陳威華

摘? ? 要：船舶建造過程中需要在船體結(jié)構(gòu)上進(jìn)行各種形狀、尺寸的開孔，以便于其他專業(yè)的管子和電纜等穿過船體結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)開孔的預(yù)開率與正確率，對(duì)船舶建造效率有著一定的影響。提高預(yù)開孔率能提高現(xiàn)場(chǎng)施工的效率;提高開孔的正確率能降低現(xiàn)場(chǎng)的返工率與成本。本文旨在研究如何在圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段運(yùn)用AM設(shè)計(jì)軟件建立開孔管理流程，集合各個(gè)專業(yè)的信息進(jìn)行細(xì)化建模，提高結(jié)構(gòu)開孔的預(yù)開孔率與正確率，進(jìn)而提高船舶建造的整體效率。

關(guān)鍵詞：AM設(shè)計(jì)軟件;開孔管理;船舶建造

中圖分類號(hào)：U671.94 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Abstract： During the shipbuilding， various shapes and sizes of openings in the hull structure so that the pipes and cables can pass through the hull structure. The ratio of openings before construction and correct rate of structural openings during the design stage have certain influence on the efficiency of shipbuilding. High ratio of openings before construction will improve production efficiency， while high correct rate of openings will reduce the rework and cost. This paper aims to study how to use the AM software to establish the opening management process at the drawing design stage， collect the information of each design department for modeling， improve the pre-opening rate， correct rate of the structural openings， and then improve the overall efficiency of the shipbuilding.

Key words： AM software; Opening management; Shipbuilding

1? ? ?前言

船舶建造是一項(xiàng)投入巨大、繁瑣復(fù)雜的系統(tǒng)化工程，包括船體結(jié)構(gòu)、輪機(jī)管系、電氣、鐵舾、通風(fēng)等多個(gè)專業(yè)。項(xiàng)目前期的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備工作，直接關(guān)系到后期的工程建造效率，因此使用一款能集成多個(gè)專業(yè)模塊于一體的船舶設(shè)計(jì)軟件，處理好各專業(yè)之間的布置、協(xié)調(diào)、干涉問題，實(shí)現(xiàn)模型同步可視化，顯得相當(dāng)?shù)闹匾?。英國AVEVA 公司研發(fā)的船舶設(shè)計(jì)軟件AVEVA MARINE（AM）正是其中之一，也是我司目前使用的設(shè)計(jì)軟件。AM設(shè)計(jì)軟件是整個(gè)開孔管理流程中的核心，它能夠把管系、電氣、通風(fēng)等專業(yè)的形式上的開孔，轉(zhuǎn)換成船體結(jié)構(gòu)所需要的真實(shí)開孔，并進(jìn)一步落實(shí)到下料、生產(chǎn)、建造的流程中。

2? ?開孔管理的重要意義

船體結(jié)構(gòu)開孔，是指在船體結(jié)構(gòu)梁、壁板、平臺(tái)、甲板上開設(shè)的各種形狀、尺寸的開孔。船舶管路、電路、通風(fēng)等在全船布置過程中，其路徑受到很多制約因素的影響，其路徑不可避免地會(huì)與船體結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞干涉。在很多情況下，直接穿過船體結(jié)構(gòu)可以極大地簡(jiǎn)化路徑，不僅能節(jié)省用料成本，也能優(yōu)化路徑，讓出更多的布置空間。因此，船體結(jié)構(gòu)開孔是設(shè)計(jì)建造流程中的正常操作，其數(shù)量與船舶系統(tǒng)的復(fù)雜程度成正相關(guān)。船舶的系統(tǒng)越龐大復(fù)雜，需要的船體開孔數(shù)量就越多;另一方面，豐富的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、優(yōu)秀的設(shè)備布局、路徑布置，也能減少船體開孔的數(shù)量。

船體結(jié)構(gòu)的預(yù)開孔，是指在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，將開孔的尺寸、定位表達(dá)在生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙上，并在板材零件的數(shù)控下料時(shí)將其開出，減少現(xiàn)場(chǎng)的手工開孔操作。船體結(jié)構(gòu)預(yù)開孔率的提升，對(duì)提升船舶的建造效率有著重要的意義：

（1）減少現(xiàn)場(chǎng)工作量，提高建造效率

現(xiàn)場(chǎng)開孔采用傳統(tǒng)的氣割，精度差、效率低，開孔后需要大量的打磨;而將開孔數(shù)據(jù)錄入數(shù)控切割指令中，在零件下料階段就把結(jié)構(gòu)開孔在零件上切割出來，具有精度高、效率高的特點(diǎn)，開孔后僅需少量打磨，可大大減少現(xiàn)場(chǎng)的工作量;

