算機(jī)的問世極大的推動了船舶工業(yè)的發(fā)展。從上世紀(jì)60年代開始，各國爭相研究造船集成系統(tǒng)，集成系統(tǒng)始于CAM(ComputerAidedManufacture計算機(jī)輔助制造，1965年挪威開

3、發(fā)的第一個AUTOKON系統(tǒng)是最早的代表。比較有名的系統(tǒng)有瑞典的VIKING系統(tǒng)和STEERBEAR系統(tǒng)、英國的BRITSHIPS系統(tǒng)、日本的HICAS系統(tǒng)等。經(jīng)過不斷的發(fā)展，系統(tǒng)的設(shè)計功能不斷加強(qiáng)，西班牙的FORAN系統(tǒng)即認(rèn)為是將船舶設(shè)計和船舶建造作一體化考慮后開發(fā)的船舶CAD/CAM系統(tǒng)。其中KCS公司的TRIBON系統(tǒng)最受注目，大連造船重工有限公司、大連新船重工有限公司、江南造船集團(tuán)、滬東中華造船集團(tuán)、廣船國際等均已引進(jìn)此項產(chǎn)品，這些產(chǎn)品均已從大、中型機(jī)上移植到CAD工作站上，為設(shè)計人員的使用提供了極大方便，因而大大推動了船舶CAD/CAM系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。除了硬件的進(jìn)步外，軟件技術(shù)，特別

4、是計算機(jī)圖形處理技術(shù)的進(jìn)步對CAD系統(tǒng)發(fā)展也起了重大作用。自從有專門的圖形處理商品化軟件進(jìn)入市場后，這類產(chǎn)品發(fā)展很快，功能、性能日益增強(qiáng)。目前市場上有名的產(chǎn)品有美國CV的CADDS系統(tǒng)、原Calma公司的DDM系統(tǒng)、PTC公司的Pro/ENGINEER系統(tǒng)等。有了圖形系統(tǒng)作為支撐軟件，CAD系統(tǒng)開發(fā)人員可以集中力量解決面向本專業(yè)的設(shè)計問題，并獲得強(qiáng)有力的圖形處理功能的支持，使所開發(fā)的專業(yè)系統(tǒng)更臻完美。近年來，有些生產(chǎn)圖形系統(tǒng)的軟件公司，為了適應(yīng)造船行業(yè)的需求，也開發(fā)了可為船舶設(shè)計直接應(yīng)用的軟件產(chǎn)品，如CV公司推出的CVHULL（船型與結(jié)構(gòu)設(shè)計,CVCST（鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計。這些軟件組合了CADDS的

5、核心軟件而構(gòu)建出一個船舶CAD系統(tǒng)。隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，微機(jī)性能的不斷提高，過去只能在大型機(jī)，中型機(jī)上運行的CAD系統(tǒng)有向微型機(jī)上移植的趨勢，CAD系統(tǒng)也開始向?qū)I(yè)化方向發(fā)展。國內(nèi)的部分船廠和研究所以大型船舶CAD系統(tǒng)為支撐平臺，開發(fā)使用具有本廠（所特色的小型CAD系統(tǒng)。如廣船國際以TRIBON為支撐平臺開發(fā)了GSI-CAD/CAM系統(tǒng);708所以美國Auto-trol公司的S700013.0CAD系統(tǒng)為平臺開發(fā)了CASIS-II系統(tǒng)。這些微機(jī)版本的船舶CAD系統(tǒng)投資少故而很易推廣。隨著微機(jī)性能的提高，開發(fā)的船舶CAD系統(tǒng)功能區(qū)愈來愈強(qiáng)，潛力很大，發(fā)展前景廣闊。二、型線三維設(shè)計平臺的設(shè)計

