CATIA软件在船舶设计中的应用

２００８年第４期青岛远洋船员学院学报ＶＯＬ．２９ＮＯ．４文章编号：１６７１—７９９６（２００８）０４—００５５－０５ＣＡＴＩＡ软件在船舶设计中的应用陈奎英１张冬梅２吴瑞曦３（１．烟台莱佛士船业有限公司，山东烟台２６４０００；２．青岛远洋船员学院，山东青岛２６６０７１；３．上海江达科技发展有限公司，上海２０１２０３）提要：本文在分析了目前国际上船舶设计软件的基础上，对ＣＡＴＩＡ软件的特点进行阐述。

详细分析了ＣＡＴＩＡ软件在船体设计、管系设计、风管设计、电气、舱室、基座与设备设计应用过程中的技术细节，并实证分析了ＣＡＴＩＡ软件在烟台莱佛士船业有限公司的应用情况，结果表明ＣＡＴＩＡ软件能使各个专业在三维的环境中轻松地完成船舶设计。

关键词：ＣＡＴＩＡ软件ＰＬＭ解决方案船体结构管路放样电气放样中图分类号：Ｕ６６１文献标识码：Ａ１前言随着科学技术的发展，船级社对于船舶检验标准、船东对于船舶设备各方面的要求都日益提高，以及目前同际造船业的竞争激烈，使得国内造船企业在船舶质量、成本、周期等方面面临着更多的挑战。

这些挑战使得造船企业必须在造船经营、管理、技术设计、生产建造等方面做出卓越的工作，才能获取效益。

船舶三维设计软件应运而生，它能逼真精确地模拟船舶的真实布局，贯穿了从详细设计到生产设计的整个过程，并可预先发现并解决存在的问题，从而缩短设计周期和建造周期，提高效益，成为企业提高竞争力的有力砝码，备受用户重视，因此在造船业的应用越来越广泛。

目前，应用于船舶设计的软件有瑞典ＫＣＳ（ＫｏｅｋｕｍｓＣｏｍｐｕｔｅｒＳｙｓｔｅｍＡＢ）公司设计开发的Ｔｆｉｂｏｎ系统，ＮＡＰＡ公司开发的ＦＯＲＡＮ软件，ＰＴＣ公司开发的ＣＡＤＤＳ５ｉ软件，以及法国ＤａｓｓａｕｌｔＳｙｓｔｅｍ公司研发的ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ一体化软件ＣＡＴＩＡ。

其中ＣＡＴＩＡＶ５的应用最为广泛。

ＣＡＴＩＡ是法国ＤａｓｓａｕｌｔＳｙｓ—ｔｅｍ公司的ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ一体化软件，居世界ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ领域的领导地位。

广泛应用于航空航天、汽车制造、造船、机械制造、电子＼电器、消收稿日期：２００８一１２一０１第一作者简介：陈奎英Ｉ１９７８一）。

女。

助理工程师费品行业，其集成解决方案广泛用于产品设计与工业制造领域。

烟台莱佛士船业有限公司从２００２年引入ＣＡＴＩＡ软件，开展船舶３Ｄ设计，前后在９３ｍ多功能平台供应船，１７４ｍ—ＦＳＯ储油驳船，ＤＯＣＫＷＩＳＥ一游艇运输船，以及其后的ＯＲＳ一半潜式钻井平台、Ｄ９０一半潜式钻井平台与ＳＣＨＡ—ＨＩＮ一半潜式钻井平台等６个海洋钻井平台上实施使用，达到了预期的实际效果。

图１ＣＡＴＩＡ解决方案·５５·　万方数据２ＣＡＴＩＡ软件的应用船舶行业是集综合性、复杂性、单一性、特例性于一体的制造业。

ＣＡＴＩＡ将实现某一领域功能所用到的命令菜单集成到一个单一的工作界面，形成一个独立的模块，该软件系统能满足船厂技术部门的详细设计与生产设计中各个专业的需求。

其模块众多，船舶行业的解决方案可概括为以下几个方面（如图１）：※船体设计（ＳＦＤ，ＳＤＤ，ＧＤＲ）：船体结构、船壳曲面￡ｊ船体力学分析；船体施工图的制作。

※管系设计（ＰＩＤ，ＰＩＰ）：根据管系二维原理图（ＰＩＤ）设计并驱动三维船舶设备放置、管路布局和部件定位…；※风管设计（ＨＶＤ，ＨＶＡ）：参数化风管管路设计与三维布置；※电气（电缆）设汁（ＥＬＤ，ＥＣＲ）：电气原理图设计、电缆托架布置与电缆放样；※舱窜、摹座与设备设计（ＥＱＴ，ＥＳＳ等）：定义舱室，进行各类基座与设备布置设计；※其它功能：知识工程；电子样船；平面、曲面的涂装面积计算等；各类统计汇总报表、加工表单。

