（船舶与海洋结构物设计制造专业论文）step应用协议ap216实施方法的研究.pdf

c l a s s i f i e di n d e x ： u d c ： ad is s e r t a ti o nf o rt h ed e g r e eo fd e n g r e s e a r c ho n i m p l e m e n t a t i o n m e t h o d s o fs t e pa p 216 c a n did a t e ：z h a n gf a f u s u p e r v is o r ：p r o f h a nd u a n f e n g a c a d e m i cd e g r e ea p p li e df o r ：m a s t e ro fe n g i n e e r i n g s p e c i a l i t y ：d e s i g na n db u i l d i n go f s h i pa n do c e a ns t r u c t u r e d a t eo fs u b m is s i o n ：j a n u a r y ，2 0 1 0 d a t eo fo r a le x a m i n a t i o n ：m a r c h ，2 0 1 0 u n i v e r s i t y ：h a r b i ne n g i n e e r i n gu n i v e r s i t y 0rpo-i 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) ：亏k 澎。甥 日期：刎口年弓月日 哈尔滨工程大学 学位论文授权使用声明 本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校 攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨 工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。 本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据 库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存, t n j ，k 编本 学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合 学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈 尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。 本论文( 囹在授予学位后即可口在授予学位1 2 个月后口 解密后) 由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。 作者( 签字) ：狱泼彰导师( 签字) ：扭y 伟冬 日期：年弓月咱m 戽；月t ，日 哈尔滨工程大学硕士学位论文 摘要 中国船舶制造业已经具备了由大做强的硬件基础，国家提出实施数字 化造船的战略。要实施数字化造船，船舶产品数据必须走向集成化、标准 化。s t e p ( 标准号1 0 3 0 3 ) 是一个计算机可识别的产品数据表达与交换的国 际标准，是实现船舶产品数据信息集成、交换和共享的基础。本文选取s t e p 应用协议a p 2 1 6 ( 船舶外型) 为研究对象，研究船舶型线数据以s t e p 中性 文件的数据格式由t r i b o nm 3 向c a t i a 转换。 本文以i s o1 0 3 0 3 正式发布的标准为基础，研究船舶s t e p 标准的理论 体系与表达方式，完整地分析了a p 2 1 6 ( 船舶外型) 的内容，选取线框表 达方式描述船舶型线，并初步探讨了a p 2 1 6 与其它几个船舶应用协议的关 系。 由于t r i b o n 数据库的封闭性，本文选取由t r i b o nm 3i g e s 数据接口导 出的i g e s 文件做为型线的数据源。通过分析船舶型线数据在i g e s 文件中 的表达方式，以及s t e p 标准对船舶型线的描述，构建了船舶型线数据由 i g e s 文件到s t e p 中性文件的转换机制。 本文开发的a p 2 1 6 应用工具为采用c 编程语言，在v s2 0 0 5 环境下开 发的w i n d o w s 应用程序。论文舍弃了传统的将应用解释模型( a i m ) 通过 e x p r e s s 编译器编译为c + + 类的开发方式，提出将e x p r e s s 描述的应用 解释模型映射为c j | i 语言，通过w i n d o w s 应用程序来完成s t e p 中性文件的 生成。