Методика автоматизированного проектирования судов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методика автоматизированного проектирования судов

1. Технология автоматизированного проектирования

Процесс автоматизированного проектирования, изготовления и сопровождения наукоемких изделий в течении всего жизненного цикла представляет собой сложную в организационном плане технологию с большим объемом информации, множеством вертикальных и горизонтальных связей, с большим количеством участников и бизнес-процессов. Выбор рациональной технологии - это сложная задача по созданию единого информационного пространства и упорядочению информационных потоков. В большей степени это комбинация нескольких видов технологий, реализующих каждая свои преимущества и компенсирующих недостатки других.

Технология последовательного проектирования заключается в строго последовательном выполнении всех стадий проектирования: техническое задание, эскизный проект, технический проект, рабочий проект. Передача информации следующей стадии происходит после окончания и утверждения предыдущей. Рабочее проектирование и изготовление изделия могут происходить параллельно, а его испытания и опытная эксплуатация выводятся за рамки технологии проектирования. Однако ошибки, выявленные на последних стадиях, могут привести к необходимости корректировок проекта на его начальных стадиях. Такая технология проектирования обычно используется при традиционном проектировании изделий небольшой сложности.

Технология сквозного проектирования предполагает информационную взаимосвязь между отдельными этапами, такими как концептуальное проектирование, трехмерное моделирование, инженерный анализ, технологическая подготовка производства, выпуск конструкторско-технологической документации, изготовление, испытания, сертификация, сопровождение. На этапе концептуального проектирования создается математическая модель изделия и его концептуальный электронно-цифровой макет, позволяющий проводить работы на последующих этапах, не дожидаясь завершения предыдущих. Информационная взаимосвязь между этапами позволяет всем коллективам разработчиков оценить проектное решение и дать свои рекомендации по его улучшению до принятия окончательного решения и завершения проектирования. Данная технология ориентирована на создание программно-технических комплексов по видам деятельности, оснащенных специализированными программными продуктами или отдельными модулями базовой системы и обладающих развитыми предметными базами данных и позволяет практически одновременно выполнять работы на всех этапах проектирования.

Технология параллельного проектирования предполагает оптимизацию характеристик изделия на концептуальной стадии проектирования и передачу информации всем участникам работ для создания подсистем, инженерного анализа, технологической подготовки производства и т.п. Для организации параллельного проектирования создаются распределенные программно-технические комплексы и единое информационное пространство, позволяющие каждому участнику коллектива самостоятельно выполнять свои функции, проводить поиск наилучших решений и оценивать их эффективность с точки зрения повышения качества изделия в целом. Эта технология охватывает все этапы жизненного цикла изделия либо большую их часть, поэтому интегрированная информация о структуре изделия, технологии его изготовления, комплектующем оборудовании, поставщиках и заказчиках, технологии ликвидации позволяет принимать наилучшие решения. При использовании этой технологии нет необходимости возвращаться к начальным стадиям проектирования, так как основные характеристики и проектные решения определены и требуют лишь локальной оптимизации и детализации в рамках данной концепции. В этой технологии просматриваются элементы технологий последовательного и сквозного проектирования.

Технология проектирования «сверху вниз» или нисходящее проектирование предполагает иерархической структуры изделия как прародителя его основных подсистем и элементов, а так же проектных процедур, направленных на создание изделия в целом. То есть поддерживается концепция - от общего представления изделия к частным решениям. На каждом уровне проектируются подсистемы и элементы изделия, на каждом этапе на всех уровнях происходит последовательная детализация решений. На верхнем уровне проектирования происходит оптимизация характеристик изделия, на нижнем - оптимизация подсистем и элементов, а на последующих уровнях - детализация принятых проектных решений. Данную технологию легко реализовать с помощью ACD-систем среднего и верхнего уровней, однако при внесении существенных изменений в проект, процесс проектирования необходимо повторить сначала (в рамках одной процедуры или полностью).

Технология проектирования «снизу вверх» или восходящее проектирование предполагает создание изделия в целом из готовых унифицированных элементов и деталей. Функциональность и эффективность изделия при этом определяется составом и согласованностью между собой элементов и деталей. Предварительная подготовка и унификация элементов и деталей дает возможность получить наилучшие решения для каждого из них в отдельности, однако при проектировании изделия таким способом бывает трудно добиться его высокой эффективности из-за отсутствия глобальной цели при создании подсистем.

WAVE-технология предполагает создание управляющего макета изделия, состоящего из основных его элементов и заданных важнейших параметров, определяющих эффективность изделия и управляющих всей его моделью посредством многоуровневых ассоциативных связей. Использование ассоциативных связей между геометрическими моделями позволяет организовать на базе концептуального макета изделия его детально проработанную модель и, при необходимости, управление ее глобальными модификациями.

2. Этапы автоматизированного проектирования

Понятие автоматизированного проектирования подразумевает автоматизацию всего процесса проектирования, как до создания ЭЦМ (Электронно-цифрового макета), так и после. В основу технологии автоматизированного проектирования заложена концепция сквозного проектирования, изготовления и сопровождения по ЭЦМ. Процесс сквозного проектирования можно условно разбить на несколько этапов.

Концептуальное проектирование включает в себя процедуры структурного синтеза и технико-экономического анализа, определяющие основные качества изделия и подтверждающие его надежность и экономическую эффективность. Для судна это выбор и обоснование архитектурно-конструктивного типа, главных размерений и формы корпуса, определение основных конструкций и создание судовой поверхности. Современные CAD/CAM/CAE-системы общего назначения верхнего уровня не имеют специализированных процедур структурного синтеза и анализа таких сложных инженерных объектов как суда, а реализованные в специализированных системах, процедуры инженерного анализа не всегда в полной мере отвечают современным концепциям и требованиям. Однако практически в любой такой системе есть возможность заложить эвристические алгоритмы для структурного синтеза и анализа. Результатом работы на данном этапе является концептуальный ЭЦМ объекта, таблица параметров, информация о партнерах и поставщиках.