ＣＡＴＩＡ软件博大精深，面对如此强大的设计软件，我们以钻井平台（图２）为例阐述ＣＡＴＩＡ软件在造船业的应用。

图２ＣＡＴＩＡ设计的钻井平台２．１在船体设计专业的应用：船体设计主要分基础设计（ＳＦＤ平台）和详细设计（ＳＤＤ平台）。

基础设计主要是船体整体造型，如图３所示。

应用ＣＡＴＩＡ软件可以自动生成肋位平面，自动识别·５６·船舯位置，自动识别并归类船壳、横向舱壁与纵向舱壁等。

如果船壳、舱壁、肋位等方面需要设计更改，ｊ维立体模型可以同步更新。

基础设计中的三维模型看起来像曲面，数据量小，操作、储存方便，但包含了比曲面更多的信息，比如定义了板厚、板的方向、板的材质等，这些都可以根据实际情况实时更新。

基础设计优点在于快速有效地进行整船设计，为详细设计，定义舱室，或进行船体稳性分析等作足准备工作。

详细设计是在基础没计之上，划分分段，进行分段详细生产设计，模型类似于有厚度的实体，但包含了比实体更多的信息，如板厚、方向、材质等，力求精准地反映船体结构，可进行端部削斜，开ｓｌｏｔ孑Ｌ，焊接坡口等设计。

这个模块的设计过程中十分注意和知识工程进行融合，如对于船体结构中大量使用的型材、肘板等，可以建立一个零件库，在以后的设计过程中，从零件库中选取所需的板材，提高工作效率。

设计完成船体结构的模型后，下一步工作就是制作工程图纸。

ＣＡＴＩＡ软件的制图模块可以实现这个功能，与普通的机械制图投影不同的地方是需选用ＧＶＳ模式，可用特定符号来表示船体的型材、开孔等，符合船舶设计业的制图习惯。

船体的模型还可以直接用于ＣＡＴＩＡ软件中的力学分析，如进行钻井平台的船体稳性分析，分段吊装变形分析等等，也可以很方便导出为其它的数据格式如ＩＧＳ，ＳＴＥＰ等进行分析。

结构模型也为管路、电气等专业提供放样背景。

图３船体结构２．２管系、空调风管与电气放样设计：船舶专业与化工专业工程设计在ＣＡＴＩＡ软件中称作设备与系统设计，ＣＡＴＩＡ软件针对轮机、电气、空调风管等专业的特点研发了相应专业的放样设计模　万方数据块。

在ＣＡＴＩＡ软件中轮机、风管、电气的设计原理相通（如图６所示），它们都是设备与系统的一个分支，最初的空间布置形式都叫“路径”，用同一种形体表示，叫做ｒｕｎ。

轮机、电气、空调风管专业都可以建立相应的零件库（如图４、图５），工程师可以根据设计需求从零件库中选取附件材料，同一零件可重复使用，从而提高工作效率。

例如管路专业，ＣＡＴＩＡＶ５为管路设计（ＰＩＰ：ＣＡＴＩＡＰｉｐｉｎｇＤｅｓｉｇｎ）提供了完整的工具用于创建、修改和分析管路设计，并可以进行建档和管理。

船舶的管系放样是非常复杂的，管系设计是ＣＡＴＩＡ软件的一个亮点，管系中使用的各样阀件、弯头等是通过建立专用库来实现的，每个项目通常建立一个独立的专用的运行环境系统，将库零件及专用的设备都放到此环境系统中，放样工程师可直接从零件库中选取所需要的管材附件，如选择相应规格的阀门添加ｒｕｎ上（图７）。

项日运行环境系统要有专人负责，它涵盖了结构、管路、电气、设备、吊架支撑设计等所有专业的内容。

ＰＩＰ模块主要用于创建能捕获所有适当设计信息和意图的智能化管路布置，可自动放置弯管、弯头、三通和阀件等标准部件，这种管路设计功能可使设计人员更高效地实现设计过程并对设计内容进行验证。

使用ＰＩＰ模块进行管路详细设计，应该具有相对完备的船舶附件标准库的配置、设备布置（ＥＱＴ）以及管路原理图（ＰＩＤ），然后就可以根据管路的原理图自动驱动三维的布置ｒ，经适当的手动调整后便呵。

图４调用管路零件库运行环境中的库零件可以很方便地被调用，很灵活地被添加到管路上，并与管路产生附着关系（图７），这样下次修改管径大小或管路布置时，被调用的管路附件也会自动调整参数以符合管路管径的大小。

