（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）船舶振动预报数据输入的智能化研究.pdf

哈尔滨工程大学硕士学位论文 摘要 船舶市场的国际竞争愈来愈激烈，由于传统的船舶设计方法已不能满足 现代船舶设计的需要，近年来船舶设计中引用了计算机技术，使设计计算工 作大大简化。海船设计己引入了不少国外软件，但是在军船和内河船设计中还 大量使用a u t o c a d 软件，国外的海船设计软件通过d x f 文件也可以同 a u t o c a d 软件相通。所以通过a u t o c a d 软件平台对船舶结构图进行数据处理， 从而智能化分析船舶结构几何、物理等参数的研究，这无论是对船舶设计， 还是对船舶结构动、静强度计算都具有重要意义。 本文就是基于此目的，通过船舶设计图形的数字化研究，实现船舶振动 预报数据输入的智能化。采用了以v b a 为工具，i 基蜇a u t o c a d 的二次开发的 方法，并将此方法用于船体结构的a u t o c a d 图纸研究。 为了用b 样条曲线描述船舶线型，本文首先介绍了其最关键的内容，即 b 样条曲线插值程序设计原理。其次对船舶结构的煎坐璧口握分别进行参数识 别，然后将所有数据分模块录入事先建立好的参数化的数据库，为计算船舶 振动预报有关参数的智能化处理提供了良好的前提。最后编制了“船舶振动 预报数据输入”的智能化软件，该软件以a u t o c a d 为平台，由船舶结构图替 代了大量的人工数据输入，最终完成船舶振动预报，该软件输入数据与人工 数据输入进行了验证。 本文所得到的软件具有通用性，能够适用于任何一艘船舶的a u t o c a d 结 构图。 关键词：振动预报；数据库；参数化；智能化 哈尔滨工程大学硕士学位论文 i i i a b s t r a c t， i ， t h e t r a d f i o n a ls h i pd e s i g nm e t h o d c o u l dn o tm e e t 龇d e m a n do f t h em o d e m s h i pd e s i g n 如t h es h i pm a r k e tc o m p e t i t i o ni sm o r ea n d m 1 o r ei n t e n s i f i e d i nt h e s e y e a r s ，t h e h a sa p p l i e t o t h es e a g na n dc a l c u l a t i o nw o r k a r es i m p l i f i e da st h ec o m p u t e rt e c h n o l o g y t ot h es h i pd e s i g n m a n yk i n d so f f o r e i g n ( s o f t w a r eh a v e b e e na p p l i e d 型d e s i g n ，b u t t h ea u t o c a di ss t i l lu s e db yt h ew a r s h i pa n d d e s i g n t h ef o r e i g nd e s i g n s o f t w a r ec a l lb ec o l m e c t e dw i t ht h e 蕊i f f c a db yt h ed x fd o c u m e n t t oa n a l y z et h e g e o m e t r i c a l a n dp h y s i c a l p a r a m e t e ro f t h es h i ps t r u c t u r ei sa p p a r e n t l yi m p o r t a n tt ot h es h i pd y n a m i c sa n d s t a f f d 唔c a l c u l a t i o nb yd e a l i n g 、撕t ht h es h i ps t r l l c t i l r ed a t au n d e rt h ea u t o c a d i d e j “l d “一we 作f ，_ 一 t h i sp a p e ri sb a s e do ni tt or e a l i z et h ei n t e l l i g e n t i z e dd a t ai n p u to ft h es h i p v i b r a t i o np r e d i c t i o nb ys t u d y i n gt h ed i g i t a lo ft h es h i pd r a w i n g v b ai ss e l e c t e d a st o o lt od e v e l o pa n t o c a d a n dt h i sm e t h o di sa p p l i e dt ot h ea u t o c a d d r a w i n g r e s e a r c h o f s h i ps t r u c 