汪 骥， 帅 涛， 刘玉君， 李 瑞

(大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室， 辽宁 大连 116024)

Tribon环境下船体分段拼板图自动设计方法研究

汪 骥， 帅 涛， 刘玉君， 李 瑞

(大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室， 辽宁 大连 116024)

船体分段拼板图设计是船舶建造生产设计中的重要内容，目前主要依靠人工绘制，效率较低。基于Tribon的GEN文件对分段拼板图自动设计方法展开了研究，通过提取拼板图设计必需的图形信息并进行自动区域划分和定义，确定各类型数据间的相互逻辑关系。在此基础上，确定各类标注尺寸的自动计算方法，实现分段拼板图的自动设计，不仅能够提高拼板图设计的准确性，而且能够提高拼板图的设计效率。

Tribon环境 分段拼板图 自动设计 GEN文件

1 引言

在船舶分段建造过程中，各类平直板材(如：内底板、甲板、平台板、舱壁、围壁及部分外板)均需要进行预先拼板作业[1]。拼板图是拼板作业的实施依据，是分段生产设计中的重要设计资料[2]，拼板图一般包含图形和标记两类信息，其中标记信息可分为以下三类：拼板外形尺寸；划线、构件装配定位尺寸；坡口位置和尺寸。目前，拼板图主要由设计人员利用CAD软件绘制完成。根据国内船厂目前设计水平，一张拼板图的设计工作需多个设计工时，效率较低，重复性设计工作内容较多。而利用TRIBON进行“分段拼板图”出图工作，相比CAD的优势在于能及时更新结构数据[3]。因此，本文研究了分段拼板图的参数化设计方法并开发相应的软件程序，能够提高分段拼板图的设计效率。

本文从Tribon的GEN文件中直接提取拼板图，确定自动设计的技术方案。通过研究GEN文件的数据格式及分段拼板图中需要表达的图形信息类型，确定GEN文件中导入的数据段，并对划线信息等进行自动区分和定义。在外轮廓线和划线分类定义的基础上，确定各类型数据间的相互逻辑关系，在此基础上，研究各类标注尺寸的自动计算方法，包括拼板图的总外轮廓尺寸、单个外板的外轮廓尺寸、坡口尺寸和拼板图对角线尺寸等标注尺寸，最终实现分段拼板图的自动设计。

2 分段拼板图自动设计方法研究

分段拼板图中包含的数据信息较为丰富[4，5]，不仅包含外板构件形状、尺寸和相互位置、内孔的形状、尺寸和位置等，还包含坡口位置、定位线、装配线、对角线等数据信息。在Tribon的GEN文件中包含单个外板的形状尺寸、坡口、装配线、定位线等原始信息，如果从GEN文件中提取这些原始信息，并对这些原始信息理行整理、分类和二次开发计算，可以实现分段拼板图的自动设计[6]。

因此，本文对分段拼板图自动设计方法的研究技术路线如图1所示，需要解决的关键技术是从GEN文件的原始信息中提取与拼板图相关的数据原始信息进行整理和分类，以及对标注尺寸和位置的判断和计算。拼板图外轮廓和内孔的信息可以从GEN文件中原始切割路径得到，坡口、装配线、定位线等信息从Marking_Data数据段获得[7，8]，但是必须根据需要进行整理，例如根据Marking_Type的类型，对“STIFFENER扶强材”、“PANEL”、“PANEL_GSD”、“OTHER_EXTERNAL_MARKIN”、“BASE_LINE”、“CORNER_GSD”、“HOLE”等进行区分和定义。标注尺寸和位置可以根据上面定义的数据类型之间的逻辑关系进行判别和计算。

图1 分段拼板图自动设计技术路线

3 拼板图中外轮廓线和划线自动分类定义

Tribon系统生成的GEN文件是以切割指令编码形式写成的原始切割文件，包含切割线和划线信息[9]。根据GEN文件编码中具有开始和结束关键字的特点，通过判断BURNING_DATA和END_OF_BURNING_DATA之间的内容可以得到每个外板构件的外轮廓线和内孔线的信息，通过MARKING_DATA、START_OF_CONTOUR、END_OF_CONTOUR 和END_OF_MARKING_DATA之间的内容可以得到划线的信息。

