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1、华中科技大学 硕士学位论文 船舶装饰专用CAD系统的研究与实现 姓名：余浩 申请学位级别：硕士 专业：机械设计及理论 指导教师：陈立平;刘云华 20080530 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 I 摘摘 要要 在传统船舶装饰设计中，主要设计手段是简单利用 CAD 工具，存在数据输入量大， 图面设计和审核工作量大，设计随意性强，难以进行统计清册的问题。本文通过开发船 舶装饰专业 CAD 系统为解决上述问题提供了有效的方案。 船舶装饰设计中的主要设计内容是对装饰板材进行图面布置， 而板材的布置可以归 结为二维布局问题。针对布局问题中的布
2、局对象即布局空间和布局物体，本文中把设计 过程划分为底图处理，板材布置两个过程，然后分别给出了相应的 CAD 策略。在板材 布置的基础上，结合图面检查等辅助功能，最终给出了系统的整体框架。 首先，针对板材布置中的布局空间的表达，进行底图处理：在绘制底图基线的基础 上，通过最小单联通区域识别等算法求出基本布局空间实体，然后利用接长梁等图元对 基本布局空间实体进行分割，最终得到布局空间的边界表达形式。 其次，对于板材的布置，采用适当形式对不同板材分别进行表达，并根据实际设计 规则总结出板材布局的约束条件， 然后依据约束条件提出相应的布局算法策略并加以实 现。在布局空间和布局算法确定的基础上，最终实
3、现板材的布置功能。 对于较为复杂的编辑修改问题，文中提出了新的解决思路：首先提取布板方法并建 立修改触发机制，接着通过触发机制来调用修改后的布局空间和布板方法，对布板过程 进行重新计算，最终达到编辑修改的目的。 最后，应用以上分析成果，对船舶装饰专业 CAD 系统中的图面设计模块进行了研 究和开发；并通过一个设计实例，验证了该系统的实现。同时，从进一步提高设计效率 和与产品管理系统集成的角度，提出了对未来工作的展望。 关键字关键字：船舶装饰，工程 CAD，布局问题，约束 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 II Abstract In
4、the traditional boating decoration design work, the chief way is using simple CAD tool, which needs too much work on data input , statement, graphical design and its checking. In this thesis, an effective solution is provided. The chief content in boating decoration is the layout of decorating board
5、, which is ought to be the problem of packing problem. The two chief packing object are the packing space and the packing object. Towards those, the process of design is divided into basic draft process and the layout of decorating boards, then the related CAD algorithm is given. On the base of boar
6、d layout and the aided function such as draft checking, the system frame is given. Firstly, towards to the problem of layout space expression, the process of basic draft is proceeded. That is, on the base of plotted baseline , proper algorithm is used, then the basic layout space entity is computed,
7、 after the split on basic layout space, the expression of layout space is obtained. Secondly, towards to the problem of board layout, using proper form to express different decorating board; then, according to the design rules in practical work, the constraint term is generalized; in addition, an al
8、gorithm for the layout of board is put forward and implemented. On the base of the defination of layout space and layout alogrithm, the function of boards layout is implemented. Towards to the problem of edition, a new strategy is used. firstly, the layout method is packed-up ,and the trigger system
9、 is set up; then, edited layout method and new layout space are invoked through the trigger system; lastly, the layout of decorating board is redone, which leads to the implementation of edition operation. Finally, the study and implementation of professional CAD system for boating decoration is dev
10、eloped using the achivement mentioned above. In addition, the implementation of this system is proved by an example. At the same time, some expectation is brought forward from to the objective of the improving the design efficiency and integration with PLM system. Keywords: Engineering CAD , Boating
11、 Decoration , Packing problem, Constraint 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校
12、有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本论文属于 （请在以上方框内打“” ） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 保密，在 年解密后适用本授权书。 不保密。 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 1 1 绪绪 论论 1.1 课题研究背景和意义课题研究背景和意义 本课题来自华中科技大学 CAD 中心与华南建材公司的合作项目
13、-华南建材船舶装饰 CAD 系统研究与开发，该项目要求系统实现对船舶装饰行业提供自动化设计功能，以此 直接应用于实际设计工作。 目前的船舶装饰设计行业主要采用手工设计的模式， 即在船舶内室结构图上直接设 计装饰部分结构图。设计人员只能根据一定的设计准则和个人经验进行手工设计，由于 船舶内室装饰结构复杂，板材使用量大，因此存在设计强度大，容易出错返工的情况， 而且大量的手工设计和统计工作导致设计效率低下，并且严重制约设计质量提高。 船舶装饰设计本身是一个满足底图结构约束的二维布局问题，而采用工程 CAD 技术 可以解决该问题。在本系统中，首先对底图进行相关处理，使之成为具有工程意义的布 局空间实
14、体，然后在布局空间实体上进行进一步的板材布置设计。在板材设计过程中， 提出了一系列满足设计需求的基础算法，并加以实现，最终完成了板材布置功能。 本课题的直接意义是建立满足工程应用需求的面向船舶装饰专业 CAD 系统，对工程 底图进行结构分析和处理，提供智能化设计工具，并且实现各类检查和统计功能。以此 代替大量的重复手工劳动，提高行业的设计效率和质量；更深远的意义在于将工程图面 设计，智能化查询以及自动统计等功能进行集成，为船舶装饰行业设计提供了一个集成 的、 智能的系统设计平台。 并且为类似的装饰设计领域提供了具有参考意义的解决方案。 1.2 国内外研究现状和发展国内外研究现状和发展 1.2.
15、1 工程工程 CAD 技术的发展与应用技术的发展与应用 20 世纪 70 年代后期以来， 一个以 CAD 技术为代表的新技术改革浪潮席卷了全世界， 它不仅促进了计算机本身性能的提高和更新换代，而且几乎影响到全部技术领域，冲击 着传统的工作模式。 以 CAD 为代表的先进技术已经并将进一步给人类带来巨大影响和收 益。CAD 技术的水平成为衡量一个国家工业技术水平的重要标志。 自 CAD 概念被提出以来，CAD 技术已得到快速发展。起初，二维 CAD 系统在 CAD 应 用领域起主导作用。目前，三维 CAD 技术已经越来越成熟并得到更加广泛的应用。CAD 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论
16、 文华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 2 技术已成为企业进入国际市场的入场券。 尽管如此，CAD 在不同领域的应用水平并不平衡，即使在同一领域，不同方面的应 用水平也不一样。在某些领域，计算机能够代替人完成许多工作。例如，在机械制造领 域， CAD 技术在不同层次得到了广泛研究和应用， 三维 CAD 技术正得到普及应用(三维造 型、装配、机构运动分析等)。但是在另一些领域(如工程设计领域)，在计算机集成设 计方面的应用水平仍然较低。工程设计（Architecture，Engineering，Construction， AEC）就其本质而言是技术人员根据约束条件，用工程手段改变环境、满足特定要求所 进行的一种智能活动1 2。国外在工程设计领域内应用 CAD 技术始于上个世纪 70 年代。 它所占分额在整个 CAD 领域并不很大，但它却是发展最快的一个领域，并取得了明显的 经济效益。 国内工程 CAD 的研究与应用虽然起步较晚，但也取得了多方面的成果。二十世纪 80 年代中期，我国开始在建筑工程领域应用