按照管路所在系统，每一条管线都可以给归类到相应系统中去，生成相应的管线号，如漏水系统，可以产生一个ＬｉｎｅｌＤ叫ｄｒａｉｎ—ｓｙｓｔｅｍ等，有利于以后管路小票图纸的管理与提交。

船、机、电等各专业在ＣＡＴＩＡ软件中进行放样设计的同时，可以进行干涉检查。

ＣＡＴＩＡ软件可以针对具体的干涉位置，榆查并作干涉报告，从而减少工程师人工检查过程中的时间浪费及错误·５７·　万方数据率，从而提高工作效率，这是３Ｄ设计软件的优点。

如图８所示。

三维模型数据可用于投影工程图，如果三维模型有更改，二维模型也会自动跟随更改。

图８ＣＡｌｌＡ干涉检查功能览，对模型进行轻量化处理，使得大型装配也变得“身轻如燕”。

又如，可以在１５Ｉ行模式下，模拟在船上出入行走、上下楼梯等，如身临其境（图１０所示）。

此外，ＣＡＴＩＡ软件可以根据专、Ｉｐ的需求不同而制作出数据统计报表与相应的图纸。

船体专业可以实现重量、材料的统计、船体重心计算；轮机专业，可以实现管路重量、材料的统计、路径分析、设备的重量再心统计；电气专业可以实现电缆长度统计、托架长度、莺量统计，穿舱件等的材料统计等。

２．３舱窜、设备与基座设计：舾装部门从定义房间编号，到室内的布置，都可以全部在ＣＡＴＩＡ中实现，效果逼真，修改容易。

船舶总体布置是功能完善，哪个房间放置什么样设备及设备布局，主通道的布置方式及结构安排，牛活区的空间定义，在这里都可以进行设计。

首先设定好各个舱室空间，窄问分配合理，符合船舶设计的总体要求，给后面机电放样一个参考值。

对于舾装中楼梯，人孔，栏杆等，可以用ＣＡＴＩＡ软件的参数化设计进行全参数化造型，变成通用的实体零件，使用时直接更改参数即呵。

对于轮机、电气与舾装专业的通用设备，同样可以建立零件库。

布置设备可使用普通装配功能来实现。

在各专业模块中，具有设备快速定位的功能，可以进行设备快速定位。

另外在ＥＱＴ模块中叮定义零件的相关专业属性，比如：电气专业的配电箱，可以定义其电流、功率，定义电气设备的电缆接Ｕ位置等，系统能自动统计电气设备的属性，根据需求做出可行性报告。

所３应用效果与经济效益有的设备都可以使用ＣＡＴＩＡ软件进行精确布局烟台莱佛士船业有限公司几年来应用ＣＡｌ＇ＩＡ（如图９所示）。

基座与设备是配套的，在三维中软件取得了预期的实际效益，应用的效果比较明把设备与基座装配在一起，实时修改，投影出图，显，主要体现在以下几点：可做到两者精准定位。

３．１详细设计阶段：ＣＡＴＩＡ软件改变了以往传２．４电子样船、数据报表：从初期船体、船舱的统平面没计比较抽象的设计理念，三维汜１立体形整体预布置，到详细的室内布置，ＣＡＴＩＡ软件都可象直观的模型可以逼真生动地展示船舶的组成结进行完美仿真。

ＣＡＴＩＡ软件提供多种浏览、检杏、构，在船舶建造之前，就可以根据船舶模型，发现测鼍模型的工具。

如呵对模型进行切片截面浏并解决基础设计中没有发现的问题，如设备布置·５８·万方数据　万方数据CATIA软件在船舶设计中的应用作者：陈奎英， 张冬梅， 吴瑞曦， CHEN Kui-ying， ZHANG Dong-mei， WU Rui-xi作者单位：陈奎英,CHEN Kui-ying(烟台莱佛士船业有限公司,山东,烟台,264000)， 张冬梅,ZHANG Dong-mei(青岛远洋船员学院,山东,青岛,266071)， 吴瑞曦,WU Rui-xi(上海江达科技发展有限公司,上海,201203)刊名：青岛远洋船员学院学报英文刊名：JOURNAL OF QINGDAO OCEAN SHIPPING MARINERS COLLGE年，卷(期)：2008,29(4)被引用次数：1次1.曹凌源.赵伯楗.林涛船舶管系机器人焊接系统研制[期刊论文]-造船技术 2008(05)2.余建星.田佳移动式海岸卸载系统三维运动响应研究[期刊论文]-船舶力学 2008(05)1.杨静CATIA参数化设计压缩试验夹具[期刊论文]-实验技术与管理 2010(10)本文链接：/Periodical_qdyycyxyxb200804016.aspx。