На основании информации, полученной на этапе концептуального проектирования, осуществляется создание трехмерной модели изделия. На данном этапе так же формируется законченный ЭЦМ объекта, предназначенный для его инженерного анализа и оптимизации в рамках заданной концепции проектирования.

На следующем этапе проектирования ЭЦМ объекта подвергается инженерному анализу, в целях обеспечения необходимых (в частности для судна - прочности, остойчивости, технологично) свойств изделия. Анализ производится в CAE системах, по его результатам возможна корректировка параметров изделия.

Следующим этапом проектирования является разработка технологии изготовления. В рамках этого этапа производится организация производства изделия, решаются задачи эффективного взаимодействия всех подразделений предприятия, планирование и управление технологическими процессами. Здесь же производятся расчеты норм расхода материалов, режимов их обработки, нормы затрат труда, режимы сварки и т.п. В основном этот этап предусматривает создание программ для станков с ЧПУ и организацию производства.

Следующим этапом является выпуск конструкторско-технологической документации, являющейся основой информационных ресурсов, используемых на различных этапах жизненного цикла изделия. Выпуск документации предполагает вывод информации на твердые носители в соответствии с ЕСКД и ее преобразование в электронный вид для удобства дальнейшей обработки.

Следующими шагами являются изготовление, испытания и сертификация изделия. В основе информационной поддержки изготовления изделия лежит формирование производственной программы, учет комплектации изделия, формирование цеховых планов и межцеховой кооперации, контроль движения деталей и заготовок по цехам, средства ведения центрального и цеховых складов, определение себестоимости изделия и т.п. Готовое изделие подвергается испытаниям и сертификации.

Заказчику, одновременно с изделием, передается пакет технических документов и руководств, необходимых для сопровождения изделия в процессе эксплуатации. Для сопровождения изделия во время его эксплуатации вплоть до утилизации создаются автономные системы для отслеживания данных о наработке, ремонте и движении аппаратуры и оборудования, а так же системы эксплуатации и ремонта.

Если автоматизированная система позволяет в автоматическом режиме находить наилучшие проектные и технологические решения когда задачи оптимизации поддаются точному математическому описанию, автоматически вносить изменения во все элементы изделия при изменении параметров хотя бы одного из них, автоматически контролировать совместимость принимаемых решений и осуществлять корректировку несовместимых решений и автоматически вносить изменения во все виды проектных документов при внесении изменений хотя бы в один из них, то эффективность автоматизированного проектирования существенно возрастает.

3. Параметризация и декомпозиция ЭЦМ судна как сложной сборки

Системный подход к проектированию сложных изделий, состоящих из сотен и тысяч деталей, подразумевает их декомпозицию на подсистемы и элементы с последующим согласованием решений, принимаемых при проектировании каждой из подсистем. Аналогичным образом ЭЦМ судна подразделяется на ЭЦМ подсистем и элементов. При этом ЭЦМ судна в системной иерархии может включать в себя как габаритные макеты компонентов (без внутреннего насыщения), так и ЭЦМ детализированных компонентов. Декомпозиция ЭЦМ судна и функции параметрических связей позволяют организовать технологию параллельного проектирования.

Не стоит забывать, что такие сложные подсистемы, как корпус, движительно-рулевой комплекс, надстройка и т.д. так же подвергаются декомпозиции.

Но в рамках проектирования такого сложного объекта, как судно, такие подсистемы, как каждая секция определенного блока может быть так же декомпозирована на свои подсистемы.

трехмерный судно catia автоматизированный

4. Общие принципы работы в CATIA

Пользовательский интерфейс в CATIA v5 R19 достаточно прост и интуитивно понятен. Основной принцип работы в этой системе заключается в том, что для решения конкретных задач необходимо использовать функции, находящиеся в соответствующих модулях. Чтобы выбрать тот или иной модуль, необходимо нажать на кнопку «Пуск» на главной панели инструментов CATIA. Каждый модуль имеет свой собственный функционал, содержащий инструменты, нужные для работы в одной конкретной области или для работы в определенной области промышленности. Например, модуль «Поверхностное моделирование машиностроительных деталей», находящийся во вкладке «Форма», предназначен для работы с поверхностями, а модуль «Structure Detail System Design», находящийся во вкладке «Оборудование и системы -> Structure Discipline», имеет функционал, предназначенный для проектирования судов. Собственно, в данных методических указаниях речь будет идти в основном об этих 2-х модулях - в первом будет проектироваться судовая поверхность, во втором - создание переборок, палуб и элементов конструкции корпуса. Так же будет рассмотрен принцип генерации и создания чертежей в специальных модулях. Однако функционал системы CATIA не ограничивается только этими модулями. Подробное описание каждого модуля, представленного в CATIA, есть в поставляемой вместе с продуктом документации.

Важную роль в работе с CATIA играет правильная организация дерева проектирования. Строго структурированное, оно позволяет значительно повысить уровень удобства работы, а так же качество проекта. В целом следует придерживаться принципа от общего к частному. Например, если говорить о модели корпуса судна, то иерархия примерно следующая:

· Сборка.

· Подсистемы (корпус, перекрытия и т.д.).

· Детали (поверхности и набор).

5. Создание каркасных линий

Рассмотрим на примере ватерлинии, как создать каркасные линии, необходимые для построения поверхности корпуса. Эти каркасные линии, создаются с помощью инструментов эскиза, подробно описанных в документации, поставляемой вместе с CATIA. Основными инструментами являются «Сплайн» , инструмент для создания линий сложной кривизны, «Линия» , инструмент для создания прямых линий, «Окружность» , инструмент для создания окружностей, а так же все связанные с ним инструменты, предназначенные для создания дуг заданного радиуса - . Используя эти и некоторые другие инструменты, можно в режиме создания эскиза рисовать соответствующие примитивы, из которых и будут в итоге получаться каркасные линии поверхности корпуса судна.

