卢永进，肖鹏安
（中国舰船研究设计中心，湖北 武汉 430064）
摘要：合适的紧固件选取作为设备装舰设计技术中的重要内容。结合工程实践，通过对设备装舰紧固件标准规范与组成进行系统分析，建立了一种基于知识库的紧固件选用方法，形成了基于VBA语言的模块开发技术路线，最后对开发出的紧固件模块进行了详细的操作说明。该模块具备设备装舰设计示意图快速绘制、明细表生成等功能，从而提高了设计质量和绘图效率。
关键词：知识库；舰船；紧固件；二次开发
舰船上搭载了大量用于动力、电气、作战和生活保障等系统的设备和装置，通常用螺栓安装在不同结构形式的基座上实现其功能[1]。装舰设备数量众多，且涉及结构和设备专业之间的反复协调，施工设计安装出图工作量较大。受制于现有设计手段和水平，设计过程中设计人员需耗费较多时间搜索、查阅标准规范选取标准件；设备装舰设计知识缺乏有效归纳和集中管理，知识与经验的重用和共享性差；年轻设计人员常重复前人的设绘错误，专家经验难以有效传承利用，严重阻碍了设备装舰设计水平的提升。因此有必要将知识工程（Knowledge-Based Engineering，KBE）技术融合到设计研制过程中，提高设备装舰设计的质量和效率。
在设备装舰设计过程中，设计人员根据工程经验，将分散在不同文本中的资源信息和不同专业的设计要求有机整合在一起，针对具体设备查找基础数据和标准规范，从而有效实现紧固件的选取和设计。设备装舰用紧固件通常由螺栓、螺母、垫圈、跨接片等组成，常用标准规范如图1所示[2-3]。尽管舰船搭载设备数量大，但设备装舰常用的机脚形式如图2所示。整个示意图由设备机脚、基座面板、紧固件和跨接片等组成，其绘制可通过参数驱动几何尺寸生成。
图1 紧固件相关标准规范
图2 典型机脚示意图
通过对设备装舰设计知识进行分析，抽象并简化成易于程序实现的一系列规则，机脚安装示意图主要规则如下：
（1）螺栓安装在有间隙的螺栓孔中，螺栓直径按表1计算出理论值D后，根据标准内容选取最接近且小于D的规格，以保证安装间隙尽量小。
表1 螺栓直径计算规则
孔径d/mm 螺栓公称直径D/mm d≤20.5 d－1.5 d＞20.5 d－2.0
（2）基座面板厚度由设备重量和运行状态决定，即不同重量的设备选取相应的基座面板厚度，针对运动循环机械设备应上调一档，螺栓长度应确保设备装舰后伸出螺母三个螺纹牙，螺栓理论长度计算公式为：
式中：la为机脚厚度，斜形机脚按孔中心线对应厚度取值；lb为基座面板厚度；m为螺母公称厚度；h为垫圈厚度；p为螺栓螺距。
按式（1）计算出螺栓理论长度l后，在相应标准中选取长度等于或略大于l的规格。
（3）选用半螺纹螺栓时，务必确保螺杆无螺纹部分长度小于机脚与基座面板厚度之和。
目前，设备装舰设计仍以二维图纸作为交付成果，整个紧固件模块将基于AutoCAD软件进行二次开发。AutoCAD为开发者提供了AutoLISP、ADS、ARX、Visual LISP、VBA等开发工具[4-6]，由于 VBA作为宿主语言，可实现与主程序同在内存空间运行，其集成开发环境提供了完善的数据库访问和管理能力，能使AutoCAD直接与Microsoft Office软件等其他应用程序共享数据，并具有可视化界面设计简单和编程语法易于掌握等优点。为此，采用VBA作为模块开发工具。
紧固件设计是以拓扑约束、尺寸约束和标准规范约束驱动为基础的，首先将图2所示机脚示意图有效拆分成基本图元，然后对基本图元赋予几何参数来实现机脚示意图的快速绘制和信息获取。
运用VBA语言创建可视化用户界面，实现螺栓孔径、设备机脚厚度、设备重量等数据输入和参数选取操作；标准数据则以Access文件进行本地存储，形成标准数据库；同时，螺栓、螺母、垫圈、基座面板、机脚等图元以AuotCAD形式存储，构成基本图元库；而基座面板厚度选用、螺栓长度计算方法等规则，则通过VBA程序语言来实现。在模块运行过程中，通过VBA开发工具对知识库中数据信息进行读取、推理、计算和存储，并能自动生成二维机脚示意图、明细表和技术要求，完成紧固件模块的构建，具体开发架构如图3所示。
此外，系统可依据设计规范的要求，自动对设备装舰用紧固件进行符合性计算和检查，从而确保其满足设计要求。
图3 设备装舰用紧固件模块开发架构
在设备装舰设计过程中，螺栓对应规格由其直径和长度决定。螺栓直径由设备机脚螺栓孔径确定，螺栓长度依据机脚板厚、基座面板厚度、垫块厚度与伸出螺母的三倍螺距求和所得值选取。充分利用知识工程手段，根据机脚螺栓孔自动选取螺栓直径，而螺栓长度则通过设备机脚厚度、设备重量、垫块厚度、设备状态物理属性等信息输入自动推算获得，通过紧固件模块选取合适的安装螺栓，避免了手工查找标准，节约设计时间并提高设计准确性。
紧固件模块操作流程如图4所示。根据装舰设备种类细分，包括机组、泵类、电控箱、滤器、冷却器等。
