玻璃钢游艇三维型线设计平台的开发

玻璃钢游艇三维型线设计平台的开发

第4卷 第4期 中 国 水 运 （ 理 论 版 ） Vol.4 No.4 2006年 4月 China Water Transport（Theory Edition） April 2006

玻璃钢游艇三维型线设计平台的开发

杨 磊 刘卫斌

摘 要：在简述Visual Basic 6.0 软件开发程序和Pro/Engineer 3D CAD/CAM 系统软件的基础上，阐述了利用这两个工具编制计算机辅助玻璃钢游艇设计系统的过程。该系统可以通过输入设计新船的主尺度及部分型值要素，通过光顺计算取得到新船的型值表，并利用Pro/Engineer 进行船体型线的三维建模.最后提出船舶CAD软件的发展趋势。 关键词：Visual Basic 6.0 Pro/Engineer GRP游艇 线型设计

中图分类号：U674.11 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2006）04-0020-03

一、引言

船舶设计是一个综合应用船舶知识和各类技术的复杂过程，在设计过程中，需要进行大量的重复计算，还会有大量的设计图纸，从而就需要大量的人力物力，这在一定的程度上制约了船舶设计技术的发展。电子计算机有着强大的计算和存储能力，电子计算机的问世极大的推动了船舶工业的发展。

从上世纪60年代开始，各国争相研究造船集成系统，集成系统始于CAM（Computer Aided Manufacture 计算机辅助制造），1965年挪威开发的第一个AUTOKON系统是最早的代表。比较有名的系统有瑞典的VIKING系统和STEERBEAR系统、英国的BRITSHIPS系统、日本的HICAS系统等。经过不断的发展，系统的设计功能不断加强，西班牙的FORAN系统即认为是将船舶设计和船舶建造作一体化考虑后开发的船舶CAD/CAM系统。其中KCS公司的TRIBON系统最受注目，大连造船重工有限公司、大连新船重工有限公司、江南造船集团、沪东中华造船集团、广船国际等均已引进此项产品，这些产品均已从大、中型机上移植到CAD工作站上，为设计人员的使用提供了极大方便，因而大大推动了船舶CAD/CAM系统的广泛应用。除了硬件的进步外，软件技术，特别是计算机图形处理技术的进步对CAD系统发展也起了重大作用。自从有专门的图形处理商品化软件进入市场后，这类产品发展很快，功能、性能日益增强。目前市场上有名的产品有美国CV的CADDS系统、原Calma公司的DDM系统、PTC公司的Pro/ENGINEER系统等。有了图形系统作为支撑软件，CAD系统开发人员可以集中力量解决面向本专业的设计问题，并获得强有力的图形处理功能的支持，使所开发的专业系统更臻完美。近年来，有些生产图形系统的软件公司，为了适应造船行业的需求，也开发了可为船舶设计直接应用的软件产品，如CV公司推出的CV HULL（船型与结构设计），CV CST（钢结构设计）。这些软件组合了CADDS的核心软件而构建出一个船舶CAD系统。

随着计算机技术的不断发展，微机性能的不断提高，过

去只能在大型机，中型机上运行的CAD系统有向微型机上移植的趋势，CAD系统也开始向专业化方向发展。国内的部分船厂和研究所以大型船舶CAD系统为支撑平台，开发使用具有本厂（所）特色的小型CAD系统。如广船国际以TRIBON为支撑平台开发了GSI－CAD/CAM系统；708所以美国Auto-trol公司的S7000 13.0 CAD系统为平台开发了CASIS－II系统。这些微机版本的船舶CAD系统投资少故而很易推广。随着微机性能的提高，开发的船舶CAD系统功能区愈来愈强，潜力很大，发展前景广阔。

二、型线三维设计平台的设计与实现

本设计平台设计的总体思想是采用Visual Basic 6.0编程实现菜单、计算、修改、校核等功能，生成接口文件，利用Pro/ENGINEER 的三维建模功能对设计船进行立体效果实现。

