張寶民，王 昆，王 震，翁戍生，孟中原

（大連船舶重工集團(tuán)設(shè)計研究院，遼寧 大連1160053）

0 引 言

船舶行業(yè)在將設(shè)計成果轉(zhuǎn)化為最終產(chǎn)品的過程中，一直是通過紙質(zhì)圖紙傳遞信息的。近幾年，隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，加工部門開始通過電子圖文檔接收設(shè)計成果，但僅限于二維圖紙和技術(shù)文檔，三維模型一直沒有在加工部門得到有效使用，尤其是不能與圖紙相結(jié)合，使得信息化僅停留在一些離散的電子數(shù)據(jù)上，未能系統(tǒng)地在加工部門應(yīng)用。

本文依托專用三維設(shè)計軟件系統(tǒng)地開展可視化設(shè)計研究，將可視化設(shè)計作為三維設(shè)計的基礎(chǔ)，對生產(chǎn)加工部門的功能進(jìn)行延伸，使車間能共享三維設(shè)計成果。實現(xiàn)可視化的途徑是在安全受控的前提下，以數(shù)據(jù)為核心，以編碼為數(shù)據(jù)鏈，將設(shè)計的二維圖紙、三維模型和工藝數(shù)據(jù)直觀地呈現(xiàn)給生產(chǎn)加工部門。該方式能打破傳統(tǒng)的紙質(zhì)圖文檔下發(fā)模式，建立從設(shè)計部門到加工部門完整的三維設(shè)計和工藝數(shù)據(jù)鏈，有效提高設(shè)計部門與加工部門的信息傳遞能力和效率，從而提高生產(chǎn)加工的準(zhǔn)確性。

1 可視化在管件加工應(yīng)用的優(yōu)點(diǎn)

隨著數(shù)字化應(yīng)用的深入，可視化應(yīng)用正逐步滲入數(shù)字化加工中，并逐步走向智能化發(fā)展，其應(yīng)用特點(diǎn)如下。

1.1 二維數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù)的集中可視化呈現(xiàn)

以數(shù)據(jù)為核心，以編碼為數(shù)據(jù)鏈，將設(shè)計的二維圖紙、三維模型和工藝數(shù)據(jù)直觀地呈現(xiàn)出來，實現(xiàn)對二維數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù)的全面檢索，達(dá)到二維數(shù)據(jù)與三維數(shù)據(jù)的共享性、關(guān)聯(lián)性和可視性，提高加工的效率和質(zhì)量。

1.2 可視化三維模型的可操作性

以模型為中心，對可視化模型進(jìn)行測量、旋轉(zhuǎn)、縮放、剖切、分離、隱藏和透明化等操作及信息關(guān)聯(lián)查詢，實現(xiàn)模型與圖紙和數(shù)據(jù)的靈活操作。

1.3 可視化模型基礎(chǔ)上的交互性協(xié)調(diào)管理

在可視平臺上實現(xiàn)加工部門與設(shè)計間的交互式信息反饋，加工部門能直接在模型上標(biāo)注反饋信息，設(shè)計部門能直接在可視化模型上查看加工部門標(biāo)注的反饋信息，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整或修改，實現(xiàn)交互性協(xié)調(diào)管理。

2 可視化應(yīng)用基礎(chǔ)配置研究

為實現(xiàn)可視化的深度應(yīng)用，需完成二維信息、三維模型及數(shù)據(jù)的無縫關(guān)聯(lián)和傳遞，確保各項數(shù)據(jù)的匹配、關(guān)聯(lián)及應(yīng)用的唯一性、完整性和快捷性，實現(xiàn)可視化和數(shù)字化在加工部門的相輔應(yīng)用。

2.1 基于編碼系統(tǒng)的二維信息匹配和可視化

作為可視化設(shè)計應(yīng)用的基礎(chǔ)，每個管段的編碼都是唯一的，確保編碼的唯一性是準(zhǔn)確調(diào)取二維圖紙和三維模型的必要條件。編碼規(guī)范化是可視化設(shè)計的基礎(chǔ)，結(jié)合實際情況，以編碼的形式對全船的管段進(jìn)行統(tǒng)一管理。編碼包含有設(shè)計中的位置、用途和系統(tǒng)等信息，通過序列號和施工號等編碼位對管段進(jìn)行有序管理。同時，利用不同編碼位上的信息確定管段安裝時間，輔助加工部門分配生產(chǎn)資源，縮短管件庫存時間。圖1 為編碼示例。

通過匹配二維信息，能將設(shè)計中的二維施工圖中的管段長度和彎頭等信息與管段對應(yīng)的編碼相關(guān)聯(lián)，對影響加工的信息進(jìn)行整合，形成在程序上編號和雙向可查的數(shù)據(jù)庫。

