动画技术在船舶电缆拉敷仿真中的应用
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【摘 要】动画技术在船舶主干电缆拉敷仿真中的应用主要针对新的造船模式下的主干电缆拉敷目标，开展主干电缆拉敷仿真技术研究，实现柔性电缆仿真技术在船舶中的深入应用。
本文中提到的动画技术以3dmax动画为例，通过复杂模型背景下轻量化技术将产品模型进行数据转换，提出了电缆拉敷路径生成方法及柔性实体电缆创建方法，通过电缆柔性化拉敷流程的模拟仿真，验证拉敷路径的合理性和可行性，同时对拉敷工装的设计、布局的合理性起到检验作用，对产品施工设计工作具有指导性意义。
【关键词】3dmax 动画；轻量化；转换；柔性；路径；仿真
引言
近年来，船舶行业的很多大型企业采用DELMIA系统进行产品工艺仿真，同时开展了船机管电舾等多专业的工艺仿真工作。其中电气专业的主干电缆拉敷在施工过程中存在诸多问题，例如敷设通道的规划、敷设工装的验证等问题，生产任务紧迫，为避免重复性错误，节约生产资源，需使用仿真手段进行验证和解决。在DELMIA中打开工艺流程及产品与资源，主要完成电缆敷设路径制定、甘特图分析、装配仿真分析、碰撞干涉分析以及人机工程等工作。但该软件不能实现电缆的柔性拉敷仿真，只可基于刚性机械模型进行操作。只能采用将电缆模型打断成若干小段，通过顺序隐藏显示每段及间隔时间设置的方法，完成电缆走线仿真。该方法只是在形式上完成了电缆的拉敷仿真，并没有真正解决实际问题，在仿真分析及验证方面明显不足，无法通过三维可视化方式直接反应工艺设计规划的合理性，进而无法模拟真实环境中电缆柔性化的拉敷仿真试验。本文通过开展主干电缆柔性拉敷仿真技术的研究，解决新的建造模式下主干电缆拉敷的系列问题，为船舶产品的主干电缆拉敷提供技术支持。
1 电缆拉敷背景模型轻量化处理
电缆拉敷背景模型复杂，包含船体、管路、设备、基座、焊接件等，模型数据量大。大型装配模型打开过程耗时长，做些简单操作后，由于内存等资源消耗殆尽，经常会造成DELMIA系统无响应或者系统崩溃。因此在进行仿真前，须对大型装配模型进行轻量化处理，利用CATIA软件的前置处理接口将复杂背景模型导出为CGR轻量化格式。
2 产品模型转换
2.1 模型转换方法
对于动画软件低版本（3DMAX2016以下），要实现CATIA模型转换，可使用CATIA批量转换工具，Batch-DXF-IGES-STEP工具。注意，DXF和DWG格式只支持二维的图纸形式。点击“run”运行，查看目标目录，找到生成文件，“Processes”栏可查看转换日志文件。上面步骤完成后3DMAX导入生成的文件即可。另：CATIA存为iges或step格式，3DMAX进行导入亦可。对于高版本包括3DMAX 2016及以上版本，由于动画软件本身支持catpart、catproduct格式，因此可直接导入CATIA模型。
2.2 模型转换技巧
将轻量化格式的模型在3dmax软件中导入。对模型进行处理，删除不需要的部分，得到最终的结果模型。对模型细节部分进行处理，可调整颜色等信息。在3dmax中，当模型三角面片数据量超过一定数量时，操作出现卡顿现象，加上3dmax软件本身的稳定性较差，容易出现宕机退出等现象，因此，为了减少面片数目，可采用转换成可编辑网格，编辑网格，移除孤立顶点，最后焊接顶点的方法进行解决。
3 电缆拉敷路径生成
3.1获取电缆敷设路径方法
目前产品设计都在CATIA软件中实现，因此需将CATIA电缆通道路径信息进行导出处理。首先将所有通道进行处理后转换为实体，将通道中心线显示出来，在新窗口中打开保存。