缸饔| ：二 7 j f 1 t h i sp a p e ri n t r o d u c e d 恤em o s t k e yk n o w l e d g e ，n a m e l yt h ep r o g r a mp r i n c i p l e o ft h eb - s p l i n ec u r v ef i r s ti no r d e rt ou s ei tt oc h a r a c t e r i z et h es h i ps h a p e t h e n p a r a m e t e r i z e dr e c o g n i z e st h e 逛坚【璺笾继a n dp l a n e so ft h es h i ps t r u c t u r e t h e d a t ag a i n e dw i l lb ep u ti n t ot h em o d u l ed a t a b a s eb u i l tb e f o r e h a n dw h i c h p r e p a r e d f o rt h es h i pv i b r a t i o np r e d i c t i o n t h e i n t e l l i g e n t i z e dp r o g r a m o ft h es h i pv i b r a t i o n p r e d i c t i o nd a t ai n p u ti sc o m p l e t e d a tl a s t n l i sp r o g r a ms u b s t i t u t e st h em a n p o w e r d a t ai n p u tb a s e do na u t o c a d a n dt h ev i b r a t i o np r e d i c t i o ni se n t i r e l yc o m p l e t e d u pt o n o w o nt h eo t h e rh a n d ，t h ep r o g r a mi sv e r i f i e di nt h e p r o c e s so ft h e a p p l i c a t i o n t h ep r o g r a mc a nb ec o m m o n l yu s e dt ot h ea u t o c a d d r a w i n go fa n yt y p eo f s h i p ， k e y w o r d s ：v i b r a t i o np r e d i c t i o n ；d a t ab a s e ：p a r a m e t e r i z e ；i t e l l i g e n t i z e 哈尔滨工程大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下， 由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引 用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用 的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表 的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，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。 作者( 签字) ：堑壅 日期：伽审年弓月f 日 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第1 章绪论 2 1 世纪是知识经济的时代，信息革命的浪潮正悄然融入世界的每一个角 落。c a d 的应用是造船业主要的技术创新内容之一，也是国内造船企业技术 创新的一个方向，欧盟己明确把船舶工业列为“最适宜于信息技术应用的理 想领域”。近年来船舶设计中广泛采用了计算机技术，使设计工作大大简化， 设计周期越来越短。 目前，就我国的船舶c a d 的应用情况而言，绝大多数船舶设计和建造 单位仍然广泛采用a u t o c a d 一类的成熟软件、用传统的设计和绘图方法进 行工作。而象a u t o c a d 这样比较成熟的软件，发展速度非常快，比如 a u t o c a d 2 0 0 0 在三维功能、数据库、二次开发、v b a 、a u t o l i s p 、a d s 等方面新增了许多功能，其中好多可以运用于船舶c a d 方面。但是，我们 目前对此的重视和研究还远远不够，还没有充分发挥这些软件应有的作用。 比如用于二次开发的v b a 出现得比较晚，使用时又脱离主应用程序，必须 内置于应用程序中，所以编程人员对其较陌生。然而，v b a 很好的继承了 b a s i c 和v i s u a lb a s i c 易学易用的特点，而且具备强大的开发功能和最新的开 发技术。此外，v b a 中的代码完全是在进程内执行的，与a u t o c a d 完全共 享内存空间，所以执行速度很快，语言结构十分简洁，主程序可根据自己的 需要，在嵌入时安排v b a 的侧重点。