（2）實(shí)現(xiàn)工序前移，提高分段完整性

船舶建造是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，多個(gè)專業(yè)的工作需協(xié)調(diào)共同完成，一環(huán)扣一環(huán)，其中一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題就會(huì)影響到下一個(gè)環(huán)節(jié)。由于船體結(jié)構(gòu)開孔已經(jīng)預(yù)開好，將工序前移，進(jìn)行預(yù)舾裝時(shí)可以減少遇到的障礙，釋放更多的勞動(dòng)力來進(jìn)行其他的作業(yè);

（3）減少施工錯(cuò)誤，降低差錯(cuò)率

傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)開孔模式，把需要的開孔信息，如開孔尺寸、定位、所在區(qū)域等表達(dá)在生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙上，由現(xiàn)場(chǎng)工人把開孔還原在對(duì)應(yīng)的地方。這種信息傳遞對(duì)工人的解讀水平有一定的要求，信息被誤讀的風(fēng)險(xiǎn)較大;而通過在建模軟件AM的優(yōu)化，固化到生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙以及零件的下料指令中，所有專業(yè)、系統(tǒng)都具有高度的統(tǒng)一性，幾乎不會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò)。

值得注意的是，船體結(jié)構(gòu)的預(yù)開孔，等同于把現(xiàn)場(chǎng)開孔的工序前移到生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段，每一個(gè)在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段發(fā)生的錯(cuò)誤，都會(huì)毫無遺漏地反映生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)中，造成返工。因此必須要以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牧鞒虒?duì)預(yù)開孔進(jìn)行規(guī)范的管理。

3? ? 開孔管理的一般流程

綜上所述，我們的目標(biāo)是要提高船體結(jié)構(gòu)預(yù)開孔數(shù)量、占比率，同時(shí)要保證預(yù)開孔的準(zhǔn)確率。為此，需要建立科學(xué)、規(guī)范的流程管控，應(yīng)用具有功能強(qiáng)大的專業(yè)設(shè)計(jì)軟件來實(shí)現(xiàn)。

（1）優(yōu)化設(shè)計(jì)輸入

前期通過各專業(yè)的全局策劃、總體布置、細(xì)化建模、協(xié)調(diào)評(píng)審、優(yōu)化修改，形成設(shè)計(jì)輸入。通過AM船舶設(shè)計(jì)軟件的開孔管理模塊，無縫對(duì)接到船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)模塊中，把結(jié)構(gòu)預(yù)開孔在船體模型上無差錯(cuò)的體現(xiàn)出來;

（2）校核結(jié)構(gòu)預(yù)開孔強(qiáng)度

根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范，對(duì)結(jié)構(gòu)預(yù)開孔進(jìn)行強(qiáng)度校核。對(duì)于不滿足要求的開孔，可在規(guī)范允許的范圍內(nèi)做補(bǔ)強(qiáng)處理;規(guī)范內(nèi)禁止的開孔，必須取消并修改布置及走線;在必要時(shí)，開孔方案需送審船級(jí)社進(jìn)行認(rèn)可，避免在后期施工中因開孔不滿足規(guī)范要求而進(jìn)行換板挖補(bǔ)、管路修改等返工現(xiàn)象，提高生產(chǎn)效率;

（3）固化專業(yè)設(shè)計(jì)輸入和流程

經(jīng)過“專業(yè)設(shè)計(jì)輸入--船體結(jié)構(gòu)預(yù)開孔--開孔校核--反饋--專業(yè)設(shè)計(jì)輸入更新--船體結(jié)構(gòu)預(yù)開孔更新--開孔校核--……”的往復(fù)循環(huán)后，形成最終方案，并將其固化到流程中完成歸檔，為后續(xù)復(fù)查、校對(duì)和追溯提供可能;運(yùn)用發(fā)圖管理系統(tǒng)為工具、專業(yè)聯(lián)系單為媒介，實(shí)現(xiàn)信息、流程的共享和可視化，避免了后期因?yàn)橛洃涘e(cuò)亂、操作不規(guī)范等導(dǎo)致的各方意見不統(tǒng)一，一切以固化歸檔的結(jié)果為準(zhǔn);

（4）輸出生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙和零件數(shù)控切割指令

經(jīng)過上述流程，船體結(jié)構(gòu)預(yù)開孔已經(jīng)具備輸出生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙的條件，在生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙中表達(dá)所有的結(jié)構(gòu)預(yù)開孔，將所有的結(jié)構(gòu)預(yù)開孔在數(shù)控下料時(shí)精確的切割出來。

4? ? 開孔管理的操作方法

（1）各專業(yè)相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)備布局基本定型，管路布線已完成優(yōu)化，各項(xiàng)檢查完成，具備預(yù)開孔的條件;

