基于船舶设计软件标准库及异形工事孔参数化配置建模方法与流程

本发明涉及基于船舶设计软件标准库及异形工事孔参数化配置建模方法，其属于船舶设计。

背景技术：

1、在船舶建造过程中，船体分段及总段上存在大量临时工艺工事孔（后文简述为工事孔），用于施工人员通行、管线敷设、通风排烟及分段吊装等作业需求，待作业工事完成后需要将工事孔进行补板还原，出于提高船用钢板利用率和补板强度还原等目的考虑，通常会使用工事孔被切割的原板进行复旧，数控切割设备虽然具有自动开孔功能，但数控切割设备切割开孔时起弧、熄弧过程会损伤孔内原板，导致原板上留有明现的切割缺陷，无法被用于复旧使用。因此，传统工事孔的切割方式主要依赖设计图纸进行现场手工划线，或制作数控划线数据由数控切割设备划线，再由工人使用火焰切割机或等离子半自动切割机进行手工或半自动切割开孔轮廓和坡口，这种传统方式存在效率低下、精度难以保证、切割质量不稳定等明显缺陷。

2、近年来，行业内部分船厂通过对工事孔“等效转换”，提出一种新型的工事孔型式（如附图1），通过设计端模型入力和引入小型切割起弧，使得工事孔实现了数控切割设备自动切割。但随之而来的问题是，通过“等效转换”的工事孔均为异形孔，无法通过设计软件预设的标准库进行模型入力，当前行业内的作业主要依赖设计人员依据工事孔形状、尺寸做二维闭合曲线，依赖闭合曲线进行工事孔模型入力，另外，受船体结构影响，不同位置的工事孔形状、尺寸均有不同的差异，也无法通过预设的闭合曲线实现快速入力，显然，通过二维闭合曲线达到工事孔模型入力的方法并非一个高效的办法。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一组基于船舶设计软件标准库配置的工事孔组合，使设计人员通过调用标准库，通过参数化实现快速建模，并基于组合内的不同型式的开孔，通过一个或若干个开孔的组合，实现任意常见形状的工事孔。

2、本发明采用的技术方案为：一种基于船舶设计软件标准库的异形工事孔参数化配置建模方法，包括调用船舶三维设计软件创建开孔模型的步骤，包括以下步骤：

3、s1、构建异形工事孔标准库，所述异形工事孔标准库包含独立使用工事孔与组合使用工事孔两类孔型；

4、所述独立使用工事孔包含圆形工事孔tmd、腰圆形工事孔tmho、方圆形工事孔tmhr；所述组合使用工事孔包含i形工事孔tmi、l形工事孔tml、c形工事孔tmc；所有工事孔端头均采用圆弧过渡，圆弧半径等于孔宽的一半；

5、s2、统一设定所有工事孔的定位基准体系：依据工事孔自身轮廓几何特征固定定义原点o的位置与u轴正向方位：对于具有环形开口结构的独立使用工事孔，定位原点o取环形轮廓的几何中心，u轴正向决定环形开口缝隙的放置角度；对于组合使用工事孔，定位原点o设于工事孔端部基准端点，u轴正向沿工事孔直段延伸方向布置；

6、定位原点o确定工事孔整体空间位置，法向基准轴u确定工事孔放置旋转角度；工事孔绕原点o整体旋转时，u轴、v轴随同工事孔同步偏转，坐标轴相对于工事孔本体的相对方位保持不变；

7、s3、预设全局固定工艺参数：工事缝宽度w、独立工事孔过桥宽度m，w取值6~8mm；

8、s4、工事孔特征点的选取规则：沿工事孔轮廓布设特征点，同一径向或宽度位置成对设置内壁特征点与外壁特征点；特征点优先选取在工事孔开口端部、直线段与圆弧段过渡切点、圆弧极限位置等几何分界处，完整划分轮廓直段与圆弧段；特征点依托工事孔局部坐标系o-uv确定相对位置；工事孔绕定位原点o整体旋转时，全部特征点相对于工事孔本体的相对位置维持不变；

9、s5、针对标准库内每一类工事孔配置最小建模规格参数，并基于局部坐标系o-uv建立对应工事孔全部特征点的参数化坐标计算公式，由全部特征点连线形成工事孔闭合轮廓曲线；

