孫紅娟，李 磷

(1.江蘇省鎮(zhèn)江船廠(集團(tuán))有限責(zé)任公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212002；2. 江蘇大津重工有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212221)

基于SPD4.6三維系統(tǒng)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的應(yīng)用及優(yōu)點(diǎn)

孫紅娟1，李 磷2

(1.江蘇省鎮(zhèn)江船廠(集團(tuán))有限責(zé)任公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212002；2. 江蘇大津重工有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212221)

為提高施工準(zhǔn)確性和生產(chǎn)效率，應(yīng)用SPD4.6三維系統(tǒng)對(duì)3 700 DWT雜貨船進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)。以AUTOCAD2010為平臺(tái)，利用SPD4.6三維系統(tǒng)中的型線系統(tǒng)以及船體建造系統(tǒng)完成外板和結(jié)構(gòu)零件的生成并轉(zhuǎn)換成背景，其他專業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)通過(guò)引用三維背景，使用SPD4.6三維系統(tǒng)六大功能，實(shí)現(xiàn)三維生產(chǎn)設(shè)計(jì)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：設(shè)計(jì)時(shí)間較常規(guī)設(shè)計(jì)周期縮短約10%，船舶建造周期縮短2～3月，明顯提高了船舶經(jīng)濟(jì)效益。

SPD4.6三維系統(tǒng)；管道；生產(chǎn)設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)應(yīng)用

0 引言

由于AUTOCAD在船舶領(lǐng)域應(yīng)用，船舶設(shè)計(jì)由手工繪圖發(fā)展為二維AUTOCAD制圖。為了拓展生產(chǎn)設(shè)計(jì)深度，減少現(xiàn)場(chǎng)返工量，船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)利用以船體二維平面圖為背景的三維SB3DS軟件進(jìn)行管放設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)軟件雖可實(shí)現(xiàn)輪機(jī)和電氣的三維生產(chǎn)設(shè)計(jì)，但船體設(shè)計(jì)還是二維設(shè)計(jì)，各專業(yè)在生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)不可避免產(chǎn)生諸多碰撞、干涉問(wèn)題。而SPD4.6三維系統(tǒng)解決了碰撞、干涉問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了船、機(jī)、電、舾、涂等專業(yè)的三維生產(chǎn)設(shè)計(jì)。本文在分析以船體二維平面圖為背景的三維SB3DS管放設(shè)計(jì)存在問(wèn)題的基礎(chǔ)上，通過(guò)SPD4.6三維系統(tǒng)里的型線系統(tǒng)和船體建造系統(tǒng)以及使用該系統(tǒng)六大功能，實(shí)現(xiàn)了3 700 DWT雜貨船的三維生產(chǎn)設(shè)計(jì)。

1 三維SB3DS管放設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

三維SB3DS管放設(shè)計(jì)時(shí)，以船體二維平面圖為背景涉及船體線型圖和相關(guān)船體分段結(jié)構(gòu)圖，在這些圖紙背景上增加輪機(jī)設(shè)備定位及設(shè)備外形圖等，二維背景同時(shí)需增設(shè)舾裝全船梯、欄桿、人孔蓋布置圖，背景底圖建立在AUTOCAD2004基礎(chǔ)上。SB3DS三維放樣通過(guò)AUTOCAD2004工具條增加SB3DS管系設(shè)計(jì)工具條，完成SB3DS主要模塊操作功能。雖然使用三維軟件放樣，修改管路和風(fēng)管方便快捷，避免了AUTOCAD生產(chǎn)設(shè)計(jì)深度不足，但是由于背景圖是船體結(jié)構(gòu)二維圖，構(gòu)建立體模型不夠準(zhǔn)確，這就要求放樣人員具有很高的立體空間能力，生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)造成輪機(jī)專業(yè)管系與船體結(jié)構(gòu)、電氣專業(yè)主干托架與輪機(jī)管系、電氣專業(yè)燈架與舾裝欄桿、輪機(jī)專業(yè)不同管系彼此碰撞干涉。

