常守明，宋一淇，汪敏
（中国舰船研究设计中心，湖北武汉 430064）
摘要：为充分利用三维设计成果，高效实现管路系统三维模型向二维图纸的转换，针对Foran软件三维转二维出图功能的不足，在分析Foran数据库表和三维模型属性的基础上，开发管路出图工具，该软件实现自动标注、自动生成明细表、自动统计重量等。
关键词：Foran；船舶管路；三维设计
三维设计作为提高船舶设计制造效率和质量的有效手段，正在被越来越广泛地应用于船舶的设计制造过程中[1]，应用的深度也在逐渐加大，除完成船体结构、设备综合布置外，已在三维设计中全面开展管路放样。目前，设计单位向船厂供图的交付物依然是二维图纸，如何充分利用三维设计成果，实现管路系统的三维模型直接向二维图纸的高效转换，对于三维设计的全面开展具有至关重要的意义。
Foran系统是专门用于船舶与海洋工程设计制造的三维软件系统[2-4]，它涵盖了总体、船体、舾装、电气、舱室布置等各专业的三维设计功能，可用于船舶的概念设计、初步设计、详细设计、生产设计等各个设计环节[5]。
本文在对Foran的船舶管路出图模块的研究基础上，开发辅助出图工具，实现自动标注、自动生成明细表等，极大地提高出图工作效率，从而为优化管路系统三维设计流程、推广三维设计应用奠定良好的基础。
Foran软件是在【FDesign】模块下实现三维转二维出图[6]，该模块是Foran集成的ThinkDesign软件。ThinkDesign是一款覆盖工业造型设计－工程设计－工模具设计整个产品研发过程的三维设计软件，提供了卓越的2D/3D转换功能[8]。在ThinkDesign中可直接读取Foran数据库中的数据，根据区域和系统筛选需要出图的设备、管路及船体结构背景，保存为e3文件（Foran三维模型的一种格式名称）。然后，将三维模型按所需视图投影成二维工程图，在二维图中插入图框、标题栏、肋位等信息，并对图纸中的信息进行标注，最终形成发厂的二维图纸，Foran二维图纸生成工作流程如图1所示[7]。
图1 Foran二维图纸生成工作流程
e3文件中继承了三维模型的部分属性，是二维图纸中的信息标注及生成明细表的基础。标注前，需配置标注样式及定义明细表的内容，从属性表格中选择要标注的内容来自定义标注内容及样式。
通过应用与分析，可以看出Foran软件本身提供了管路出图功能相对简单，需后期处理的工作较多，难以实现二维图纸的高效转换，其主要问题如下。
（1）设备、附件无法标注明细序号，且不能自动分类排序，不能满足二维出图的分类排序要求；
（2）仅能实现对部分属性的标注，无法满足实际出图需求，如无法得到绝缘密度属性、识别板的标注内容及标准号等；
（3）整体标注功能，管路的属性信息标注过于密集，占据了图纸大量面积，导致图纸无法清晰表达主要内容；
（4）无法实现设备、管路、阀件的自动标注；
（5）无法自动生成明细表，明细表的自定义操作复杂；
（6）无法对阀件识别板进行标注及统计数量；
（7）对标注标签无法批量对齐优化，调整位置，手动调整工作量大。
鉴于以上问题，有必要结合实际工作的出图需求，采用二次开发方式，开发出图工具，减轻出图的工作量，提高出图效率。
图2 配置标注格式界面
根据原二维图纸确定管路出图要表达的要素得出出图需求，大致包括以下内容：
（1）标注
设备模型仅在在图纸中标注设备的序号，设备的序号编码规律是按E1、E2……等排序，该序号与设备明细表中序号列一一对应；管路模型在图纸中标注管路的外径X壁厚；管路附件模型在图纸中标注管路附件的序号，要求与管路附件明细表序号列一一对应，管路附件的序号唯一，为方便用户查看图纸，不论该管路附件在哪张图纸中出现，序号均一致，管路附件中法兰不在图纸中标注，其他均标注，法兰仅在明细中统计数量等信息。
（2）明细表
明细表有五张，分别是：设备、管路、管路附件、管路绝缘、阀件识别板明细表，每张明细表的列宽、内容等都有详细定义。
（3）其他要求
能够自动统计管路、管路附件、管路绝缘的总重量；能够对标注批量优化；能够按照约定自动转换出图颜色（与图纸打印需求有关，在Thinkdesign的二维图纸中，只有白色打印出来的线条才是粗线，其他颜色均为细线），如设备绿色、附件蓝色、管路白色等。
3.1 Foran数据库中相关表的解析
探索Foran软件Oracle数据库结构，研究设备、管路及附件等三维模型的属性信息在Oracle数据库中的存储位置、关联关系等，以便在现有设备或附件基础库创建过程中适当增加相应的约定，保证出图所需信息的完整性[9]。