因此从理论上来说，v b a 是种良好的 开发工具。 c a d 在船舶振动领域中同样发挥着重要的作用。因为船舶振动对大船来 说是不容忽视的。虽然船舶振动的计算方法很多，但是几乎每种方法都需要 对船体的结构形式，剖面形状，材料参数，分布质量等方面进行分析。然而， 传统的分析方法计算非常复杂，需要大量的人工数据的输入，大大降低了工 作效率。这已不适合当代船舶设计的发展要求，是船舶设计中迫切需要解决 的个问题。随着a u t o c a d 等各种软件在船舶设计中的广泛应用，一种新 哈尔滨工程大学硕士学位论文 的船舶振动预报的方法也就随之产生。本课题正是应用a u t o c a d 绘制的船 舶结构图，在v b a 开发环境下进行编程，完成对结构图的分析。 综上所述，本文采用v b a 为工具，对a u t o c a d 进行二次开发，并将此 方法用于船体结构的a u t o c a d 图纸研究，使a u t o c a d 这种通用性软件与我 们的船舶专业联系更加紧密，更好的为船舶设计与计算服务。本文重点研究 了船舶振动预报的数据智能化输入。 1 1 国内外研究现状 1 1 1c a d 技术发展历史 2 0 世纪5 0 年代末，美国麻省理工学院林肯实验室研制出了空中防御系 统( s a g e s y s t e m ) ，该系统利用显示器和光笔等硬件设备，实现了雷达信号 的图形转换、目标图形的信息拾取等功能，从而宣告了交互式图形技术的正 式出现，为c a d 技术的兴起打下了坚实的基础。1 9 6 2 年，美国学者 i e s u t h e r l a n d 发表了“人机对话图形通信系统”的论文，并研制出了名为 s k e t c h p a d 的系统。他的论文及s k e t c 阳) a d 系统首次提出了计算机图形 学、交互技术等理论和概念，实现了初步的交互式设计功能。尽管该系统在 今天看来很原始，但它所用到的这些基本理论至今仍是c a d 技术的基础。 因此，i e s u t h e r l a n d 的这篇论文被公认为是c a d 技术发展和兴起的标志。 此后，随着交互式计算机图形显示技术的发展，美国很多大公司都敏锐 地看到了c a d 技术的发展前景，并纷纷投以巨资，研制和开发了一些早期 的c a d 系统，如i b m 的具有数控加工、绘图和强度分析等功能的基于大型 机的s 删s tc a d 系统等。2 0 世纪7 0 年代，计算机图形学及绘图技术日 趋成熟，计算机硬件技术得到飞速的发展，以小型机和超小型机为主的通用 c a d 系统开始进入市场，针对某些特定问题的专用c a d 系统也开始蓬勃发 展。2 0 世纪8 0 年代，随着先进制造技术的发展，c a d 与c a m ( c o m p u t e r a i d e d m a n u f a c t u r i n g ) 等的集成系统开始出现。9 0 年代后，c a d 技术已开始走出它 哈尔滨工程大学硕士学位论文 的初级阶段。迸一步向标准化、集成化、智能化和自动化方向发展，并逐步 发展成为更成熟的c a d 系统。 c a d 技术开始于2 0 世纪5 0 年代，经历了5 0 年代和6 0 年代的形成、7 0 年代的发展与8 0 年代的兴旺，到现在2 1 世纪已经在二维绘图和三维几何造 型等方面取得了很大的成就，并达到了普遍应用的地步。c a d 支撑系统的发 展大致可以分为以下几个阶段。 第一代c a d 系统，出现于2 0 世纪6 0 年代。这一代系统主要用于二维 绘图，以解析几何的方法定义有关的点、线、圆等因素是其技术特征。 第二代c a d 系统，出现于2 0 世纪7 0 年代。这一代系统主要是二维交 互式绘图系统及三维几何造型系统。几何造型采用了三维线框模型、表面模 型和实体模型等技术。 第三代c a d 系统，出现于8 0 年代。在建模方法上分别出现了特征建模、 基于约束的参数化建模和变量化建模方法，由此出现了特征建模系统及参数 化建模系统，而且出现了两种方法相互借鉴和融合的系统。 现在，c a d 技术仍在向前发展，有人称之为第四代c a d 系统，它是一 种支持新产品设计的综合性环境支持系统，能全面支持异地的、采用不同设 计原理与方法的产品设计工作。但是，目前还不能提供成熟的、商品化的第 四代c a d 系统，因为各种相关的技术还在研究之中。 1 1 2c a d 技术研究及应用现状 目前，c a d 技术已经广泛应用于航空、航天、汽车、船舶、机械、电子、 轻工、建筑等各个领域，成为有关工业部门在竞争中不可缺少的手段。1 9 9 1 年，美国政府发表了跨世纪国家关键技术发展战略，列举了六大领域2 2 项关 键项目，而c a d 技术则与其中的两丈领域1 l 项关键项目紧密相关。这两大 领域即是制造领域和通信、信息领域。 