2 SPD4.6三維系統(tǒng)的功能

SPD4.6三維系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)背景和設(shè)計(jì)為三維。三維背景是以AUTOCAD2010為平臺(tái)，通過(guò)SPD4.6三維系統(tǒng)里的型線系統(tǒng)提供滿足設(shè)計(jì)和建造要求的船體線型，線型通過(guò)三向光順、肋號(hào)肋位定義、前后線型拼接使船體線型非常準(zhǔn)確；還可通過(guò)SPD4.6三維系統(tǒng)船體建造系統(tǒng)完成外板和結(jié)構(gòu)零件的生成，并轉(zhuǎn)換成背景。其他專業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)通過(guò)引用三維背景，使用SPD4.6三維系統(tǒng)的六大功能，實(shí)現(xiàn)三維生產(chǎn)設(shè)計(jì)，同時(shí)在三維模型中可以看到非常逼真的三維實(shí)體模型。與二維背景SB3DS三維放樣設(shè)計(jì)相比，背景更加準(zhǔn)確、直觀。由于各專業(yè)都是SPD4.6三維系統(tǒng)出圖，因而在生產(chǎn)設(shè)計(jì)的過(guò)程中專業(yè)之間的協(xié)調(diào)性更強(qiáng)，干涉碰撞地方更少。

SPD4.6三維系統(tǒng)擁有六大主要功能，包括管系設(shè)計(jì)模塊、風(fēng)管設(shè)計(jì)模塊、鐵舾件設(shè)計(jì)模塊、電氣設(shè)計(jì)模塊、涂裝設(shè)計(jì)模塊、通用設(shè)計(jì)模塊，能實(shí)現(xiàn)船舶各專業(yè)生產(chǎn)設(shè)計(jì)三維數(shù)字化的需求。該系統(tǒng)能滿足現(xiàn)代造船對(duì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與管理一體化和殼、舾、涂一體化的需求和以中間產(chǎn)品為導(dǎo)向組織造船生產(chǎn)和推進(jìn)分段制造模塊化技術(shù)要求。另外，該系統(tǒng)還具有數(shù)據(jù)接口，與其他軟件無(wú)縫對(duì)接專用船舶設(shè)計(jì)功能。對(duì)接能將現(xiàn)有工程數(shù)據(jù)導(dǎo)入，原先導(dǎo)出數(shù)據(jù)和備份數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行工程備份、工程還原、附加工程、凍結(jié)工程、刪除工程，同時(shí)能適時(shí)診斷工程索引文件。

3 實(shí)用應(yīng)用

為了解決諸多碰撞干涉問(wèn)題，3 700 DWT雜貨船采用SPD4.6三維系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)。

(1)通用模塊作為主控程序船舶三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)，可用于船、機(jī)、電專業(yè)的設(shè)計(jì)。該模塊有一套完整的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)及標(biāo)準(zhǔn)部件，根據(jù)3 700 DWT雜貨船要求核實(shí)通用模塊缺少的信息，根據(jù)設(shè)計(jì)特殊要求補(bǔ)全非標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)或部件。

(2)管系設(shè)計(jì)模塊管系進(jìn)行輪機(jī)管路閥件、附件、系統(tǒng)原理定義；設(shè)備、管路、部件及管路支架布置；生成管系所需圖紙，最后材料預(yù)估并匯總。

(3)風(fēng)管設(shè)計(jì)模塊在主控程序界面上點(diǎn)擊參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)部件按扭，將風(fēng)管部件的參數(shù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，以部件代號(hào)作為選擇的標(biāo)示保存在標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)和部件庫(kù)中，作為相互設(shè)置時(shí)使用；布置風(fēng)管管路走向和相關(guān)部件；處理風(fēng)管支架等，形成生產(chǎn)信息圖紙。

(4)電氣設(shè)計(jì)模塊根據(jù)電氣系統(tǒng)圖要求，將參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)、其他模型庫(kù)或小樣庫(kù)導(dǎo)入實(shí)船工程庫(kù)中，并定義電氣原理庫(kù)和電氣模型庫(kù)。最后形成相關(guān)生產(chǎn)信息和生產(chǎn)清冊(cè)。

