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2024年4月19日发(作者:moviecliptime)

第34卷第6期

Vol34No6

江苏科技大学学报(自然科学版)

 

 

Dec.2020

2020年12月

JournalofJiangsuUniversityofScienceandTechnology(NaturalScienceEdition)

      

DOI:10.11917/j.issn.1673-4807.2020.06.002

基于XML的异构船体结构数据交换技术

王 岳

,何 磊

,郑斌华

,潘建辉

(1.江苏科技大学船舶与海洋工程学院,镇江212100)

(2.上海东欣软件工程有限公司,上海201203)

摘 要:为了实现SPD系统的船体结构模型向吊装分析软件TSV-BLS的数据传输,分析了船舶XML的构造格式,在此基

础上开发了一套从国产船舶CAD系统SPD中导出包含船体数据的XML接口.通过该接口导出的XML文件实现了船体模

型在吊装分析软件TSV-BLS中的完整重现,验证了不同的船舶CAD/CAE系统通过XML文件进行数据交换的可行性.

关键词:XML;数据交换;SPD;TSV-BLS;CAD/CAE

中图分类号:U67199   文献标志码:A     文章编号:1673-4807(2020)06-008-05

DataexchangetechnologyofshiphullstructurebasedonXML

1122

WANGYue,HELei,ZHENGBinhua,PANJianhui

(1.SchoolofNavalArchitectureandOceanEngineering,JiangsuUniversityofScienceandTechnology,Zhenjiang212100,China)

(2.ShanghaiDongxinSoftwareEngineeringCo.Ltd.,Shanghai201203,China)

Abstract:TorealizedatatransmissionofshiphullmodelsfromSPDtohoistinganalysissoftwareTSV-BLS,the

XMLformatforshipstructuresisanalyzed.Onthisbasis,interface,whichoutputsXMLfilesthatcontainhull

datafromdomesticshipmanufacturingCADsoftwareSPDisdeveloped.Dataiscompletelyremodeledinhoisting

analysissoftwareTSVBLSthroughtheXMLfileoutputbythisinterface.Thisprovesthepossibilitythatdifferent

CAD/CAEsystemsforshipproductioncanexchangedatathroughXMLfiles

Keywords:XML,dataexchange,SPD,TSVBLS,CAD/CAE

  船舶分段吊装作业是影响造船周期的关键要

素之一.在对复杂分段结构进行吊装前,往往需要

使用通用有限元分析软件进行结构安全性校核.然

而,由于CAD(计算机辅助设计)/CAE(计算机辅

助分析)系统与通用有限元分析软件之间缺乏有

效接口,导致重复建模工作量大,且无法计及起吊

过程中对缆绳、姿态等影响因素,导致分析计算效

1]

率低,校核准确性有待提高

1 船体数据结构的XML格式

11 XML语言与船体结构的关联

为避免数据的重复输入,实现各CAD系统之

间的数据交换,先后出现了以igs文件为中间文件

的IGES标准和以stp/step文件为中间文件的

3-5]

STEP标准

.但这些数据交换标准在运用于船

6]

舶生产设计时往往解析速度过慢

,而且由于以

为此,文中以国产三维CAD系统SPD和动态

吊装模拟分析软件TSV-BLS为对象,研究模型数

AD/CAE异构船体数据结构相关接据结构,开发C

2]

口方案,摆脱对国外软件系统的依赖

相对封闭的专有格式作为中间文件进行数据交换,

使得对各CAD系统接口的开发变得较为困难.尤

SV-BLS这种专用CAE软件来说,其对于类似T

开发这类标准接口是极为不方便的.

船舶CAD生产系统中与CAE有限元分析软

收稿日期:2019-09-09   修回日期:2019-12-04

基金项目:江苏省科技成果转化专项基金资助项目(615010905)

作者简介:王岳(1979—),男,副教授,研究方向为船舶数字化设计制造技术.Email:ainiuchina@163.com

引文格式:王岳,何磊,郑斌华,等.基于XML的异构船体结构数据交换技术[J].江苏科技大学学报(自然科学版),2020,34(6):8-12.

DOI:10.11917/j.issn.1673-4807.2020.06.002.

第6期         王岳,等:基于XML的异构船体结构数据交换技术

件密切相关的船体设计系统包含了组成复杂船体

模型的各种部件和零件.这些零件、部件或者构件

在船体数据库中一般以各种板架、型材、孔、面板、

肘板、补板等结构模型进行分类存放.船体结构如

,可划分为不同的总段和分段,分段可以划分图1

为平面板架、曲面板架,这样逐级划分下去,直到

点、线元素的表达为止.这种分层逐级划分的逻辑

关系符合XML表达数据的方式.