图4 紧固件模块操作流程示意图
进入模块后，首先进入设备类型选择界面，选择设备具体类型，如图5所示。然后输入具体设备参数和选择属性信息，如图6所示，若与企业 PDM 结合后，可实现设备信息自动推送。接着选择合适的机脚安装形式，点击确认后，模块后台将结合螺栓标准确定其直径和其它紧固件规格，而后根据基座面板厚度选取规则、螺栓长度选取规则确定螺栓规格，再按照基本图元和制图规定自动绘制机脚示意图。接下来进行明细表编辑，点击确认按钮后在绘图区域点击鼠标左键即可生成明细表。最后开展技术要求编辑，输入具体内容后，在绘图区合适位置点击鼠标左键即可生成技术要求。对于模块生成的机脚示意图、明细表和技术要求均具备修改功能。
图5 设备类型选择界面
图6 设备信息输入界面
设备装舰用紧固件模块的研究开发，是对舰船设计CAD应用技术的初步探讨。通过工程实践，运用知识工程手段，基于VBA语言开发出的AutoCAD设备装舰用紧固件，能有效提高设计效率并改善图纸质量，并对AutoCAD工程应用二次开发具有较好的指导价值。随着信息化技术的不断发展，实现CAD技术与船舶设计流程的有效融合将成为行业发展趋势，只有切实高效的应用开发才能满足国内船舶设计需要。
参考文献：
[1]邵开文，马运义. 舰船技术与设计概论[M]. 北京：国防工业出版社，2005.
[2]徐灏. 新编机械设计师手册（上册）[M]. 北京：机械工业出版社，1995.
[3]孙桓，陈作模，葛文杰. 机械原理（第七版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.
[4]张萌. 基于AutoCAD平台的混凝土坝浇筑仿真初探[D]. 天津：天津大学，2010.
[5]聂礼生，马腾跃. 基于AutoCAD软件的钻孔设计插件系统[J].煤炭科技，2012（3）：73-75.
[6]孙克雷，顾荣荣，周华平，孙刚. 基于VBA和AutoCAD的瓦斯抽采钻孔设计与反演系统[J]. 安徽建筑大学学报，2014，22（6）：66-69.
Fastener Module Development Technology for Warship Equipment Installation Based on the Knowledge Base
LU Yongjin，XIAO Peng'an
( China Ship Development and Design Center, Wuhan 430064, China )
Abstract：The selection of suitable fasteners has become an important content of warship equipment installation technology. Combination with the engineering practice, standard specification and composition of fasteners for warship equipment installation were studied, fastener selection method based on knowledge base was established. Meanwhile, the technical route of fastener module using VBA language developed was constructed. Finally, the detailed instructions of the fastener module were illustrated. This module mainly realizes the functions of the rapid drawing for fastener design, accurate producing bills of material and so on, which can improve the design quality and drawing efficiency.
Key words：knowledge base；warship；fastener；secondary development
中图分类号：U662.1
文献标志码：A
doi：10.3969/j.issn.1006-0316.2017.02.001
文章编号：1006-0316 (2017) 02-0001-04
收稿日期：2016－09－14
基金项目：国家部委基金资助项目
作者简介：卢永进（1982－），男，四川泸县人，博士，工程师，主要研究方向为船舶设计信息化。
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