王國(guó)水

（中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海 200011）

0 引 言

TRIBON系統(tǒng)軟件是瑞典AVEVA公司為船舶行業(yè)設(shè)計(jì)開發(fā)的用于船舶設(shè)計(jì)與建造的計(jì)算機(jī)軟件集成制造系統(tǒng)。近幾年，TRIBON軟件在我國(guó)各大船廠和大型研究院主要用于船舶的生產(chǎn)設(shè)計(jì)當(dāng)中。其通過(guò)人機(jī)對(duì)話這樣一個(gè)友好的界面，為生產(chǎn)設(shè)計(jì)者構(gòu)筑一個(gè)一體化設(shè)計(jì)流程，使得設(shè)計(jì)各個(gè)環(huán)節(jié)之間有效地銜接。從船體分段立體建模（包含分段余量設(shè)置）、到工藝編號(hào)、分段預(yù)制造、焊接、套料以及數(shù)據(jù)提取等，環(huán)環(huán)相扣，為船舶設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)優(yōu)良的設(shè)計(jì)平臺(tái)。并使得各設(shè)計(jì)階段，各專業(yè)的信息互通，以數(shù)字模型代替圖紙，增加綜合信息量，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

通過(guò)TRIBON三維立體建模，設(shè)計(jì)師們更容易綜合考慮各方面因素，更能夠結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際考慮如何節(jié)省材料、如何便利施工，從而提高結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少差錯(cuò)。輪機(jī)、舾裝、涂裝等工程師可以很方便地利用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師搭建的船體結(jié)構(gòu)模型，結(jié)合自己專業(yè)完成許多設(shè)計(jì)工作。涂裝設(shè)計(jì)利用了船體結(jié)構(gòu)搭建的三維結(jié)構(gòu)模型后，可方便地繪制分段涂裝立體示意圖、再通過(guò)計(jì)算得到面積與涂料理論用量以及大量的其他信息。

船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師在TRIBON軟件的應(yīng)用方面擔(dān)當(dāng)著舉足輕重的角色，因?yàn)檎麄€(gè)船體結(jié)構(gòu)要靠結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師一一搭建起來(lái)。與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法不同的是，以往用簡(jiǎn)單的線條表示的構(gòu)件現(xiàn)在要用三維立體來(lái)呈現(xiàn)，這就要求在開始的時(shí)候，就投入很大的設(shè)計(jì)工作量。一根線所表示的板，在三維世界里要通過(guò)輸入這個(gè)板的形狀（即邊界、輸入板縫、板的厚度、材質(zhì)，板上面的加強(qiáng)筋、連接肘板、加強(qiáng)筋的連接方式、板上面的開孔乃至板的余量）等等信息才算完成了這塊板的設(shè)計(jì)。如果把船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分為兩個(gè)環(huán)節(jié)，第一個(gè)環(huán)節(jié)是基本設(shè)計(jì)+詳細(xì)設(shè)計(jì)。在使用TRIBON軟件前，環(huán)節(jié)中主要由設(shè)計(jì)院完成全船基本結(jié)構(gòu)圖以及首、尾、機(jī)艙、貨艙、上層建筑等大分段圖紙?jiān)O(shè)繪，其余大量的工作（比如適應(yīng)船廠分段建造的各個(gè)小分段、工藝編號(hào)、裝配、放樣、套料等）在第二個(gè)環(huán)節(jié)由工廠完成。使用TRIBON軟件后，在第一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，通過(guò)建模就可以將施工設(shè)計(jì)所需的所有信息輸入進(jìn)去?？此乒ぷ髁看蟠笤黾?，但在第二個(gè)環(huán)節(jié)的施工設(shè)計(jì)中，只需要不斷提取各種各樣數(shù)據(jù)，獲得施工設(shè)計(jì)結(jié)果，所以該環(huán)節(jié)的工作量就下降了。圖1是使用TRIBON軟件前后，設(shè)計(jì)工作量分析圖。

圖1 使用TRIBON軟件前后設(shè)計(jì)工作量分析圖

TRIBON軟件的使用，要求設(shè)計(jì)者永遠(yuǎn)要為下道工序考慮，否則后面的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)和將來(lái)的施工就難以順利進(jìn)行。比如在TRIBON軟件最初使用時(shí)，就應(yīng)根據(jù)工廠習(xí)慣規(guī)定好許多參數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)（例如結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，包括肘板、肘板折邊加工半徑、貫穿切口等）。而且這些一旦規(guī)定好了，一般在一條船的后期設(shè)計(jì)過(guò)程中就不能修改，否則會(huì)要求重新修正模型。進(jìn)行分段建模時(shí)，要求正確輸入板材的各個(gè)信息，建模也應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，否則在將三維模型轉(zhuǎn)化為二維平面（即分板，也稱放樣）時(shí)，會(huì)有出錯(cuò)信息，導(dǎo)致誤導(dǎo)施工而造成損失。

