胡 可 一

（江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，上海 201913）

1 數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)研究與應(yīng)用

經(jīng)過(guò)15年的應(yīng)用和推廣，江南應(yīng)用TRIBON/AM 軟件徹底實(shí)現(xiàn)了船舶設(shè)計(jì)從二維繪圖模式到“船舶三維設(shè)計(jì)”模式質(zhì)的飛躍，實(shí)現(xiàn)了船舶全過(guò)程開發(fā)、設(shè)計(jì)（前期開發(fā)、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)設(shè)計(jì)）。TRIBON/AM 軟件（TRIBON、AM –AVEVA MARINE均為AVEVA公司的產(chǎn)品名稱）的全過(guò)程應(yīng)用為全面引入韓國(guó)先進(jìn)的設(shè)計(jì)模式，實(shí)現(xiàn)殼、舾、涂一體化、精度造船和數(shù)字化管理提供技術(shù)和數(shù)據(jù)保障，這也大大提高了設(shè)計(jì)和制造的效率、質(zhì)量，縮短了設(shè)計(jì)周期。

1.1 TRIBON軟件的應(yīng)用

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，TRIBON/AM軟件的各個(gè)模塊已經(jīng)成功應(yīng)用于江南的32型248艘[2]民用船舶的全階段或部分階段的設(shè)計(jì)（初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)及生產(chǎn)設(shè)計(jì)）中，見(jiàn)表1。

部分應(yīng)用 TRIBON軟件建模的電子模型和圖紙樣例，見(jiàn)圖1～3。

圖1 76000t巴拿馬型散貨船Tribon全船模型

圖2 16500m3液化氣船Tribon全船模型

表1 應(yīng)用TRIBON軟件設(shè)計(jì)的船舶統(tǒng)計(jì) 型/艘

圖3 16500m3液化氣船甲板管系A(chǔ)utoPlant模型（轉(zhuǎn)換前）

1.2 船舶異構(gòu)CAE/CAD電子模型轉(zhuǎn)換

船舶詳細(xì)設(shè)計(jì)需要對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元計(jì)算分析，其中大量的工作都集中在船體結(jié)構(gòu)的有限元建模方面；而此時(shí)，設(shè)計(jì)人員已經(jīng)建立了船舶初步結(jié)構(gòu)三維模型。船舶初步結(jié)構(gòu)建模軟件和有限元計(jì)算軟件相對(duì)獨(dú)立，彼此之間的模型信息難以共享，造成了模型信息的多次重復(fù)輸入?；谏鲜銮闆r，根據(jù)有限元計(jì)算分析模型的特點(diǎn)，成功開發(fā)了一套接口程序，對(duì)船舶初步結(jié)構(gòu)三維模型中的信息進(jìn)行提取，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)重構(gòu)后，自動(dòng)建立了有限元計(jì)算分析模型，徹底取消這一繁瑣的有限元建模工作。

1.3 異構(gòu)CAD（CADDS5到TRIBON）電子模型轉(zhuǎn)換

當(dāng)前船舶設(shè)計(jì)的各個(gè)階段所采用的 CAD設(shè)計(jì)軟件不盡相同，在各個(gè)設(shè)計(jì)階段或設(shè)計(jì)單位之間無(wú)法實(shí)現(xiàn)電子模型的快速轉(zhuǎn)換和共享，實(shí)施異構(gòu)CAD（CADDS5到TRIBON）電子模型轉(zhuǎn)換（CADDS5是PTC公司的產(chǎn)品名稱），解決由此而來(lái)的信息孤島問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)自頂向下全過(guò)程設(shè)計(jì)信息一體化的技術(shù)及管理規(guī)則，避免不同設(shè)計(jì)階段或不同設(shè)計(jì)單位重復(fù)進(jìn)行三維電子建模的工作。

目前，已經(jīng)成功開發(fā)了 CADDS5到 TRIBON轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，見(jiàn)圖4、5。實(shí)現(xiàn)了把CADDS5系統(tǒng)中的船體結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備、基座、電纜托架、管子模型、風(fēng)管模型、電纜模型等電子三維模型轉(zhuǎn)換到TRIBON系統(tǒng)中（三維電子模型），經(jīng)過(guò)一定的校驗(yàn)、比對(duì)后形成基礎(chǔ)布置模型，這為工廠全面開展后續(xù)的生產(chǎn)設(shè)計(jì)贏得了寶貴的時(shí)間，同時(shí)大幅度減少了重復(fù)建模的工作量。

圖4 CADDS5模型（轉(zhuǎn)換前）

圖5 TRIBON模型（轉(zhuǎn)換后）

1.4 液化氣設(shè)計(jì)系統(tǒng)（AutoPLANT）向船廠CAD系統(tǒng)（TRIBON）電子模型轉(zhuǎn)換[3]