由于拼板图中的每条线段都有特定的含义，通过分类，拼板图中主要涉及的线段类型有“OUT_OF_CONTOUR”、“STIFFENER”、“PANEL”、“PANEL_GSD”、“OTHER_EXTERNAL_MARKING”、“BASE_LINE”、“CORNER_GSD”、“HOLE”等。每种类型的线段在拼板图中既有纵向的线段也有横向的线段，而且每种类型的线段对后期标注尺寸和标注位置的计算具有重要影响。因此，需要对拼板图中每种类型的线段进行判别和分类提取整理。

“STIFFENER”、“PANEL_GSD”、“OTHER_EXTERNAL_MARKING”、“PANEL”、“BASE_LINE”、“CORNER_GSD”等类型的线段主要包含在GEN文件的“MARKING_DATA”数据段中，提取算法流程如图2所示。按行读取GEN文件数据直至读取到“MARKING_DATA”字段，然后依次读取至“MARKING_TYPE”字段，提取出线段类型，打开相应的存储结构数组；往后继续读取行字段直至“START_OF_CONTOUR”，将其后读取的行字段数据依次存入打开的结构数组中，直至“END_OF_CONTOUR”结束。

外轮廓“OUT_OF_CONTOUR”和内孔“HOLE”数据主要包含在GEN文件的“BURNING_DATA”数据段中，提取算法流程如图3所示。按行读取GEN文件数据直至读取到“BURNING_DATA”字段，然后依次读取至“OUTER_CONTOUR”或者“HOLE”字段；往后继续读取行字段直至“BEVEL_DATA”，将其后读取的行字段数据依次存入打开的结构数组中，直至“END_OF_BEVEL_DATA”结束。

图2 “MARKING_DATA”提取算法流程

图3 “BEVEL_DATA”提取算法流程

4 标注尺寸的自动计算方法

标注尺寸和标注位置的自动计算是本文的关键技术，通过对拼板图标注要求进行分析，总结归纳标注的类型如下。

(1) 外板构件的尺寸标注：主要标注每个外板构件的长宽尺寸，一般外板长度标注在整个拼板图的上边，外板宽度标注在整个拼板图的左边。

(2) 划线位置的尺寸标注：主要对“OTHER_EXTERNAL_MARKING”和“BASE_LINE”两种划线位置进行标注，一般标注在整个拼板图的下边和右边。

(3) 坡口线的标注：对坡口线位置进行标注，一般距离外板构件外轮廓一定范围内，且在GEN文件中为“OTHER_EXTERNAL_MARKING”。

(4) 对角线标注：有两类对角线，一类是整个拼板图的对角线，一类是每列外板构件组成的板列对角线。

4.1 拼板图角点计算

在整个拼板图中，每列外板构件的外轮廓线的长边和宽边可能不在一条水平线或者一条垂直线上，从GEN文件读取的数据坐标上会有一些微小的差别，由于标注的定位需要以整个拼板图的四个角点作为基准，因此必须对拼板图的四个角点进行判别。

假设拼板图四个角点分别为PLD、PRD、PRU、PLU，如图4所示。通过对读取的所有点的坐标，可以计算出整个拼板图X方向的最大值和最小值，以及Y方向的最大值和最小值。利用这些值，可以得到表征整个拼板图范围的四个角点的位置坐标，如图4中的P1、P2、P3、P4。

因为外板列板在水平方向和垂直方向只存在微小的差别。因此，对拼板图上所有的点进行计算，距离P1点最远的点即为PRU，距离P2点最远的点即为PLU，同理可以得到PLD、PRD的点坐标。

图4 拼板图角点计算示意图

4.2 外板构件尺寸标注的计算

以四个角点的X坐标和Y坐标为基准，就能判断出整个拼板图外轮廓线上边和左边的组成线段，这些线段的长度就是标注的长度，根据这些线段的位置，就能计算出标注的位置。

以上边计算为例，如图5所示，首先循环读取外板构件的外轮廓结构数组，判断每组线段起始点和终点的Y坐标值是否都等于PLU或PRU点的Y坐标值。如果符合条件，则该线段为拼板图外轮廓上边的组成线段，将这些线段的信息存入外轮廓尺寸上边标注的结构数组。

外轮廓左边线段的计算方法类似，只要判断每组线段起始点和终点的X坐标值是否都等于PLU或PLD的X坐标值即可。

图5 外板构件尺寸标注计算(上边)