作者的目的是为开发具有自主知识产权的船舶s t e p 标准应用平台做 初步的研究。 ： ： 论文最后将生成的s t e p 中性文件，导入c a t i a 与s t d e v e l o p e r ，均 实现了船舶型线模型的可视，完成了论文的预期目标，实现了船舶型线数 据由t r i b o nm 3 向c a t i a 的转换。 关键词：g e s ：s t e p ：a p 2 1 6 ；型线；中性文件；应用工具 a b s t r a c t c h i n a ss h i p b u i l d i n gi n d u s t r yh a sh a dt h eb a s i st ob e c o m es t r o n g e r ，t h e g o v e r n m e n tp r o p e s e dt h es t r a t e g yo fd i g i t a ls h i p b u i l d i n g t oa c h i e v ed i g i t a l s h i p b u i l d i n g ，t h es h i pp r o d u c td a t am u s tb et r e n d i n gt o w a r d si n t e g r a t i o na n d s t a n d a r d i z a t i o ni nt h ef u t u r e a sab a s i sf o ri m p l e m e n t i n ga n ds h a r i n gp r o d u c t d a t a ，s t e p ( i s o 10 3 0 3 )i sa n i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r df o rt h e c o m p u t e r i n t e r p r e t a b l er e p r e s e n t a t i o n o fp r o d u c ti n f o r m a t i o na n df o r t h e e x c h a n g eo fp r o d u c td a t a t h i st h e s i sc h o o s e sa p 216 ( s h i pm o u l d e df o r m s ) t o r e s e a r c h ，a i mt of i n i s ht h ee x c h a n g eo fs h i pm o u l d e df o r m sd a t ab e t w e e n t r i b o n m 3a n dc a t i ab yt h ec l e a rt e x te n c o d i n go ft h ee x c h a n g es t r u c t u r e t h er e s e a r c hi n t h i st h e s i si sf o c u s e do nt h e t h e o r y s y s t e mo f s t e p ( s t a n d a r df o rt h ee x c h a n g eo f p r o d u c tm o d e ld a t a ) a n di t sr e p r e s e n t a t i o n m e t h o d s t h ea p 216 ( s h i pm o u l d e df o r m s ) i sa n a l y z e di n t e g r a l l y ，a n d t h e a r t i c l eu s e sw i r e f r a m er e p r e s e n t a t i o nt od e f i n es h a p eo fs h i pm o u l d e df o r m s ， m e a n w h i l e ，t h er e l a t i o n s h i p sb e t w e e na p 2 16a n do t h e rs h i p b u i l d i n ga p p l i c a t i o n p r o t o c o l sa r ea l s or e s e a r c h e d a l lt h e s er e s e a r c h e sa r eb a s e do no f f i c i a lv e r s i o n o fs h i p b u i l d i n ga p p l i c a t i o np r o t o c o l s t h ep a p e ru s e si g e sf i l e sw h i c ha r ee x p o r