筆者曾經(jīng)負(fù)責(zé)一條57 300 dwt散貨船結(jié)構(gòu)施工設(shè)計(jì)，用TRIBON軟件設(shè)計(jì)并指導(dǎo)生產(chǎn)，取得較好的成績(jī)。實(shí)船制造證明，該船修改單屈指可數(shù)（僅10張左右）。

1 實(shí)船簡(jiǎn)介

本文以57 300 dwt散貨船結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為例子，介紹如何運(yùn)用TRIBON來(lái)進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的。

本船為一艘單槳、柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的遠(yuǎn)洋散裝貨船，裝載散裝干貨，包括谷物（平艙或不平艙）、煤、磷酸鹽、木屑、鐵礦沙、卷筒鋼板、各種鋼成品和包裝等貨物。

船舶主尺度如下：

總 長(zhǎng) 189.37 m

垂線間長(zhǎng) 192.00 m

型 寬 32.26 m

型 深 18.00 m

設(shè)計(jì)吃水 11.70 m

結(jié)構(gòu)吃水 12.5 m

航 速 14.00 kn

2 TRIBON應(yīng)用實(shí)例

本船建模步驟如下：

（1）工程建立（輸入主尺度），線型光順（后面工程初始化時(shí)要用到光順的線型）。

（2）工程的初始化。確定坐標(biāo)原點(diǎn)及坐標(biāo)系，主船體名，主曲面甲板名，附加船體名及曲面平臺(tái)名，船體曲線命名規(guī)則，板縫命名規(guī)則等。

（3）初始化菜單，建立各類用戶船體標(biāo)準(zhǔn)。

進(jìn)入到TRIBON系統(tǒng)的INITHULL菜單欄里，根據(jù)工廠的具體施工條件和要求建立各類標(biāo)準(zhǔn)，比如：材質(zhì)、切口形式、材料、結(jié)構(gòu)連接形式、扶強(qiáng)材端部形式、折邊形式、肘板形式等。該項(xiàng)工作通常由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人或由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人責(zé)成他人來(lái)完成，一旦確定則不能修改，否則所建模型將會(huì)有較大返工。

下頁(yè)圖2是根據(jù)本船特點(diǎn)所建立的貫穿切口形式“308”［1］。

圖 2（a）中，C1、C2、C3、C5、C7分別是開孔位置距離骨材的距離，R1、R3、R4、R6分別是開孔的圓弧半徑。在按照一定的原則編寫計(jì)算機(jī)語(yǔ)言時(shí)，用GAP1、GAP2……分別表示不同的 C，用 ARC1、ARC2……分別表示不同的R。編寫完成運(yùn)行后，一個(gè)新的切口形式“308”就建立起來(lái)了，見圖 2（b）。

圖2 用戶自身建立的貫穿切口形式

（4）建立平面板架。通過(guò)人機(jī)對(duì)話形式先后輸入：板架名、板周界信息，板架是左舷、右舷還是跨中且是否對(duì)稱，板縫，板厚，理論線方向，板上的加強(qiáng)筋，甚至余量、收縮余量等；然后自動(dòng)生成SCH文件，存放在結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（OGDB）里。這樣一塊平面板架就生成了。

TRIBON軟件還可生成折角板架、槽型艙壁、波形艙壁等各類板架。圖3是用TRIBON軟件建立的第五貨艙部分板架結(jié)構(gòu)，圖4是建立了槽形艙壁模型后剖出的平面圖。

圖3 第五貨艙部分板架立體圖

圖4 槽型艙壁建模后剖出的平面圖

（5）建立曲面板架。平面板架和曲面板架可同時(shí)建模，可以通過(guò)人機(jī)對(duì)話的形式生成。與建立平面板架不同的是，輸入時(shí)應(yīng)按順序輸入該船外板的板縫、加強(qiáng)筋、板架名、板厚、開孔等，通過(guò)打斷和收集來(lái)最后生成各分段曲面板架，生成后的板架放在結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)（OGDB）里。圖5是本船艏部一段用立體形式展現(xiàn)的外板展開圖。

（6）立體建模完成后，通知其他專業(yè)人員，此時(shí)其他專業(yè)可交叉進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖5 艏部外板展開圖

輪機(jī)設(shè)計(jì)師可根據(jù)船體TRIBON建模后的立體模型繪制該船的燃油艙加熱管安裝圖。根據(jù)安裝圖可得到燃油管在船體結(jié)構(gòu)上的準(zhǔn)確開孔位置。船體結(jié)構(gòu)工程師可根據(jù)該燃油管開孔位置圖，在TRIBON建模時(shí)就設(shè)置這些開孔，避免現(xiàn)場(chǎng)開孔或因開孔位置不準(zhǔn)確給施工帶來(lái)的麻煩，提高了圖紙質(zhì)量。圖6即為根據(jù)船體TRIBON模型繪制的燃油艙加熱管安裝圖。圖7是輪機(jī)、外舾裝等各專業(yè)設(shè)計(jì)師利用TRIBON模型繪制的各種管路通過(guò)該船雙層底的情形圖。繪制該圖的目的是檢查管路是否碰結(jié)構(gòu)，防止以往船舶建造過(guò)程中經(jīng)常遇到的管路碰結(jié)構(gòu)問(wèn)題。

