使用CATIA对船舶机舱进行三维设计
本文应用catia软件尝试设计机舱，展示了catia强大的设计功能。随着
ibm/dassault公司对其功能的不断完善，该软件一定能在船舶制造行业得到更广泛的应用。
1 引言
众所周知，CATIA[1]软件在航天航空、汽车等一些高端技术的制造行业得到非常广泛的应用和取得非常成功的效果。而将CATIA引入造船行业则是直接引用或间接借鉴了CATIA 在航天、航空、汽车等制造行业内的先进成熟技术。这些技术对常规船舶、特别对航母、军舰、豪华游轮、钻井平台等特殊海洋工程平台的设计上有着非常独特的借鉴[1,2]。
CATIA可实现船舶的可视化三维设计。其基本功能可涵盖船舶设计的各个方面，贯穿分析、设计、建造、维护整个船舶产品生命周期。CATIA软件各项模块功能强大、工作模式转换灵活，设计手段丰富简捷，其在船舶机舱三维设计中运用的
基本功能可概括为以下6个方面：
1. 船体结构模型的设计与导入;
2. %26ldquo;制造%26rdquo; 各类真正的三维设备、部件系列实体建模;
3. 舱室三维实体布置;
4. 二维原理图设计及设备、管路三维布置与部件定位;
5. 各类统计汇总报表、加工表单、布置图、安装图的输出;
6. 电子样船。
2 利用CATIA进行船舶的三维设计
CATIA软件的各个模块的运行平台，无缝地集成了基本的通用机械CAD功能与专用的船舶设计CAD功能。在实际进行船舶设计时，用户可根据其具体的设计项目，分门别类地实时切换工作模式( 即船体结构、曲面造型、管系设计、电气电缆设计、风管设计、知识工程、人机工程、零件及装配设计、机械制图、机构仿真、模具设计、钣金设计、物理量计算、干涉检查、强度分析等工作模式 )，灵活机动地采用该工作模式环境中的各种设计手段、方法，因而，用户可最大限度地调用CATIA 软件的各种知识工程资源，同时，亦可构筑自己%26ldquo;个性化%26rdquo;工作模式，在其平台上设置各类工具条，选择合适的图标，补充相应的指令，从而来创造性地完成自己的设计工作。
1. 1船体结构模型的设计与导入
船体结构是进行船舶舱室设计的基础，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，提供了与这些软件(如：TRIBON / NAPA / Maxsurf / Fastship / AUTOCAD等)的专用或标准接口。这些专用或标准接口，为船舶制造业已有的CAD/CAM/CAE应用软件向其方便灵活地导入数据提供了非常便捷的工具。本文直接读取TRIBON造船集成软件中的*.dxf格式的结构数据，转化、生成在CATIA软件中的船体结构模型，如图一所示。
1.2 “制造” 各类真正的三维设备、部件系列实体建模
运用CATIA软件先进的三维实体、曲面、线框造型建模技术和强大的二维、三维(前、后)参数化功能，从点、线、面做起，构造三维实体，可%26ldquo;制造%26rdquo; 系列的各类船舶设备( 见图二：字典文件中的主机、副锅炉、燃油泵、集油筒、箱柜、发电机、燃油供油单元等 )、基座、箱柜(日用柜、沉淀柜等)、部件、阀件(截止阀、快关阀、安全阀等)、附件(各类法兰、垫片、接头系列等)、仪表(液位计、流量表等)、管子支架、舱室用具(办公桌椅、文件箱柜、生活洁具、日常家电等)、舾装门窗、走廊栏杆等。
这些三维实体建模工作完成后，为分门别类，构成包罗万千的字典文件(即库文件)。为在建船舶舱室三维布置中实时调用这些%26ldquo;备品%26rdquo;文件提供了便利，同时，在CATIA软件中，其参数化的建库为同型设备的体积大小、接口位置等的变更提供了方便。
1.3 舱室三维实体布置
CATIA软件可以根据船型特征、船体结构、舱室定义、设备卸装工艺路径等因素来快速地建立用户自己的坐标系，如图三。基于这一坐标系，用户可以构筑自己的区域(分段)设计模型。这个设计模型的最大特点是：当进行某一专业的设计任务时，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)，从而各专业可以在统一的设计模型中，分门别类地并行进行。
此外，结合结构树的特性，用户可以滚动浏览结构树，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;利用CATIA软件的三维实体生成二维视图和任意转向的轴测图的功能，生成各类布置图、安装图。更为重要的是，用户可在一体化的设计模型中，对各专业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。本论文以机舱(肋位从11至37)中的管系燃油供油系统为实测对象，检验其船体结构、设备、布管等功能。
1.4 二维原理图设计及设备、管路三维布置与部件定位
管系二维原理图(PID-Piping %26amp; Instrumentation Diagrams)驱动三维设备布置、管系路径布局和各类阀件、附件的定位放置与精确调整，是CATIA软件的一个独一无二的技术特点。这一特点，构成了无缝连接船舶管系的详细设计和生产设计这二个阶段的桥梁，确保了管系二维原理图(PID)的系统原理、设备连接、单元集成和理论走向在生产设计的实际过程中得到最直接、最科学的贯彻。运用这个原理图，用户可以驱动图中的三维设备放置，自动或手动排放管系路径、定位布置各类阀件、附件，定向调整、检测管系的流向，生成统计报表。本文以机舱燃油供油系统为例，绘制了二维原理图(PID)，如图四所示，并以此驱动三维机舱设备放置、管系路径布局，如图五所示。管系二维原理图中①、②、③、④、⑤、⑥、⑦序号的二维符号分别表示燃油供油单元、燃油箱柜、集油筒、发电机、主机、副锅炉、燃油泵。
此外，根据管系、风管和电气的设计原理和物理共性，CATIA软件提供了%26ldquo;路径(ROUT)%26rdquo;在同一设计模型中，由管系二维原理图(PID)、风管系统原理图和电气原理图驱动三维空间中进行布置的具有同一属性的路径管路、风道与电缆的几何空间走向。因而，管系、风管、电气设计人员在用同一属性路径进行各自的路径布局时，可以实时检测管系、风管、电气之间的路径干涉情况。在对管路、风管、电路和船体结构、船舶设备等进行干涉检查、综合协调、平衡整合的基础上，管系、风管、电气设计人员可分别在自己的%26ldquo;路径%26rdquo;上，直接定位放置和调整各类部件。例如：管系%26ldquo;路径%26rdquo;上的各类管子、阀件、附件、仪表、管子支架等;通风%26ldquo;路径%26rdquo;上的各类风管、风机、调风门、风管吊架等;电气%26ldquo;路径%26rdquo;上的各类电缆、附件、电缆托架等。以及检查在三维空间中布置的管系、风道与电缆系统是否应设计人员的疏忽而遗漏个别的阀件、附件等。