t e db yt r i b o n m 3i g e sd a t a i n t e r f a c ea st h es o u r c eo fs h i pm o u l d e df o r m sd a t ab e c a u s et h et r i b o nd a t a b a s e i s u n o p e n e d ac o n v e r s i o nm e c h a n i s mw a sb u i l tu pb ya n a l y z i n gh o wt o r e p r e s e n tt h es h i pm o u l d e df o r m sd a t ai ni g e sf o m a ta n ds t e pf o r m a t t h ea p 216a p p l i c a t i o nt o o li s d e v e l o p e di nv i s u a ls t u d i o2 0 0 5b yc 撑 p r o g r a m m i n gl a n g u a g e t r a d i t i o n a ld e v e l o p m e n tm e t h o d si sd i s c a r d e da n da n e wm e t h o d si sp r o p o s e dt h a ta p p l i c a t o ni n t e r p r e t e dm o d e li sm a p p e dt oc j f j l a n g u a g ei n s t e a do fc + + c l a s s e s i nt h i sw a y s t e pf i l e sa r eg e n e r a t e db y 一 哈尔滨下程大学硕士学位论文 w i n d o w sa p p l i c a t i o n t h eo b j e c ti st od e v e l o pas t e pa p p l i c a t i o np l a nw h i c h h a si n d e p e n d e n ti n t e l l e c t u a lp r o t e r t yr i g h t s a sf i n a lr e s u l to ft h ep a p e r ，s t e pf i l eo fa ne x a m p l e s h i pm o u l d e df o r m si s i m p o r t e di n t oc a t i ap a c k g ea n ds t - d e v e l o p e r t h es h i pl i n e sm o d e li sv i s u a l a n dt h ec o n v e r s i o n o fs h i pl i n e sd a t ab e t w e e nc a t i aa n dt r i b o nm 3i s s u c c e s s f u l k e yw o r d s ：i g e s ；s t e p ；a p 216 ；s h i pl i n e s ；c l e a rt e x te n c o d i n g ；a p p l i c a t i o n t 0 0 1 ，- 哈尔滨t 程大学硕士学位论文 目。录 第1 章绪论1 1 1 论文研究背景及意义1 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 船舶s t e p 标准的组成2 1 2 2 船舶s t e p 标准的研究现状4 1 2 3 研究的困难5 1 3 论文所做的工作6 第2 章产品数据交换标准8 2 1 产品数据交换的方法8 2 2i g e s 标准10 2 2 1i g e s 标准概述10 2 2 2i g e s 标准的内容10 2 2 3i g e s 标准的文件格式11 2 3s t e p 标准一16 2 3 1s t e p 标准的发展1 6 2 3 2s t e p 标准的组成1 7 2 3 3e x p r e s s 信息建模语言18 2 3 4s t e p 中性文件2 0 2 4 本章小结2 2 第3 章船舶应用协议a p 2 1 6 内容分析2 3 3 1 引言2 3 3 2 船舶s t e p 应用协议2 3 3 2 1 应用协议的组成结构2 3 3 2 2 狭义的船舶s t e p 应用协议2 5 ，一 哈尔滨1 二稃大学硕仁学位论文 宣置暑昌暑宣昌昌暑置宣i 暑暑暑i i i ；i i 宣昌；宣；暑；i 宣鲁；i ；葺宣；宣i | 1i 置暑置葺宣墨宣昌昌i 暑暑暑宣置；宣；i i 宣；宣 3 3 船舶应用协议a p 2 1 6 2 7 3 