CN104346828A

CN104346828A - 一种Tribon M3零件级船体三维模型重构方法

Info

Publication number: CN104346828A
Application number: CN201310313112.8A
Authority: CN
Inventors: 胡民政; 徐东; 韦乃琨; 甄希金; 杨安海
Original assignee: Shanghai Shipbuilding Technology Research Institute
Current assignee: Shanghai Shipbuilding Technology Research Institute
Priority date: 2013-07-24
Filing date: 2013-07-24
Publication date: 2015-02-11

Abstract

本发明涉及一种Tribon M3零件级船体三维模型重构方法，其特征在于平面板架零件重构包括以下步骤：A、船体平面板架零件几何数据自动生成；B、船体平面板架零件几何数据解析；C、船体平面板架零件三维模型重构及保存；曲面板架零件重构包括以下步骤：D、船体曲面板架零件几何数据自动生成；E、船体曲面板架零件几何数据解析；F、船体曲面板架零件三角化，以及三维模型重构及保存。本发明将Tribon M3以板架为单位建模的三维模型精确离散化为以单个零件为单位的三维模型，并进行模型重构与输出，满足船舶焊接工艺可视化设计系统、船体自动装配系统、船舶产品数据管理PDM系统、三维作业指导系统等船舶数字化设计仿真与管理系统的几何数据需求。

Description

一种Tribon M3零件级船体三维模型重构方法

技术领域

本发明属于船舶制造技术和软件技术领域，涉及一种零件级船体三维模型重构方法，特别是一种针对船舶设计软件Tribon M3的船体零件级三维模型重构方法。

背景技术

目前，国内各大船厂为提高设计、管理和制造水平，提升竞争力，对其船舶产品数据管理、生产计划管理、制造执行系统、物资准备、精度测量、虚拟仿真以及工时物量统计等生产设计的后续应用都提出了更高的要求，需要从TribonM3系统中导出轻量化的船体三维模型和相关属性，并要求将三维模型粒度细化至零件级，以满足其进一步精细化的应用需求。典型的如船舶焊接工艺可视化设计系统、船体自动装配系统、产品数据管理PDM系统、三维作业指导系统等船舶数字化设计仿真与管理系统，都需要零件级别的船体模型数据，以实现对单个船体零件模型的选中、高亮、显示、管理、装配路径定义等。

TribonM3是目前国内应用最普遍的船舶生产设计软件，其船体建模方式以板架为单位，板架包含多个零件。然而TribonM3自身的模型导出功能，只能产生以板架为最小单元的三维模型，不能满足目前绝大部分船舶数字化设计仿真与管理系统的要求，局限了数字化仿真设计等技术在船舶行业的应用。因此，通过对Tribon M3的二次开发，实现船体零件离散化已经成为国内各设计单位和造船企业精细化管理急需攻克的一项关键技术。

国内目前尚无相关针对TribonM3船体进行零件级别模型重构的技术。

国外像日本、韩国等一些造船强国可能是出于对我国技术封锁原因，目前尚无任何关于在TribonM3船体模型离散化方面的技术进展或成果。德国西门子、法国达索等软件公司在国内船舶行业推广PDM管理系统时，利用TribonM3，Basic Design模块导出船体各分段的XML文件，通过对XML文件的解析获取单个零件的几何信息，然后利用UGNX进行船体零件级别几何模型的重构。然而该方法存在众多不足，如下：（1）其中部分零件的位姿态会出现无法预见的错误，如纵骨等；（2）一些比较复杂的细节结构无法重构，如流水孔、透气孔、型材的端部形式等；（3）Tribon M3的Basic Design模块常常因为某些原因（如某种零件类型未定义等）不能导出包含船体零件三维模型几何数据的XML文件，从而导致通过XML来重构船体零件级三维模型无法进行。（4）整个XML的导出过程需要手动进行，无法体现自动化。（５）重构效率低下。