Для создания каркасных линий так же необходимо использование привязок. Рассмотрим использование примитивов и привязок на примере создания конструктивной ватерлинии судна:

1. Выберем плоскость, на которой будет изображена каркасная линия (в данном случае - плоскость, параллельная основной), и войдем в режим создания эскиза («Эскиз» - ).

2. Используя инструмент «Линия», нарисуем произвольную прямую линию. Поскольку это ватерлиния, она должна быть параллельна ДП. Чтобы этого добиться, необходимо добавить соответствующую привязку.

3. Чтобы добавить привязку, щелкните мышью поочередно по нарисованной прямой, и по плоскости, с которой нужно создать взаимосвязь, держа нажатой клавишу Ctrl. Затем используйте инструмент «Привязка в диалоговом окне» . Появится диалоговой окно, как на рисунке ниже.

4. Выберите в диалоговом окне нужный тип привязки, в данном случае - параллельность, и нажмите ОК. После закрытия диалогового окна, нарисованная нами прямая линия станет параллельной выбранной плоскости.

5. Теперь необходимо добиться того, чтобы нарисованная нами линия находилось на расстоянии, равном половине ширины корпуса судна, от ДП. Для этого воспользуемся инструментом «Ограничение» . Выберем, держа нажатой клавишу Ctrl, нарисованную линию и ДП. Затем, после нажатия на инструменте «Ограничение». Затем щелкаем мышью там, где нам удобно видеть выставленный размер. После того, как размер зафиксируется на экране, выделим его, щелкнув двойным щелчком мыши, и в появившемся диалоговом окне выставис нужное нам значение.

6. Теперь нужно убедиться, что крайние точки нашей прямой соответствуют краям прямолинейной области нашей ватерлинии. Для этого привяжем их к плоскостям, параллельным плоскости мидель-шпангоута и находящимся от нее на необходимом расстоянии. Сделать это можно, использовав инструмент «Привязка в диалоговом окне», с той лишь разницей, что выбирать нужно не саму прямую, а ее крайние точки, а в окне выбора типа взаимосвязи выбрать «Совпадение».

7. Теперь добавим кривые части нашей ватерлинии. Для этого воспользуемся инструментом «Сплайн». Следует особо отметить, что использовать этот инструмент рекомендуется только тогда, когда задать кривую другими геометрическими примитивами является затруднительным, так как форму сплайна зачастую приходится контролировать «на глаз», что не очень хорошо. Например, если использовать сплайны для создания элементов с малой кривизной, переходящих в прямые элементы, вполне может оказаться, что даже несмотря на заданную касательность, сплайн будет выходить за пределы габаритов судна, что впоследствии может привести к потере качества судовой поверхности.

Для сплайна возможны те же взаимосвязи, что и для обычной прямой. Следовательно сначала можно нарисовать произвольный сплайн с тремя управляющими точками, а затем заняться определением его взаимосвязей, а именно - привязкой к нашей прямой, заданием касательности этого сплайна к нашей прямой, а так же определением положения второго конца сплайна.

8. Далее подобным образом построим кормовую часть нашей ВЛ.

Ватерлиния готова. Теперь можно проверить ее коэффициент полноты и в случае необходимости подкорректировать ее форму, путем изменения примитивов, которыми она нарисована. Чтобы проверить коэффициент полноты ВЛ, замкнем получившуюся ВЛ и создадим внутри нее поверхность, используя инструмент «Заполнение» .

Поверхность появится после нажатия на ОК. Теперь отразим ее, используя инструмент «симметрия» , относительно ДП.

Затем, используем инструмент «Измерить» , после чего на экране высветятся геометрические характеристики КВЛ, включая площадь. Выделять две половинки ВЛ нужно, удерживая нажатой клавишу Ctrl.

Теперь нам достаточно просто найти коэффициент полноты КВЛ, разделив ее площадь на произведение длины судна на его ширину.

6. Создание судовой поверхности

В CATIA v5 R19 судовую поверхность можно создать несколькими способами.

· Создание судовой поверхности по сечениям

o По шпангоутам, ватерлиниям и батоксам;

o По баланс-шпангоутам и рыбинам, а так же по вспомогательным теоретическим линиям;

· Создание судовой поверхности с использованием NURBS.

Каждый метод имеет свои особенности, преимущества и недостатки. Для начала рассмотрим метод создания судовой поверхности по сечениям, как наиболее понятный и простой. К преимуществам этого метода можно отнести его простоту. Используя этот метод, можно достаточно быстро сгенерировать качественную судовую поверхность как по уже готовому теоретическому чертежу, так и «с нуля». При этом полученную судовую поверхность можно достаточно просто изменить аффинным преобразованием, так что проектанту не нужно задумываться о ее размерах и можно сконцентрироваться на придании поверхности необходимой формы. К недостаткам данного метода можно отнести некоторые сложности со «сглаживанием» судовой поверхности и с изменением формы уже построенной поверхности.

Чтобы начать создание судовой поверхности необходимо запустить CATIA v5 и выбрать модуль создания поверхностей «Поверхностное моделированное машиностроительных деталей», предварительно создав новую деталь. Назвать ее для организации проектирования следует так, чтобы название отражало содержание. Иначе при большом количестве деталей в сборке можно легко запутаться.

Для начала необходимо задать имена основным рабочим плоскостям. При этом следует учесть, что за начало координат по оси x с точки зрения последующего использования данной поверхности в контексте общей сборки, удобнее всего принимать носовой перпендикуляр. Затем необходимо создать плоскости баланс-шпангоутов, ватерлиний, батоксов и, желательно, рыбин. При желании можно задать районы плоского борта и плоского днища. Затем необходимо на каждой созданной плоскости создать с помощью графических примитивов соответствующие теоретические линии. При этом следует помнить, что при создании теоретических линий в системе CATIA соблюдается строгая иерархия. То есть нельзя создать взаимосвязь между линией, которая находится ниже в дереве построения, с линией, находящейся выше. Если эти линии необходимо связать, придется поступить наоборот, то есть делать линию, которая нарисована позже, зависимой от той, которая нарисована раньше.