3 1 a p 2 1 6 内容解读2 7 3 3 2 a p 2 16 适用范围2 8 3 3 3 a p 2 1 6 信息要求3 0 3 4a p 2 1 6 与a p 2 1 5 、a p 2 1 8 的关系：j 3 2 3 5 本章小结- 3 3 第4 章船舶型线数据的交换研究3 4 4 1 船舶s t e p 标准的实现3 4 4 1 1s t e p 的实现形式的选取3 4 4 1 2 a p 2 1 6 的具体实现步骤3 6 4 2 型线数据的表达3 7 4 2 1 船舶型线的数学模型3 8 4 2 2 i g e s 标准的型线数据表达1 一3 9 4 2 3 s t e p 标准的型线数据表达4 4 4 3 映射关系研究4 6 4 3 1 从e x p r e s s 到交换文件结构的映射4 6 4 3 2 型线数据实体映射实例”4 8 4 4 本章小结51 第5 章a p 2 1 6 应用工具的开发5 2 5 1a p 2 1 6 应用工具开发原理5 2 5 2 主程序的设计5 3 5 2 1 程序变量说明“5 5 5 2 2i g e s 文件数据信息读取5 6 5 2 3b 样条实体数据写入s t e p 文件5 7 5 3 实例验证6 0 结论一6 1 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果6 7 哈尔滨工程大学硕士学位论文 参考文献6 4 致谢6 8 附录6 9 附录at r i b o nm 3l i n e s 中三万吨多用途重调船型线模型6 9 附录b 三万吨多用途重调船型线的i g e s 文件7 0 附录ca p 2 1 6 应用工具前置处理器生成的中性文件一7 6 附录da p 2 0 3 ( 配置控制设计) 模式下的中性文件8 1 附录e 三万吨型线中性文件导入c a t i a 后显示的模型8 6 附录f 三万吨型线中性文件在s t d e v e l o p e r 中的显示8 7 哈尔滨t 程大学硕十学何论文 第1 章绪论 1 1 论文研究背景及意义 从中国政府提出2 0 1 5 年把我国建设成为“世界第一造船大国”的目标以 来，中国的船舶工业获得了空前的发展，初步形成了环渤海湾、长江口和珠 江口三大造船基地。从规模上看，我国已经初步具备了成为世界第一造船大 国的硬件条件。2 0 0 8 年全球金融危机爆发，船舶行业遭受了巨大的冲击，由 此也暴露了我国船舶行业长期以来存在的问题。2 0 0 9 年上半年，国务院发布 了船舶工业调整和振兴规划，2 0 0 9 年7 月，工业信息部将船舶工业归为 十大产能过剩行业之一。中国的船舶工业正经受着自2 0 0 3 年高速增长以来前 所未有困境。另一方面，这也为中国船舶制造行业进行产业重组、转变生产 模式、匹配与硬件条件相适应的软件提供了契机。 要改变我国船舶行业的现状，数字化造船技术是关键，这也是我国由造 船大国向造船强国转变的必经之路。数字化造船是以造船过程的知识融合为 基础，以数字化建模仿真与优化为特征，将信息技术全面应用于船舶的产品 开发、设计、制造、管理、经营和决策的全过程，最终达到快速设计、快速 建造、快速检测、快速响应和快速重组的目的f l 】。数字化造船中一个非常重 要的组成部分是计算机集成制造系统c i m s ，c i m s 是制造工程中的一项高技 术，是在自动化技术、信息技术及制造技术的基础上，通过计算机及其软件， 将制造工厂全部生产活动所需的各种分散的自动化系统有机地集成起来，是 适合与多品种、中小批量生产的总体高效益、高柔性的先进制造系统1 2 】。其 基本组织包括：设计自动化系统( c a d ) ，管理自动化系统( m i s ) ，加工 制造自动化系统( c a p p 、c a m ) ，支撑集成的工厂自动通信网络和数据库 系统( m r p ) ，质量管理系统，经营、组织及技术系统的集成。 从技术和效益的角度来看，信息集成是c i m s 的关键，而c i m s 信息集 哈尔滨t 程大学硕十学位论文 成关键技术的核心是产品模型的表达和交换，即s t e p 标准的发展和完善【3 1 。 s t e p ( s t a n d a r df o rt h ee x c h a n g eo f p r o d u c tm o d e ld a t a ，标准号i s o10 3 0 3 ) 是一个计算机可识别的产品数据表达与交换的国际标准。其目的在于提供一 个中性机制，使之能够独立于任何具体系统去描述整个产品生命周期的产品 数据。这种描述的提点使它不仅适用于中性文件的交换，而且也适合于做为 实现和共享产品数据库及编制文档的基础【4 】。 本论文是在船舶s t e p 标准已经制定完成的情况下，研究s t e p 应用协 议a p 2 1 6 ( 船舶外型) 的实现方法，推动船舶s t e p 标准在我国的发展和应 用。 