在液化氣船設(shè)計(jì)中，液化氣系統(tǒng)由TGE 公司（Maker）用 AutoPLANT（AutoPLANT 是 Bentley公司的第一款工廠設(shè)計(jì)解決方案）進(jìn)行三維建模并提供給江南（Shipyard），江南開發(fā)了相應(yīng)的接口（Gateway），成功地將模型轉(zhuǎn)換到江南的TRIBON M2環(huán)境下，見(jiàn)圖6。它不僅最大限度繼承上游的設(shè)計(jì)資源，而且縮短了建模時(shí)間提高了設(shè)計(jì)效率。

1.5 三維設(shè)計(jì)向上延伸到送審設(shè)計(jì)

全面深化應(yīng)用 TRIBON軟件將三維設(shè)計(jì)范圍向前推進(jìn)到送審/詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，將初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)通過(guò)三維電子模型無(wú)縫銜接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了民船的三維結(jié)構(gòu)送審設(shè)計(jì)工作，并利用總段模型拆分轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)設(shè)計(jì)模型，完成整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段的工作。江南在國(guó)內(nèi)是首次突破了以下兩項(xiàng)關(guān)鍵核心技術(shù)：

1)總段建模技術(shù)：利用 TRIBON BASIC DESIGN 模塊進(jìn)行結(jié)構(gòu)的三維總段建模，在相同或相似的邊界關(guān)系條件下，可以進(jìn)行板架的多重拷貝和快速建模，生成船體結(jié)構(gòu)模型，作為結(jié)構(gòu)送審的模型和生產(chǎn)設(shè)計(jì)的原始模型基礎(chǔ)。

2)總段拆分程序：開發(fā)成功了總段拆分程序，通過(guò)此程序可以實(shí)現(xiàn)從初步總段設(shè)計(jì)到分段生產(chǎn)設(shè)計(jì)模型快速轉(zhuǎn)換過(guò)程，避免了兩次設(shè)計(jì)的重復(fù)工作和誤差矛盾的產(chǎn)生，保證了前后設(shè)計(jì)的一致性和連貫性。

1.6 復(fù)雜曲面上基于肋位和甲板坐標(biāo)定位技術(shù)

建立了曲面、梁拱、脊弧之間的拓?fù)潢P(guān)系描述的數(shù)學(xué)模型，用一系列結(jié)構(gòu)指針的理論在計(jì)算機(jī)中實(shí)現(xiàn)了數(shù)學(xué)模型的描述，解決了部分復(fù)雜船舶上“復(fù)雜曲面上基于肋位和甲板坐標(biāo)定位技術(shù)”的關(guān)鍵技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在江南的所有船舶的三維建模設(shè)計(jì)中得到全面推廣應(yīng)用。

1.7 高精度的復(fù)雜曲面線型光順?lè)椒?/h3>

通過(guò)深化應(yīng)用TRIBON系統(tǒng)及聯(lián)合攻關(guān)，實(shí)現(xiàn)了線型光順在船舶上高精度的突破（從原來(lái)的2mm和3mm（艏艉端部）提高到1mm和2mm（艏艉端部），使船舶的外板的外觀質(zhì)量和平順度得到進(jìn)一步的提高。

2 數(shù)字化建造技術(shù)研究與應(yīng)用

1970年代中期計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于數(shù)學(xué)放樣和數(shù)控切割兩個(gè)領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)學(xué)樣條和數(shù)控技術(shù)；1980年代初，計(jì)算機(jī)輔助船舶設(shè)計(jì)和制造（CAD/CAM）技術(shù)才使計(jì)算機(jī)的應(yīng)用從數(shù)學(xué)放樣向輔助船舶設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域拓展；1990年代中期，在造船行業(yè)內(nèi)計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用逐步上升到了CAD/CAM 和信息技術(shù)進(jìn)行整合的層面。在以往CAE輔助建造過(guò)程模擬分析的基礎(chǔ)上，江南在數(shù)字化建造方面結(jié)合造船模式的轉(zhuǎn)變，向精度控制和建造過(guò)程仿真兩個(gè)方面拓展。

2.1 CAE技術(shù)為主體的數(shù)字化生產(chǎn)技術(shù)

采用 CAE為主體的數(shù)字化生產(chǎn)技術(shù)對(duì)造船所采用的工法、工藝和外部條件的假定等進(jìn)行評(píng)估、推定是衡量數(shù)字化造船的關(guān)鍵衡準(zhǔn)，也是船舶建造工藝從基于經(jīng)驗(yàn)向基于理論方向發(fā)展的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。采用CAE為主體的數(shù)字化生產(chǎn)技術(shù)主要有：