6、與實現(xiàn)本設(shè)計平臺設(shè)計的總體思想是采用VisualBasic6.0編程實現(xiàn)菜單、計算、修改、校核等功能，生成接口文件，利用Pro/ENGINEER的三維建模功能對設(shè)計船進(jìn)行立體效果實現(xiàn)。VisualBasic6.0和Pro/ENGINEER概述Microsoft公司推出VisualBasic6.0提供了開發(fā)基于MicrosoftWindows的應(yīng)用程序最迅速、最簡捷的方法。它是一種可視化的、面向?qū)ο蠛万?qū)動方式的結(jié)構(gòu)化高級程序設(shè)計語言，可用于開發(fā)Windows環(huán)境下的各類應(yīng)用程序。Visualbasic提供可視化設(shè)計工具，發(fā)人員不必為界面設(shè)計而編寫大量程序代碼。只需要按設(shè)計要求的屏幕布局，用系統(tǒng)提

7、供的工具，在屏幕上畫出各種部件”即圖形對象，并設(shè)置這些圖形對象的屬性，應(yīng)用面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計方法(oop，用戶只需要編寫少量程序代碼就可以實現(xiàn)強(qiáng)大的功能。VisualBasic有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)庫管理功能可以直接建立或者處理MicrosoftAccess格式的數(shù)據(jù)庫，還能直接編輯和訪問其他外部數(shù)據(jù)庫，如Btrieve,dBASE,FoxPro,Paradox等。VisualBasic所提供的動態(tài)連接庫(DLL功能使其能夠像調(diào)用內(nèi)部函數(shù)一樣調(diào)用其他語言編寫的函數(shù)，還可以調(diào)用Windows應(yīng)用程序接口(API函數(shù)，實現(xiàn)SDK所具有的功能。這些特點使得VisualBasic語言易于掌握，而老用戶可以通過編

8、寫少量程序代碼編寫出功能強(qiáng)大的程序。同時運用VisualBasic開發(fā)的程序，有良好的用戶界面，容易被客戶所接受。第4期楊磊等:玻璃鋼游艇三維型線設(shè)計平臺的開發(fā)21美國參數(shù)技術(shù)公司(ParametricTechnologyCorporation,IPPTC開發(fā)的Pro/ENGINEER是世界上最成功的CAD軟件之一,是全球CAID/CAD/CAE/CAM/PDM領(lǐng)域最具代表性的著名軟件公司，是世界第一大CAD/CAE/CAM軟件公司。其軟件產(chǎn)品的總體設(shè)計思想體現(xiàn)了MDA(MechanicalDesignAutomation,即機(jī)械設(shè)計自動化軟件的新發(fā)展，它所采用的新技術(shù)與其他MDA軟件相比具有

9、較大的優(yōu)越性。2002年春,PTC推出了Pro/ENGINEER2001，它和該公司的另外一個軟件Pro/MECHANICA以及其他的一些模塊相互配合使用，可以實現(xiàn)零件設(shè)計，零件裝配，模具開發(fā)，數(shù)控加工，鑄造設(shè)計，造型設(shè)計，逆向工程，自動測量，機(jī)構(gòu)仿真，應(yīng)力分析，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等功能。下面簡要介紹一下Pro/ENGINEER2001比其他同類軟件優(yōu)越的地方。Pro/ENGINEER是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫上,不像一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個數(shù)據(jù)庫上。所謂單一數(shù)據(jù)庫,就是工程中的資料全部來自一個庫，使得每一個獨立用戶能夠為同一件產(chǎn)品進(jìn)行造型設(shè)計，而不管他是哪一個部門的。也就是說，在整個

10、設(shè)計過程中任何一處發(fā)生的改動都可以相應(yīng)的反映在整個設(shè)計過程的每一個相關(guān)環(huán)節(jié)上。使得有多人對同一產(chǎn)品進(jìn)行協(xié)作設(shè)計時變得很容易，產(chǎn)品的質(zhì)量也能得到很好的保證。(2基于特征的參數(shù)化設(shè)計Pro/ENIGNEER采用用戶所熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機(jī)械對象，并且可以按預(yù)先的設(shè)置很容易地進(jìn)行修改。例如，模型設(shè)計中的特征有弧、圓角、倒角等等，它們對工程人員來說是很熟悉的，因而易于使用。在裝配、加工、制造以及共他學(xué)科中也都用到了這些領(lǐng)域的特征。通過給這些特征設(shè)置參數(shù)(包括幾何尺寸和非幾何參數(shù)，然后修改參數(shù)，可以容易地進(jìn)行多次設(shè)計迭代，實現(xiàn)序列產(chǎn)品的開發(fā)。這一特殊功能給工程設(shè)計者