В целом при создании теоретической поверхности корпуса, необходимо использовать привязки. То есть все теоретические линии, по которым создается судовая поверхность, должны быть строго определенно взаимосвязаны друг с другом.

Когда все теоретические линии будут построены и согласованы между собой, можно приступать к созданию поверхности. Для этого можно использовать инструмент «Поверхность лофта», а так же инструмент «Заполнение». Каждый из этих инструментов позволяет создавать поверхности, касательные к уже построенным поверхностям оп сечениям или по замкнутому контуру.

Далее в качестве примера показано, как описанным выше методом создать судовую поверхность танкера с сигарообразной кормой.

Основные характеристики танкера, принятого в качестве примера

L	B	T	H	D	V	д	б	в
171,3 м	29,00 м	11,86 м	17,14 м	49197 т	47997 м3	0,81	0,91	0,99

Метод создания поверхности:

1. Открыть CATIA

2. Создать новую деталь, для этого выбрать меню «Файл -> Новый», из появившегося списка выбрать «Part»

3. Задать имя детали. Щелкнуть по названию детали в дереве конструирования правой кнопкой мыши, из появившегося контекстного меню выбрать пункт «Свойства». В появившемся окне - вкладку «Изделие», и на ней задать имя детали, например «Поверхность корпуса» или «Hull Surface»

4. Задать имена основным трем плоскостям способом, указанным выше.

5. Далее создаем плоскость, на которой будет находиться кормовой перпендикуляр. Для этого воспользуемся инструментом «CATShapeDesignPlane» на панели инструментов. После нажатия на эту кнопку, появится диалоговое окно, в котором необходимо выбрать тип плоскости, в нашем случае это «смещение относительно плоскости», опорный элемент (носовой перпендикуляр) и смещение (длина между перпендикулярами).

6. Создаем остальные необходимые нам плоскости, а именно - несколько баланс-шпангоутов, КВЛ, рыбины, линию ВП, плоский борт, плоское днище (механизм создания описан выше, далее подробно описываться не будет). Результат приведен ниже:

7. Рисуем основные теоретические линии, по которым впоследствии будет построена судовая поверхность. Для этого используем инструменты создания эскиза на нужных нам плоскостях. В результате мы должны получить примерно следующее (чтобы понять, каким образом создаются каркасные линии).

8. С помощью инструмента «Поверхность лофта» создаем часть судовой поверхности.

В поле «Сечения» выбираем баланс-шпангоуты, в окне «Направляющие» - линии, вдоль которых будет производиться вытягивание (в нашем случае - КВЛ, две рыбины и диаметральный батокс). В итоге после нажатия на кнопку «ОК» должно получиться следующее.

9. Точно таким же образом создадим поверхности в кормовой части и в области цилиндрической вставки. При этом касательность между поверхностями задается при выборе сечений, граничащих с этой поверхностью, щелчком мыши по поверхности, к которой должна быть касательна новая поверхность. В итоге получится практически полностью заполненная поверхность, как показано на рисунке ниже.

10. Теперь необходимо заполнить оставшиеся части корпуса. Для этого хорошо подойдет инструмент «Заполнение». Он так же позволяет указать касательность к уже построенной поверхности. Принцип его работы состоит в заполнении замкнутого контура в графе «Поддерживающий элемент».

В итоге должна получиться практически полностью готовая судовая поверхность:

11. Теперь необходимо придать поверхности необходимую конечную форму. Для этого можно редактировать эскизы, являющиеся ее сечениями.

12. После того, как поверхность окончательно построена, нужно подготовить ее к экспорту в специализированный судостроительный модуль для дальнейшей работы с проектом судна. Для этого в первую очередь необходимо её «сшить», воспользовавшись инструментом «Объединение» .

В окне «Объединяемые элементы» нужно выбрать все созданные нами поверхности, а затем нажать «ОК». Это сделает дальнейшую работу с проектом намного проще за счет того, что нам не нужно будет выбирать в дереве построения все поверхности, из которых состроит корпус судна, а нужно будет выбрать лишь одну - объединенную.

13. После объединения поверхности необходимо ее отразить относительно ДП, воспользовавшись инструментом «Симметрия» .

14. Затем можно объединить полученное отражение и созданный ранее корпус.

15. С помощью инструмента «Аффинное преобразование» можно изменить размеры полученного корпуса.

В конечном итоге должна получиться готовая к экспорту и к созданию теоретического чертежа судовая поверхность.

7. Генерация теоретического чертежа

Для создания теоретического чертежа по трехмерной модели следует использовать модуль «Черчение»:

При открытии этого модуля сразу появляется возможность выбрать компоновку чертежа, и система сама сгенерирует чертеж по трехмерной модели.

Чтобы при этом был сгенерирован именно теоретический чертеж, необходимо в документе самой детали создать необходимые теоретические линии. Например, для создания шпангоутов необходимо создать массив плоскостей, параллельных плоскости мидель-шпангоута, начиная от плоскости носового перпендикуляра, равным теоретической шпации. Для этого удобно использовать инструмент «Плоскости между» . В диалоговом окне нужно выбрать плоскости носового и кормового перпендикуляра и указать количество плоскостей - 20.

Затем на каждой плоскости необходимо сгенерировать линию пересечения этой плоскости с судовой поверхностью. Таким образом мы получим линии теоретических шпангоутов. Точно так же можно создать ватерлинии и батоксы, а затем, запустив модуль создания чертежей, сгенерировать практически полностью готовый ТЧ.

Теперь осталось только оформить этот ТЧ в соответствии с ГОСТом. Для этого можно использовать модуль «Черчение» в CATIA или любой другой специализированный чертежный пакет.