c a d 技术之所以在很短的时间内得到如此广泛的应用，是因为世界各国 对c a d 技术的研究和应用非常重视，已经推出了大量成熟的和高度商业化 哈尔滨工程大学硕士学位论文 的c a d 系统，其中比较典型的有：法国d a s s a u l ts y s t e m s 公司开发的c a t i a 系统、m a t r ad a t a v i s i o n 公司开发的e u c u d 系统、美国洛克希德飞机公司研 制的c a d a m 系统、s d r c 公司开发的i d e a s ，p t c 公司开发的 p r o e n g i n e e r i n g 系统、u n i g r a p h i c s 公司开发的u g 系统等。这些系统大 都运行于大中型机及工作站上。随着微机硬件性能的提高，出现了一批微机 c a d 系统，典型的有美国a u t o d e s k 公司的a u t o c a d 系统、c v 公司的c a d d s 系统、以色列研制的c i m r e o n 9 0 系统、s o l i d w o r k 系统、m a s t e r c a m 系统等。 众多成熟的c a d 系统的推出充分显示了这技术在设计生产领域中的优势 和广阔的应用前景。 近年来，随着计算机技术的飞速发展，c a d 技术已经由发达国家向发展 中国家扩展，而且扩展的势头非常迅猛。我国对c a d 技术研究、应用相对 较晚，2 0 世纪7 0 年代才起步，但对c a d 技术却非常重视。1 9 9 1 年，经国 务院批准同意，国家科委牵头，由有关的1 1 个部委组成了全国c a d 应用协 调指导小组，制定了( ( c a d 应用工程发展规划纲要，制定与评审了c a d 通 用技术规范。在“九五”期间，国家科委将c a d 应用作为四大工程( 先进制 造技术、先进信息工程、c i m s 工程、c a d 应用工程) 之一。 经过短短3 0 年的时间，我国c a d 技术已经得到飞速的发展，不论在理 论研究还是在实际应用方面均取得了可喜的成就。 在理论研究方面，目前主要集中在参数化设计、特征设计、智能设计等 几个方面。如上海交通大学的高剑锋等提出了基于图和规则的二维几何约束 求解算法，成为新一代智能c a d 系统的核心；华中科技大学的陈立平等提 出了通用几何约束求解算法，将二三维几何约束系统统一了起来；中科院软 件所程成等提出了种基于自由度分析的有向约束实现机制及算法，提高了 三维参数化设计系统的交互性能。 在开发应用方面，一个主要的方向就是c a d 二次开发，如天正c a d 、 北京大恒公司的d h c a d 、武汉一家公司的i n t e c a d 等都是以a u t o c a d 平 台为基础的二次开发产品。国内自主版权的c a d 软件现在还不多见，其中 比较成熟和应用比较广泛的主要有武汉的开目c a d 、上海的白玉兰 哈尔滨工程大学硕士学位论文 c a d ( b y l - - c a d ) 等。这些都是通用型的c a d 系统。另外也出现了一些专业 性很强的c a d 系统，如变速箱方案智能c a d 系统、内燃机钢套c a d 系统 等。这些产品的研制与开发成功，为我国c a d 应用赢得了宝贵的时间，在 工业设计和制造领域起到了积极的作用。 在今后一段时期内，c a d 技术将来会在参数化设计、特征设计、智能设 计、相关性设计及c a d 系统的集成化和网络化等几个方面进行重点研究， 并将取得进展。 1 1 3a u t o c a d 的特点分析 a u t o c a d 是美国a u t o d e s k 公司著名的c a d 软件，它是p c 平台上的主 流c a d 系统。a u t o c a d 实际上是一个独立的绘图系统，它可以与其他高级 语言相配合建立一个完整的计算机辅助设计系统，做到设计、计算、绘图一 条龙。它的主要特点首先是可以取代许多绘图工具，更易于加工、修改图形。 a u t o c a d 绘图平台可以取代各种各样的图板，这是基本的功能，而且通过使 用其提供的度量命令和单位转换命令，可以使我们甩掉一切度量仪器，不需 要为单位换算而进行繁琐的计算。 其次，a u t o c a d 使图形形象化、存储方便。通过使用线型、颜色、不同 定体、不同的填充图案，可使图形更直观；若再配以灯光即立体渲染，会使 图形更加形象化，这种效果是手工绘图难以实现的。手工绘图重复使用价值 极低，基本上不能重复使用；计算机绘图克服了这一缺点，使已绘好的图形 可以长期保存，并且可以无限制地重复使用。特别是一些常用图形，只需作 简单修改就可以被再用；同时还可以利用高级语言配合进行参数化设计，大 大提高了劳动生产率。 再次，a u t o c a d 提高了设计、绘图的精度，其对设计进行模拟和实验的 利用，使绘图精度大大地提高，保证了设计的可靠性。这是手工绘图无法实 现的一个重要功能，通过这一功能，使计算机真正成为设计的工具。除此之 外，c a d 所提供的编辑命令( 如删除、移动、旋转、放大、缩小、拷贝等) 功 哈尔滨工程大学硕士学位论文 能远远大于绘图命令的功能。 a u t o c a d 不但具有强大的绘图与管理功能，而且提供了非常开放的二次 开发环境。通过对a u t o c a d 进行二次开发，可以利用a u t o c a d 内部的各种 功能，为各种行业的用户开发专用的c a d 设计环境，极大地提高设计生产 的效率。在绘制机械图时，使用c a d 绘图能快速而且准确地生成符合用户 要求的图形。