数据库中与管路相关的数据表多达数十张，可分为基础信息表和管路属性信息表两类，通过使用FDEFIN和FPIPE模块进行基础库和管路放样的相关建模操作，同时结合SQL语句监测数据库的变化情况，进而分析表的变化与模型的对应关系。经过对表的内容进行初步分析，确定其中跟管路密切相关的表，如表1、表2所示。通过分析数据库表，可以得到Foran中定义了属性信息的类型、位置及其含义，为编写出图程序获取所需属性信息奠定基础。
3.2 Foran三维模型属性信息解析
e3格式文件是Foran三维模型可导出的格式文件之一，是出图时常用的文件格式。管路出图涉及到的三维模型有：设备、管路、管路附件（包括阀件、法兰、接头、仪器仪表等）。在Thinkdesign中分别调出以上三种类型的模型，对属性进行对照分析，表3～表5所列的是出图时主要用到的属性分析结果。可从COMPNAME属性项中区分设备和管路，设备以Equip-开头、水管路及附件以Pipe-开头、风管及风管附件以Duct-开头。
表1 基础信息表
序号表名对应基础表名描述 1MATERIAL_QUALITY03-Table of Material Qualityes定义设备、管路、风管、支架、基座等材质 2PIPEEND_TYPES04－Table of Pipe Ends Types定义管路端面类型 3PIPE_SCHEDULES05-Pipe Schedules定义管路壁厚等级 4FITTING_SCHEDULES06 - Table of Fitting Schedules定义附件壁厚等级 5VALVEPRESSURE_RATING07 - Table of Valve Nominal Pressures定义阀件公称压力 6FLANGEPRESSURE_RATING08 - Table of Fittings Nominal Pressures定义附件公称压力 7VALVE_END09 - Table of Valves End Types定义阀件端面类型 8JOINING_TYPES10 - Table of Joining Types定义连接点类型 9INSTRUMENTSPECIFIC_TYPES11-Table of Instruments Types定义仪器仪表类型 10FLUID_TYPES12-Table of Fluid Types定义流体类型 11INSULATION_TPS13-Table of Insulation Types定义绝缘类型 12FLANGE_FACES14-Table of Flanges Face Types定义法兰端面类型 13CURPIPE_RADII/CURPIPE_RADIIPT15-Table of Radius Of Curved Pipes定义弯管机参数 14APPCSS_CODES18-Table of Application Classes定义应用等级
关于管路及管路附件的区分可从FCOMPONENT属性着手，如管路为A-PIPE、阀件为B-VALV、法兰为C-PLAN、垫片为D-GASK、E-FTNR表示压力型非变径附件、F-FWNR壁厚型非变径附件、G-FTRE压力型变径附件、H-FWRE壁厚型变径附件、I-BRAT压力型三通附件、J-BRAW表示壁厚型三通附件、Instrument表示仪器仪表。另外，同一个属性名称在不同模型的属性列表中具有相同的含义，可归类为通用属性，如重量、区域、系统；另一种是即使属性名称相同，但在不同模型的属性列表里有特定的含义，如FCLASSDESCR，对于设备模型，即使在Foran中对设备Class描述进行定义，该属性值为空；对于管路模型，该属性值是固定的，即Foran中管路的Class不同，但FCLASSDESCR属性值均为Straight pipe；对于管路附件模型，该属性值对应Foran中管路附件Class的短描述；最后一种是特有属性，如FCLASSLDESCR（Class长描述），只有在管路附件模型中才有该属性值出现。因此，在属性分析时，对不同类型模型的属性要区别对待。
表2 管路主要相关表