При создании судовой поверхности возникает вопрос: каким образом можно проконтролировать значение коэффициентов полноты корпуса. Автор методических указаний рекомендует использовать для этого специализированные пакеты для создания судовой поверхности (FastShip, SeaSolution). Однако в CATIA тоже можно проконтролировать вышеперечисленные коэффициенты. Чтобы, например, проконтролировать коэффициент полноты ватерлинии, необходимо создать горизонтальную поверхность внутри корпуса судна, на уровне нужной ватерлинии, к примеру КВЛ. Для этого можно воспользоваться инструментом «Заполнение», предварительно создав эскиз вдоль линий пересечения поверхности корпуса с плоскостью КВЛ. Затем, используя инструмент «Измерить» , после чего на экране высветятся геометрические характеристики КВЛ, включая площадь. Теперь нам достаточно просто найти коэффициент полноты КВЛ, разделив ее площадь на произведение длины судна на его ширину. Подобным образом можно найти и коэффициент полноты мидель-шпангоута. С коэффициентом общей полноты дело обстоит несколько сложнее, и автор рекомендует измерять его в вышеперечисленных специализированных пакетах.

8. Настройка CATIA для работы с конкретным проектом. Администрирование в области Equipment and system

Прежде, чем экспортировать созданную судовую поверхность в модуль Structure Functional Object Design, необходимо настроить систему CATIA V5 R19 на работу с одним конкретным проектом. Это нужно для того, чтобы при создании сетки рабочие плоскости создавались заведомо на расстояниях, соответствующих проектным характеристикам судна, таким как продольная и поперечная практическая шпация, расстояние между палубами и платформами, расстояние между продольными и поперечными переборками, что значительно упростит дальнейшую работу над проектом.

Подготовка системы для работы с конкретным проектом подразумевает в первую очередь редактирования.xml файлов, отвечающих за исполнение некоторых сценариев в программе.

По умолчанию файл «ProjectEnvelope.xml», лежащий в директории «…\Dassault Systemes\B19\win_b64\startup\EquipmentAndSystems\Structure\», отвечает за размеры рабочей области проекта. В нем задаются координаты краев рабочей области от нуля в миллиметрах в оба направления по каждой оси, при этом по оси x ноль соответствует носовому перпендикуляру, по оси y - диаметральной плоскости, по z - основной плоскости. В этом файле следует задать размеры рабочей области, с таким расчетом, чтобы она соответствовала размерам разрабатываемого проекта, например:

<Resource Name= «XPlusValue» Description= «the current value for X+»>

<ID Type= «Misc» Driver= «File» Location= «250000»/>

</Resource>

Здесь в поле «Location» присвоено значение «250000», можно присвоить любое численное значение в миллиметрах. Поле «Description» имеет значение «the current value for X+», что означает, что в этих строках задается координата, ограничивающая рабочую область по оси x в положительном направлении.

Файл «ReferencePlanesSystem.xml», лежащий в той же директории, отвечает за параметры проектной сетки. В нем содержится информация о названиях основных плоскостей, их количестве, отстояния от начала отсчета (началом отсчета являются носовой перпендикуляр, основная плоскость и диаметральная плоскость). Каждая редактируемая строка такого файла имеет вид типа:

<Plane Name = «TANK TOP» Type= «WebFrame» Offset = «1650» ShortName = «D1» Category = «MFZ» />

«Plane Name» - имя плоскости, в данном примере задано как «TANK TOP», может иметь любое строковое значение.

«Type» - тип плоскости, в данном примере - «WebFrame», так же может иметь значение «Standard» и «Special» (от этого будет зависеть цвет плоскости).

«ShortName» - короткое имя плоскости, в данном примере имеет значение «D1».

«Offset» - плоскости от начала отсчета в миллиметрах.

В этих же файлах приведены некоторые рекомендации на английском языке, как лучше организовать сетку и как избежать ошибок.

Далее следует указать системе на файл сценария (.xml), который должен описывать используемые в данном проекте стандартные детали, каталоги профилей, изделий и т.д. Если этого не сделать, то проектант не будет иметь возможности создать параметризованную модель судна, а так же не сможет добавлять или изменять детали в стандартных каталогах.

Данные о модели корпуса судна, стандартных каталогах профилей для работы в специфических модулях, данные о стандартах, используемых при проектировании и пр., содержатся в специальных «.xml» файлов. По умолчанию, как пример, в директории CATIA (например «…\Dassault Systemes\B19\win_b64\startup\EquipmentAndSystems\ProjectData») есть файл «Project.xml». Если открыть его, то можно заметить, что он содержит эти данные. Однако по умолчанию CATIA на него не ссылается. Чтобы получить возможность использовать каталоги и объекты, описанные в этом файле, необходимо:

Зайти в каталог «C:\Documents and Settings\All Users\Application Data\DassaultSystemes\CATEnv\» и открыть файл «CATIA.V5R19.B19.txt». В этом файле найти переменную «CATDisciplinePath» и присвоить ей значение полного пути до файла «Project.xml». После сохранения изменений, необходимо перезапустить CATIA. Теперь в CATIA будут действовать все системы, каталоги и стандарты, описанные в файле «Project.xml». В той же самой директории, где лежит этот файл, можно создать любой другой файл «.xml», описав в нем другие каталоги, модели и т.д. Чтобы действовал именно нужный нам файл, его можно выбрать в главном меню CATIA. Для этого следует открыть модуль «Structure Detail System Design» или «Structure Detail Object Design», и в меню «Сервис» выбрать «Project Management -> Select/Browse».

В появившемся окне можно выбрать нужный нам файл и так же просмотреть его содержимое, т.е. на какие объекты он указывает.

9. Добавление судовой поверхности в общую сборку. Преобразование поверхности

Перед экспортом поверхности в модуль Structure Detail System Design для дальнейшей работы, необходимо удостовериться в том, что она отвечает всем требованиям, предъявляемым к ней. Возможен, например, такой случай, что по окончании разработки формы корпуса техническое задание изменилось, то есть если изменились главные размерения судна, либо идет работа над другим проектом с корпусом такой же формы, но с другими размерениями. В этом случае система CATIA позволяет избежать повторного создания поверхности. В ней предусмотрена возможность масштабирования и аффинного преобразования.