不过也常会遇到这样一些情况，就是需要重复绘制大量相同类 型的图形，如标准件象螺钉、螺栓、销、键等。这些标准件在一幅总装图中 出现的次数很多，只是各自的参数有所不同而已。半连轴、齿轮等也是出现 较多的零件。若每个零件都重新绘制，势必会浪费大量的时间，效率很低。 如能根据某种类型零件的具体参数要求，自动生成符合要求的零件，那么就 能大大减轻制图工作人员的工作强度，从而提高工作效率。对些复杂的、 绘图难度较高的零件而言，就更是达到事半功倍的效果。 1 _ 1 4 我国船舶c a d 发展状况 近几十年来，c a d 技术越来越广泛地应用于船舶设计与制造领域，我国 也非常重视这一技术的开发与应用，并且取得了很大成效。回顾这一发展过 程可以发现这样一些特点：七、八十年代，我国是以自主开发c a d 技术为 主，九十年代以后是引进国外技术为主，自主开发阶段虽然取得了许多研究 成果，有些也应用到了实际中，但是由于发展速度落后于国外先进水平，特 别是缺少功能强大的集成化软件，国内许多设计和生产单位自九十年代以来 纷纷从国外引进了c a d 应用软件。根据笔者了解和掌握的情况，从国外引 进的技术和软件，虽然花费了大量外汇，但是对其的消化吸牧远远不够，影 响了其使用效益。目前存在应用技术研究与引进技术相互脱钩的问题，一方 面我们自主开发的技术难以成熟起来，另一方面引进的技术不能充分利用。 怎样把引进的技术结合本专业有效的消化吸收，最终促进自主知识产权技术 的发展，是摆在我们面前的一项具有重要的应用价值的课题。 船舶c a d 技术发展迅速，它已成为提高一个国家船舶工业竞争能力的 哈尔滨工程大学硕士学位论文 关键技术。国内很多大的船舶研究院所已开始自行开发c a d 软件，具有较 强的船舶及海洋工程c a d 研究手段，能完成合同设计的整套图纸和文件、 详细设计的全部计算及全部送审图纸和文件，并在多种船型的船舶设计中应 用，缩短了设计周期，提高了设计质量和水平。但是，由于硬件资源的影 响，我国船舶c a d c a m 的研究工作起步较晚。绝大多数船舶设计和建 造单位仍然广泛利用a u t o c a d 一类的成熟软件、采用传统的设计和绘图方 法进行工作。 然而在经济高速发展的今天，企业经营环境使高质量、多功能、多样化 的新产品和高质服务不断涌入高速多变、高度细分的国际市场。大型企业同 样要面向整个社会进行新产品的研制与开发，同样面i 瞄着市场全球化、制造 国际化及需求多样化的新挑战。谁能够掌握新的制造技术、先进的制造系统 和新的管理方法，谁就能在残酷竞争中脱颖而出，而这些新的管理方法和先 进的制造技术无不是与c a d 系统的发展和应用层层相关的。许多大型企 业包括船舶行业经过了c a d 初期的使用后，都有对软件进行二次开发的迫 切要求。 通过对国内外成熟的计算机应用软件进行比较深入和系统地研究，并结 合一定的自主开发，将此成果应用于船舶c a d 的某一领域，由此探索出 条消化吸收国外软件技术的路子来，无论是对于解决上述引进的专用软件的 问题，还是充分利用目前通用和流行的c a d 软件这样一些问题，无疑是一 种行之有效的方法。 通过分析我国船舶c a d 技术的发展过程、存在的问题和探索解决问题 的方法，对于本课题的研究和方法的正确选择都具有重要的指导意义。 i 2v b a 开发方法及关键技术 熟悉a u t o c a d 的技术人员都有这样的体会，虽然a u t o c a d 的图形处理 能力很不错，但在解决一些比较专业的问题上，尤其是需要将设计计算、数 据处理、图形绘制等问题进行综合处理时，直接使用a u t o c a d 的交互功能 哈尔滨工程大学硕士学位论文 就让人感到力不从心了。为了满足用户的不同需求，a u t o d e s k 公司为 a u t o c a d 提供了几种开发工具，v b a 就是其中一种。 v b a 最早是建立在o f f i c e9 7 中的标准宏语言，由于它在开发方面的易 用性且功能强大，许多软件开发商都将其嵌入自己的应用程序中，作为一种 开发工具提供给用户使用。v b a 的全称是v i s u a lb a s i cf o ra p p l i c a t i o n ，它的 魅力来自两个方面：第一，与v b 有着几乎相同的开发环境和语法，具备功 能强大和易于掌握的特点。第二，在于它的f o ra p p l i c a t i o n 功能，即它的针 对性强。它驻留在主程序的内部，使其结构精简，且代码运行效率非常高。 总之，v b a 适用于专业和非专业的开发人员使用，具有十分广阔的应用前景。 v b a 是一个面向对象的编程环境，可提供类似v i s u a lb a s i c ( v b ) 的丰 富开发功能。v b a 和v b 的主要差别是v b a 和a u t o c a d 在同一进程空 间中运行，提供的是具有a u t o c a d 智能的、非常快速的编程环境。 在a u t o c a d 中实现v b a 有四大优点： a v b a 能够使a u t o c a d 与其它应用程序直接共享数据。 b 在v b a 综合开发环境中，可以通过拖动图标的方法，简单而可视化 地建立用户界面。用户可以使用a u t o c a d 工具栏，也可以使用标准v b a 界 面工具创建新的工具栏。 