Matrial代表船体材料的相关属性;Bar  其中:

Section代表组成各类型材属性;HoleDef代表各类

开孔属性;NotchDef代表各类边界孔属性;Block节

点代表分段,是船体XML格式中最为重要的一个

节点,包含了船体结构全部数据,几乎所有下级节

lock节点之下展开的.Block节点主要点均是在B

由代表坐标范围的节点Extent、平面板架PlanePan

el节点以及曲面板架CurvedPanel节点组成.

121 平面板模型构建的关键节点

SimpleContour和DetailedContour两个XML节

在点包含了表达平面板结构信息的主要数据.

XML表达上相同,但在含义上却并不相同.De

tailedContour是包含了内孔、边界孔及切口的板轮

廓,SimpleContour则仅是板轮廓.这两个节点结构

类似,都包含一个StartPoint节点和若干个Segment

节点.Segment节点下又包含Amplitude节点和

Node节点.在平面板中其名称分别为StartPoint2d、

Segment2d、Amplitude2d和Node2d;在曲面板中其

名称分别为StartPoin3d、Segment3d、Amplitude3d和

Node3d.

以平面板为例,SimpleContour或Detailedcon

tour中的StartPoint2d是起点,这里假设为Node1,

则之后的Node2d依次假设为Node2、Node3、…、

Node(n).Amplitude2d的作用是在nodei、node

(i+1)中间插入一个点(Nodeinsert),三点确定一

段圆弧.方法是以nodei至node(i+1)直线的中

点作为坐标原点,然后通过中点垂直到圆弧的向量

确定Node-insert的位置.在程序设计时,按照这

在XML中表现种的样条构造方式进行数据转换.

的层级关系及对应图例如图2.

图1 船体结构树

Fig.1 Hullstructuretree

开发XML接口是实现异构船体结构数据交换

的一种合理解决方案.TSV-BLS具有直接读取

TRIBONSchemaXMLHullSteel后置接口的功能,

它能直接读取TRIBON导出的XML格式.因此在

RIBONSchema开发前置接口时,可以主要参照T

XMLHullSteel进行XML船体模型数据导出接口

的设计

[8]

12 船体XML的根节点

船体XML根节点的元素名为Ship.它的二级

节点包括Material、BarSection、HoleDef、NotchDef、

Block.

[9]

图2 SimpleContour和DetailContour的XML格式及对应图例

Fig.2 SimpleContourandDetailContourinXMLformatanditscorrespondingdrawing

122 曲面板模型构建的关键节点

tripRow代表一块曲面板的曲面板中的节点S

曲面点阵,TSV-BLS系统读取该节点后通过点阵

拟合形成曲面.对四边形、三边形和五边形曲面板

的程序设计思路分为3种:点阵

四边形曲面板,

FacetSurface中的StripRow从原点开始可以按U轴

StripRow按V轴正或者V轴正方向依次排列开来,

方向排列,每个StripRow在V轴方向数值相同.如

图3,该四边形曲面板Plate为17×17的曲面板,

即由17个StripRow组成,每个StripRow包含17个

10

江苏科技大学学报(自然科学版)2020年

Point点阵.StripRow按排列的先后顺序设为

StripRow1、StripRow2、…、StripRow17,Point的

U/V轴坐标以递增或递减排列均可.

三边形曲

面板,由于Nurbs是由U、V两个参数方向定义的边

对于三条边界的曲面只能将界曲线,有四条边界.

剩余的一边退化为一点进行处理.将三边形曲面板

也设为N×N的点阵,理论上三边形或四边形曲面

板可以是任意N×N的点阵,但N的取值建议为

16的倍数加1.如图4,三边形曲面为17×17的点

阵,所有StripRow中的最后一个Point的坐标相同

将其分解为2且重合于一角点.

五边形曲面板,

个四边形板,即2个N×N的点阵合并在一起,在

XML格式中就显示为[2(N-1)+1]×N的点阵.

如图5,五边形曲面板为33×17的点阵.在最后一

组StripRow角点处,实际按折边处理,U轴数值在

50左右,该组StripRow大幅下降后开始平缓于54

即为折边所在的点阵.

