一种船舶MBD完整性定义方法技术

本发明专利技术涉及一种面向船舶行业的MBD完整性定义方法。通过构建数据集与定义规范，包括设计基准、坐标系、几何模型、注释、标注及辅助类的特殊定义要求，建立了面向船体专业数据与管系专业数据的详细定义方法。基于关联数据挖掘算法，获取工程注释项间、模型特征与工程注释间的关联关系，实现MBD创建过程中相关工程注释项的推荐，进而提高MBD数据集创建效率。对船舶数据集内容的定义形式、存储形式、面向应用场景的交付物形式、信息提取与传递技术等问题提出了具体实施方法。本发明专利技术旨在以MBD模型作为唯一数据源，对二维图纸与三模型进行有效集成，并提出了设计信息定义与传递的方法，因此具有重要的理论研究意义和广泛的应用前景。

A method of ship MBD integrity definition

The invention relates to a MBD integrity definition method for shipbuilding industry. By constructing data sets and defining specifications, including special definitions of design benchmarks, coordinate systems, geometric models, annotations, annotations and auxiliary classes, a detailed definition method for ship hull data and system data is established. Based on the association data mining algorithm, the association relationships among engineering annotation items, model features and engineering annotation are obtained, and the recommendation of related engineering annotation items in the process of MBD creation is realized, thereby improving the efficiency of MBD data set creation. The concrete implementation methods of the definition form, storage form, delivery form oriented to application scenario, information extraction and transmission technology of ship data set are put forward. The invention aims at effectively integrating two-dimensional drawings with three models by using MBD model as the sole data source, and puts forward the method of design information definition and transmission, so it has important theoretical research significance and wide application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种船舶MBD完整性定义方法
本专利技术将基于模型的定义技术运用于船舶制造行业中，建立了一种船舶设计与生产数据的完整定义方法，将产品的所有相关工艺描述、属性、管理等信息都附着在产品三维模型中，对设计、生产数据集的各类内容提出了详尽的定义方法，并提出了数据的传递与表达方法，属于基于模型的数字化定义领域。
技术介绍
船舶制造是典型的大型装备制造行业，随着我国船舶制造业的迅速发展，传统的以二维图纸为主的设计、制造模式已无法适应技术发展的要求。目前船舶行业采用以二维图纸为主，三维模型为辅的生产设计信息表达与传递方式，二维图纸的不直观性以及二维三维双数据源带来的数据二义性，使得数据的表达与传递准确性存在着明显不足。基于模型的数字化定义(ModelBasedDefinition，MBD)技术是将产品的所有相关工艺描述、属性、管理等信息都定义在三维模型中的先进的数字化定义方法，以三维建模技术为基础的数字化定义技术将成为未来船舶业制造发展的一个重要方向。三维建模技术的应用提高了设计的效率与设计信息表达的准确性，在复杂零部件的结构设计过程中，目前大部分企业实现了以三维建模为主的设计手段，但在向生产车间传递制造信息的过程中，还依赖于二维与三维结合的图纸表达方式，图纸的空间局限性限制了图纸的表达能力，也因此限制了复杂模型从设计向生产的顺利转化，制约着设计和生产能力的进一步发展。将MBD技术运用于船舶制造中，旨在使用集成化的三维几何模型完成船舶产品信息的表达，实现单一产品数据源下的数字化制造与装配。文献“面向船舶制造的MBD数据构建与数据管理”将MBD三维模型建模方法作为产品模型设计与制造中的唯一产品数据来源，构建面向船舶制造的MBD数据结构及数据管理方法(李明宇，徐巍，张文俊，何景异.舰船科学技术，2015,37(3)：86-87)；文献“机械产品数字化定义的数据内容及其组织”对数字化定义的数据结构及组织提出了详细论述，包括工程数据集的数据结构、层表管理、零件表的生成、维护等过程(范玉青,企业信息化.2002,12(3):41-43)。在上述文献中，对MBD数据集的内容及结构进行了研究，本专利技术提出了针对船舶行业应用MBD技术的数据完整性定义方法。附图说明图1零部件MBD数据集结构图2结构规范树信息的组织图3属性查询界面图4坡口标注图5坡口数据定义界面
技术实现思路
本方法构建了面向船舶设计与制造数据的完整性定义方法，构建设计与制造数据集及定义形式的说明，包括设计基准、坐标系、几何模型、注释、标注及辅助类的定义形式，建立各类数据的详细定义方法，并提出面向设计端的模型数据快速定义方法及面向模型应用过程的数据传递方法。基于数据关联规则挖掘算法实现模型数据的快速定义，获取工程注释项、模型特征与工程注释间的关联关系，并以数据关联挖掘规则理论作为基础，实现MBD创建过程中相关工程注释项的推荐，实现数据集内容的快速定义以及查询等功能。对船舶数据集内容的定义形式、存储形式、面向应用场景的交付物形式、信息提取与传递技术等问题提出了具体实施方法。包括以下主要内容：1、构建各类数据集并对数据集内容进行规范性要求将船舶MBD数据集分为壳体数据集和舾装数据集，如图1所示。对于壳体数据集而言，面向生产环节分为切割数据集、加工数据集、装配数据集、焊接数据集、检验数据集；对于舾装数据集分为加工数据集和检验数据集。并提出以下数据集定义要求：●数据集集成了以往存在于图纸中的各类加工要求如公差、文本等信息，数据集可以分为多层次数据集，如船舶总设计数据集、具体的各专业的数据集等，数据集定义在三维模型及其结构规范树中，数据集必须完整表达该产品的设计及制造信息；●数据集保留在发布过程产生的模型间关联关系；●在数据集更改过程中，必须保持外部关联模型与父产品模型的同步；●每个工程零部件(包括标准零件)都存储在数据管理系统中以便查询和调用。2、对各类设计与生产数据规定不同的定义形式提出针对船舶零部件的定义形式，包括设计基准、坐标系、几何模型、标注、注释、辅助类特殊定义、数据集更改等数据要素的定义要求；建立了针对装配件的数字化定义要求；针对船体专业，对具体的数据集内容提出了详细的定义方法，包括定义内容、数据存储位置、数据传递方式、数据载体等。MBD数据集是完整产品信息的集合，集成了以往分散在三维模型与二维图纸中的设计与制造信息，包括传统图样上的公差、旗注和文本类信息。按照定义方式不同，将数据类型分为：设计基准、坐标系、几何模型、标注、注释、辅助类特殊定义要求、数据集更改管理。3、设计基准与坐标系的定义零件处在特定的位置和环境中，它的设计工作是与其他零件有关联关系的，这种关联关系体现在对形状和位置的依据，这种依据是建模的基准数据。MBD中的基准数据定义了零件研制从方案设计阶段到产品的工程设计阶段所需要的基准。在船体模型设计过程中，是以SRS(StructureSystemDesign)作为支持面与边界的基准，是设计肋板等的位置与形状的基准。在管路的零部件定义中，需要定义该零件在全局坐标系中的位置和姿态，一般以最近肋板为位置基准。例如，管件A的建模过程，以“肋板B”作为基准进行，上游零件“肋板B”模型的相关几何特征“如面、线、实体”需要进行发布，并作为管件A的外部参考。管件A的三维模型应与肋板B有关联关系，这种关联关系体现在几何特征的相对位置和尺寸上(如管件和肋板某端的距离)，该信息在MBD模型中应直接以尺寸标注的形式加以说明。在船舶产品数字化定义过程中，建立一套完整的坐标系统，包括船体坐标系、辅助坐标系和局部坐标系。三维模型可基于船体坐标系建模，也可以基于局部坐标系建模，坐标系用于表征该零件的位置和姿态。关于坐标系的说明应在注释中加以说明。对于在整个船舶产品中被多处使用的非环境相关零部件，它在产品中有多个实例，每个实例将拥有确定的位置约束关系。对于此类零件而言，不能在一个零件的定义时确定出所有的位置关系，因此需要其他辅助的信息(如建立新的坐标系统、建立辅助基准平面)来描述其装配位置关系。以管件三维模型为例，该零部件的位置和姿态是确定的，是以全局坐标系(船体坐标系)作为基础进行建模的。坐标系信息存储于模型在绝对坐标系下的位置姿态中，在自动创建数字样机的时候就以坐标系信息为基础。4、非几何信息的定义方法在MBD模型中，MBD模型是产品尺寸与公差定义的唯一介质。每个零件的非几何信息(如公差、表面粗糙度)应该通过零件注释或通过功能尺寸和标注直接在几何模型特征上定义，所有的尺寸、公差应该与确定的模型元素相关联。每个标注信息都不是单独存在的，而是与一个或多个几何模型特征相关联，被关联的模型特征被称作标注几何，标注信息与几何模型的关联关系通过指引线表达。零部件的非几何信息以表1进行规范化定义。表1根据内容不同，将MBD模型中的三维注释分为标准说明、工艺注释、标注说明、标准件及材料描述。以属性集的形式将零件属性信息存储在MBD模型的结构规范树中，并对属性类型的分类方法进行统一规范，规范内容包括属性类型和项目名称，对船体零件中的属性信息进行归纳，如表2。表25、MBD模型信息以多视图的形式在三维软件中进行展示MBD的几何模型用于定义几何信息，同时也是定义非几何信息的基础。几何模型的建模过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.船舶MBD完整性定义方法，其特征在于，将数字化定义方法运用于船舶制造行业的壳体与舾装专业中，将产品的所有相关工艺描述、属性、管理等信息都附着在产品三维模型中，针对船体的切割、加工、装配、焊接、检验环节制定完整的数字化定义规范，来实现船舶数据集的完整定义。