c v b a 的语言代码完全继承了v b 的特征，编程语言简单。 d 具有开放式的对象模型，用户可以按照自己的愿望编程或定制 a u t o c a d 2 0 0 0 软件。 e 具有良好的运行速度。v b a 是一个内嵌式的控制器，共享a u t o c a d 的内存空间，其运行速度比其它开发方式( 如a d s 、l i s p ) 要高得多。 1 2 1a u t o c a d a c t i v e x 对象的使用 任何一个具有明确内涵的事物均可以称之为对象，如a u t o c a d 应用程 序，图形文件以及图形内的任何实体都是一种对象，对象是用类定义的。 a u t o c a d 2 0 0 0 应用程序公开的对象很多，每个对象都代表了a u t o c a d 哈尔滨： 程大学硕士学位论文 应用程序的一部分。图形实体对象：如直线( 1 i n e ) ，圆( c i r c l e ) 等：样式设置对 象：如线型( 1 i n e t y p e ) 等；组织结构对象：如层( 1 a y e r ) ，块( b l o c k ) 等；图形显 示对象：如视i n ( v i e w ) ，视图区( v i e w p o r t ) 等。这些对象按照从属关系，有层 次地组织在一起，就形成了a u t o c a d 2 0 0 0 对象模型。 v b a 访问a u t o c a d 2 0 0 0 对象的原则是按照对象模型进行访问。v b a 提 供了一个特殊的对象t h i s d r a w i n g ，它是a u t o c a dv b a 的一个术语，代表当 前打开的a u t o c a d 图形文件。例： d i m m y l i n e a sa c a d l i n e定义应用直线的变量 s e tm y l i n e = t h i s d r a w i n g m o d e l s p a c e i t e m 1 2 2 实体对象的创建与编辑 在创建实体对象之前，要确定实体将放于何处，即是模型空间、图纸空 间，还是存放在块中。不论在哪个对象中创建实体，都要先引用这个对象。 用a d d e n t i t y n a m e 形式的方法，即“创建( a d d ) ”十“实体名字 ( e n t i t y n a m e ) ”。例如下面语句在模型空间创建一个圆，圆心为( o ，0 ，o ) ，半 径为1 0 。 d i m c p ( 0 t o2 ) a sd o u b l e 印( o ) = o ：c p ( 1 ) 2 0 ：c p ( 2 ) = o c a l lt h i s d r a w i n g m o d e l s p a c e a d d c i r c l e ( c p ，1 0 # ) 实体编辑是v b a 编辑中最常用的操作，这些编辑操作包括复制、移动、 删除等。同样，在编辑对象前必须对其引用。例：将模型空间的第一个实体 进行复制。 d i m m y o b j e c t a s o b j e c t d i m r e t o b j e c t a sv a r i a n t s e tm y o b j e c t = t h i s d r a w i n g m o d e l s p a c e ( 0 ) r e t o b j e c t = t h i s d r a w i n g c o p y o b j e c t s ( m y o b j e c o 哈尔滨工程大学硕士学位论文 1 3 本文的主要工作 由于计算船体振动需要大量的前期数据准备，如果引入计算机技术使这 个准备阶段智能化将具有深远的现实意义。本课题就是应用船舶结构图纸的 a u t o c a d 二次开发技术，采用v b a 编程，及可视化界面技术完成对船舶振 动预报数据输入的智能化研究，并且建立数据库。此研究包括编制程序识别 船舶结构构件，并根据识别出的船舶结构构件数据计算船舶振动的有关参数。 最后将这些数据导入按迁移矩阵法编制的振动预报软件检验其可行性。从而 船体振动计算的前期数据准备阶段由系统自动完成，替代了大量的人工数据 输入，并且图纸和文件之间可以交互操作，使振动预报的数据输入实现了智 能化、参数化、和数字化。这种分析方法通用简单，能够适用于任何一艘船 舶的c a d 基本结构图上。 哈尔演工程大学硕士学位论文 第2 章b 样条曲线插值计算 根据i s o 国际标准的要求，汽车、造船等曲线描述都必须采用s t e p 标 准，船舶线型必须采用b 样条曲线或b 样条曲面描述。 b 样条曲线有德布尔考克斯公式的递推表达式和矩阵表达式两种。 它们不仅是参数t 的表达式，而且都是采用控制多边形上的点来绘制曲线上 的点。b 样条曲线由于它特有的便于修改的特点，给我们带来了很大的好处， 但在应用上也给我们带来了很大的难度。 首先反映在由“控制多边形上的点来绘制曲线上的点”这一点上：由于 通常我们都是知道曲线上的点，而不知道控制多边形上的点，所以无法使用 德布尔考克斯公式的递推表达式和矩阵表达式。为了使用德布尔 一考克斯公式的递推表达式和矩阵表达式，必须知道与给定曲线相对应的控 制多边形上的点，如果把由控制多边形上的点计算益线上的点称为正算，那 么由给定曲线上的点计算控制多边形上的点则称为反算。