邵明智， 李細(xì)紅， 馮幫順， 方 偉

(1.上海船舶工藝研究所，上海 200032；2.中船黃埔文沖船舶有限公司，廣東 廣州510715)

0 引 言

隨著船舶行業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)不斷深化，大量自動(dòng)化、數(shù)字化船舶建造裝備和生產(chǎn)線投入生產(chǎn)，面向制造的一體化數(shù)字設(shè)計(jì)提出更高要求。基于模型定義(Model Based Definition，MBD)技術(shù)有利于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)與制造的深度協(xié)同，可進(jìn)一步提高船舶建造效率和質(zhì)量。

1 MBD技術(shù)和MBD數(shù)據(jù)集

1.1 MBD技術(shù)

MBD技術(shù)用一個(gè)集成三維實(shí)體模型完整表達(dá)產(chǎn)品定義信息，實(shí)現(xiàn)面向制造的設(shè)計(jì)，即以注釋或?qū)傩缘谋磉_(dá)方式將產(chǎn)品在全生命周期過程中需要的幾何信息和非幾何信息附加至三維模型中，使三維模型成為生產(chǎn)制造過程中的唯一依據(jù)[1]。MBD技術(shù)可保證信息在設(shè)計(jì)與制造之間的準(zhǔn)確真實(shí)交換。

1.2 MBD數(shù)據(jù)集

MBD數(shù)據(jù)集是指產(chǎn)品定義的信息種類和組織方式，是一個(gè)包含產(chǎn)品全生命周期研制信息在內(nèi)的、完整的、可供產(chǎn)品研制各環(huán)節(jié)數(shù)字化系統(tǒng)直接解析和使用的信息模型[2]。MBD數(shù)據(jù)集包含三維模型、設(shè)計(jì)參考(基準(zhǔn)、坐標(biāo))、尺寸公差和工藝等信息[3]。典型MBD數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 典型MBD數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)

2 船舶MBD數(shù)據(jù)集定義方法

2.1 船體專業(yè)MBD數(shù)據(jù)集定義方法

船體專業(yè)MBD數(shù)據(jù)集分為零件級(jí)數(shù)據(jù)集和裝配級(jí)數(shù)據(jù)集。零件級(jí)數(shù)據(jù)集信息模型完整表達(dá)零件幾何形狀、名稱、類型、尺寸等信息。裝配級(jí)數(shù)據(jù)集信息模型分為裝配模型(Assembly Model，AM)和裝配表現(xiàn)模型(Assembly Representation Model，ARM)：AM表達(dá)裝配對(duì)象內(nèi)部零件的位置和層級(jí)關(guān)系；ARM存儲(chǔ)表達(dá)各級(jí)組立裝配要求信息的MBD數(shù)據(jù)對(duì)象。船體結(jié)構(gòu)MBD信息表達(dá)總體規(guī)劃方案如圖2所示。

圖2 船體結(jié)構(gòu)MBD信息表達(dá)總體規(guī)劃方案

以船體結(jié)構(gòu)組立為例，組立MBD數(shù)據(jù)集通過AM(即組立模型)和ARM共同表達(dá)。在MBD數(shù)據(jù)集中，ARM主要包括工藝附注信息和三維標(biāo)注信息，如圖3所示。

圖3 船體結(jié)構(gòu)組立MBD信息表達(dá)示例

MBD數(shù)據(jù)集的工藝附注被置于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中，由一系列指定的幾何集和參數(shù)組成，如圖4所示。工藝附注集可通過人工或計(jì)算機(jī)定制方式生成，以多值屬性方式定義，具有可擴(kuò)展性，可根據(jù)用戶需求定制。不同裝配工藝的ARM數(shù)據(jù)集根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求而各不相同。

