一种基于CAA开发的环形管快速建模方法和系统

技术领域

本发明属于环形管建模技术领域，具体涉及一种基于CAA开发的环形管快速建模方法和系统。

背景技术

近年来，随着国家及各省市大力支持船舶制造业的发展，我国造船行业规模不断壮大。船舶管路系统设计作为船舶详细设计过程中的重要组成部分，占据了超过50%的设计工时。管路建模效率与建模质量的提高，对船舶制造业竞争力具有重要的工程意义。

自20世纪80年代以来，数字化技术凭借以法国达索公司的CATIA软件系统为代表的CAD软件得到了巨大的发展，各制造企业使用CAD软件开展全部零件三维数字化设计、数字化预装配和工装设计等，使产品的设计和制造从观念到技术上实现新的飞跃。CATIA软件系统凭借丰富的功能模块及较强的兼容性被国内外各制造企业广泛应用，也是目前国内船舶、汽车及航空等行业的主流CAD软件之一。

环形管路的设计在水下产品中使用非常频繁，且具有建模流程复杂、精度要求高的特点。现有技术中设计环形管方案主要有三种：（1）使用CATIA V6的原生管路设计功能，通过不断地定义管路弯曲角度及直管段长度，来实现环形管的建模。此种方法需提前根据设计需求，进行管路弯曲角度及直管段长度的计算，消耗大量时间，且难以按设计人员的需求进行精确建模。（2）预先利用CATIA V6的草图绘制功能，对管路预设路径的弯点进行描点，然后使用CATIA V6原生管路设计功能中的点拾取功能，通过不断地拾取弯点实现环形管的建模。此种方法虽然能按设计人员的需求进行环形管的建模，但是草图不具备通用性，且绘制过程较为繁琐，一旦设计需求变化，就需要重新绘制草图，消耗大量时间。（3）通过人工智能的管路自动设计设计环形管。此种方法无法按设计人员意图进行精确建模，建模后的数据与实际需求偏差较大。

因此，如何解决现有技术中不能环形管快速、精确建模，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

为实现本发明目的提供的一种基于CAA开发的环形管快速建模方法和系统，该方法包括：

步骤1：建立全船坐标系模型，根据所述全船坐标系建立船体结构背景模型，再根据所述结构背景模型确定船体结构背景曲面模型；

步骤2：根据所述船体结构背景曲面模型，通过CATIA的CAA底层接口，确定环形管的x轴方向和z轴方向上的平面草图以及环管中心线与结构背景曲面之间的偏移距离s，并根据所述平面草图与所述结构背景曲面相交形成的圆，确定建立环形管的数据；

步骤3：根据所述环形管的数据，通过CATIA中的管路原生点拾取设计功能，确定所述环形管模型。

在其中一些具体实施例中，所述步骤2中确定环形管的x轴方向和z轴方向上的平面草图包括：设定所述环形管所在的x值或z值，确定所述环形管的位置，根据所述环形管的位置创建平面草图。

在其中一些具体实施例中，所述步骤2还包括：根据所述平面草图上提取对应平面与所述船体结构背景曲面模型相交形成的圆的位置，确定圆的半径r以及圆心坐标。

在其中一些具体实施例中，所述步骤2还包括：根据所述环形管中心线与所述船体结构背景曲面模型之间的偏移距离s以及所述圆的半径r，确定所述环形管的半径

在其中一些具体实施例中，所述步骤2还包括：根据所述圆心坐标、环形管半径

在其中一些具体实施例中，所述步骤2还包括：根据各点和所述圆心坐标的连线与所述船舯线的偏移角度θ

在其中一些具体实施例中，所述步骤3还包括：根据所确定的n个点的位置，通过CATIA中的管路原生点拾取设计模式，确定所述环形管模型。

在其中一些具体实施例中，所述步骤2还包括：根据确定的x值，在x向创建YZ平面草图；根据确定的z值，在z向创建XY平面草图。

在其中一些具体实施例中，第i个点的坐标为（(r-s)*sinθ

一种基于CAA开发的环形管快速建模系统，包括：

背景构建模块，建立全船坐标系模型，根据所述全船坐标系建立船体结构背景模型，再根据所述结构背景模型确定船体结构背景曲面模型；

平面图设计模块，根据所述船体结构背景曲面模型，通过CATIA的CAA底层接口，确定环形管的x轴方向和z轴方向上的平面草图以及环管中心线与结构背景曲面之间的偏移距离s，并根据所述平面草图与所述船体结构背景曲面模型相交形成的圆，确定建立环形管的数据；

环形管生成模块，根据所述环形管的数据，通过CATIA中的管路原生点拾取设计功能，确定所述环形管模型。

通过应用以上技术方案，有益效果如下：

本发明的一种基于CAA开发的环形管快速建模方法和系统通过预先建立全船坐标系和船体结构背景曲面模型，还通过CATIA V6的CAA底层接口确定环形管模型，大大提高了其三维建模的效率和精度，能够在保证产品整体设计精度的同时大幅度缩短产品的生产时间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提出的一种基于CAA开发的环形管快速建模方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提出的一种基于CAA开发的环形管快速建模方法通过CATIAV6建模过程的实际操作图；

图3是本发明实施例提出的一种基于CAA开发的环形管快速建模方法的平面草图示意图；

图4是本发明实施例提出的一种基于CAA开发的环形管快速建模方法的环形管建模效果图；

图5是本发明实施例提出的一种基于CAA开发的环形管快速建模方法的人机交互效果图；

图6是本发明另一实施例提出的一种基于CAA开发的环形管快速建模系统的结构示意图。

附图中，1为第一个点；2为船体结构背景曲面模型；3为环形管中心线；4为环向分布的n个点；5为船体结构背景模型；6为环形管模型；7为船舯线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴线”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“衔接”、“铰接”等术语应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本申请实施例提供了一种基于CAA开发的环形管快速建模方法，参照图1所示，包括：