所以首先我们必须 通过反算来计算控制多边形上的点。 其次是插值：如果把由控制多边形上的点计算曲线上的点的正算称为曲 线的拟合，那么由给定曲线上的点计算曲线上任意一点就称为插值。由于b 样条曲线含参数方程，必须先计算参数t ，所以给插值计算带来了很大的不方 便。本文采用了迭代法计算参数t ，从而进行插值计算。 2 1 三次b 样条曲线原理 b 样条函数的理论和应用中，根据德布尔考克斯公式，采用参数 t ( 0 t 1 ) 并用矩阵表达式是方便的。四阶三次b 样条基函数可写成如下 形式： 哈尔滨： 程大学硕士学位论文 n j 4 0 ) = 【o ) ( f ) 5 4 4 jj 即 志i v r ( 2 1 ) 4 1 0 ) = 了1 ( 一f3 + 3 t 2 3 t + 1 ) 口 妒( r ) = - ；( 3 t 3 6 t 2 + 4 ) ” f 0 t 1 1( 2 2 ) 5 4 1 ( f ) = ：1 ( 一3 t 3 + 3 t2 + 3 t + 1 ) r 1 ( r ) = 令a 为曲线上的点，丘为控制多边形上的点 磊( f ) = 三6 3 f 2r ( 2 3 ) 取t = 0 则有 豆，( f ) = 三o o o ：土141 6 。 j 2 - ( o t s l ) ( 2 4 ) 1 0 0 oo， 3 击o 4 o o o ， r1j11l l 一6 哺一丘一一 g，、 ， l o o o o 3 3 3 为0 4 o o o 。 r11，1l 、tt，j 最一只一&一曩 ，、，l r=l叫副 0 3 3 3 缶o 4一，o rlij11ll 、，、j l l 2一卑一只一曩一最 r，ih弋l 0 哈尔滨工程大学硕士学位论文 q 1 一 q ： ： 一 q 。 一 q 1 = 6 14 1 l 41 14 1 1 对非周期曲线，首末两点过磊和豆。 如图2 1 则有： 只= q 1 只= 幺 1 41 只 只 ： ： 只 一 只+ 图2 1b 样条曲线图 于是求解顶点的线性方程组为： 6o 141 14l 06 只 一 足 只。 一 只 q 1 一 q ： q 一， 一 q ( 2 5 ) ( 2 6 ) 这是一个按主对角线排列的三角带状矩阵，故可用“追赶法”解出只 ( j _ 1 ，2 ，n ) 。为使首末两点与顶点熏合，两个附加的顶点应满足条件： rl“un1 哈尔溟工程大学碘士学位论文 晶= 2 只一马 ( 2 7 ) 只+ ，= 2 只一只一。 ( 2 8 ) 在这种情况下，所生成的b 样条曲线两端点处的曲率为零，即曲线分别 与豆丘及只只一相切。这就满足了b 样条曲线中要求两端与直线相切的情况。 2 对于封闭( 周期的) 曲线： 此时，不需要另加端点条件。为保证曲线能首尾相接，以及使曲线上节 点序号与多边形顶点的序号相对应，即有： 露= 只 ( 2 9 ) 只+ 。= 只 ( 2 - 1 0 ) 于是有线性方程组： 4l 141 l41 l4 3 对非周期曲线，p o = 丘，只。= 只 则方程组的矩阵表达式为： 66 141 141 6 6 鼻 一 p 2 只一 一 只 r _ 只 只 一 只一， q 一 一 q n 0 一 q q 0 ( 2 1 2 ) ( 2 1 1 ) 以上条件保证豆位于露昱的喜0 处并与边矢相切，而豆n 则位于只一t 只的言 u 处且与边矢相切。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 4 给定始点和终点处的切矢豆、豆：( 图2 2 ) 图2 ，2 躏鄙刨i 叫重图 ( 1 ) 作辅助点耍，使豆。亘= ；磊，故豆= 磊+ 豆： ( 2 ) 定多边形顶点丘，丘+ ；+ ( 最一丘) = 豆 哺：吾丘+ 吉丘= 磊+ - g 卜o , 或豆= j 1 ( 3 0 一只) ( 3 ) 定多边形顶点，墨墨，所以昂一丘：一20；1o0 ，于是有 ( 3 ) 定多边形顶点，- 卫，所以r 一最= 一 ，于是有 只= 只一2 磊 同理，在终点处则有：只+ ；( 只。一只) = 或+ ；豆： 阢吾只+ 扭= 亘。+ ；磊 又有：磊：曼生；奠，所以只一，一只+ ，= 一2 豆： b 9 ；只r ；只圹一j 2 蛾- , 哈尔滨工程大学硕士学位论文 于是得：；只一。+ ；只= 豆。一；磊 则方程组的矩阵表达式为： 42 141 1 4 只 一 尸2 只一 一 只 q 1 + q q 2 姨一 磊一妄磊 j 2 2 用追赶法求控制多边形上的点 用追赶法子程序，求解形如式( 2 1 4 ) 的矩阵 r l r 2 ： - r 。一 r 。 b 1c 1 qb lc l 口 一lb 。一 d h 。雌 巩j lu r ( ) 为输入数组，即曲线上的点。 u ( ) 为待求数组，即控制多边形上的点。 2 3 用二分法迭代计算参数t ( 2 1 3 ) ( 2 1 4 ) 曲线上的点的坐标函数为y ( t ) 、z ( t ) ，其中y ( t ) 为水线半宽，z ( t ) 为吃水。 