1．Visual Basic 6.0 和Pro/ENGINEER概述

Microsoft公司推出Visual Basic 6.0提供了开发基于Microsoft Windows的应用程序最迅速、最简捷的方法。它是一种可视化的、面向对象和驱动方式的结构化高级程序设计语言，可用于开发Windows环境下的各类应用程序。Visual basic提供可视化设计工具，发人员不必为界面设计而编写大量程序代码。只需要按设计要求的屏幕布局，用系统提供的工具，在屏幕上画出各种“部件”，即图形对象，并设置这些图形对象的属性，应用面向对象的程序设计方法（oop），用户只需要编写少量程序代码就可以实现强大的功能。Visual Basic有很强的数据库管理功能可以直接建立或者处理Microsoft Access格式的数据库，还能直接编辑和访问其他外部数据库，如Btrieve，dBASE，FoxPro，Paradox等。VisualBasic所提供的动态连接库（DLL）功能使其能够像调用内部函数一样调用其他语言编写的函数，还可以调用Windows应用程序接口（API）函数，实现SDK所具有的功能。这些特点使得Visual Basic语言易于掌握，而老用户可以通过编写少量程序代码编写出功能强大的程序。同时运用Visual Basic开发的程序，有良好的用户界面，容易被客户所接受。

收稿日期：2006-3-1

作者简介：杨 磊 华中科技大学交通学院船海系 （430074）

玻璃钢游艇三维型线设计平台的开发

第4期 杨 磊等：玻璃钢游艇三维型线设计平台的开发 21

美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，即PTC）开发的Pro/ENGINEER是世界上最成功的CAD软件之一，是全球CAID/CAD/CAE/CAM/PDM领域最具代表性的著名软件公司，是世界第一大CAD/CAE/CAM软件公司。其软件产品的总体设计思想体现了MDA（Mechanical Design Automation，即机械设计自动化）软件的新发展，它所采用的新技术与其他MDA软件相比具有较大的优越性。2002年春，PTC推出了Pro/ENGINEER 2001，它和该公司的另外一个软件Pro/MECHANICA以及其他的一些模块相互配合使用，可以实现零件设计，零件装配，模具开发，数控加工，铸造设计，造型设计，逆向工程，自动测量，机构仿真，应力分析，产品数据管理等功能。下面简要介绍一下Pro/ENGINEER 2001比其他同类软件优越的地方。

（1）单一数据库

Pro/ENGINEER是建立在统一基层上的数据库上，不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户能够为同一件产品进行造型设计，而不管他是哪一个部门的。也就是说，在整个设计过程中任何一处发生的改动都可以相应的反映在整个设计过程的每一个相关环节上。使得有多人对同一产品进行协作设计时变得很容易，产品的质量也能得到很好的保证。

（2）基于特征的参数化设计

Pro/ENIGNEER采用用户所熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先的设置很容易地进行修改。例如，模型设计中的特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。在装配、加工、制造以及共他学科中也都用到了这些领域的特征。通过给这些特征设置参数（包括几何尺寸和非几何参数），然后修改参数，可以容易地进行多次设计迭代，实现序列产品的开发。这一特殊功能给工程设计者提供了一种更加简易和灵活的设计手段。

（3）全相关性

全相关性是指Pro/ENIGNEER的所有模块都是相关的，它是由单一数据库来保证的。这就意味着在开发产品时在某—模块中进行的修改能够扩展到整个设计中，同时能够保证工程文档的自动更新，包括装配图、设计图纸，以及制造数据的更新。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，它能够保证修改时不会产生任何损失，并能够进行并行工程，所以它可以使开发后期的一些功能提前发挥作用。

（4）分布式计算

Pro/ENIGNEER的所有模块可以把建模技术中比较复杂的设计求解和综合问题分析，分散到互联网上任意多的台式计算机或数据中心服务器上，进行并行处理，这样可以用更短的时间获得更好的设计结果，提高了设计的效率

（5）形状索引

系统特有的形状特征和搜索技术能让用户在数秒钟内找到以前曾经建立的相似设计，而不管设计是由何人在何处建立的。建立在形状索引功能之上的形状比较技术，能够提供对几

何差异的即时图形反馈，有助于产品开发组成员理解一个零件是如何改变的，或者与相似零件的区别，能够节省大量的时间。

（6）图形预览功能

图形预览功能就是让用户在调用零件、装配或图纸时，可以预览即将调用的零件、装配或图纸。这样可以避免在寻找一个已经创建的零件或装配时，从几十甚至上百个零件、装配或图纸中去不停地打开或者关闭一个又一个窗口进行搜索的繁琐过程。