圖6 根據(jù)船體TRIBON模型繪制的燃油艙加熱管安裝圖

圖7 雙層底管弄布置平面圖

（7）分板（又稱船體放樣）

若模型建立無(wú)誤，自動(dòng)運(yùn)行程序完成分板這一過(guò)程通常只需幾分鐘。其將立體板架分成平面的板材和型材，平面板材存放在板材數(shù)據(jù)庫(kù)，平面型材存放在型材數(shù)據(jù)庫(kù)。這一做法不僅徹底改變了以往船體結(jié)構(gòu)需要人工放樣的方法，且便于日后提取板材和型材的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行編號(hào)、裝配、焊接、套料等，直接指導(dǎo)生產(chǎn)、出圖，以及計(jì)算重量重心、出零件清單等。

（8） 自動(dòng)編號(hào)

設(shè)計(jì)人員根據(jù)程序要求編制編號(hào)語(yǔ)句，規(guī)定型材、肘板編號(hào)規(guī)則等。比如骨材編號(hào)從601開始，肘板編號(hào)從301開始往下延續(xù)。通過(guò)運(yùn)行編號(hào)語(yǔ)句（通常1～2 min就可完成），給每一塊板和骨材及所有零件編上一個(gè)號(hào)碼，改變了以往在圖紙上手工編號(hào)的方法，節(jié)省了大量人力和時(shí)間。

（9）裝配

設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)程序建立各船體構(gòu)件安裝樹。如“哪些骨材和零件安裝在哪一塊板上，進(jìn)入到哪一條制造流水線，哪一生產(chǎn)環(huán)節(jié)”，都可以通過(guò)人機(jī)對(duì)話形式生成，且直接指導(dǎo)生產(chǎn)，省去了以往人工編寫工藝流程的方法。但該環(huán)節(jié)要求裝配人員懂工藝制造方法。

（10） 套料

設(shè)計(jì)人員可通過(guò)人機(jī)對(duì)話的形式，將一塊塊零件布置在一張張鋼板上，省去了以往人工套料費(fèi)時(shí)費(fèi)力的方法，但此方法要求套料人員必須仔細(xì)認(rèn)真。如是高強(qiáng)度鋼，取材時(shí)就一定要取高強(qiáng)度鋼，否則將誤導(dǎo)生產(chǎn)，造成大量返工。

（11） 出圖

設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)立體模型生成詳細(xì)的平面結(jié)構(gòu)圖。因?yàn)門RIBON能快速給出船體結(jié)構(gòu)每一處、每一個(gè)你想看到的剖面情況，所以針對(duì)復(fù)雜區(qū)域，可以多剖幾個(gè)剖面。通過(guò)各剖面情況，可以很快發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，然后再修改設(shè)計(jì)。由于TRIBON軟件自身有拓?fù)潢P(guān)系，模型修改后，只要刷新一下，各剖面就會(huì)自動(dòng)完成修改。

（12）導(dǎo)出生產(chǎn)所需數(shù)據(jù)清單

通過(guò)建模，最后我們可以得到生產(chǎn)所需的所有數(shù)據(jù)，如材料零件清單、重量重心表等等。

（13）為其他專業(yè)用戶提供一個(gè)有利的平臺(tái)

其他專業(yè)利用結(jié)構(gòu)模型，可以完成他們想做的許多事情。例如涂裝可以提取到有利數(shù)據(jù)，管系可以在基礎(chǔ)上的建立自己的管系模型等等。

3 結(jié) 論

TRIBON軟件系統(tǒng)為船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者提供了一個(gè)優(yōu)良的平臺(tái)，從“基本設(shè)計(jì)+詳細(xì)設(shè)計(jì)”到施工設(shè)計(jì)的一整套流程，顯示出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。不過(guò)對(duì)于進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)前期設(shè)計(jì)的人員來(lái)說(shuō)，從原先畫一根線表示板變?yōu)楸仨毥?fù)雜的模型后才能表示出一塊板，則變得既耗時(shí)又耗力。如何統(tǒng)籌兼顧，是船舶技術(shù)和管理人員今后需考慮的問(wèn)題。

［1］TRIBON M3 Documentation［S］.

［2］王金鑫，朱丹紅.利用TRIBON系統(tǒng)進(jìn)一步優(yōu)化船舶涂裝生產(chǎn)設(shè)計(jì)［J］.造船技術(shù)，2008（3）：40-41.

［3］龔英弢，沈玉琦.Tribon M3船體快速建模開發(fā)［J］.船舶，2008（6）：51-54.

［4］孫國(guó)金，趙智韜.用AutoCAD肋骨型線圖生成Tribon系統(tǒng)船體曲面［J］.廣船科技，2007（2）：24-27.

［5］童曉民.淺談 TRIBON軟件系統(tǒng)的管理［C］.//中國(guó)造船工程學(xué)會(huì)’04 MIS/S&A學(xué)術(shù)交流會(huì)學(xué)術(shù)論文集，2004（7）：75-79.