t 在0 和1 之间，已知的型值点的坐标函数为一系列y ( o ) 、z ( o ) 或y ( 1 ) 、z ( 1 ) ， 故若给定一个水线半宽y ( t ) ，通过迭代求出一个t 值，再正算求出z ( t ) 值a 采用的迭代法为二分法，过程如下： 哈尔滨工程大学硕士学位论文 ( 1 ) 判断f ( x 1 ) ，f ( x 2 ) 的符号是否相反。若相反，说明在 x l ，x 2 之_ f f i j 有一 个实根，执行( 2 ) ；否则，执行( 4 ) 。 ( 2 ) 取x 1 ，x 2 的中点x ，检查f ) 和f ( x 1 ) 的符号关系。如果f b ) 和f ( x 1 ) 符号相反，说明f i x ) 在 x 1 ，x 之间有实根，将x 作为x 2 ；如果符号不同，说明 f i x ) 在i x ，x 2 】之间有实根，将x 作为x 1 。 ( 3 ) 重复步骤( 2 ) ，直到x 1 ，x 2 的值很接近，或坟x ) 的值很接近0 ，那么 f x 2 一x 1 ) 2 或x 就是方程的近似实根。 ( 4 、结束程序 本子程序中的f ( x ) 为： y ( f ) = 去【( 一f 3 + 3 t 2 3 t + 1 ) 只一l + ( 3 t 3 6 t 2 + 4 ) 只+ ( 一3 f3 + 3 t 2 + 3 t + 1 ) 只一1 0 + t s 只+ 2 卜y y 或者为 刁( f ) = 喜 ( 一f 3 + 3 t 2 3 t + 1 ) p , 一1 + ( 3 f 3 - 6 t 2 + 4 ) 只+ ( 一3 t 3 + 3 t 2 + 3 t + 1 ) p , 0 + ，3 p + 2 卜 y y ，z z 为给定的水线半宽和吃水。 2 4 用矩阵法正算曲线上的点 酏一f 1 1 3 - 3 63 1t参o j p,：卜-150 酏) = 抄h ， c z ， 1 哈尔滨工程大学硕士学位论文 y ，( r ) = 去【( 一f 3 + 3 t2 - 3 t + 1 ) # 一l + ( 3 t 3 - 6 t 2 + 4 ) 只+ ( - 3 t 3 + 3 t 2 + 3 t + 1 ) e o z ( f ) = 喜【( 一f 3 + 3 t 2 3 t + 1 ) 只一i + ( 3 t 3 6 t 2 + 4 ) 只+ ( 一3 f 3 + 3 t 2 + 3 t 十1 ) p 一1 + t3 p + 2 】 o 2 5 计算结果检验 用a u t o c a d 把己知的型值点绘制出一条曲线，再用子程序运算插入的 待求的曲线上的点，把这些插出的点绘制出一条曲线，看这两条线的吻合程 度，如图2 3 和图2 4 所示。 图2 3 船体曲线吻合c a d 效果图 哈尔滨工程大学硕士学位论文 图2 4 船体曲线中部放大图 图2 5 船体曲线首部放大图 如图2 5 和图2 7 所示，采用给定首尾端切向量的方法编写子程序对比采 用这种二重节点的方法在精度上并没有改进，并且还增加了输入参数，故采 用二重节点的方法较好。通过f o r t r a n 9 0 编写子程序对曲线进行检验，得出曲 率变化较大的地方误差也大的结论。而如果增加给定的型值点，则可以减小 误差，如图2 6 所示。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 图2 6f 9 0 验证船体曲线图 图2 7f 9 0 尾端放大船体曲线图 可见采用b 样条二重节点的方法，能够精确的由曲线上的点的y 值计算 z 值( 或由曲线上点的z 值计算y 值) 。 2 6 本章小结 本章编写程序绘制b 样条曲线。由控制多边形上的点绘制曲线上的点， 以及由曲线上的点求控制多边形上的点。其中计算参数采用了迭代法分析。 哈尔滨工程大学硕士学位论文 第3 章船体结构图纸的识别 本章是论文的重点部分，主要采用v b a 编程识别船体结构a u t o c a d 图 纸，为船体振动预报软件的前期数据准备工作服务。 3 1 软件使用介绍 1 用户打丌所需进行构件识别的c a d 基本结构图，输入命令v b a l o a d ， 弹出打开文件对话框 图3 1v b a 工程打开文件对话框 找到存放v b a 工程文件( p r o j e c t ) 的路径，打开文件，随后a u t o c a d 会弹 出启用宏对话框： 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 图3 2v b a 工程启用宏对话框 单击“启用宏”，并选择a u t o c a d 菜单中的工具一宏一v i s u a l b a s i c 编辑器 如图3 3 所示。 图3 3v b a 工程编辑器 2 打开该程序文件，点击运行型按钮，启动程序运行主界面，如下 哈尔滨工程大学硕士学位论文 图3 4用v b a 识别船体构件程序主界面 对象列表，点击“o k ”，结果以数据库文件保存a 3 输出结果的样式为：序号，构件起点坐标x ，y , z ，构件终点坐标x ，y , z ， 构件类型( 纵、横) ，所在肋位，构件类型，尺寸大小。例如：3 9 ，”底舱强 肋骨”，5 9 7 9 3 5 4 4 3 2 6 9 1 4 8 ，- 6 1 7 57 4 6 9 8 0 1 2 4 3 ，0 ，5 9 7 9 3 5 4 4 3 2 6 9 1 4 8 ， 1 1 5 1 3 2 8 5 1 9 8 5 0 9 1 ，