序号字段名称所属表及原字段名称含义 1ZONEV_PIPECOMP. ZONEUSERID管路所属区域 2SYSTEMV_PIPECOMP. SYSTEMUSERID管路所属系统 3LINEV_PIPECOMP. LINE管路所在管线 4SEGV_PIPECOMP. PLS管段 5SQV_PIPECOMP. ELEM分段 6COMPTYPEV_PIPECOMP. COMPTYPE管路组件的类型 7SQINSYTEMV_PIPECOMP. SQINSYTEM分段顺序号 8LENGTHV_PIPECOMP. LENGTH管路长度 9WEIGHTV_PIPECOMP. WEIGHT管路重量 10XV_PIPECOMP. X管路重心纵向坐标 11YV_PIPECOMP. Y管路重心横向坐标 12ZV_PIPECOMP. Z管路重心垂向坐标 13FLUIDV_PIPECOMP. FLUIDUSERID管路液体类型 14INSULV_PIPECOMP. INSULUSERID管路绝缘类型 15OUTDIAMETERV_PIPECOMP. OUTDIAMETER管路外径 16THICKNESSV_PIPECOMP. THICKNESS管路壁厚 17DEN_ INSULINSULATION_TPS. WEIGHT绝缘材料面密度
表3 设备模型主要属性
序号属性名称属性分析属性值示例 1COMPMATNAME组合名称Equip-1002-213-213-002 2FCLASSClass的代码id2130 3FCLASSDESCR设备Class的描述空 4FCLASSNAME设备Class的名称21301 5FCOMPONENTComponent的名称01 6FNAM所属项目名称Z730 7FUSERID用户属性（element编号）213-002 8FUSERID2用户属性2推舵机构 9FWEIGHT设备重量20 10FX、FY、FZ设备重量重心XYZ值－ 11FZONE设备所在区域1002 12FSYSTEM设备所在系统名称213
通过分析e3模型的属性，结合实际出图需求，可以明确有些属性可以直接获取，如设备重量、管路长度等；有些属性可以找到定义位置，如管路附件的标准号和标准名称，在表5中Class有短描述和长描述，可在实际工作中约定在Class短描述里定义标准号，在Class长描述里定义标准的中文名称。
3.3 管路属性补充
前文已指出e3模型只继承了Foran数据库中的部分属性，在e3中可以直接获取的属性，找到对应的属性名称在程序开发中可直接使用；e3中无法得到的属性可通过建立辅助表或用户自定义属性的方法来满足出图需求。下面以绝缘明细表为例说明如何获得出图所需要的属性，绝缘明细表的形式如表6所示。
从表4中可以找到FISOLATION绝缘材质代码；FISOLTHICK绝缘厚度；FISOLDESC绝缘描述。没有绝缘材质密度、绝缘标准号或图号的属性，因此需要通过建立辅助表来生成完整的绝缘明细表，形式如表7所示。
通过材质代码与绝缘属性FISOLATION建立一对一的联系，根据材质代码找到所需的密度、标准号信息。
由属性FISOLATION得到绝缘材质代码，同一个材质代码视为同一种绝缘，绝缘名称通过属性FISOLDESC得到，厚度通过属性FISOLTHICK得到，绝缘的数量即面积通过计算得到，计算公式为：
绝缘的数量＝π×（2d＋R）×L
式中：π为圆周率；d为绝缘厚度，mm，从属性FISOLTHICK中获得；R为管子外径，mm，从FSTOCKCODE属性中获得，其属性值形式为75×6，75即为管子外径；L为管路总长度，mm，为同一绝缘材质的所有管路的总长度，根据绝缘材质代码属性FISOLATION判断绝缘材质的类型，每一段管路的长度根据属性FLENGTH获得。
表4 管路模型主要属性
序号属性名称属性分析属性值示例 1COMPMATNAME组合名称Pipe-1410-4521-W101-4-4-P-16 2FCLASSClass的代码PIPE 3FCLASSDESCRClass描述Straight pipe 4FCLASSNAMEClass名称PIPE 5FCOMPONENTComponent名称A-PIPE 6FDN通径65 7FFLUID流体介质TSSM 8FISOLATION绝缘代码A70 9FISOLDESC绝缘描述Al-Mg Silicate Case 10FISOLTHICK绝缘厚度70 11FLINEID管路编号W101 12FLENGTH管路长度886 13FQMAT材质G6 - 14FSCHEDULE壁厚等级AA 15FSTOCKCODE物料代码76X5 17FWALLTHICKNESS壁厚5 18FNAM所属项目名称Z730 19FUSERID用户属性－ 20FWEIGHT管路重量7.7525 21FX、FY、FZ重量重心XYZ值－