（2）打開AM的舾裝模塊并進(jìn)入管系設(shè)計(jì)模塊：在主菜單中，選擇Pipe Penetration--Create Penetration進(jìn)入管子開孔模塊;在3D模型視圖中，選中需要穿過船體結(jié)構(gòu)的管子，點(diǎn)擊Pick Penetrated Items，選中管子所穿過的船體結(jié)構(gòu)板架，確認(rèn)無誤后點(diǎn)擊OK;在彈出的對(duì)話界面中進(jìn)一步填寫孔的類型、凈空、余量裕度等屬性，確認(rèn)無誤后再次點(diǎn)擊OK，在3D模型視圖中將會(huì)出現(xiàn)模型開孔的結(jié)果;最后，點(diǎn)擊菜單中的Save and Unclaim，保存結(jié)果并寫入AM數(shù)據(jù)庫中，使得其他專業(yè)的設(shè)計(jì)模塊可以共享其更新的數(shù)據(jù);

（3）船體專業(yè)的設(shè)計(jì)人員在收到其他專業(yè)的開孔需求后，打開AM的舾裝模塊，并進(jìn)入開孔管理模塊（見圖3）;

① 在左側(cè)的模型欄Design Explorer里，選中需要進(jìn)行模型開孔操作的分段，并在右側(cè)的Hole Association Manager中選中Current Element，并點(diǎn)擊Apply Filter，即可列出其他專業(yè)提交給船體專業(yè)的開孔需求列表;

② 通過瀏覽模型，初步檢查船體結(jié)構(gòu)開孔的可行性;選中需要檢查的開孔條目，點(diǎn)擊右鍵并在菜單中依次選擇Navigate to---Penetrated Item，可調(diào)出需要開孔的船體板架模型;點(diǎn)擊右鍵菜單中依次選擇Navigate to---Penetrating Item，可調(diào)出穿過船體板架的構(gòu)件（如管子、電纜）的模型;

③ 選中需要預(yù)開孔的條目（可多選），點(diǎn)擊標(biāo)簽底部的Manage Selected Holes，進(jìn)入確認(rèn)模型開孔的操作界面;

④ 模型開孔操作中有三個(gè)選項(xiàng)：

Approve ：通過請(qǐng)求的模型開孔操作。

Reject：拒絕請(qǐng)求的操作。如果所請(qǐng)求的開孔有明顯的問題，并不符合船體結(jié)構(gòu)規(guī)范的相關(guān)要求，可以駁回其他專業(yè)的開孔請(qǐng)求;

Agree Redundant ：通過請(qǐng)求取消模型開孔操作。其他專業(yè)需要更改已經(jīng)在船體結(jié)構(gòu)上的開孔時(shí)，需要提交此請(qǐng)求，待船體結(jié)構(gòu)開孔取消后方可繼續(xù)操作;

⑤ 點(diǎn)擊菜單中的Save and Unclaim，把操作結(jié)果寫入AM數(shù)據(jù)庫中。至此，船體專業(yè)的模型開孔與其他專業(yè)的需求開孔，已在數(shù)據(jù)層面上達(dá)成統(tǒng)一;

⑥ 打開船體的設(shè)計(jì)模塊Hull Design，更新與開孔變動(dòng)相對(duì)應(yīng)的圖面，并根據(jù)需要標(biāo)示出開孔的尺寸、定位以及其他信息;對(duì)高應(yīng)力區(qū)域，特別是肘板趾端附近、加厚板角隅區(qū)域、強(qiáng)橫梁上的開孔，應(yīng)予以高度重視，對(duì)于不符合規(guī)范要求及有較大爭(zhēng)議的開孔，在開孔管理模塊中使用Reject操作，取消開孔并退回到相應(yīng)的專業(yè);

⑦在Hull Design模塊中，點(diǎn)擊Plane Part Generation，進(jìn)行模型--套料的放樣操作，把模型上的開孔數(shù)據(jù)在AM系統(tǒng)里生成在實(shí)際的零件下料中;保存并寫入數(shù)據(jù)庫后，打開船體設(shè)計(jì)模塊Hull Design的板材套料模塊Plate Nesting，使用Open命令打開有變動(dòng)的零件所在的套料板，點(diǎn)擊Verify--All，等待操作結(jié)束，即可完成板材切割指令的更新;

（4）下發(fā)生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙以及數(shù)控切割指令到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。至此，通過開孔管理流程完成從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的轉(zhuǎn)換;生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)控切割機(jī)通過解讀板材切割指令，切割出具有開孔的零件，實(shí)現(xiàn)從模型到下料的具體化。

5? ? 結(jié)束語

通過結(jié)構(gòu)預(yù)開孔的管理提高預(yù)開孔率，能夠減少現(xiàn)場(chǎng)的工作量及降低施工差錯(cuò)率，提高船舶建造效率。但同時(shí)，除去需要特定功能的設(shè)計(jì)軟件的硬件支持外，對(duì)生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段的各專業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度的規(guī)劃與計(jì)劃、整體協(xié)調(diào)，具有很高的要求，是衡量設(shè)計(jì)水平高低的重要體現(xiàn)。為了提高預(yù)開孔率，各專業(yè)的規(guī)劃、布置、走線等都要有很好的預(yù)判，這在一定的程度上起到了同步推進(jìn)各專業(yè)室設(shè)計(jì)進(jìn)度的作用，加快了整體的設(shè)計(jì)進(jìn)度。