基于Siemens NX开发的锚系设计与拉锚试验仿真专家系统
江苏科技大学机械工程学院（江苏镇江 212003） 刘志强 王明强 邱小虎 摘要
基于 Siemens NX 平台采用 VC 语言二次开发了船舶锚系辅助设计和拉锚试验专家系统软件，该系统建 立船舶锚系辅助建模、自动装配和运动仿真功能。目的是通过计算机仿真试验替代木模实物拉锚试验，对 锚系的拉锚过程和贴合状态进行仿真，并根据仿真结果对锚唇进行优化设计。 近八年已经在国内数家船厂 的散装货轮、集装箱船、VLCC 等大中型船舶锚系设计中进行了应用，应用结果表明，该系统和仿真技术 可以替代木模试验队锚唇设计进行验证研究，节省成本和时间，值得在船舶行业中推广的技术。
关键词：Siemens NX 二次开发 船舶锚系 拉锚试验专家系统 拉锚试验仿真 锚唇设计 分类号：U662.9 TH122
正文
锚系设计的合理性对船舶航行的安全性很重要。然而现在的造船行业主要还是依靠设计 人员的经验，根据不同的船型对锚系进行设计，然后根据设计方案制造木模，根据木模拉锚 试验的结果对锚链筒和锚唇的位置和形状进行修正，直到达到理想的效果。每次调整设计结 果后，都必须重新制造木模，整个过程浪费了大量的人力、物力和时间。
如何解决整个锚系统的选型设计及锚唇的结构优化设计是各船舶企业面临的紧迫问题。
Siemens NX 软件在提供了强大辅助设计和分析以及加工仿真等强大功能的同时，还提供了 UG OPEN/Grip和UFUN(User Function)等二次开发工具。本研究针对当前船舶生产和设计实 际中存在问题，利用Siemens NX为开发平台， VC语言作为二次开发工具，开发了锚系辅助 设计和拉锚试验专家系统软件，具有锚系外购标准件（如锚、锚链等）参数化图库模块、锚 系非标定制件（如锚唇、锚台、锚链筒等）参数化辅助设计模块和自动建模模块，并在此基 础上基于Siemens NX的开发了船舶锚系辅助设计和拉锚试验专家系统（M-CAD/CAE）系统。
自2003年以来已经在国内数家船厂的散装货轮、集装箱船、VLCC、运沙船等大中型船舶锚系 设计中进行了应用，应用结果表明，该系统和仿真技术可以替代木模试验队锚唇设计进行验 证研究，节省成本和时间，值得在船舶行业中推广的技术。
M-CAD/CAE系统流程（如图1）和主要功能描述如下：
开
始 锚三维建模
选择锚 外板三维建模
锚唇（包括锚链 筒）初始设计
锚唇、锚台、锚链 筒参数化设计建 模
计算机运动 仿 真
制造
结 束
Y
N 调整参数 类似设计案例导入
自动装配
图 1 锚系辅助设计和仿真专家系统（M-CAD/CAE）流程
刘志强，男，讲师，1979 年 10 月出生，毕业于江苏科技大学机械工程专业，现主要从事信息化技术在船 舶设计制造中应用技术。Email：zhiqiangliu09@gmail.com 电话：13952873736
完成部分拉锚模拟试验，进行实验数据的收集、整理、分析，建立试验数据库。
结合工厂常用的锚、锚链、锚机的型号，兼顾船级社和国家行业标准建立锚、锚链、锚 机的参数库。
开发了锚、锚链的参数化三维建模（辅助建模或外部模型导入功能）分系统。
开发了锚链筒参数化设计和布置设计分系统，并完成三维造型。
开发了锚唇的设计分系统。
利用计算机仿真分析验证所设计锚系，包括运动过程是否干涉及锚唇-锚贴合状态。
很据仿真试验结果对锚唇及锚系进行设计更改。