1 2 国内外研究现状 s t e p 标准自推出以来，因其是在全生命周期内对产品数据进行完整一 致的描述和交换而在制造行业备受推崇。目前国外在航空、汽车、兵器等制 造行业应用s t e p 标准已比较多。波音、麦道、奔驰、宝马、大众已将s t e p 标准的应用引入生产实践中。波音公司建立s t e p7 7 7 项目，在飞机的设计 及生产中全面采用s t e p 标准。s t e p 标准还被列入美国军方的c a l s 计划。 船舶行业从1 9 8 7 年开始，在美围n i d d e s c ( n a v a l i n d u s t r yd i g i t a ld a t a e x c h a n g es t a n d a r d sc o m m i t t e e ) 的领导下，开始发展船舶行业的数据交换标 准，并成为后来的船舶s t e p 标准的重要基础 5 1 。船舶s t e p 应用协议小组( i s o t c l8 4 s c r w g 3 t 2 3 ) 成立于1 9 9 2 年6 月，是专门负责制定船舶s t e p 标准 的组织，以下4 个组织作为t 2 3 的核心成员一直都在参加工作组的船舶产品 数据标准制定的工作。他们是：美国的n i d d e s c ，欧洲的e m s a ( e u r o p e a n m a r i n es t e pa s s o c i a t i o n ) ，日本的j m s a ( j a p a nm a r i n es t a n d a r d sa s s o c i a t i o n ) ， 韩国的k o r e as t e pc e n t 一0 。 1 2 1 船舶s t e p 标准的组成 目前，船舶行业内的几个应用协议都已正式发布。t 2 3 小组将与船舶有 哈尔滨t 稗大学硕十学位论文 关的应用协议分为船舶结构系统( a p 2 1 5 , a p 2 1 6 , a p 2 1 8 ) 、分布系统( a p 2 1 2 ， a p 2 2 7 ) 、装备子系统( a p 2 2 7 ，舾装，电子，武器) 和其它( a p 2 3 3 ，m , 2 0 9 ) 。 其划分如图1 1 所示。每一个应用协议对应船舶某一方面的内容，所有应用 协议之间通过船舶通用模型可实现互操作。 图1 1 造船应用协议 如图1 1 中所示，所有这些协议构成了完整的船舶s t e p 标准，其中i s o 1 3 5 8 4 零件库标准是船舶s t e p 应用协议数据交换的基础。各个协议的发布 状态如表1 1 所示。 表1 1 船舶s t e p 标准状态 标准号发布日期标准名称 i s o10 3 0 3 2 15 2 0 0 4工业自动化系统和集成产品数据表示和交换第2 1 5 部 分：应用协议：船舶布置 i s o10 3 0 3 2 16 2 0 0 3工业自动化系统和集成产品数据表示和交换第2 1 6 部 分：应用协议：船舶外型 i s o10 3 0 3 218 2 0 0 4工业自动化系统和集成产品数据表示和交换第2 1 8 部 分：应用协议：船舶结构 哈尔滨t 程大学硕十学付论文 i s o10 3 0 3 2 2 7 2 0 0 5工业自动化系统和集成产品数据表示和交换第2 2 7 部 分：应用协议：工厂空间配置 i s o1 0 3 0 3 2 1 2 2 0 0 1工业自动化系统和集成产品数据表示和交换第2 1 2 部 分：应用协议：电工设计和安装 i s o10 3 0 3 2 0 9 2 0 0 1工业自动化系统和集成产品数据表示和交换第2 0 9 部 分：应用协议：复合结构和金属结构的分析和有关设 计 i s o10 3 0 3 2 3 3 一发展工业自动化系统和集成产品数据表示和交换第2 3 3 部 出 分：应用协议：系统工程 1 2 2 船舶s t e p 标准的研究现状 造船行业的专业产品数据标准的制定是在船舶s t e p 标准的出现后进行 的。船舶s t e p 标准的研究主要集中在t 2 3 小组的成员美国、欧洲、日本和 韩国。欧洲各国在欧洲船用s t e p 协会e m a s 组织下，开展了c a l y p s o 、 e d i m a r 、m o s y s 、s e a s p r i t e 等项目验证s t e p 标准的应用。美国在 n i d d e s c 组织下开展了m a d s t e p 、p l s s p d 项目验证。日本在j e c a l s 组 织下开展船用s t e p 标准的相关工作。韩国也在k o r e a ns h i p s t e p 组织下进 行船用s t e p 项目的验证1 7 j 。 