然后将上述数据导入到3dmax软件中，并隐藏实体部分，只保留二维线段，作为电缆拉敷路径的中心线，根据电缆规格尺寸可计算出电缆拉敷路径。
3.2创建电缆轱辘电缆路径方法
首先统计出电缆轱辘盘放的电缆的圈数以及每圈电缆中心线间距，电缆中心线圈半径等参数。创建一根螺旋线，这根螺旋线作为最内侧电缆线圈的中心线，根据电缆规格尺寸调整螺旋线各项参数。将第一份螺旋线复制n等份，n为电缆轱辘盘放的电缆总圈数。分别将其设置为逆时针方向、顺时针方向、逆时针方向、顺时针方向，以此类推。然后根据前面统计出的电缆线圈中心线间距等相关参数进行螺旋线参数调整，得到最终的所有电缆线圈的中心线。将所有线圈进行中心对齐，将多根螺旋线端点依次利用软件融合焊接功能将其焊接在一起，这样所有线圈变成一根线圈。至此，电缆轱辘上的电缆路径创建完毕。
3.3敷设工装电缆路径创建方法
电缆通过拉敷工装进行缠绕并按实际规划的路径进行拉敷，电缆敷设工装根据设计的拉敷布局进行摆放，计算好工装位置和距离，须与现场施工规划的方案一致。摆放到位后，根据电缆缠绕规则进行曲线路径的绘制，将多有路径曲线首尾焊接，变为一条路径，这样电缆通过拉敷工装的路径就建立完毕。在下面所述的实体电缆建好后便可以根据电缆盘放验证拉敷工装设计、布局和拉敷路径的合理性了。
4 柔性实体电缆建模方法
当电缆敷设背景、路径都准备好后，需要实体电缆进行拉敷操作了。实体电缆的创建方法至关重要，DELMIA软件功能的限制无法进行电缆柔性拉敷操作，经研究，这项功能可用3DMAX软件解决。主干电缆长度值较高，要想达到随意弯曲的效果，就必须细化电缆模型，也就是提高电缆的分段数。由于电缆使用圆柱体进行创建，而由于3DMAX软件限制，圆柱高度最大分段数只能设置为200个，经测试当电缆长度超过10m时，弯曲时出现失真现象。综上所述，当电缆超过一定长度，需进行相应处理，经研究可用以下方法进行处解决：
（1）首先创建一根10m的圓柱体电缆，分段数设置为200。然后根据实际情况复制多根，例如总长度为100m，则复制9根，将这十根电缆首对尾依次排布好，为形成一根电缆做准备。
（2）将多根电缆进行连接。选择第一根电缆，将其转换为可编辑多边形，然后点击附加，再选择第二根电缆（由于电缆太高，从视图中选择困难，需用“选择对象”命令进行选择），点击确定。
再次点击“选择对象”命令，选择第三根电缆，以此类推，附加完所有电缆，取消激活“附加”按钮。至此所有电缆合并为一根，该电缆具有精细的柔性弯曲功能。
（3）选择最终合成的电缆，添加“路径变形绑定（WSM）”修改，拾取电缆路径，点击“转到路径”。这样，电缆就与事先规划的敷设路径合为一体，调整相应参数，进行相关设置，就可看到电缆按照敷设路径进行拉敷动作。
5 电缆拉敷流程仿真实施及意义
在3DMAX环境下进行电缆敷设流程的模拟仿真，验证了拉敷路径的合理性和可行性，同时对拉敷工装的设计、布局的合理性起到检验作用，为电缆盘放空间的设计提供了依据。经对理论敷设路径多次进行迭代调整优化后，使其布置合理、施工可达、满足系统技术要求。该方法已在某船舶产品电缆拉敷项目中得到验证，为电缆拉敷实施可行性提供了技术保障。
6 结束语
电缆柔性拉敷仿真已经成为一项倍受关注的技术，开展此类研究，有利于船舶产品设计建造水平提升，降低现场实施失误率，节约成本，提高工作效率。大力发展民用科技，将动画技术融入工业生产设计中，相信经过长时间的摸索与努力，还会涌现出更多更先进的技术，这对提高产品设计建造质量具有重大意义。
（作者单位：渤船集团设计院）
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