（1）外购标准件辅助选型和非标定制件三维参数化建模
结合我国船舶行业常用的锚、锚链、锚机的型号，兼顾国家行业标准建立了锚、锚链参 数库，同系列标准件可以通过一个程序实现参数的调用。每个标准件建立时都要有其中心基 准，调用时就依据这些基准实现零件的准确放置。利用UG中特征的定位功能或者零件的装 配定位功能，实现标准件与其他零件的位置关系。对于一个由几个标准零件装配在一起而组 成的标准部件，可以先在后台数据库中建立相对应的参数传递，实现尺寸链接关系，再通过 定位功能实现相互位置关系。还可以用某一个主参数去驱动其他次要参数，甚至还可以建立 标准件位置间的约束参数，将约束参数和尺寸参数一同存入后台数据库，实现更大程度上的 参数化。模块图如图2所示。
图 2 锚系建模—外购标准件建模
图 3 斯贝克锚实体造型 图 4 锚链实体造型
锚系非标件主要包括锚链舱、锚链管、锚链筒、锚唇（或锚穴）。针对锚链舱、锚链筒、
锚唇设计了参数化辅助设计模块，此模块利用UG二次开发工具UIstyler和VC语言开发完成。
其中，主要利用MenuScript完成与UG平台及外部程序的接口设计；利用UIstyler完成人机交 互界面设计；利用VC语言编程驱动参数化设计绘图。如图5为锚链筒的参数化设计。
图 5 锚链筒造型设计界面
（2）锚系自动装配建模
对前面对锚、锚链筒、锚唇、锚台、外板等三维建模之后，该系统根据锚系设计布置方 案对锚系进行了自动装配建模。如图 6 和图 7 所示。
图 6 锚系自动装配流程和模块图
（a）三维装配图 1 （b）三维装配图 2 图 7 选用大抓力锚的锚系三维装配图
（3）拉锚运动状态仿真和锚唇贴合仿真
锚系运动仿真主要目的为：一是检测起锚后锚在上升过程中是否和船体碰撞，我们称之 为拉锚运动状态仿真；二是检测锚唇的设计是否合理，锚在收紧后能否很好地与锚唇贴合，
以避免船舶运动过程中产生晃动及碰撞，我们称之为锚唇贴合仿真检测。图8是模块组成图，
图9-图10是锚唇经过运动仿真之后贴合状态图。
、 图 8 锚系仿真设置模块
图 9 锚唇贴合状态侧面 图 10 锚唇贴合状态正面 总结
通过设计锚系辅助建模设计与计算机辅助拉锚试验仿真专家系统实现了锚系的辅助设 计、三维建模、自动装配和拉锚运动仿真分析模块。通过运动仿真分析对拉锚过程进行动态 仿真,用以优化锚唇设计，可完全替代木模实验。此开发的软件和仿真技术可以对船舶锚系 设计进行计算机仿真试验，分析锚唇设计的合理行，然后在此仿真试验的基础上，进行生产 设计更改和优化。从多家船厂数十种船型锚系应用情况看，是值得在船舶行业推广的技术。
参考文献
[1] 刘志强, 王明强, 邱小虎, 朱永梅. 基于 UG 二次开发的船舶锚系优化设计与拉锚试验仿真分析. 2006 年 UGS 有奖征文及 E-works 网站推荐发表。2006.11.
[2] 李纯金, 刘志强, 王明强, 邱小虎. 基于虚拟样机技术的VLCC锚系运动仿真研究[J]. 船舶工程. 2008 年 第 6 期.
[4] 邱小虎, 王明强, 刘志强等.57000 吨级散货船锚唇设计及拉锚试验仿真分析[J]. 造船技术. 2005 年第 2 期.
[5] 朱咏梅, 王明强, 刘志强. 基于 UG 的船舶锚系三维建库研究[J], 造船技术,2004 年第 4 期.
[5] 董正卫. UG/OPEN API 编程基础[M].北京：清华大学出版社，2002.
