一种基于AutoCAD和PDM的船舶总图数字化设计方法与流程

本发明属于船舶数字化设计领域，涉及一种基于autocad和pdm的船舶总图数字化设计方法。

背景技术：

在船舶总体设计过程中，由于舱室数量较多，舱室的几何外形比较复杂，有些舱室跨越多层甲板，有些舱室的舱顶与舱底几何外形不一致，在每一版总图发布过程中，为了熟悉与甲板、舱室相关的各项设计参数，需要统计汇总全船的舱室面积、容积，同时还需要了解舱室在甲板中的位置信息，大量的计算严重影响了专业设计人员的工作效率。

目前，总体专业的设计人员主要是基于autocad开展二维总图的管理与发布，但是在总图的管理与发布过程中主要是基于文档的管理，缺少针对甲板、舱室的几何参数、编号、位置信息的数字化管理，无法自动获取各个舱室的面积、容积等几何信息，严重影响了各个专业设计人员的工作效率，同时还降低了船舶的研制质量。

因此，为了提升船舶设计人员的工作效率，同时提高船舶的研制质量，我们需要一种新的方法在autocad中完成船舶总图的设计工作。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种基于autocad和pdm(产品数据管理系统)的船舶总图数字化设计方法，能够解决船舶总体设计过程中总布置数据处理工作烦琐、总布置数据缺乏有效管理、设计效率低下的问题。

一种基于autocad和pdm的船舶总图数字化设计方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、在pdm接口数据提交系统中新建船舶型号产品；

步骤二、在pdm接口数据提交系统中，根据产品的水密区甲板组成、总体设计要求分别创建区域结构树、甲板空间位置和舱室空间位置的接口关系；

步骤三、在autocad的加载应用程序的启动组中添加cad与pdm的数字总图集成程序，每次启动autocad将自动加载程序并启动“pdm(gd)”功能菜单，“pdm(gd)”功能菜单中包括：“总布置图基本信息”、“批量发布舱室数据到pdm”、“批量发布甲板数据到pdm”、“动态加载舱室”、“继续发布舱室数据到pdm”；

步骤四、在autocad中新建总图，通过步骤三中的功能菜单“总布置图基本信息”设置总图的基本信息，基本信息包含：产品代号、设计阶段、版本、基点x和基点y；

步骤五、在甲板图层中用多段线分别绘制各层甲板，多段线表示甲板的几何边界，在“编辑甲板”模式下，单击多段线即可对甲板的设计数据进行设置，甲板的设计数据以扩展数据格式通过程序保存在多段线中；

步骤六、在舱室图层中用多段线分别绘制各个舱室，多段线表示舱室的几何边界，判断舱室所属的甲板，在“编辑舱室”模式下，单击多段线即可对舱室的设计数据进行设置，舱室的设计数据以扩展数据格式通过程序保存在多段线中；

步骤七、利用数字总图集成程序完成总图的绘制后，通过步骤三中的功能菜单“批量发布甲板数据到pdm”，即可将总图中的甲板数据发布到pdm；

步骤八、通过步骤三中的功能菜单“批量发布舱室数据到pdm”，即可将该总图中的舱室数据发布到pdm；

步骤九、完成总图数据的发布后即可通过步骤三中的功能菜单“动态加载舱室”将pdm中的甲板、舱室数据下载到本地，并自动还原总图；

步骤十、通过步骤九加载总图后，即可通过步骤五、步骤六对总图中的甲板、舱室数据进行修改，并可通过步骤七、步骤八再次发布新的总图数据；

自此，就完成了基于autocad和pdm的船舶总图数字化设计。

进一步地，所述步骤六中判断舱室所属的甲板是基于cauchy定理和cauchy积分公式，即在二维平面中，通过一个点与多边形顶点连线的俯角进行运算，根据运算的结果可判断该点是否在封闭多边形内部。

进一步地，所述步骤五和六中甲板、舱室多段线中保存的设计数据中不含产品信息，总图的产品代号、设计阶段等信息在“总布置图基本信息”中设置，通过修改“总布置图基本信息”，总图具有可复用性。

进一步地，所述步骤九中总图的发布权限通过pdm中的产品团队模块进行管理，所有专业的设计人员均可以通过加载数字总图下载总图的设计数据，仅总体专业的设计人员具有发布总图数据的权限，设计人员每次启动autocad通过集成程序与pdm进行数据交互时，pdm会要求设计人员输入帐号、密码进行身份验证。

进一步地，舱室数据的发布支持断点续传，通过步骤三中的“继续发布舱室数据到pdm”功能菜单实现。

有益效果：

本发明的方法解决了船舶总体设计过程中总布置数据处理工作烦琐、总布置数据缺乏有效管理、设计效率低下的问题，使得autocad二维总布置图与pdm数据高度集成，针对船舶中甲板、舱室的名称、编号、几何信息实现了数字化管理，具备自动提取全船舱室的面积、容积、周长等功能，并对建数字化总图进行版本管理，为装置、船舶保障、电力等系统的自动设计、提升船舶总布置信息的综合分析能力、自动识别设备的舱室信息、自动提取设备的重量重心、自动布置设备三维模型奠定了基础。

附图说明

图1为本发明基于autocad和pdm的船舶总图数字化设计方法流程图；

图2是沿着复平面中有向线段的积分；

图3是俯角运算中点a在封闭多边形ω内部；

图4是俯角运算中点a在封闭多边形ω外部。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种基于autocad和pdm的船舶总图数字化设计方法，如附图1所示，该方法实现的步骤如下：