Чтобы выполнить аффинное преобразование, необходимо нажать на кнопку на панели инструментов в модуле «Поверхностное моделирование машиностроительных деталей». В появившемся окне необходимо выбрать коэффициенты аффинного преобразования и объекты, подлежащие преобразованию.

После нажатия на кнопку ОК в дереве построения появится новый объект, представляющий собой поверхность после аффинного преобразования.

Далее перед непосредственным экспортом судовой поверхности в модуль Structure Functional Object Design следует ознакомиться с принципами работы в этом модуле. Основной структурной единицей в нем является система («System»). Каждая система может содержать в себе информацию о поверхностях, настилах, наборе и прочих деталях. Организовать дерево построения при этом можно по-разному, в зависимости от предпочтений проектанта. В данных методических указаниях предлагается связать каждую систему с отдельным перекрытием: одна система будет представлять собой правый борт вместе с набором и раскроем, другая - левый, третья - настил второго дна, четвертая - таранную переборку и т.д. Частью каждой системы будет поверхность, образующая настил и ассоциирующаяся с тем или иным реальным судовым настилом (продольная или поперечная переборка, палуба, днище и т.д.), элементы конструкции данного перекрытия, а так же детали конструкции данного перекрытия. При этом каждая система будет принадлежать своей структурной единице - вложенной сборке. Каждый компонент будет соответствовать блоку, которому принадлежит система. В дальнейшем, от типа организации дерева построения будет зависеть так же, с какими объектами смогут работать разные рабочие группы при организации параллельного проектирования. Разбивка корпуса на блоки позволит реализовать блочный принцип постройки судна - каждая рабочая группа сможет работать над своим блоком.

Чтобы вставить судовую поверхность в общую сборку, необходимо сначала прописать в.xml файле, выбранном в п. 4 (в данном случае для примера принят файл «project.xml»), имя и полный путь до файла, содержащего судовую поверхность. Важно, что этот файл должен находиться в директории «…\Dassault Systemes\B19\win_b64\startup\EquipmentAndSystems\Structure». В самом файле, содержащим поверхность, эта поверхность должна иметь характерное название, например, как в данном случае - по имени судна - «SurfaceCUBA». Файл детали, содержащий эту поверхность, так же называется «SurfaceCUBA.CATPart».

Чтобы CATIA использовала именно этот корпус в качестве стандартного, необходимо:

1. Открыть «Project.xml» используя Блокнот или любой другой текстовый редактор;

2. Используя стандартный поиск, найти в нем «System Hull Model». Изменить строку «Location» на «Location= "${Startup_Directory}\Structure\SurfaceCUBA.CATPart»»;

3. Найти «System Hull Feature Name» используя поиск. Изменить строку «Location» на «Location= «SurfaceCUBA»»;

4. Сохранить изменения и выйти.

Теперь в качестве стандартной поверхности корпуса в CATIA будет использоваться созданная нами ранее поверхность.

Для того чтобы экспортировать поверхность в модуль Structure Functional System Design, необходимо:

1. Создать новую сборку (Файл -> Новый -> Product);

2. Создать новую подсистему. Для этого на панели инструментов в модуле «Structure Detail System Design» необходимо нажать на кнопку «Design Unit» . В появившемся окне в поле «Name» можно ввести название системы. В данном случае - «Hull Surface».

3. Теперь следует перейти в модуль «Structure Detail Object Design», выделить созданную систему, и щелкнуть правой кнопкой мыши по «Project data», выбрать «Объект Project data -> Add a Hull».

4. Теперь осталось только отобразить добавленный корпус.

Добавленный таким образом корпус может быть изменен в процессе последующей работы над проектом в соответствии с результатами проводимой оптимизации корпуса. При этом изменение поверхности корпуса повлечет за собой изменение всех судовых подсистем, связанных с ней. Важно следить, чтобы при изменении корпуса, система плоскостей, образующих сетку, была с ним синхронизирована. Это должно происходить на уровне изменения концепций общего расположения, то есть путем вставки новых плоскостей или изменения положения существующих в файле, содержащим информацию об этих плоскостях.

10. Разбиение корпуса судна на подсистемы. Создание конструкций корпуса

Выше уже говорилось о всей сложности и значимости декомпозиции судна как сложной сборки. В данном разделе на примере корпуса судна показано, как можно разбить корпус судна на подсистемы в CATIA. Важно помнить, что сам корпус является лишь одной из подсистем судна, однако принципы создания подсистем в CATIA на разных уровнях не имеют значительных отличий, поэтому способ создания любой подсистемы будет схож по своей концепции со способом создания подсистем корпуса. Декомпозиция трехмерной модели корпуса судна в конечном итоге будет таким, как она описана на схемах 2 и 3.

Сначала следует рассмотреть создание сложной сборки всего судна. В начале многие ее элементы будут «пустыми», то есть не содержать никакой информации, однако это необходимо, чтобы при их создании в дальнейшем иметь четкое представление о взаимосвязях между ними и их структуре.

1. Создадим новый файл сборки «Product». Для этого в главном меню следует выбрать «Файл -> Новый», и в появившемся диалоговом окне выбрать «Product».

2. Созданный таким образом продукт и будет в конечном итоге являться сложной сборкой судна. Чтобы переименовать его, необходимо щелкнуть по нему в дереве построения, и из контекстного меню выбрать вкладку «Свойства». В появившемся диалоговом окне в строке «Номер детали» можно ввести название сборки - в данном случае - название судна.

3. Теперь наша сборка называется «Vessel CUBA». Можно приступить к разбиению ее на подсистемы. Например, чтобы создать подсистему «Корпус», необходимо вставить в нашу общую сборку новый компонент - подсборку. Для этого нужно щелкнуть правой кнопкой мыши по главной сборке (в данном примере и далее - Vessel CUBA), и выбрать «Компоненты -> Новое изделие». После этого в дереве построения отобразится новая подсборка. Назовем ее «Корпус».