圖4 船體結(jié)構(gòu)MBD數(shù)據(jù)集的工藝附注

2.2 舾裝專業(yè)MBD數(shù)據(jù)集定義方法

舾裝專業(yè)涵蓋設(shè)備、管系、風(fēng)管、電氣、外舾裝、內(nèi)舾裝等各方面，與船體專業(yè)類似，舾裝專業(yè)MBD數(shù)據(jù)集也分為零件級(jí)數(shù)據(jù)集和裝配級(jí)數(shù)據(jù)集。以管系為例，管零件級(jí)數(shù)據(jù)集信息模型表達(dá)管零件(Spool)及其內(nèi)部零件的位置和裝配關(guān)系。管裝配級(jí)數(shù)據(jù)集信息模型由2個(gè)信息模型組成，分別為AM和ARM：AM表達(dá)裝配對(duì)象內(nèi)部管、支架、閥門、附件等的位置和裝配關(guān)系；ARM存儲(chǔ)表達(dá)管的裝配、工藝等安裝信息的MBD數(shù)據(jù)對(duì)象，分為制作ARM和安裝ARM。管系MBD信息表達(dá)總體規(guī)劃方案如圖5所示。

圖5 管系MBD信息表達(dá)總體規(guī)劃方案

管系MBD數(shù)據(jù)集通過AM(即管路模型)和ARM(制作ARM和安裝ARM)共同表達(dá)。在MBD數(shù)據(jù)集中，ARM主要包括工藝附注信息和三維標(biāo)注信息，如圖6所示。

圖6 管系MBD信息表達(dá)示例

管系MBD數(shù)據(jù)集的工藝附注與船體專業(yè)MBD數(shù)據(jù)集一樣，被置于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中，由一系列指定的幾何集和參數(shù)組成，如圖7所示。

圖7 管系MBD數(shù)據(jù)集的工藝附注

3 船舶MBD數(shù)據(jù)集標(biāo)注方法

船舶MBD數(shù)據(jù)集包括零組件相關(guān)信息、零件坐標(biāo)信息、裝配信息等多方面的非幾何制造信息，通常采用三維工藝標(biāo)注方法表達(dá)。三維工藝標(biāo)注方法主要包括標(biāo)注表達(dá)法和屬性表達(dá)法。

標(biāo)注表達(dá)法是將產(chǎn)品非幾何制造信息通過特定符號(hào)或文本表達(dá)在三維幾何實(shí)體模型的顯示區(qū)域，使其具有與幾何特征元素一致的操作方法[4]。標(biāo)注表達(dá)法在幾何要素(如尺寸公差、基準(zhǔn)等)上添加箭頭、點(diǎn)或其他符號(hào)，用線條引出相應(yīng)的標(biāo)注，并將幾何要素以文字或符號(hào)進(jìn)行描述。

屬性表達(dá)法是將文本字符串類型的獨(dú)立參數(shù)放至三維模型的屬性項(xiàng)中，每一條屬性描述由屬性標(biāo)識(shí)名稱與屬性值組成，在形式上如同“屬性項(xiàng)=數(shù)據(jù)值”[4]。屬性表達(dá)法以文字描述產(chǎn)品非幾何信息，且描述對(duì)象多與產(chǎn)品幾何特征無關(guān)。

在實(shí)施船舶MBD數(shù)據(jù)集標(biāo)注時(shí)，已標(biāo)注的數(shù)據(jù)集信息可進(jìn)行移動(dòng)、修改、刪除及顯示或隱藏等操作，以方便用戶操作和查看。依據(jù)MBD數(shù)據(jù)集形成的船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)三維標(biāo)注如圖8所示。

圖8 依據(jù)MBD技術(shù)的中組立制作三維標(biāo)注示例

4 結(jié) 語

隨著先進(jìn)制造技術(shù)和數(shù)字化、智能化裝備在船舶行業(yè)的應(yīng)用，造船生產(chǎn)對(duì)船舶全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的需求增強(qiáng)，MBD技術(shù)優(yōu)勢(shì)成為滿足船舶設(shè)計(jì)深化需求、推動(dòng)設(shè)計(jì)升級(jí)的重要技術(shù)支撐之一。所提出的船舶MBD數(shù)據(jù)集定義與標(biāo)注方法，可為船舶行業(yè)向“三維模型為主、二維圖紙為輔”的全三維設(shè)計(jì)模型轉(zhuǎn)型升級(jí)提供參考，為后續(xù)造船企業(yè)開展現(xiàn)場(chǎng)三維可視化作業(yè)指導(dǎo)和單一數(shù)據(jù)源構(gòu)建提供技術(shù)支持。