步骤一、管理员在pdm接口数据提交系统中新建船舶型号产品product_n；

步骤二、管理员根据产品product_n的水密区、甲板的组成在pdm接口数据提交系统的区域浏览器中创建区域结构树；

步骤三、根据船舶总体设计要求，总体专业在pdm接口数据提交系统的接口协调定义模块中定义产品product_n的“舱室空间位置”接口关系，它包含接口属性：底、顶、舱室底面积、舱室顶面积、舱室层高、容积、周长、舱底z坐标、舱顶z坐标、舱顶附近的甲板名称；

步骤四、根据船舶总体设计要求，总体专业在pdm接口数据提交系统的接口协调定义模块中定义产品product_n的“甲板空间位置”接口关系，它包含接口属性：甲板序号、甲板z坐标、甲板层高、底、甲板基点x坐标、甲板基点y坐标；

步骤五、在autocad的加载应用程序的启动组中添加定制开发的cad与pdm的数字总图集成程序“des-gd.dvb”与“des-gd.lsp”，每次启动autocad将自动加载程序并启动“pdm(gd)”功能菜单，“pdm(gd)”功能菜单中包括：“总布置图基本信息”、“批量发布舱室数据到pdm”、“批量发布甲板数据到pdm”、“动态加载舱室”、“继续发布舱室数据到pdm”；

步骤六、总体专业的设计人员在autocad中新建总图文件“product_n_general.dwg”，通过步骤五中的功能菜单“总布置图基本信息”设置总图的基本信息，包含：设置产品代号“product_n”、设置设计阶段“技术设计”、设置版本“1.0”、设置基点(通过鼠标点选确定基点x坐标、基点y坐标)等信息；

步骤七、每层甲板用一个多段线进行描述，多段线表示甲板的几何边界，甲板的设计数据以扩展数据格式通过程序保存在多段线中，甲板多段线的扩展数据格式如下表：

表1甲板多段线的扩展数据格式

步骤八、总体专业的设计人员在甲板图层“szzt_jiaban”中，用多段线分别绘制总图中的各层甲板，在“编辑甲板”模式下(快捷键：在autocad中输入bjjb)，单击甲板，即可对甲板的序号、编号、名称、z坐标、甲板层高、甲板基点x坐标、甲板基点y坐标等信息进行设置；

步骤九、每个舱室用一个多段线进行描述，多段线表示舱室的几何边界，判断舱室所属的甲板，可通过基于cauchy定理和cauchy积分公式的算法实现，舱室的设计数据以扩展数据格式通过程序保存在多段线中，舱顶多段线与舱底多段线的扩展数据格式如下表：

表2舱底多段线的扩展数据格式

表3舱顶多段线的扩展数据格式

步骤十、总体专业的设计人员在舱室图层“szzt_cangshi_bottom”中，用多段线分别绘制总图中的各个舱室，在“编辑舱室”模式下(快捷键：在autocad中输入bjcs)，单击舱室，即可对舱室的编号、名称、舱顶z坐标、舱底z坐标、舱顶附件的甲板名称等信息进行设置；

步骤十一、总体专业的设计人员利用集成程序完成总图的绘制后，通过步骤五中的功能菜单“批量发布甲板数据到pdm”，即可将该总图中的甲板数据通过集成程序和步骤四中已定义的“甲板空间位置”接口关系发布到pdm的区域浏览器中；

步骤十二、总体专业的设计人员通过步骤五中的功能菜单“批量发布舱室数据到pdm”，即可将该总图中的舱室数据通过集成程序和步骤三中已定义的“舱室空间位置”接口关系发布到pdm的区域浏览器中；

步骤十三、总体专业的设计人员在完成总图数据的发布后，所有专业的设计人员即可通过步骤五中的功能菜单“动态加载舱室”将pdm区域浏览器中的甲板、舱室数据下载到本地，并自动还原总图(将甲板的几何信息加载到“szzt_jiaban”图层，将舱室的几何信息加载到“szzt_cangshi_bottom”图层，同时将pdm中甲板、舱室的接口数据通过扩展数据保存在甲板、舱室的边界线中)；

步骤十四、总体专业的设计人员通过步骤十三加载总图后，即可通过步骤七、步骤八、步骤九、步骤十对总图中的甲板、舱室数据进行修改，并可通过步骤十一、步骤十二再次发布新的总图数据；

步骤十五、所有专业的设计人员通过步骤十三加载总图后，就可以利用总图开展设计工作，可以实现自动识别设备的舱室信息、自动提取设备重量重心、自动开展设备三维模型的布置等功能。

判断舱室(由多段线表示)所属的甲板(由多段线表示)，该算法基于cauchy定理和cauchy积分公式，即在二维平面中，通过一个点与多边形顶点连线的俯角进行运算，根据运算的结果可判断该点是否在封闭多边形内部。

如图2所示，在复平面中的有向线段γ从到

函数在有向线段γ上的积分满足：

在二维平面中，要判断点a是否在封闭多边形ω中，以a为原点构建复平面，θt为原点与多边形ω各顶点连线的幅角，设封闭多边形ω的内部为d，有以下两类情况：

(1)如附图3所示，点a在封闭多边形ω内部，考虑复平面的常值函数f(z)＝1，则函数f(z)在ω围成的区域中解析，即由于原点a∈d，根据cauchy积分公式，

因此，

综合上面的推理，得到

由于，θt与rt均为实数，所以，

(2)如附图4所示，点a在封闭多边形ω外部，函数在ω围成的区域中解析，

即根据cauchy定理，

因此，

综合上面的推理，得到

由于，θt与rt均为实数，所以，

综上所述，我们可以得到如下的结论：

当∑t(θt+1-θt)＝2π时，点a在封闭多边形ω内部；

当∑t(θt+1-θt)＝0时，点a在封闭多边形ω外部。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。