表5 管路附件模型主要属性
序号属性名称属性分析属性值示例 1COMPMATNAME组合名称Pipe-0100-211-L001-1-2-A-1 2FCLASSClass的代码idG101 3FCLASSDESCRClass短描述CB/T3191－A 4FCLASSLDESCRClass长描述截止止回阀 5FCLASSNAMEClass名称CB/T3191-A 6FCOMPONENTComponent名称B-VALV 7FPRESS公称压力P100 8FUSERID用户属性－ 9FWEIGHT重量－ 10FZONE区域名称0100 11FSYSTEM系统名称211
表6 管路绝缘明细表
序号标准号或图号名称厚度/mm数量/m2单重/（kg·m-2）总重/kg 1……………… 2………………
表7 绝缘表
材质代码材质名称密度标准号 A08橡塑管0.52XXXXX B06福乐斯0.98XXXXX
绝缘密度即单重从补充属性中获取，每一中绝缘总重量为单重×数量。至此绝缘明细表的全部内容都可以获得，其他明细表可通过类似方式得到。
另外，Foran提供了用户自定义属性，可为阀件添加用户自定义属性“刻字内容”和“标准号”来定义附件的识别板，用户自定义属性界面如图3所示。
定义用户属性后，在表5中会增加属性名称“FCOMP_标准号”、“FCOMP_刻字内容”，分别对应图3中的标准号和刻字内容的用户自定义属性。因此，识别板明细表中，阀件识别板的刻字内容可直接从“FCOMP_刻字内容”中获取。
图3 用户自定义属性界面
3.4 出图工具开发及出图流程
出图工具的开发主要是采用VB语言对Foran出图模块Thinkdesign的二次开发来完成[10]。首先对e3中的模型进行编号，编号过程中就是提取模型中Foran已有的id编号，筛选设备、管路及程序标注。然后根据编号结果，对图纸中所要求标注的信息进行标注。标注和生成明细表的过程即是对属性筛选、计算、重组的过程，如重量，提前属性FWEIGHT值，保留小数点后两位，写入明细栏中指定位置。
管路出图流程如图4所示，工具软件界面如图5所示。
图4 管路出图操作流程
图5 软件界面
本次开发的出图工具能在图纸中自动标注管路属性、设备编号及附件编号的标注，自动生成设备、管路、管路附件、管路绝缘、识别板明细表；自动统计明细表中重量信息，完成标注的批量优化，已成功应用于实际工作。与采用Foran本身的出图功能相比，极大地提高了出图效率和质量。
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CHANG Shouming，SONG Yiqi，WANG Min
( China Ship Development and Design Center, Wuhan430064, China )
Abstract：To make the best of achievement in 3D design and transforming 3D model to two dimensional drawing efficiently, this paper develops a transformation program based on analyzing Foran database and the attributes of 3D model. This software can automatically label in the drawing, generate the detail list and statistics the weight.
Key words：Foran；ship pipeline；3D design
中图分类号：TP391
文献标志码：A
doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2017.04.015
文章编号：1006－0316 (2017) 04－0063－06
收稿日期：2016－10－09
作者简介：常守明（1985－），男，河南淮阳人，工程硕士，工程师，主要研究方向为船舶数字化设计；宋一淇（1985－），男，河南修武人，工学硕士，工程师，主要研究方向为船舶数字化设计。
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