西门子公司在江南造船集团实施PDM系统时，由于自身在TribonM3船体零件级别模型重构技术方面的缺陷和不足，已经通过和我方合作，由我方提供TribonM3船体零件级别模型重构接口模块。目前该接口模块在江南造船集团的PDM系统的实施过程中起到了举足轻重的作用，且运行良好，得到用户好评。

发明内容

为了能对船舶设计软件Tribon M3所建立的船体模型中的每个零件进行单独操作（选中、显示、高亮等），并克服上述方法的不稳定性和易出错的缺点，本发明提出一种Tribon M3零件级船体三维模型重构方法，实现了对Tribon M3船体模型零件的自动化离散，并将离散出的每个零件三维模型保存为*.dxf，*.ive，*.osg，*.3dxml，*.step，*.3ds，*.stl等多种格式。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：其特征在于该方法包括平面板架零件重构和曲面板架零件重构两部分，其中平面板架零件重构包括以下步骤：A、船体平面板架零件几何数据自动生成；B、船体平面板架零件几何数据解析；C、船体平面板架零件三维模型重构及保存；曲面板架零件重构包括以下步骤：D、船体曲面板架零件几何数据自动生成； E、船体曲面板架零件几何数据解析； F、船体曲面板架零件三角化，以及三维模型重构及保存。

船体平面板架零件几何数据自动生成：实现平面面板架几何数据的获取。首先创建文件“tbri4weld.ip”以保证生成的几何数据时以零件为单位的，并将该文件拷贝至Tribon M3工程下的def文件夹下。其中“tbri4weld.ip”文件中包含语句：“PLATE_CONTOURS, ADD_CLIPS, LAYER_PLATES,…”。然后在Tribon M3->Basic Design 中运行Robot Interface模块生成平面板架几何数据文件。

船体平面板架零件几何数据解析：实现从生成的平面板架几何数据文件中获得单独每个零件的几何数据，包括Plate的边界轮廓数据、拉伸方向、拉伸距离； Stiffener的截面轮廓数据、拉伸方向、拉伸距离；Bracket的边界轮廓数据、拉伸方向、拉伸距离；Clip的边界轮廓数据、拉伸方向、拉伸距离；Pillar的边界轮廓数据、拉伸方向、拉伸距离；Flange的边界轮廓数据、拉伸方向、拉伸距离；Transversal的截面轮廓数据、拉伸方向、拉伸距离；Longitudinal的截面轮廓数据、拉伸方向、拉伸距离； Hole的截面轮廓数据、拉伸方向、拉伸距离、属于哪个实体；End Cut的边界轮廓数据、拉伸方向、拉伸距离、属于哪个实体。

船体平面板架零件三维模型重构及输出：实现从Plate、Stiffener、Bracket、Clip、Pillar、Flange、Transversal、Longitudinal 的几何数据重构每个具体的几何实体。首先根据Plate、Stiffener、Bracket、Clip、Pillar、Flange、Transversal、Longitudinal、Hole、EndCut的边界轮廓数据或截面轮廓数据通过OpenCasCade构造面域，然后根据相应的拉伸方向数据和拉伸距离数据对面域进行拉伸构成实体。接着根据Hole、EndCut的所属关系，通过OpenCasCade的布尔运算功能在Plate、Stiffener、Bracket、Clip、Pillar、Flange、Transversal、Longitudinal挖孔及切端部形状。最后对每个实体进行保存。

船体曲面板架零件几何数据自动生成：实现曲面板架几何数据的获取。通过CatList获取所需要离散化的曲面板架中包含每个零件的几何信息的数据文件。

船体曲面板架零件几何数据解析：实现从生成的包含曲面零件的几何数据文件中获取每个曲面板的几何数据，即每个曲面板上的均匀分布的点阵的空间三维坐标。

船体曲面板架零件三维模型重构及输出：实现从每个曲板零件的几何数据重构每个零件几何实体。根据每个曲面的点阵数据的空间坐标，进行三角化并拉伸形成几何实体，最后对每个零件的实体进行保存。