基于二維信息的可視化表達(dá)，將存儲在圖文檔中的管段制作圖紙導(dǎo)入系統(tǒng)，通過其編碼進(jìn)行查詢，實現(xiàn)二維圖紙的電子化可讀，使制造工人能迅速地識別相應(yīng)的管件，并指導(dǎo)整個制造過程。圖2 為二維圖紙信息顯示窗口。

2.2 三維管件模型輕量化和可視化

現(xiàn)場終端安裝三維設(shè)計軟件的成本較高，且現(xiàn)場工人操作三維軟件存在一定的困難，因此將模型發(fā)布到可視化設(shè)計系統(tǒng)中之后，必須脫離專業(yè)三維設(shè)計軟件，將三維模型輕量化處理之后在IE 等瀏覽器上發(fā)布，使加工部門能通過瀏覽器直接查看輕量化模型。同時，為提高模型的可操作性，輕量化模型要具備5個逐步深化的功能。

1) 可查看性：模型可供客戶端查看，通常是直接在瀏覽器上查看，這是最基本的特性。

2) 輕量化：模型和文件便于在網(wǎng)上傳輸，必須遠(yuǎn)小于原始的大小。有時為滿足網(wǎng)上瀏覽的需要，可能會采用流媒體的方式或異步加載的方式，使用戶感覺不到有太多延遲。

圖1 編碼示例

圖2 二維圖紙信息顯示窗口

3) 中性化：現(xiàn)行主流設(shè)計軟件的三維模型或二維圖紙必須能統(tǒng)一為1 種或少數(shù)幾種格式，這樣能大大降低客戶端瀏覽和操作的復(fù)雜性，并使多種模型的組合查看成為可能，同時能使用戶只關(guān)注模型和圖紙的使用，而不再關(guān)心其是何種格式。

4) 可操作性：能對三維模型和二維圖紙進(jìn)行操作，但不能改變原數(shù)據(jù)，如尺寸的測量、隔離和標(biāo)注等。

5) 關(guān)聯(lián)性：模型和圖紙中的重要元素能被抽取，并與外部數(shù)據(jù)建立關(guān)聯(lián)。這樣，模型或圖紙中的元素才是靈活可用的。

圖3 為三維模型顯示窗口。

圖3 三維模型顯示窗口

2.3 模型數(shù)據(jù)從設(shè)計端到制造端的無縫傳遞

模型中加工數(shù)據(jù)的無縫傳遞是指在沒有人為干預(yù)的情況下實現(xiàn)設(shè)計端到制造端的數(shù)據(jù)對接，能使三維模型可視化呈現(xiàn)的同時，直接輸出加工數(shù)據(jù)，驅(qū)動管子加工數(shù)字化流水線，減少人為干預(yù)和數(shù)據(jù)的手工傳遞，降低數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的差錯率，提升管子加工效率。

模型中加工數(shù)據(jù)的無縫傳遞是通過企業(yè)的ERP（Enterprise Resource Planning）系統(tǒng)管理的，ERP 系統(tǒng)是加工部門常用的組織生產(chǎn)的數(shù)字化系統(tǒng)，其有效執(zhí)行需要數(shù)據(jù)的支撐，這些數(shù)據(jù)大部分源于設(shè)計輸入。在傳統(tǒng)生產(chǎn)模式中，這些數(shù)據(jù)是通過人工讀圖得到并輸入系統(tǒng)的，存在因人為參與導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯的風(fēng)險。為去除人工輸入，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫傳輸，通過二次開發(fā)，直接從設(shè)計模型中提取數(shù)據(jù)并將其發(fā)送給ERP系統(tǒng)。為保持?jǐn)?shù)據(jù)的可靠性和輸入過程的便捷性，在三維可視化模型向車間下達(dá)指令時，同步在后臺啟動電子數(shù)據(jù)傳遞程序，電子數(shù)據(jù)的格式嚴(yán)格按加工部門ERP 系統(tǒng)輸入的需求組織，能與ERP 系統(tǒng)無縫對接。電子數(shù)據(jù)的無縫傳遞與電子化發(fā)布同步實施，對生產(chǎn)管理控制、精度控制和設(shè)計修改時的替換都有很大好處。圖4 為管子加工電子數(shù)據(jù)。

圖4 管子加工電子數(shù)據(jù)

可視化系統(tǒng)中的電子數(shù)據(jù)必須包括設(shè)計模型中的全部管段參數(shù)、管段的二維圖紙和管段信息的三維模型信息，以確保加工部門在可視化系統(tǒng)中看到的所有數(shù)據(jù)均來自于設(shè)計部門的模型，且沒有人為干預(yù)。

3 可視化在車間的應(yīng)用

在加工部門，配置好終端IE 瀏覽器即可登錄可視化平臺，通過瀏覽器進(jìn)行數(shù)據(jù)、圖紙、模型的一體化查詢和協(xié)調(diào)交互，全面取消紙質(zhì)文件，實現(xiàn)可視化和數(shù)字化加工應(yīng)用。