4. Теперь подобным образом можно создать основные подсистемы сложной сборки судна. В результате дерево построения будет выглядеть примерно следующим образом:

5. Далее для каждой созданной подсистемы необходимо провести свою собственную декомпозицию. Это делается по тем же самым принципам, что и первичная декомпозиция всего судна, но применительно к его уже созданным подсистемам. На примере корпуса («HULL») это будет выглядеть примерно следующим образом: в зависимости от того, какой способ сборки будет впоследствии применен к проектируемому судну, корпус будет разбит на блоки, в соответствии с подготовленной ранее концепцией и результатами проектировочных расчетов. Для данного судна в конечном итоге дерево построения будет иметь вид:



Теперь наша сборка содержит строго структурированную систему подсборок, что позволяет нам применить технологию параллельного проектирования. Для организации такой схемы проектирования целесообразно использовать специальные системы обмена проектными данными - Product Data Management (PDM-системы). Эти системы, работа которых построена в большинстве случаев на организации специальных проектных баз данных, работая по принципу создания запросов и оповещений, а так же создания резервных копий исходных документов на специальном сервере, позволяют применить такой подход к проектированию даже для самого сложного изделия, состоящего из тысяч деталей и сотен подсистем. Так же технологию параллельного проектирования можно реализовать и без применения PDM-систем. Основное преимущество PDM-системы это возможность отслеживания статуса модели. При правильной организации информационного взаимодействия и обмена данными, можно передать каждую подсистему для разработки или оптимизации отдельной рабочей группе. Например, если реализовать такую схему для подсистемы корпус, то можно передать каждый блок судового корпуса различным рабочим группам для параллельной разработки. При этом главный конструктор или начальник любого отдела может контролировать работу каждой рабочей группы прямо не отходя от своего рабочего места. Каждой рабочей группе можно выделить права на изменение только каких-то конкретных части сборки, и изменения, внесенные ими, не являются окончательными, ведь PDM-система сохраняет все данные об разрабатываемом изделии в заданные промежутки времени, так что в случае ошибки общая сборка гарантировано не пострадает. Параллельно с разработкой новых структурных единиц сборки может происходить оптимизация и изменение на ее основе уже готовых подсистем. При этом, при условии грамотной параметризации подсистем, изменить связанные с оптимизируемым объектом детали и подсистемы не должно составить большого труда. Для этого в CAD системах низкого и среднего уровня (таких, как SolidWorks), можно использовать таблицу параметров непосредственно применительно к детали, вставленной в сборку, а в системах высокого уровня - так же и путем вставки в подсистемы заведомо параметризованных и каталогизированных в соответствии с ГОСТами деталей.

На уровне главного конструктора, вам остается только контролировать процесс насыщения судовых подсистем, чтобы он происходил в соответствии с общей концепцией проекта судна, в то время как на уровне начальника отдела или члена конкретной рабочей группы, необходимо насытить каждую подсистему конструкциями и листами обшивки.

Далее рассмотрим на примере одного блока, например грузового танка, как это можно реализовать.

1. Необходимо открыть подсборку «корпус» («HULL») в новом окне в CATIA, либо, если работать по технологии параллельного проектирования, можно сохранить общую сборку на PDM сервере и в дальнейшем открывать различные ее части с разных рабочих мест.

2. В подсистеме корпус есть подсборка «HullSurface», которая будет содержать судовую поверхность. Чтобы добавить судовую поверхность, необходимо сначала активировать подсборку «HullSurface», затем перейти в модуль «Structure Detail System Design» (Пуск -> Оборудование и системы -> Structure Discipline -> Structure Detail System Design).

3. Далее необходимо добавить в сборку новую подсистему, и затем в ней добавить новый корпус (см. п. 8).

4. Поверхность добавлена. Теперь нужно разбить ее на блоки, чтобы именно их передавать рабочим группам для дальнейшего редактирования. Для этого, прежде всего, нужно активировать нужную подсборку, в данном примере будет рассматриваться подсборка «Cargo tank 3».

5. Грузовой танк будет декомпозирована в соответствии с блок-схемой 3. Чтобы добиться такой декомпозиции, добавим в подсборку соответствующие подсистемы.

6. Теперь посмотрим на примере системы «CT1 StarBoard» (Cargo Tank 1 StarBoard - грузовой танк 1, правый борт), как насытить этот элемент подсборки. Он будет содержать обшивку и набор. Для начала отобразим рабочие плоскости, которые будут являться ограничениями и поддерживающими элементами для обшивки и набора.

7. В первую очередь нужно создать обшивку. Для этого воспользуемся инструментом «Plate» из модуля «Structure Detail Object Design». В появившемся диалоговом окне в строке «Category» выбираем «Shell», так как подразумевается, что мы создаем именно элемент наружной обшивки. При желании в поле «Name» можно внести имя создаваемого элемента. В поле «Support» необходимо выбрать поддерживающий элемент для создаваемой обшивки. В данном случае в качестве поддерживающего элемента выступает поверхность корпуса (чтобы выбрать ее, достаточно просто щелкнуть по ней мышью на экране или в дереве проекта). Далее следует выбрать ограничения в поле «Limits». В нашем случае это будет диаметральная плоскость (ведь мы работаем только с правым бортом), плоскость таранной переборки и переборки, ограничивающей грузовую зону с кормы (мы должны были задать ее в п. 7), а так же плоскость настила второго дна (все, что ниже этого настила, будет относиться уже к днищевой секции). Чтобы изменить направление ограничения, необходимо нажать на кнопку «Switch Side». Во вкладке «Material & Orientation» созданной обшивке можно придать толщину и задать материал. В результате получим:

После нажатия на ОК, в дереве построения появится новый элемент - обшивка правого борта в грузовом танке.