(5)涂裝設(shè)計(jì)模塊首先將涂裝區(qū)域代碼化，依據(jù)3 700 DWT雜貨船船體三維模型生成船體分段三維軸測(cè)圖，且計(jì)算分段及區(qū)域面積的功能以及在軸測(cè)圖上標(biāo)注涂裝信息功能。最后生成分段三維軸測(cè)圖、生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙和生產(chǎn)用表。

(6)鐵舾件設(shè)計(jì)模塊根據(jù)3 700 DWT雜貨船舾裝布置報(bào)審圖紙中的鐵舾件要求進(jìn)行參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)及鐵舾件小樣輸入、處理安裝，以及欄桿自動(dòng)布置、板件制作，生成鐵舾件零件圖生產(chǎn)用表等。

通過(guò)SPD4.6三維系統(tǒng)六大模塊在3 700 DWT雜貨船上系統(tǒng)應(yīng)用，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員相互之間可以進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程溝通，在設(shè)計(jì)過(guò)程中可以適時(shí)查看實(shí)際設(shè)計(jì)效果。三維瀏覽時(shí)可以將模型渲染成不同的顏色，如透明、隱藏處理，從任意視角查看模型。靈活采用該工作模式環(huán)境中的各種設(shè)計(jì)方法，可以進(jìn)行三維系統(tǒng)模擬實(shí)船，也可以三維模型渲染成實(shí)體以視角的方式實(shí)現(xiàn)漫游，以提高生產(chǎn)設(shè)計(jì)人員工作效率。

4 SPD4.6三維系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)

(1)便捷三維材料預(yù)估。為了避免施工過(guò)程中浪費(fèi)時(shí)間，有些設(shè)備或材料需要提前預(yù)訂。如：等級(jí)管采購(gòu)，因等級(jí)管生產(chǎn)周期長(zhǎng)(大約2～3個(gè)月)， SPD4.6三維系統(tǒng)可以在管放過(guò)程中，以O(shè)FFICE為數(shù)據(jù)庫(kù)和輸出文件平臺(tái)，進(jìn)行等級(jí)管材料預(yù)估。在進(jìn)行三維材料預(yù)估時(shí)，既可以調(diào)用部件庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)，也可以直接建立預(yù)估內(nèi)容，并輸出、報(bào)警預(yù)估的數(shù)量，便于管放人員在放樣過(guò)程中就可以適時(shí)導(dǎo)出管子數(shù)量，或閥附件清單提供給采購(gòu)部門。當(dāng)管路放樣基本結(jié)束，使用SPD4.6三維系統(tǒng)預(yù)估數(shù)據(jù)庫(kù)和管子BOM表，生成終版管材、閥附件清單，再發(fā)采購(gòu)部門作為采購(gòu)補(bǔ)充單。

(2) 進(jìn)行球鼻艏光順。船舶的球鼻艏是船體主結(jié)構(gòu)的重要部分，球鼻艏的線型優(yōu)劣將直接影響船舶性能。3 700 DWT雜貨船船體型線圖使用此軟件進(jìn)行光順處理，處理完成后導(dǎo)入到本工程數(shù)據(jù)庫(kù)。接下來(lái)的設(shè)繪工作有以下幾點(diǎn)操作功能：

①可對(duì)各種形式球鼻艏進(jìn)行放樣，包括水滴型、撞角型、圓通型等；

②對(duì)輸入的型值進(jìn)行顯示、調(diào)整、自動(dòng)光順，也可以根據(jù)樣臺(tái)外板板縫數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入數(shù)值生成球鼻艏模型；

③以俯視圖、后視圖和軸測(cè)視圖等多種方式顯示球鼻艏的線型，視圖可任意縮小放大、移動(dòng)，軸測(cè)視圖還可隨意旋轉(zhuǎn)；

④船上有眾多數(shù)量焊縫，形式不同，因而統(tǒng)計(jì)焊縫的長(zhǎng)度及材料是一項(xiàng)繁瑣又易于出錯(cuò)的工作。焊接計(jì)劃模塊不但能保證結(jié)果準(zhǔn)確性，也能減輕設(shè)計(jì)人員工作量；