表1 2 围外开展的s t e p 验证项目 项目名称项目说明 c a l y p s o船舶设计过程中计算流体动力学 e d i m a r欧洲海事工业电子数据交换 m o s y s船用机械系统的操作可靠性和可用性 分析 s e a s p r i t e船舶产品数据集成和交换的软件体系 m a r i s t e p产品数据交换标准 p l s s p d造船产品数据的部件库和s t e p 4 哈尔滨工稃大学硕十学位论文 国外的研究人员对s t e p 的研究取得了一系列成果，w y m a n f8 】研究了使 用s t e p 建立船舶模型数据库，并在船厂之间使用翻译器交换数据的方法； k i m 9 1 等研究使用s t e p 做为存储数据库的方法；c a t l e y t l 0 1 研究了在船舶初始 设计中使用s t e p 做为数据交换格式，并提供了与t r i b o n 的接口；e r i s k s t a d 1 等研究了使用船舶应用协议集成船舶设计软件的方法；g i s c h n e r 1 2 】等在 e s t e p 项目研究了船舶产品数据的交换问题；g r a u 1 3 】等研究了造船行业应用 的s t e p 的问题：h w a n g m 】研究了使用s t e p 把二维船中剖面转化为三维结 构模型的方法。 国内对船舶s t e p 进行研究的单位主要有哈尔滨工程大学、7 0 2 所与大 连理工大学。哈尔滨工程大学机电学院曾对船舶s t e p 协议进行过完整的研 究，并取得了一系列的成果。但近几年，哈尔滨工程大学中断了船舶s t e p 标准的研究。7 0 2 所对s t e p 的研究也不够全面，可查证的只有罗金炎【l5 】关 于a p 2 1 6 实施方法的研究。大连理工大学对船舶s t e p 标准的研究也刚开始 起步，李玉刚【6 】主要对船舶s t e p 的现状进行了研究。 1 2 3 研究的困难 尽管国外对船舶s t e p 标准的研究取得了丰富的成果，并有一批商业开 发软件如s t e pt o o l s 公司的s t d e v e l o p e r ，l k s o f l w a r e 公司的j s d a i ，e p m 公司的d e v e l o p e r s e a t 出现。国内方面，北京航空航天大学研发出一套金银花 系统。但国内在船舶s t e p 方面的研究依旧面临相当的网难。主要表现在以 下几个方面： 1 、国内数字化造船程度低。各大船厂从国外引进的设计软件诸如t r i b o n 、 c a d d s 5 、n a p a 等的消化并不完全，而且一个船厂一般只用一套设计软件， 船厂对船舶数据标准化的要求并不强烈。 2 、政府对标准的推行远远滞后于日韩等造船大国。行业标准的推行需要 有企业的需求和政府的积极推动。我国正向世界造船第一大国的目标迈进， 哈尔滨丁程大学硕十学何论文 但如果在数据集成与交换方面的技术没有突破，就不可能完成由造船大国向 造船强国的转变。 3 、研究不具有持续性。现在对船舶s t e p 标准进行研究的人员，一般是 在校的硕士、博士。我国没有一个专门的船舶s t e p 研究机构，这是目前亟 需解决的问题。韩国将船舶s t e p 奉为船舶制造业的“圣经”，日本在企业 数据标准化方面对s t e p 也高度重视，这两个国家都设有专门的s t e p 研究 中心。 4 、研究没有深入性。纵观国内船舶s t e p 标准研究方面发表的论文，对 船舶s t e p 的研究仅仅停留在表面，只局限于中性文件的实现方式上。论文 的可供参考程度不高，甚至一部分论文对初期研究人员起到误导作用。 5 、船舶s t e p 标准涉及学科广泛，标准描述语言复杂，这也给研究人员 带来一定的困难。 虽然船舶s t e p 标准的研究面临的困难很多，但对s t e p 标准的研究已 刻不容缓。现在与船舶有关的应用协议已经正式发布，我国做为一个造船大 国，并没有参与标准的制定。在船舶s t e p 标准的应用研究上，中国不应再 落后。应该尽快联合高校、船厂、船级社以及研究所等相关的科研机构，组 建国家船舶s t e p 研究中心，进行船舶s t e p 标准的实施研究，并在以后开 发的软件或现有软件的升级版本中，实现对s t e p 标准的支持，以便于实现 船舶行业内的数据交换和系统集成，提高船舶设计和制造效率，降低造船费 用【2 9 1 。只有这样，我国才能完成由造船大国到造船强国的蜕变。 1 3 论文所做的工作 由于船舶产品的复杂性和独特性，船舶产品数据涉及内容繁杂，包括型 线、结构、管系和分舱等数据信息。要实现船舶所有数据信息在不同软件之 间的交换，必需要有统一的数据交换格式。s t e p 标准确定的中性文件格式， 做为标准数据格式适合于在计算机系统之间进行产品数据的传输。采用中性 6 哈尔滨t 程大学硕+ 学位论文 文件格式，使得数据交换不再局限于两个软件一对一的直接交换，而是多个 软件之间星型的数据交换。同时，中性文件格式的确立，使得产品数据交换 工作可以分模块进行，型线、结构、管系和分舱等数据信息在统一的框架内 以不同模块的形式独立出来。