（7）多种专用模块及测量工具

Pro/ENIGNEER提供了相当多得专用设计模块，如它提供了模具设计模块，钣金设计模块，装配模块，数据管理模块，渲染模块。应力分析模块等等，还提供了专用的设计工具，如布线，管道，槽等。它所提供的测量工具能够使设计者随时检查产品的设计质量，如能够方便的测量曲面的高斯曲率，面积等；输入必要的参数能够迅速计算零件的质量，体积，表面积，惯性矩，重心等等。使用户能够快速设计高质量的产品。

（8）二次开发功能

Pro/ENIGNEER是一个开放的系统，为用户提供了丰富的二次开发工具。通过 Pro/Family Table能够进行系列产品开发，Pro/Program通过输入参数能快速创建新的零件，Pro/UDF使是用户可以方便的尽心自定义。Pro/ENIGNEER还提供了一个专门的客户华二次开发软件包Pro/ToolKIT，它提供了大量的 C 语言库函数，能够使外部应用程序（客户应用程序）安全有效地访问 Pro/Engineer 的数据库和应用程序。通过C语言编程及应用程序与 Pro/Engineer 系统的无缝集成，客户和第三方能够在 Pro/Engineer系统中添加所需的功能。

（9）方便的数据交换功能

Pro/ENGINEER能够与现有的大多数CAD系统进行数据交换，如现在比较流行的AutoCAD、CATIA、UG、CADDS 5i、ICEM Surf CDRS等等。而改进后的相关拓扑总线(ATB)技术，提高了Pro/ENGINEER与这些CAD系统之间的数据交换和更改发布的效率。

程序编制和实现过程 （1）系统工作环境

运行平台：Microsoft Windows 2000/2003/xp 需要组件：Microsoft Office2000或者更高版本 Visual Basic 6.0 Pro/ENGINEER 2001

运行条件：CPU Inter1.0或以上 RAM：256M或以上 （2）系统具体功能

目前本系统主要用于玻璃钢游艇船体型线的绘制，生成，以及三维建模，可实现如下功能：

① 输入船舶长度，宽度，高度船首至10站的长度，船首至基线的高度。舭部升高至中纵剖线交点距10站的水平距离，即可生成经过光顺计算修改后型值表；

② 根据玻璃钢游艇设计规范，对设计船舶进行尺度规范校核；

玻璃钢游艇三维型线设计平台的开发

22 《中 国 水 运》理 论 版 第4卷 ③ 利用Pro/ENGINEER 生成设计船的立体图形； ④ 在Pro/ENGINEER 对设计船建模，并可根据要求生成相应的剖面线和型值。

（3）程序流程

① 打开平台主菜单，创建新项目后，

点击主菜单上的“设计任务书”即可出现如下界面。 在界面中，可以选择折角线型艇/圆舭艇；航行区域；海船/内河船；

以及船舶主要尺度如船舶总长，水线长，船宽，型深，船艏到第10站距离，船艏到基线高度，舭部升高到倾斜首柱的水平距离。

点击“保存”之后，弹出如下对话框提示成功。

（2）型线生成

在主尺度校核完毕之后就可以进行型线生成。点击主菜单中“型线生成和绘制”下拉菜单中的“型线生成”

出现如上界面后，点击“型线生成”按钮，即可根据母型船计算出新的型值表

建模成功之后，可以很迅速度做出对该游艇的任意剖图，自然也可很方便地得到经过光顺后的肋骨线型图及其型值表，使游艇制造厂免去船体放样这一传统地工艺过程，直接制作胎架肋板。

本程序平台预留了静水力计算、总布置设计、螺旋桨设计、外观及室内装饰设计，结构设计，稳性计算等程序接口，可以方便地与主平台结合起来。

本设计系统是一个开放式的程序系统，要求有丰富原始资料数据。新设计船的性能好坏在很大程度上依赖于母型船的性能。这就需要尽可能的扩充优秀母型船的数量，添加母型船的数据库。

参考文献

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[7] 门槛创作室.Visual Basic 6.0 实例教程.北京.电子工业出

版社.1999.

（3）三维建模

打开Pro/ENGINEER2001程序，调出对应的设计船数据文件，即可得到三维建模图。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ksnm.html