步骤S101：建立全船坐标系模型，根据所述全船坐标系建立船体结构背景模型5，再根据所述结构背景模型确定船体结构背景曲面模型2。

在本发明一些具体实施例中，参照图2所示，在产品的物理结构树上建立全船坐标系以及结构背景曲面，以全船坐标系和结构背景曲面。

此步骤建立完成后，可以重复使用船体结构背景曲面模型，不需要每次都重新建立，能够有效地提高环形管建模的速度，减少建模过程中步骤的冗余。

步骤S102：根据步骤S101中获取得船体结构背景曲面模型2，通过CATIA V6的CAA底层接口，确定环形管的x轴方向和z轴方向上的平面草图以及环管中心线与结构背景曲面之间的偏移距离s，并根据所述平面草图与所述船体结构背景曲面模型2相交形成的圆，确定建立环形管的数据。

在本发明一些具体实施例中，步骤S102中的确定所述环形管的x轴方向和z轴方向上的平面草图包括：设定所述环形管所在的x值或z值，确定所述环形管的位置，根据所述环形管的位置创建平面草图，其中，根据确定的x值，在x向创建YZ平面草图；根据确定的z值，在z向创建XY平面草图。这样，能够有效保证建模时，不论是船体的结构柱段与锥段的竖向布置环管还是艏部球面区域的水平布置环管，都能使用同一种模型设计出来。

具体的，参照图3所示，根据所述平面草图上提取对应平面与所述船体结构背景曲面模型2相交形成的圆的位置，确定圆的半径r以及圆心坐标，圆心坐标为（0，0）。

具体的，根据所述环形管中心线3与所述船体结构背景曲面模型2之间的偏移距离s以及所述平面草图上提取对应平面与船体结构背景曲面模型2相交形成的圆的半径r的长度，确定所述环形管的半径

具体的，根据所述圆心坐标（0，0）、环形管半径

具体的，参照图4所示，根据各点和所述圆心坐标的连线与所述船舯线7的偏移角度θ

参照图5所示，步骤S102可以通过使用CATIA V6开放的CAA底层接口，结合数学中三角函数及几何知识运算，在Microsoft visual studio软件上利用C++或者JavaScript编程语言，并创建人机交互界面以达到实现这些环向点的快速创建。这样，只需要设计人员输入环形管平面所在的x值或z值以及环管中心线与船体结构背景曲面模型2的偏移距离s，即能直接获得按设定夹角θ

步骤S103：根据建立的环形管数据，通过CATIA V6中的管路原生点拾取设计功能，确定所述环形管模型6。

具体的，参照图4所示，根据步骤S102中获取得环向分布的n个点4的位置，通过CATIA V6的管路原生点拾取设计功能，绘制出所述环形管模型6。

本发明所述的方法通过预先建立全船坐标系和船体结构背景曲面模型2以及通过CATIA V6的CAA底层接口确定环形管模型6，大大提高了其三维建模的效率和精度，能够保证产品整体设计精度的同时大幅度产品的生产时间。

本申请实施例还提出了一种基于CAA开发的环形管快速建模系统，参图6所示，包括：

背景构建模块10：建立全船坐标系模型，根据所述全船坐标系建立船体结构背景模型5，再根据所述结构背景模型确定船体结构背景曲面模型2。

平面图设计模块20：根据所述船体结构背景曲面模型2，通过CATIA V6的CAA底层接口，确定环形管的x轴方向和z轴方向上的平面草图以及环管中心线与结构背景曲面之间的偏移距离s，并根据所述平面草图与所述船体结构背景曲面模型2相交形成的圆，确定建立环形管的数据。

具体的，建立环形管的数据具体为：根据所述全船坐标系和船体结构背景曲面模型2，通过CATIA V6的CAA底层接口，确定环形管的x轴方向和z轴方向上的平面草图，并根据所述平面草图与所述船体结构背景曲面模型2相交形成的圆，确定圆心坐标以及半径r以及环形管的中心线，再根据所述环形管的中心线与所述船体结构背景曲面模型2之间的偏移距离s，确定所述环形管的半径，根据起始点与船舯线7的偏移角度θ

具体的，平面图设计模块20可以通过使用CATIA V6开放的CAA底层接口，结合数学中三角函数及几何知识运算，在Microsoft visual studio软件上利用C++或者JavaScript编程语言，并创建人机交互界面，可以实现这些环向点的快速创建。这样，只需要设计人员输入环形管平面所在的x值或z值以及环管中心线与船体结构背景曲面模型2的偏移距离s，即能直接获得按设定夹角θ

环形管生成模块30：根据所述环形管的数据，即，根据平面图设计模块20获得的环向分布的n个点4通过CATIA V6中的管路原生点拾取设计功能，确定所述环形管模型6。

本发明实施例提供的一种基于CAA开发的环形管快速建模系统，背景构建模块10通过建立船体结构背景曲面模型2确定所需环形管的数据生成环形管，并且建立的船体结构背景曲面模型2可以重复多次使用，能够减少再次设计环形管时的步骤。通过编写程序将平面图设计模块20封装，创建人机交互界面，操作简单，还可以快速准确的创建设计环形管所需的环向点，大大提高了环形管建模的效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、“一个具体实施例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的范围内，根据本发明的技术方案及其发明的构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。