本文选取型线模块做为研究对象，研究船舶型 线在不同软件之间的数据交换。 目前船舶行业内的大多数c a d 软件系统都配有i g e s 接口，在软件本身 数据结构不开放的情况下，研究i g e s 文件与s t e p 中性文件的转换具有现实 意义和实用价值。本论文主要选取船舶s t e p 应用协议的第2 1 6 部分( 船舶 外型) 进行研究，研制的a p 2 1 6 应用工具实现了以船舶设计软件t r i b o n m 3l i n e s 模块导出的i g e s 文件向s t e p 中性文件的转换。牛成的中性文件 在c a t i a ，s t d e v e l o p e r 均可读和可视。解决了型线数据以s t e p 中性文件 的方式由t r i b o n 向c a t i a 的转换。 根据论文的研究内容和各阶段的进展顺序，本论文的丰要工作分为以下 三个部分： 1 、研究分析i g e s 标准和s t e p 标准的内容，以及i g e s 和s t e p 文件 格式； 2 、分析船舶应用协议a p 2 1 6 的内容，研究船舶型线数据的e x p r e s s 描述，结合p a r t 2 1 ( 实现方法：交换文件结构的纯正文编码) 、p a r t 4 1 ( 集成通 用资源：产品描述和支持的基本原理) 和p a r t 4 2 ( 集成通用资源：几何与拓 扑表达) 选取描述船舶型线的相关实体，完成由e x p r e s s 向中性文件格式 的转换； 3 、研究分析a p 2 1 6 的实施方法，完成a p 2 1 6 应用工具的的原理设计以 及开发工作。将应用工具生成的中性文件在s t d e v e l o p e r 和c a t i a 上进行 可视验证。 哈尔滨丁程大学硕士学何论文 第2 章产品数据交换标准 本论文主要研究产品描述数据由i g e s 文件格式向s t e p 中性文件格式的 转换，所以对产品数据交换的方法以及i g e s 和s t e p 标准进行相关的了解是 十分必要的。 2 1 产品数据交换的方法 任何标准的发展都是和工业需求密切相关的。近年来与产品定义数据有 关的状况主要有： 1 ) c a d c a m c a e 系统应用的大量增长； 2 ) 出现了以数字形式表示的产品定义数据； 3 ) 数据格式专有； 4 ) 同一项目中有多种c a d c a p p c a m 系统； 5 ) 应用数据的观点各不相同； 这样对产品数据交换就提出了较高的要求，要求数据完整、传输可靠、 有效。 c a d c a p p c a m 系统间信息交换有三种方式，如图2 1 ，2 2 ，2 3 所示。 第一种方式的特点是原理简单，转换接口程序易于实现，运行效率较高。 但当子系统较多时接口程序增多，编写接口要了解的数据结构也较多，并且 当一个系统的数据结构发生变化时引起的修改也较多。这是c a d c a m 系统 发展初期采用的方式。 第二种方式是进行i g e s 图形数据交换的思想基础，其目的是减少和简 化各系统之间数据转换接口程序的编写，所以系统的数据传输针对标准的数 据格式，所有的前后置处珲程序的编写都非常类似。由于以上两种方式都是 通过数据交换接口，因此运行效率不高，也不便于集成。 第三种方式采用统一的产品数据模型，并采用统一的数据软件来管理产 品数据，各系统之间可以直拉进行信息交换，而不是将产品信息转换为数据， 哈尔滨t 程大学硕士学何论文 再通过文件来交换，这就大大提高了系统的集成性。这种方式是s t e p 进行 产品信息交换的基础。 图2 1 通过专用数据格式的文件交换产品信息 图2 2 通过标准数据格式的文件交换产品信息 图2 3 通过统一的产品模型交换信息 9 哈尔滨t 程大学硕+ 学何论文 2 2i g e s 标准 研制a p 2 1 6 应用工具，由于t r i b o nm 3 本身描述产品的数据库以及数据 结构的不开放性，只能选取软件i g e s 接口生成的i g e s 文件做为数据源，从 i g e s 文件中提取产品数据信息，转换成s t e p 文件。所以必须对i g e s 规范 的全部内容以及i g e s 文件的特点和结构进行分析。 2 2 1i g e s 标准概述 i g e s 是指初始图形交换规范( i n i t i a lg r a p h i c se x c h a n g es p e c i f i c a t i o n ) 被定 义基于c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ( c a d ) c o m p u t e r a i d e dm a n u f a c t u r i n g ( c a m ) s y s t e m s ( 计算机辅助设计& 计算机辅助制造系统) 不同电脑系统之间的 通用a n s i 信息交换标准；它由一系列产品的几何、绘图、结构和其它信息 组成，可以处理c a d c a m 系统中大部分信息，是用来定义产品几何形状的 现代交互图形系统。