本发明将Tribon M3以板架为单位建模的三维模型精确离散化为以单个零件为单位的三维模型，并进行模型重构与输出，满足船舶焊接工艺可视化设计系统、船体自动装配系统、船舶产品数据管理PDM系统、三维作业指导系统等船舶数字化设计仿真与管理系统的几何数据需求。本发明的应用，使得Tribon M3以板架为单位的几何模型能精确地、稳定地离散成为以零件为单位的几何模型，为各种船舶数字化仿真、设计与管理系统提供了准确、易用的几何模型数据来源，典型的系统应用如船体自动装配系统、PDM系统、三维作业指导系统等。船体自动装配系统主要实现船体装配顺序和过程的自动生成，并产生小、中、大组立，总段合拢和船台船坞搭载阶段的三维的、动态的装配过程，以可视化的方式详细展示船体装配的每一步操作，从而提高装配表达的准确性和可读性，并对装配顺序进行验证。本发明的实现，使得船体零件与零件之间的装配过程得以可视化展现与验证。在装配顺序验证过程对不正确的装配顺序，可以在在可视化环境中对单个零件直接进行操作以改变其装配路径。而在以板架为最小单位的船体模型基础上，以上功能均不能实现。

PDM（产品数据管理）系统是用来管理与产品（包括产品设计、分析、工艺、制造等）有关的所有信息以及与产品相关的过程技术。该系统主要针对船舶设计软件无法有效管理设计数据，如：设计数据缺乏控制，设计流程无法控制，无法快速利用其他数据，限制不同专业不同部门的协同程度等问题开发的。本发明的实现使得是PDM系统对船体模型的管理细化到单个零件，同时可以在可视化环境中建立单个零件属性、与装配结构树的关联关系、单个零件的平移、缩放、旋转、剖切、高亮等操作。

三维作业指导系统是能够提供一套面向船舶装配工艺仿真和现场作业指导的软件工具。系统提供直观的仿真环境，对船舶的重要装焊过程和关键安装工艺进行可行性验证、评估和优化，同时生成用于指导现场操作的三维作业指导书。本发明使得系统的数据加载精度细化至单个零件，并与工艺装配树关联。从而使得现场的作业指导更加细致，细致到每个零件、每条焊缝的装配和作业过程都能清楚的可视化展现给工人，同时能实现单个模型的调序、属性查询、动态删除等。

附图说明

图1本发明的流程框图。

图2为本发明一实施例的零件离散流程图。

具体实施方式

下面结合整个离散流程如附图1所示，对本发明的具体实施方式做进一步的描述：

1.平面板架几何数据自动生成：首先建立“tbri4weld.ip”文件，并将该文件拷贝至当前所要离散化的Tribon M3工程下的def文件夹下。其中“tbri4weld.ip”文件包含的内容如下：

PRODUCTION_INFORMATION,

PLATE_CONTOURS,

ADD_CLIPS,

LAYER_PLATES, 33,

LAYER_STIFFENERS, 7777,

LAYER_BRACKETS, 30

然后通过Tribon M3→Basic Design中的Robot Interface模块选取所要离散化的船体模型分段，并生成相应分段的几何数据文件“*.atx”。

2. 平面板架的数据解析：根据“*.atx”文件中的相关标志符号对整个文件进行解析，相关标志符号如下：

1701 //板架开始,

99 //板架结束；

71704 //Stiffener开始,

70704 //Stiffener结束；

71706 //pillar开始,

70706 //pillar结束；

71707 //Plate开始,

70707 //Plate结束；

71722 //Bracket开始,

70722 //Bracket结束；

71724 //Clip开始,

70722 //Clip结束；

15 //开始点；

16 //segment

通过解析可以获取每个零件（如Plate、Stiffener、Bracket、Clip、Pillar、Flange、Transversal、Longitudinal、Hole、EndCut）的详细几何信息、名称。