10、s6、接收设计人员输入的工事孔类型、规格参数、空间定位坐标、工事孔的长轴与短轴之间的夹角θ，代入对应特征点坐标计算公式求解全部特征点坐标；

11、s7、基于求解得到的特征点坐标生成闭合曲线，在船舶三维设计软件中完成异形工事孔参数化模型入力；

12、s8、若目标工事孔轮廓无法由单一工事孔等效实现，选取标准库内至少两类工事孔组合建模，相邻工事孔之间预留过桥段避免切割干涉。

13、进一步的，所述圆形工事孔tmd仅配置直径d单一规格参数，包含6个特征点a1~a6，采用对应坐标公式求解各特征点uv坐标；

14、所述腰圆形工事孔tmho配置总长a、截面宽度b两组规格参数，包含16个特征点b1~b16；

15、所述方圆形工事孔tmho配置总长a、截面宽度b、端头圆弧半径r、整体旋转角θ四组规格参数，包含20个特征点c1~c20；

16、所述i形工事孔tmi配置长度l单一规格参数，包含4个特征点d1~d4；

17、所述l形工事孔tml、c形工事孔tmc均配置总长a、截面宽b、转角圆弧r、旋转角θ四组规格参数，分别对应8个特征点e1~e8、12个特征点f1~f12。

18、进一步的，所有工事孔端头圆弧过渡结构用于数控切割时平滑回转割焰，避免直角结构热量集中割伤板材原板，切割后工事孔原板能够直接用于分段补板复原。

19、一种船舶异形工事孔参数化标准库，存储于船舶三维设计软件内，该标准库用于实现所述的建模方法；该标准库包括：

20、库分类模块，用于区分独立使用工事孔、组合使用工事孔；

21、基准定义模块，内置统一局部坐标系o-uv定位规则，原点o为工事孔几何中心，u轴为法向轴，v轴正交于u轴；

22、参数存储模块，预存全局工艺常数：工事缝宽度w、独立工事孔过桥宽度m；

23、孔型特征数据库，存储6类标准化异形工事孔：圆形工事孔tmd、腰圆形工事孔tmho、方圆形工事孔tmhr、i形工事孔tmi、l形工事孔tml、c形工事孔tmc；每类工事孔配套最小规格参数组、全部特征点参数化坐标计算公式；

24、建模运算模块，接收外部输入的孔型、尺寸、位置、工事孔的长轴与短轴之间的夹角θ，调用对应特征点坐标公式求解点位，输出闭合轮廓曲线至三维建模模块；

25、组合建模模块，支持多类工事孔拼接生成复合异形开孔，相邻孔之间生成工艺过桥段。

26、进一步的，库内所有工事孔轮廓端头均设置回转圆弧，圆弧半径等于工事缝宽度w的1/2。

27、进一步的，所述圆形工事孔tmd仅需直径d单参数即可完成全特征点求解，特征点成对分布于工事孔内外两侧环壁；腰圆形工事孔tmho、方圆形工事孔tmhr的特征点沿底部开口直段、两端圆弧端头、上部直段分区布设，每一组几何位置均配置内侧、外侧成对特征点。

28、较现有技术相比，本发明具有以下优点：本案创新型的提出了异形工事孔群的概念，并提供了6型异形工事孔，基于此6型异形工事孔的组合适用，可满足行业绝大多数的工事孔需求；在本案中，结合工事孔的特征，为了满足生产设计人员高效完成工事孔的建模，在设定异形工事孔群定位原点与法向轴时，本案予以充分考虑。依据本案设定的异形工事孔群定位原点与法向轴，生产设计人员可以依据工事孔设计方案直观获取工事孔的定位，不需进行额外的工艺放样。

29、本案提供了异形工事孔群中各型工事孔的特征点参数化计算方法，每个型式的异形工事孔均可以通过最少量参数完成设计软件标准库的创建，需要注意的是，本案中的异形工事孔的特征点参数化计算方法是基于本案设定的工事孔群定位原点与法向轴确定。本案通过引入工事孔群和对应的软件标准库创建，使得异形工事孔建模简单化。