8. Теперь, пользуясь теми же принципами, создадим обшивки для остальных подсистем грузовой зоны. Следует обратить внимание, что при создании палуб и переборок, в строке «Category» следует выбирать «Deck» и «Transverse Bulkhead» соответственно, и в качестве поддерживающих элементов здесь уже будут выступать плоскости, составляющие сетку, а судовая поверхность будет являться ограничением.

9. Эту подсборку уже можно передавать отдельной рабочей группе для дальнейшей разработки. Чтобы понять, как отдельная рабочая группа работает со своей подсистемой, в дальнейшем мы будем так же работать только с ней. Подразумевается, что таким образом создается множество подсистем, которые так же передаются своим рабочим группам.

10. Рассмотрим создание некоторых элементов конструкции корпуса, на примере верхней палубы. Для начала следует открыть подсборку «Cargo Tank 3» в отдельном окне в CATIA.

11. Для удобства работы можно скрыть некоторые элементы сборки, например наружную обшивку и таранную переборку. Если применяется параллельное проектирование, то можно так же передать каждое перекрытие отдельной рабочей группе или разным членам одной рабочей группы, в зависимости от принятой концепции проектирования.

12. Для добавления набора используется функция «Stiffener» . В строке «Category» здесь так же необходимо выставлять тип создаваемых балок. Например, если мы хотим создать рамные продольные балки набора верхней палубы, то следует выбрать «Deck Longitudinal Stiffener». В поле «Plate» выбирается настил, на котором будут располагаться балки набора. В поле «Support» - поддерживающие плоскости. В строке «Offset» в случае необходимости можно задать удаление балок от поддерживающих элементов. В поле «Limits» можно указать ограничивающие элементы или плоскости для балок в начале и конце по длине. Во вкладке «Material & Orientation» можно задать материал балок, класс стали, а так же выбрать тип профиля из каталога. Так же можно изменить ориентацию полки несимметричных балок и определить, какой стороной они будут примыкать к соответствующей теоретической линии. При этом профили детали выбираются из стандартного каталога. Этот каталог можно заполнить параметризованными профилями, либо сразу профилями, созданными по ГОСТу. Если в процессе оптимизации конструкций окажется, что какая-либо конструкция не удовлетворяет условиям прочности, или же наоборот, имеет неоправданно высокую прочность, она может быть достаточно просто заменена на другую. Для этого в дереве построения нужно просто выделить группу балок, выбрать из контекстного меню «Stiffener» и поменять неудовлетворяющие параметры либо поменять тип балки, выбрав другую из стандартного каталога.

13. Теперь, руководствуясь теми же принципами и инструментами, нужно создать остальной набор. При пересечении продольного и поперечного рамного набора можно прервать поперечный набор, используя инструмент «Split Stiffener» . Однако этим инструментом удобно пользоваться уже после того, как была проведена детализация набора, а именно добавлены кницы, вырезы и т.п., так как это позволит работать с меньшим количеством редактируемых элементов при добавлении этих самых деталей: посоле прерывания набора, каждая прерванная балка будет восприниматься программой уже не как одна целая балка, а как несколько соединенных между собой балок, и тогда придется работать уже с большим количеством балок набора. Голубницы для проварки набора можно добавить, используя функцию «End Cut» инструмента «Stiffener» применительно к каждой части разделенной балки, или же функцию «End cut» .

Так же можно создавать вырезы для прохода балок набора, используя инструмент «Slot» , тогда в диалоговом окне пользователю предлагается выбрать тип параметризованного отверстия из каталога и задать его основные параметры.

Чтобы создать такие элементы конструкции корпуса, как кницы и бракеты, следует воспользоваться инструментом «Small Assemblies» , при использовании которого проектанту так же предложат выбрать параметризованное изделие из каталога в поле «Object»:

Чтобы создать вырез в листе или балке набора, следует воспользоваться инструментом «Opening» . Для создания подкреплений выреза или свободной кромки листа удобно пользоваться инструментом «StiffenerOnFreeEdge» .

Все эти инструменты работают по тем же принципам, что и «Stiffener», «Plate» или «Small Assemblies».

Следует отметить, что в модуле «Structure Detail Object Design» по умолчанию подразумевается использование параметризованных элементов, будь то балка набора, кница или бракета. Ведь при выборе профиля балки или бракеты из каталога, проектанту уже предлагают задать значения параметров, определяющих этот элемент: типовые размеры, вид по заданному стандарту, толщину, материал и т.д. Ведь сами каталоги, из которых происходит выбор, содержат в себе информацию о параметризованных деталях. Однако может случиться так, что проектанту потребуется изменение деталей в стандартном каталоге или добавление в него новых деталей или новых семейств деталей. Чтобы это осуществить, необходимо четко себе представлять, к какому именно каталогу (файл с расширением.catalog) обращается система при использовании того или иного инструмента. В принципе, все это описано в тех же.xml файлах, которые редактировались в п. 7. Следует отметить, что по умолчанию, CATIA, в рамках модуля «Structure Detail Object Design», работает с каталогами следующим образом: собственно список профилей находится в каталоге, который в файле проекта обозначен как «StructureSpecificationCatalog». Там находятся те профили, которые могут использоваться в инструменте «Stiffener», и отсортированы они там в том числе в зависимости от материала. Сами профили, перечисленные в этом каталоге, лежат в папке «Models Resolved», которая в свою очередь заполняется путем решения параметризованных деталей при создании отдельного каталога. Таким образом, чтобы добавить новый профиль в стандартный каталог, необходимо внести новые значения параметров в проектную таблицу детали в каталоге, что повлечет за собой генерацию нового файла этой детали в папке «Models Resolved». С остальными деталями все обстоит схожим образом: при использовании инструментов «SmallAssemblies», «Slot», «EndCut» и «Opening», CATIA обращается к каталогу «StructureDetailingFeatures.catalog», где хранятся априори параметризованные эскизы деталей, определяющие параметры для которых и нужно менять при их использовании в соответствующих инструментах.