3.平面板架零件三维模型重构及输出：根据解析得到的Plate、Stiffener、Bracket、Clip、Pillar、Flange、Transversal、Longitudinal、Hole、EndCut的详细几何信息，通过OpenCasCade构造面域，拉伸实体，并利用布尔运算功能构造孔、端部形状等特征，最后对每个实体保存。

4.曲面板架几何数据自动生成：首先通过Tribon M3 提供的数据抽取接口获取所要离散化的曲面零件的模型名称，然后建立“CatList.DAT”文件，最后建立“CatList.BAT”通过批处理方式，生成相应曲面零件的几何数据文件“*.lst”. “CatList.DAT”文件内容示例如下：

2

SB_OGDB

f:\301-SH.lst//输出文件名

301-5000 //零件名

“CatList.BAT” 文件内容示例如下：

C:\TRIBON\M3\BIN\SC001D.EXE < CatList.DAT 。

5．曲面板架的数据解析：根据“*.lst”文件中的相关标志符号对整个文件进行解析，相关标志符号如下所述：

根据标志符号“OBJECT HEAD:”判断曲面零件开始；

根据标志符号“235”获取曲面零件名称，并判断其对称性；

根据标志符号“1001-1009”获取曲面零件上的点阵的空间三维坐标，获取完后该零件数据结束。

6. 曲面板架零件三维模型重构及输出：根据解析得到的曲面零件上的点阵的空间三维坐标，首先进行三角化，构造面域，拉伸生成实体，最后保存实体。

Claims

1.一种Tribon M3零件级船体三维模型重构方法，其特征在于该方法包括平面板架零件重构和曲面板架零件重构两部分，

平面板架零件重构包括以下步骤：A、船体平面板架零件几何数据自动生成；B、船体平面板架零件几何数据解析；C、船体平面板架零件三维模型重构及保存；

曲面板架零件重构包括以下步骤：D、船体曲面板架零件几何数据自动生成； E、船体曲面板架零件几何数据解析； F、船体曲面板架零件三角化，以及三维模型重构及保存。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A中，实现船体平面面板架几何数据的获取，首先创建模板文件“tbri4weld.ip”，用来控制TirbonM3平面板架几何数据文件生成时以零件为单位，并将该文件拷贝至Tribon M3工程下的def文件夹下；然后通过Robot Interface模块生成平面板架几何数据文件。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤B中，实现从生成的船体平面板架几何数据文件中获取每个零件的几何数据，包括Plate、Stiffener、Bracket、Clip、Pillar、Flange、Transversal、Longitudinal、Hole、EndCut的边界或截面轮廓数据、拉伸方向、拉伸距离。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤C中，实现从Plate、Stiffener、Bracket、Clip、Pillar、Flange、Transversal、Longitudinal 的几何数据重构出每个零件的几何实体，首先根据Plate、Stiffener、Bracket、Clip、Pillar、Flange、Transversal、Longitudinal、Hole、EndCut的边界轮廓数据或截面轮廓数据通过OpenCasCade构造面域，然后根据相应的拉伸方向数据和拉伸距离数据对面域进行拉伸构成实体；其次根据Hole、EndCut的所属关系，通过OpenCasCade的布尔运算功能在Plate、Stiffener、Bracket、Clip、Pillar、Flange、Transversal、Longitudinal挖孔及切端部形状；最后对每个实体进行保存。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤D中，实现船体曲面板架几何数据的获取，通过CatList获取所需要离散化的曲面板架中包含每个零件几何信息的数据文件，流程包括：首先通过Tribon的Com方式获取所要离散分段的曲面板架零件名称，然后自动生成CatList.DAT文件，最后生成CatList.BAT文件，通过运行CatList.BAT自动生成船体曲面板架零件几何数据文件。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤E中，实现从生成的包含船体曲面零件的几何数据文件中获取每个曲面板的几何数据，即每个曲面板上的均匀分布的点阵的空间三维坐标。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤F中，实现从每个曲板零件的几何数据重构每个零件几何实体，根据每个曲面的点阵数据的空间坐标，进行三角化并拉伸形成几何实体，最后对每个零件的实体进行保存。