【技术特征摘要】
1.船舶MBD完整性定义方法，其特征在于，将数字化定义方法运用于船舶制造行业的壳体与舾装专业中，将产品的所有相关工艺描述、属性、管理等信息都附着在产品三维模型中，针对船体的切割、加工、装配、焊接、检验环节制定完整的数字化定义规范，来实现船舶数据集的完整定义。2.如权利要求1所述的数字化定义规范，其特征在于，针对船舶壳体和舾装建立相应的数据集，将数据集内容划分为设计基准、坐标系、几何模型、标注、注释、辅助定义、数据更改与管理，对以上数据建立详细定义规则与要求，包括具体定义内容、数据存储位置、数据传递方式、数据载体等，并通过数据定义过程的快速挖掘与推荐，实现MBD数据集的有效传递。3.如权利要求2所述的数据传递方式，其特征在于，针对船体专业MBD模型在不同生产阶段以不同形态的模型作为数据源，使用STG模型描述零件在理论模型的基础上附加余量补偿量等加放尺寸之后的状态，材质、材料规格、切割尺寸、坡口信息等组成切割与加工数据集，使用SDD模型描述零件的理想装配状态，定位尺寸、流向信息、零件表、主尺度等组成组成装配与焊接数据集。4.如权利要求2所...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜福洲，郭瑞振，蔡乾亚，单小芬，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，江南造船集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京,11