4.3 划线位置的尺寸标注计算

划线的标注主要是对“OTHER_EXTE-RNAL_MARKING”(不含非坡口线)和“BASE_LINE”的位置进行计算。

如图6所示，这类划线的位置只需循环读取“OTHER_EXTERNAL_MARKING”(不含非坡口线)和“BASE_LINE”的结构数组，判断每组线段起始点和终点的Y坐标值相同的即为水平线段，X坐标值相同的即为垂直线段。

图6 划线位置尺寸标注计算流程

对于水平线段，判断起始点或者终点的X坐标，其中是否有一个等于PRD或者PRU的X坐标。如果符合判别条件，即表征该线段为需要标注的划线，根据这些线段的信息可以计算出该标注位置和标注尺寸。

对于垂直线段，判断起始点或者终点的Y坐标，其中是否有一个等于PLD或者PRD的Y坐标。如果符合判别条件，即表征该线段为需要标注的划线，根据这些线段的信息可以计算出该标注位置和标注尺寸。

4.4 坡口线的标注计算

循环读取“OTHER_EXTERNAL_MARKING”的结构数组，先判断每组线段属于水平线段或者垂直线段。对于水平线段，判断其Y坐标距离四个角点的Y坐标是否等于坡口大小；对于垂直线段，判断其X坐标距离四个角点的X坐标是否等于坡口大小，将符合判别条件的线段信息记录下来，根据这些线段的信息可以计算出该标注位置和标注尺寸。

4.5 对角线的标注计算

循环读取坡口线标注的结构数组，计算得到水平线和垂直线的交点坐标。通过判断交点坐标和外轮廓的相对位置，确定对角线的起始点和终点，两点间的距离即为对角线标注尺寸。根据这些线段的信息可以计算出该标注位置和标注尺寸。

5 分段拼板图自动设计系统开发

采用上述分段拼板图的设计方法，本文使用VB2008开发软件系统。系统框架如图7所示，从Tribon的GEN文件中提取拼板图各类线型的信息，并对需要的标注位置和标注尺寸进行计算。根据计算结果，生成拼板图的DXF文件，实现分段拼板图的自动设计。如图8所示，拼板图表达的图、线、标注、文字内容完整，且出图速度快，一张拼板图的所有操作在10s内就能全部完成，显著提高了出图效率。由于图形绘制、标注尺寸计算等都由程序自动实现，除了能够避免人工绘制平板图可能出现的错误，还能对拼板构件原始数据错误进行报警。

图7 拼板图自动设计系统框架

图8 拼板图自动设计

6 结论

基于Tribon的GEN文件，本文对于分段拼板图自动设计方法进行了研究，解决了图形线段类型自动判别分类和标注尺寸自动设计等方面的问题。实现分段拼板图的自动绘制，不仅能够提高拼板图设计的准确性，而且能够提高拼板图的设计效率，缩短工时，提高经济效益。

[1] 李宁. 船舶制造平面分段流水线作业优化应用与研究[D]. 上海：上海交通大学,2007.

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[9] 杜秋实. TRIBON系统的船体零件切割路径优化算法的研究及其软件设计[D].上海：上海交通大学,2009.

Research on Automated Design Method of Hull Block Plate Alignment Plan under Tribon Environment

WANG Ji, SHUAI Tao, LIU Yu-jun, LI Rui

(Dalian University of Technology, State Key Laboratory of Structural Analysis of Industrial Equipment, Dalian Liaoning 116024, China)

During the procedure of shipbuilding production design, the hull block plate alignment plan is quite important, which primarily depends on manual work, resulting in low efficiency. In this paper, the automated design method is studied based on the GEN files of Tribon. The necessary graphic information of plate alignment plan design is extracted, then regionalized and defined automatically, to determine the logical relationship between all types of data. On this basis, the automated computing method for various dimensioning is obtained, realizing the automation design of hull block plate alignment plan, which can improve both the accuracy and the efficiency of plate alignment plan design.

Tribon environment Hull block plate alignment plan Automation design GEN files

工信部高技术船舶科研项目“采用液压升降装置的近海风电设备安装船关键技术研究”资助。

汪 骥(1978-)，男，副教授。

U662

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