⑤在船體結(jié)構(gòu)模型建立完成后，裝配計(jì)劃功能按照船體分段進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)裝配計(jì)劃，通過(guò)該功能生成裝配樹、裝配圖等。

(3) 簡(jiǎn)潔鐵舾件繪制。鐵舾件系統(tǒng)用于處理船舶所有設(shè)備的安裝，船舶各艙室小舾裝件及消防安全輔助裝置，以及各式管系、螺旋風(fēng)管、主干電纜等定位安裝；管子支架、主干電纜托架、設(shè)備底座及花鋼板支架、天花板支架等鐵舾件，使用型材和板材的組裝和切割，設(shè)立鐵舾件模型。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要針對(duì)的是鐵舾件的生產(chǎn)設(shè)計(jì)，提供相關(guān)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)手段，在SPD4.6三維系統(tǒng)中創(chuàng)建模型和生成圖紙和表格，供生產(chǎn)車間和管理部門使用。其工作主要包含了鐵舾件模型的創(chuàng)建和三維空間布置，生成鐵舾件零件制作圖、安裝圖和生產(chǎn)用表。

(4)管子及風(fēng)管制作準(zhǔn)確度高。利用SB3DS三維系統(tǒng)進(jìn)行放樣設(shè)計(jì)時(shí)，輪機(jī)結(jié)構(gòu)開孔(如出舷管、穿艙管)的信息缺少船體設(shè)計(jì)人員核實(shí)，由輪機(jī)施工人員現(xiàn)場(chǎng)開孔。利用SPD4.6三維系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)時(shí)輪機(jī)設(shè)計(jì)人員只需通過(guò)該系統(tǒng)開孔表形成開孔信息，船體設(shè)計(jì)人員經(jīng)過(guò)軟件收到信息后核實(shí)后將開孔信息意見通過(guò)軟件反饋給輪機(jī)模塊。最后開孔工作通過(guò)樣臺(tái)機(jī)器切割完成。

(5)三維可視化程度高。SPD4.6三維系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)仿真實(shí)船狀態(tài)放樣，既形象又直觀。輪機(jī)生產(chǎn)設(shè)計(jì)放樣可以利用該三維系統(tǒng)可視化功能查看船舶設(shè)備布局的合理性和可操作性，以及是否滿足航速和拖力等船舶性能方面要求。該三維模型中能避免上面缺陷，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化的布局。在管路設(shè)計(jì)階段，有些船東有時(shí)會(huì)提出觀看三維模型要求。三維模型可以模擬實(shí)船精準(zhǔn)放樣，有著二維背景三維SB3DS管系放樣無(wú)法比擬的直觀性，更便于船東提出習(xí)慣性使用要求，比如設(shè)備維修空間要求等，在放樣過(guò)程中及時(shí)修改，盡量滿足船東使用要求，極大限度降低現(xiàn)場(chǎng)修改量。圖1為3 700 DWT雜貨船21區(qū)機(jī)艙前壁局部三維瀏覽圖。

5 結(jié)語(yǔ)

3 700 DWT雜貨船使用SPD4.6三維系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)精度及設(shè)計(jì)效率。根據(jù)定額部門最終統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示：3 700 DWT雜貨船設(shè)計(jì)周期縮短約10%，材料開支節(jié)省了約15%，人力開支和工時(shí)總節(jié)約25%，建造周期縮短2～3月。利用SPD4.6三維系統(tǒng)進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計(jì)，極大提高了船廠的工作效率、質(zhì)量以及生產(chǎn)效益，縮短了造船周期。

[1] 高瑋，彭群生. 基于二維試圖特征的三維重建[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào)，1999,22(5):481-485.

U662.9

A

2017-06-24

孫紅娟(1983—),女，工程師，從事輪機(jī)設(shè)計(jì)工作；李磷(1973—)，男，助理工程師，從事輪機(jī)設(shè)計(jì)工作。