图5 典型五边形曲面点阵及其XML格式

Fig.5 Typicalpentagoncurvedsurfacedot

matrixanditsXMLformat

2 接口开发过程中典型问题及解决

方案

21 平面板架一侧型材或肘板丢失问题

在SPD的数据结构中板架节点是包含型材、

肘板部分对称或者部分镜像信息的,而目前版本的

TSV-BLS6432在读取XML文件时,其数据构

造在同一个板架下不支持型材和肘板部分对称或

者部分镜像,这会导致生成的模型部分出现型材、

肘板不能正确显示的问题.因此在程序设计时需要

根据型材和肘板的对称性决定是否单独拆分并重

建成不同对称性的板架节点,以曲面板架为例,如

图6,导出XML文件后AG11分段曲面板上的曲面

型材由于存在部分对称的情况,因此由“AG11-

”这个曲面板架节点拆分为了“AG11SHELL-CStf

图3 典型四边形曲面点阵及其XML格式

Fig.3 Typicalquadrilateralcurvedsurfacedot

matrixanditsXMLformat

-SHELL-CStf-AsDefined”和“AG11-SHELL-

CStf-Reflected”两个曲面板架节点.程序修改后再

导入TSV-BLS模型得以正常显示,问题解决前后

情况对比如图7.

图4 典型三边形曲面点阵及其XML格式

Fig.4 Typicaltrilateralcurvedsurfacedot

matrixanditsXMLformat

图6 根据对称性重新构造的XML板架节点

Fig.6 RegroupedXMLPanelnodesbasedonsymmetry

图7 AG11分段型材丢失与问题解决

Fig.7 BlockAG11profileslossandproblemsolving

第6期         王岳,等:基于XML的异构船体结构数据交换技术

22 圆管支柱丢失问题

SPD中圆管支柱的数据是属于型材即节点

StiffenerGroup之下的.而吊装软件中所有的圆管支

柱,即PillarGroup节点只有属于平面板架

PlanePanel节点下级时才能在吊装软件中正常显

示,如果按照SPD的数据结构直接导出XML节点

就会出现丢失圆管支柱的情况.在程序设计时应分

11

第一步,把各分段所有圆管支柱筛选为三步处理.

出来;第二步,构造PillarGroup节点,并将筛选出来

的圆管支柱添加其中;第三步,构造新的PlanePan

el节点并将PillarGroup节点添加其中.其程序实现

ML格式如图8.问的部分代码及其导出的部分X

题解决前后情况对比如图9.

图8 部分添加PillarGroup节点的代码及其导出的XML格式

Fig.8 Partofcodesforaddingnode‘PillarGroup’anditsXMLformatoutcomes

图9 AG11分段支柱丢失与问题解决

Fig.9 BlockAG11pillarslossandproblemsolving

23 边界孔丢失问题

边界孔是板与板之间共同拼接成的孔,在SPD

中边界孔归类于孔,即相应的XML节点HoleGroup.

而TSV-BLS在读取XML数据时会把边界孔归类

为板本身的样条曲线,无法真实识别.程序设计时,

首先要判断哪些板包含边界孔,然后筛选出所有含

边界孔的板,最后重划其板样条曲线.重划方法是将

板的边界孔裁剪后与剩余的板样条曲线拼接形成新

的板边界曲线.以分段CB05为例,如果按照普通板

处理就会出现只能显示部分孔的问题,问题解决前

后情况对比如图10.图中曲线不光滑为TSV-BLS

显示的问题,不影响软件实际使用.

图10 CB05分段丢失与问题解决

Fig.10 BlockCB05borderlineholelossandproblemsolving

12

江苏科技大学学报(自然科学版)2020年

3 XML接口应用实例

以SPD船体数据库作为数据源,开发了一套

船体XML数据抽取接口程序,主要分三步来实现:

PD船体数据库按分段、总段提取船体第一步,从S

模型数据及材料属性等相关信息,将内孔、边界孔、

型材等数据表达形式做映射,转换为TRIBON的数

据表达形式供吊装软件读取;第二步,将所提取数

ML文件作为中间文件;第据按照前文方案生成X

三步,向动态吊装分析软件TSV-BLS导入XML

文件,生成模型.

文中以号船1542A的HB01分段为例进行验

PDV40三维浏览器中的模型以及证,该分段在S

导出XML文件后通过TSV-BLS6432导入生成

的模型,对比情况如图11.

图11 分段HB01的SPD模型与TSV-BLS模型对比

Fig.11 SPDmodelcomparedwithTSV-BLSmodelofblockHB01

  通过接口生成的XML文件能够使模型及属性

信息完整的在TSV-BLS中再现.在船舶CAD与

CAE系统软件之间,实现了船体结构数据的快速

完整交换.

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4 结论

(1)以XML文件为基础,开发数据交换接口

SV-BLS中的完整程序,实现了船体数据模型在T

再现.

(2)接口开发过程中,针对平面板架一侧型材

或肘板丢失、圆管支柱丢失、边界孔丢失等问题进

行方案设计,使相关问题得以解决.

(3)所开发的接口方案为CAE系统直接利用

国产船舶CAD系统模型数据提供了便利,对避免

不必要的重复建模,提高生产效率及降低设计分析

成本有着重要意义.

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(上接第12页)

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本文标签: 船体 节点 模型