11、提供了一種更加簡易和靈活的設(shè)計手段。(3全相關(guān)性全相關(guān)性是指Pro/ENIGNEER的所有模塊都是相關(guān)的，它是由單一數(shù)據(jù)庫來保證的。這就意味著在開發(fā)產(chǎn)品時在某一模塊中進(jìn)行的修改能夠擴(kuò)展到整個設(shè)計中，同時能夠保證工程文檔的自動更新，包括裝配圖、設(shè)計圖紙，以及制造數(shù)據(jù)的更新。全相關(guān)性鼓勵在開發(fā)周期的任一點進(jìn)行修改，它能夠保證修改時不會產(chǎn)生任何損失，并能夠進(jìn)行并行工程，所以它可以使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮作用。(4分布式計算Pro/ENIGNEER的所有模塊可以把建模技術(shù)中比較復(fù)雜的設(shè)計求解和綜合問題分析,分散到互聯(lián)網(wǎng)上任意多的臺式計算機(jī)或數(shù)據(jù)中心服務(wù)器上，進(jìn)行并行處理，這樣可以用更短的時間獲得更

12、好的設(shè)計結(jié)果，提高了設(shè)計的效率(5形狀索引系統(tǒng)特有的形狀特征和搜索技術(shù)能讓用戶在數(shù)秒鐘內(nèi)找到以前曾經(jīng)建立的相似設(shè)計，而不管設(shè)計是由何人在何處建立的。建立在形狀索引功能之上的形狀比較技術(shù),能夠提供對幾何差異的即時圖形反饋，有助于產(chǎn)品開發(fā)組成員理解一個零件是如何改變的，或者與相似零件的區(qū)別，能夠節(jié)省大量的時間。（6圖形預(yù)覽功能圖形預(yù)覽功能就是讓用戶在調(diào)用零件、裝配或圖紙時，可以預(yù)覽即將調(diào)用的零件、裝配或圖紙。這樣可以避免在尋找一個已經(jīng)創(chuàng)建的零件或裝配時，從幾十甚至上百個零件、裝配或圖紙中去不停地打開或者關(guān)閉一個又一個窗口進(jìn)行搜索的繁瑣過程。（7多種專用模塊及測量工具Pro/ENIGNEER提供了相

13、當(dāng)多得專用設(shè)計模塊,如它提供了模具設(shè)計模塊，鉞金設(shè)計模塊，裝配模塊，數(shù)據(jù)管理模塊，渲染模塊。應(yīng)力分析模塊等等，還提供了專用的設(shè)計工具,如布線，管道，槽等。它所提供的測量工具能夠使設(shè)計者隨時檢查產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，如能夠方便的測量曲面的高斯曲率，面積等；輸入必要的參數(shù)能夠迅速計算零件的質(zhì)量，體積,表面積，慣性矩，重心等等。使用戶能夠快速設(shè)計高質(zhì)量的產(chǎn)品。（8二次開發(fā)功能Pro/ENIGNEER是一個開放的系統(tǒng)，為用戶提供了豐富的二次開發(fā)工具。通過Pro/FamilyTable能夠進(jìn)行系列產(chǎn)品開發(fā)，Pro/Program通過輸入?yún)?shù)能快速創(chuàng)建新的零件，Pro/UDF使是用戶可以方便的盡心自定義。Pro