i g e s 的1 0 版本，偏重于几何图形信息的描述。i g e s 2 0 版本扩大了几何实体范围，并增加了有限元模型数据的交换。1 9 8 7 年公布的 第三版本，能处理更多的制造用非几何图形信息。1 9 8 9 年公布的第四版本， 增加了实体造型的c s g 表示。1 9 9 0 年公布的第五版本，又增加了实体造型 的b 。r e p 表示。 i g e s 标准己被我国引用为国家标准，对应的标准号为g b t 1 4 2 1 3 ，第一 版于1 9 9 3 年发布，第二版于2 0 0 8 年8 月1 9 日发布。 2 2 2i g e s 标准的内容 i g e s 标准规定了产品定义数据的数字化表达与交换的信息结构，适用于 计算机辅助设计和计算机辅助制造( c a d c a m ) 系统间的数据交换。i g e s 标准 为表示几何、拓扑及非几何产品定义数据而定义了文件结构与语言格式。这 些格式独立于所使用的建模方法，并且它们支持用物理介质或电子通讯协议 1 0 哈尔滨丁程大学硕十学位论文 ( 在其他标准中定义的) 所进行的数据交换。 新版i g e s 规范主要分为七部分： 1 ) 范围：阐述标准的适用范围。 2 ) 规范性引用文件：列举了标准引用的文件和其它相关标准。 3 ) 术语和定义：对标准中出现的术语和定义做一般性说明。 4 ) 基本原理：对标准的应用领域、产品定义的概念、一致性要求、文件 结构的概念、产品模型信息结构的概念等做出了说明。 5 ) 数据格式：定义文件的结构和格式，并详细说明文件各段的功能和具 体数据的含义。 6 ) 实体种类：定义了i g e s 标准中的五类实体，曲线及曲面几何实体、 构造实体几何实体、边界表示( b r e p ) 实体、注释实体以及结构实体。 7 ) 实体类型：具体定义了每一项几何实体的数据表达与非几何实体的信 息表达。 2 2 3i g e s 标准的文件格式【2 7 】 i g e s 标准定义的文件格式是将产品定义做为实体，每个实体都以与应用 无关的格式表示。文件中的基本单元是实体，实体又分为几何实体与非几何 实体。几何实体表达物理形状的定义，包括点、曲线、曲面以及类似结构实 体集合的关系；非几何实体进一步提供单个实体或一组实体特有的属性或特 征，并提供组合实体的定义和引例，如图样定义、注释和尺寸标注等。 i g e s 定义了两种不同的文件格式，即a s c i i 格式与二进制格式。a s c i i 格式便于阅读，二进制格式适于传送大容量文件。a s c i i 格式又分为定长的 与压缩两种形式。论文中的i g e s 文件为定长格式，参照附录b 的i g e s 文 件，对a s c i i 文件格式做简要说明。 定长a s c i i 文件格式为顺序文件，它以每行8 0 个字符定宽方式存储信 息。文件由五个部分顺序组成，即起始段、全局段、目录条目段、参数数据 哈尔滨n f 仟t z l 大学硕七学位论文 段和结束段。 ( 1 ) 起始段 提供人们可读文件的序言。起始段至少有一个记录，每行的第7 3 列必须 是字母s ，1 7 2 列的内容按自由格式存放a s c i i 字符，7 4 - - 8 0 列为行号，见 附录b 的例子。 ( 2 ) 全局参数段 木段含前置处理与后置处理的有关信息及其它全局参数，一共2 4 项内容。 例如参数分界符，记录分界符，发送系统标识符，文件名，前置处理文本， 各种数据的表示方式，接受系统标识符等等以及作者、机构、版本等。参数 以自由格式存书，以参数分隔符( 逗号) 隔开，以记录分隔符( 分号) 结束， 每行第7 3 列为字母g ，7 4 8 0 列为行序号。 ( 3 ) 目录条目段 文件中每个实体都有一个目录条目，其目的是文件提供一个索引并包括 每个实体的属性信息。每个目录条目占用相邻两行记录，各行字符长8 0 个， 共2 0 个域，每个域的字符数为8 个，并向右对齐。除编号为1 0 、1 6 、1 7 、 1 8 和2 0 的域外，目录条目段中的所有域值或为整常数或为指针常数。目录 条目段的格式和内容如表2 1 所示，各域的描述如图2 2 所示。 表2 1 目录条目段的格式和内容 列数 1 89 、1 61 7 “2 42 5 3 23 3 4 04 1 4 84 9 5 65 7 6 46 5 7 27 3 8 0 行1 # # = )# = )# = )# = )0 = )0 。= )= )#d # 1234567891 0 行2 # # 。= ) #d # + 1 1 11 21 3141 51 617l81 92 0 其中： | j ：整数 = ) ：指针 哈尔滨 二稃大学硕十学位论文 群，= ) ：整数或指针( 指针有符号) 0 ，= ) ：0 或指针 表2 2 目录条段各域的描述 域编号域名说明 1实体类