1)典型節(jié)點(diǎn)焊接變形和收縮量的數(shù)值化推算：采用 CAE軟件對(duì)船體結(jié)構(gòu)中典型節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析，并選擇部分分析結(jié)果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)矯正，形成可供生產(chǎn)設(shè)計(jì)使用的圖譜，以便在設(shè)計(jì)過(guò)程中可精確地加放焊接補(bǔ)償量，提高船舶的建造精度；

2)板材和肋骨彎曲成型的數(shù)值化推算和模擬：以前船廠的板材和肋骨彎曲成型作業(yè)以有經(jīng)驗(yàn)的工人手工作業(yè)為主，目前這支隊(duì)伍越來(lái)越不能滿足造船總量的發(fā)展需要。1990年代初開始，日本和韓國(guó)一些先進(jìn)船廠和研究部門開始采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行板材和肋骨彎曲成型的數(shù)值化推算和模擬，國(guó)內(nèi)的研究部門在前幾年也開始了這項(xiàng)研究并逐步進(jìn)入了實(shí)用階段。這種彎曲成型的數(shù)值化推算及模擬和多點(diǎn)數(shù)控彎板機(jī)相配合將成為彎曲成型加工的主流方向；

3)分段組立作業(yè)精度管理和補(bǔ)償量的數(shù)值化推算和模擬：利用典型節(jié)點(diǎn)焊接變形和收縮量的數(shù)值化推算的結(jié)果進(jìn)一步對(duì)分段組立作業(yè)補(bǔ)償量進(jìn)行數(shù)值化推算和模擬，并將模擬結(jié)果作為精度管理的基礎(chǔ)；

4)分段/總段搭載作業(yè)的數(shù)值化推算和模擬：對(duì)典型分段的合攏、非完整性吊裝、結(jié)構(gòu)非完整性下水等進(jìn)行推算和模擬；

5)組合船體結(jié)構(gòu)變形的軸系對(duì)中計(jì)算：傳統(tǒng)的軸系對(duì)中計(jì)算是以多支點(diǎn)梁為基礎(chǔ)，但目前逐步發(fā)展到組合艉部船體結(jié)構(gòu)變形計(jì)算。

2.2 船舶三維精度控制技術(shù)研究[4]

采用現(xiàn)代數(shù)字化的造船精度控制設(shè)備和軟件是實(shí)現(xiàn)船舶建造由有余量建造向無(wú)余量建造過(guò)渡的重要手段。通過(guò)提取三維模型設(shè)定管理點(diǎn)，將信息提供給現(xiàn)場(chǎng)，應(yīng)用PDA（或機(jī)載軟件）進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量好的數(shù)據(jù)應(yīng)用軟件進(jìn)行分析后，應(yīng)用模擬搭載軟件進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)一次搭載，最終將數(shù)據(jù)建立成數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)綜合分析數(shù)據(jù)后，制定優(yōu)化方案反饋設(shè)計(jì)，完善設(shè)計(jì)形成各階段的精度標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)圖7、8。

2.3 船舶建造過(guò)程仿真技術(shù)研究[5]

應(yīng)用虛擬仿真技術(shù)，通過(guò)建立船舶建造各作業(yè)單元仿真模型，尋找建造過(guò)程中的瓶頸環(huán)節(jié)，對(duì)各單元的生產(chǎn)能力進(jìn)行評(píng)估，同時(shí)對(duì)生產(chǎn)計(jì)劃進(jìn)行驗(yàn)證。分析船舶建造工藝流程和強(qiáng)化基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理，建立面向船舶設(shè)計(jì)、制造工藝、制造資源和生產(chǎn)計(jì)劃的各中間產(chǎn)品作業(yè)單元（包括鋼料堆場(chǎng)、切割加工、部件制作、平面分段流水線、室內(nèi)裝焊平臺(tái)、分段預(yù)舾裝、分段涂裝、總組和船臺(tái)搭載）和全局仿真模型，見(jiàn)圖 9、10。實(shí)現(xiàn)對(duì)建造過(guò)程全方位模擬和各作業(yè)單元生產(chǎn)能力的評(píng)估。

圖10 虛擬仿真軟件界面-2

3 數(shù)字化管理推進(jìn)與應(yīng)用

3.1 垂直性的信息化解決方案

許多軟件供應(yīng)商針對(duì)企業(yè)提出的信息化全解決方案往往非常注重?cái)?shù)據(jù)的抽?。―ata Capture）和CAD/CAM 的接口，但是這些接口受到 CAD/CAM數(shù)據(jù)庫(kù)開放性的影響，若遇到版本升級(jí)其維護(hù)工作量非常大成為互相制約的因素。

船舶行業(yè)在信息化的實(shí)施過(guò)程中，轉(zhuǎn)向基于船廠Know-How的信息化系統(tǒng)，這種系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是一種垂直性的裝配式企業(yè)信息化解決方案。通常計(jì)劃管理、生產(chǎn)管理、采購(gòu)成本管理、物料管理和財(cái)務(wù)管理幾個(gè)垂直塊，通過(guò)橫向的數(shù)據(jù)總線（Data Bus）進(jìn)行裝配、整合交換。