14、/ENIGNEER還提供了一個專門的客戶華二次開發(fā)軟件包Pro/ToolKIT,它提供了大量的C語言庫函數(shù)，能夠使外部應(yīng)用程序（客戶應(yīng)用程序安全有效地訪問Pro/Engineer的數(shù)據(jù)庫和應(yīng)用程序。通過C語言編程及應(yīng)用程序與Pro/Engineer系統(tǒng)的無縫集成，客戶和第三方能夠在Pro/Engineer系統(tǒng)中添加所需的功能。（9方便的數(shù)據(jù)交換功能Pro/ENGINEER能夠與現(xiàn)有的大多數(shù)CAD系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，如現(xiàn)在比較流行的AutoCAD、CATIA、UG、CADDS5i、ICEMSurfCDRS等等。而改進(jìn)后的相關(guān)拓?fù)淇偩€(ATB技術(shù),提高了Pro/ENGINEER與這些CAD系統(tǒng)之間的

15、數(shù)據(jù)交換和更改發(fā)布的效率。程序編制和實現(xiàn)過程(1系統(tǒng)工作環(huán)境運行平臺：MicrosoftWindows2000/2003/xp需要組件：MicrosoftOffice2000或者更高版本VisualBasic6.0Pro/ENGINEER2001運行條件：CPUInteU.0或以上RAM:256M或以上(2系統(tǒng)具體功能目前本系統(tǒng)主要用于玻璃鋼游艇船體型線的繪制，生成，以及三維建模，可實現(xiàn)如下功能：輸入船舶長度，寬度，高度船首至10站的長度，船首至基線的高度。毗部升高至中縱剖線交點距10站的水平距離，即可生成經(jīng)過光順計算修改后型值表；根據(jù)玻璃鋼游艇設(shè)計規(guī)范，對設(shè)計船舶進(jìn)行尺度規(guī)范校核；22中國水

16、運理論版第4卷利用Pro/ENGINEER生成設(shè)計船的立體圖形；在Pro/ENGINEER對設(shè)計船建模，并可根據(jù)要求生成相應(yīng)的剖面線和型值。(3程序流程打開平臺主菜單創(chuàng)建新項目后，點擊主菜單上的設(shè)計任務(wù)書”即可出現(xiàn)如下界面。在界面中，可以選擇折角線型艇/圓毗艇;航行區(qū)域海船/內(nèi)河船；以及船舶主要尺度如船舶總長，水線長，船寬，型深,船照到第10站距離,船始到基線高度，毗部升高到傾斜首柱的水平距離。點擊保存”之后，彈出如下對話框提示成功。(2型線生成在主尺度校核完畢之后就可以進(jìn)行型線生成。點擊主菜單中型線生成和繪制”下拉菜單中的型線生成”出現(xiàn)如上界面后，點擊型線生成”按鈕，即可根據(jù)母型船計算出新的

17、型值表(3三維建模打開Pro/ENGINEER2001程序，調(diào)出對應(yīng)的設(shè)計船數(shù)據(jù)文件，即可得到三維建模圖。建模成功之后，可以很迅速度做出對該游艇的任意剖圖，自然也可很方便地得到經(jīng)過光順后的肋骨線型圖及其型值表，使游艇制造廠免去船體放樣這一傳統(tǒng)地工藝過程，直接制作胎架肋板。本程序平臺預(yù)留了靜水力計算、總布置設(shè)計、螺旋槳設(shè)計、外觀及室內(nèi)裝飾設(shè)計，結(jié)構(gòu)設(shè)計，穩(wěn)性計算等程序接口,可以方便地與主平臺結(jié)合起來。本設(shè)計系統(tǒng)是一個開放式的程序系統(tǒng)，要求有豐富原始資料數(shù)據(jù)。新設(shè)計船的性能好壞在很大程度上依賴于母型船的性能。這就需要盡可能的擴(kuò)充優(yōu)秀母型船的數(shù)量，添加母型船的數(shù)據(jù)庫。參考文獻(xiàn)1曾隆杰.船舶CAD.北京.人民交通出版社.2