3.1 可視化信息的檢索及查詢功能應(yīng)用

施工工人可對需要的數(shù)據(jù)、圖紙和模型進(jìn)行快速定位和信息檢索，實現(xiàn)加工制作快速關(guān)聯(lián)功能，可查詢到所有設(shè)計信息?？梢曄到y(tǒng)能按分類樹檢索、關(guān)鍵字檢索、條件組合高級查詢和信息數(shù)字關(guān)聯(lián)檢索等原則實現(xiàn)全面的信息檢索。

1) 分類樹檢索：可按零部件類型、文檔類型、設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和裝配計劃等方式分類展開。

2) 關(guān)鍵字檢索：支持所有或指定類型的關(guān)鍵字模糊搜索。采用專用三維設(shè)計軟件系統(tǒng)支持的模糊搜索表達(dá)式進(jìn)行信息檢索。

3) 條件組合高級查詢：根據(jù)多個組合條件精確檢索所需信息，包括屬性、關(guān)聯(lián)關(guān)系和對象狀態(tài)等條件類型。

4) 信息數(shù)字關(guān)聯(lián)檢索：通過專用三維設(shè)計軟件系統(tǒng)訪問船舶項目設(shè)計數(shù)據(jù)，可利用不同數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行檢索。

圖5 為信息檢索界面。

圖5 信息檢索界面

3.2 二維數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù)一體化瀏覽的可視化應(yīng)用

數(shù)字化流水線和傳統(tǒng)加工方式都需二維數(shù)據(jù)或三維數(shù)據(jù)的指導(dǎo)或校驗，將離散型信息集中在同一平臺上進(jìn)行一體化展示，更加高效、高質(zhì)地指導(dǎo)生產(chǎn)。

在實際可視化應(yīng)用過程中，在可視化平臺上的圖文集成瀏覽模塊功能中，施工工人可根據(jù)需要有效實現(xiàn)二維圖文檔和三維模型的集成瀏覽，施工工人可直觀、便捷地理解圖紙信息和加工制造的要求。對于同一個編碼的管件，二維圖文檔、三維模型和設(shè)置參數(shù)都可在同一個界面上瀏覽。圖6 為二維模型和三維模型聯(lián)合顯示窗口。

圖6 二維模型和三維模型聯(lián)合顯示窗口

3.3 可視化模型交互式操作應(yīng)用

為更深刻地了解模型的外部信息和內(nèi)含屬性，施工工人可在可視化平臺上對模型進(jìn)行基本的瀏覽和查詢操作，亦可在模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行信息反饋，實現(xiàn)施工與設(shè)計在可視化平臺上的交互式溝通，主要功能如下。

1) 對模型進(jìn)行查看：在不改變模型數(shù)據(jù)的前提下，對模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放、剖切、分離、隱藏和透明化等操作。

2) 對模型的尺寸和坐標(biāo)等進(jìn)行測量：即使是在沒有圖紙的情況下，也可直接在模型上測量管件的精確尺寸。

3) 對技術(shù)要求等進(jìn)行標(biāo)注：可直接在模型上標(biāo)注并保存，加工部門能在模型上標(biāo)注反饋信息，設(shè)計部門可直接在可視化模型上查看到加工部門標(biāo)注的反饋信息，并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整或修改。

圖7 為可視化模型操作應(yīng)用界面。

圖7 可視化模型操作應(yīng)用界面

4 結(jié) 語

可視化設(shè)計是在有效編碼的前提下，通過電子數(shù)據(jù)增加設(shè)計和生產(chǎn)線的電子數(shù)據(jù)傳輸接口，將電子數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴a(chǎn)一線。完成模型查看和尺寸測量等功能，以編碼為紐帶，實現(xiàn)快速檢索、樹狀分類、二維數(shù)據(jù)和三維數(shù)據(jù)聯(lián)合查看等功能。可視化技術(shù)是管件加工中的重要一環(huán)，可直接面對數(shù)字化加工流水線和傳統(tǒng)加工模式，良好的可視化體驗為設(shè)計與加工之間的信息傳遞提供了媒介，為加工提供了全面而詳細(xì)的數(shù)據(jù)，提高了生產(chǎn)的準(zhǔn)確性。

當(dāng)前可視化技術(shù)在船舶管件加工領(lǐng)域的應(yīng)用還處于起步階段，加工部門已在可視化技術(shù)的應(yīng)用中取得一定的成效，生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量得到了較大的提升。同時，需認(rèn)識到可視化技術(shù)的應(yīng)用還有很大的發(fā)展?jié)摿?，通過對可視化技術(shù)進(jìn)行深入研究，結(jié)合管子加工部門數(shù)字化裝備的進(jìn)一步提升，未來可視化的三維模型在船舶管件加工制造領(lǐng)域一定會得到越來越多的應(yīng)用，在提升管子加工的數(shù)字化和智能化水平方面起到關(guān)鍵性作用。