3.2 造船生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)研究開發(fā)[6]

一個(gè)高質(zhì)量高效率的生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)是造船數(shù)字化管理的重要組成部分。生產(chǎn)計(jì)劃系統(tǒng)依據(jù)工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或 WBS（Working Breakdown Structure，工程分解結(jié)構(gòu)）模板自動(dòng)生成基本計(jì)劃框架，建立多級(jí)計(jì)劃或多維度計(jì)劃的相關(guān)性約束。自動(dòng)測(cè)算出當(dāng)量數(shù)據(jù)、自動(dòng)報(bào)告資源沖突和人機(jī)交互平衡資源沖突，還可平衡多船建造過(guò)程中資源沖突，產(chǎn)生綜合計(jì)劃。同時(shí)計(jì)劃執(zhí)行控制基于多種接入技術(shù)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)推計(jì)劃信息到客戶端，實(shí)時(shí)上報(bào)匯總計(jì)劃完成實(shí)績(jī)、并計(jì)算出實(shí)際完成當(dāng)量值；控制計(jì)劃與實(shí)際執(zhí)行的差值，自動(dòng)發(fā)出脫期警報(bào)；控制計(jì)劃插單、調(diào)整、變更的流程要求，自動(dòng)反映調(diào)整的影響區(qū)域，并提供可行解決方案的有限仿真，實(shí)現(xiàn)計(jì)劃執(zhí)行的閉環(huán)控制。系統(tǒng)全面覆蓋了江南的計(jì)劃體系并和MES（制造執(zhí)行系統(tǒng)）建立接口，實(shí)現(xiàn)了月度 WP/WO（Working Package / Working Order，工作包/工作指令）計(jì)劃的系統(tǒng)中下發(fā)和反饋，供生產(chǎn)部門編制月度計(jì)劃，見(jiàn)圖11。

圖11 造船生產(chǎn)計(jì)劃管理系統(tǒng)界面之一

3.3 船舶物資物流管理系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用[7]

江南引進(jìn)并開發(fā)完善了船舶物資物流管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以全面完成從設(shè)計(jì)工藝數(shù)據(jù)集成、采購(gòu)計(jì)劃自動(dòng)獲取、采購(gòu)合同執(zhí)行、到貨檢驗(yàn)、入庫(kù)、結(jié)算、配送出庫(kù)、材料存貨核算等物流的閉環(huán)全過(guò)程。該系統(tǒng)五大功能模塊（采購(gòu)、庫(kù)存、存貨核算、配送管理、項(xiàng)目工程管理）均已實(shí)現(xiàn)實(shí)船應(yīng)用，同時(shí)，完成了與財(cái)務(wù)系統(tǒng)、MES系統(tǒng)、中船物資合同管理系統(tǒng)的集成。

4 數(shù)字化是江南造船騰飛的助推器

目前，江南已確立了以“e江南”為主題的數(shù)字化造船的總體目標(biāo)和相應(yīng)的系統(tǒng)框架[2]：以船舶三維模型為核心，基于信息標(biāo)準(zhǔn)化，建立安全可控的信息共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)主體業(yè)務(wù)的全面整合貫通。不斷建立和完善一個(gè)以服務(wù)先進(jìn)設(shè)計(jì)、先進(jìn)建造、先進(jìn)管理為目標(biāo)的綜合數(shù)字化造船體系，建立高效率、低成本、覆蓋造船完整生命周期，具有現(xiàn)代化造船模式的自主裝配式數(shù)字化造船系統(tǒng)“e江南”（Cyberyard），見(jiàn)圖12，是江南造船騰飛的助推器。

圖12 數(shù)字化造船系統(tǒng)“e江南”（Cyberyard）系統(tǒng)框圖

[1] 胡可一.數(shù)字化造船關(guān)聯(lián)技術(shù)和實(shí)施環(huán)境[R].2006年上海造船工程學(xué)會(huì)報(bào)告.

[2] 江南造船集團(tuán).“e江南”信息化規(guī)劃[Z].上海.

[3] 中船集團(tuán)科研項(xiàng)目.異構(gòu)CAD模型轉(zhuǎn)換技術(shù)研究報(bào)告[R].

[4] 江南造船集團(tuán).船舶三維精度控制系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)書[Z].上海.

[5] 江南造船集團(tuán).船舶建造過(guò)程仿真系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)書[Z].上海.

[6] 鄭冬標(biāo)，邢曉龍.江南造船數(shù)字化生產(chǎn)計(jì)劃關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用[J].上海造船，2010, (2).

[7] 江南造船集團(tuán).船舶物資物流管理系統(tǒng)開發(fā)任務(wù)書[Z].上海.