朱世勇
(海軍裝備部駐上海地區(qū)第一軍事代表室,上海 201913)
我國艦船研制過程的監(jiān)督、檢驗驗收是由軍事代表制度保障完成的。軍事代表擔(dān)負(fù)船東代表、方案和設(shè)計參與者、驗船師等不同職責(zé),交接環(huán)節(jié)多、工作任務(wù)重、責(zé)任重大。當(dāng)前,國內(nèi)船舶軍檢仍以二維圖紙為載體,主要現(xiàn)狀表現(xiàn)為:1)結(jié)果符合性檢驗依據(jù)多、審查要點多、檢驗結(jié)果量大且耦合復(fù)雜,現(xiàn)場檢驗手段落后、檢驗規(guī)范化程度不高、檢驗效率較低;2)過程符合性監(jiān)督的風(fēng)險點多、技術(shù)協(xié)調(diào)及變更量大,管控壓力大;3)圖文檔信息表達(dá)與交互方式落后,艦船軍檢與研制間缺乏緊密協(xié)同數(shù)據(jù)環(huán)境。因此,有必要利用全要素表達(dá)、全信息集成的三維數(shù)字模型開展艦船數(shù)字化軍檢新方法研究,提升艦船軍檢技術(shù)水平。
白海威[1]、史猛等[2]分析了數(shù)字化軍檢的內(nèi)涵及模式演變過程,指出對數(shù)字化軍檢內(nèi)涵尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識。劉暢等[3]對數(shù)字化軍檢在海軍主動力裝置中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。武三栓等[4]對航空發(fā)動機(jī)維修數(shù)字化管理及軍檢模式進(jìn)行了研究。朱明華等[5]和李明宇等[6]研究了船舶MBD技術(shù)。世界主要的海軍裝備發(fā)達(dá)國家,自20世紀(jì)末就開始逐步推進(jìn)海軍艦船的入級目標(biāo),在整個船舶設(shè)計建造和認(rèn)證過程中,為研制單位提供明晰適用的準(zhǔn)則,對設(shè)計單位的詳細(xì)設(shè)計和造船廠的船舶建造進(jìn)行監(jiān)督和檢驗。在推動軍船入級過程中,北約及美國海軍在技術(shù)越來越復(fù)雜的軍船設(shè)計、建造和服役中使用和持續(xù)優(yōu)化船級標(biāo)準(zhǔn),并逐步引入了三維審圖、工具輔助分析、現(xiàn)場檢驗輔助等數(shù)字化手段,以提高軍船檢驗及監(jiān)督效率。在新的數(shù)字化技術(shù)推動下,美國船級社ABS探索了使用三維模型作為數(shù)字化審圖及檢驗對象的方法,持續(xù)進(jìn)行新技術(shù)支撐下的軍船入級標(biāo)準(zhǔn)和體系完善工作。2018年8月,ABS與Crowley海事集團(tuán)的Jensen海事公司共同完成了基于三維模型的設(shè)計審圖試點項目。法國船級社BV公司開發(fā)了審圖協(xié)同平臺、檢驗管理平臺、船體結(jié)構(gòu)售后交付監(jiān)控平臺,并開發(fā)了一整套數(shù)字化輔助工具支持審圖分析和檢驗工作??傮w而言,上述工作及國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)尚未對基于三維數(shù)字模型的艦船軍檢所面臨的困難、所需的能力進(jìn)行針對性研究。
隨著我國船舶行業(yè)基于模型定義(Model Based Definition,MBD)的廠所協(xié)同設(shè)計模式落地,MBD模型逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)紙質(zhì)圖紙作為總體所向總裝廠交付的成果。當(dāng)前基于圖紙的艦船軍檢方式難以適應(yīng)我國艦船研制模式的變化,需要對基于三維數(shù)字模型的艦船軍檢模式進(jìn)行研究,逐步形成基于三維模型的艦船軍檢新模式和能力。本文通過對基于三維數(shù)模的艦船軍檢特點、數(shù)字化軍檢支撐能力進(jìn)行分析研究,提出基于MBD的軍檢新模式工作推進(jìn)思路,將有助于推動艦船軍檢模式轉(zhuǎn)換和技術(shù)水平提升,并為船舶MBD研制模式的深入推進(jìn)提供參考。
針對傳統(tǒng)基于圖紙的艦船軍檢方式存在的問題,開展基于三維數(shù)模的艦船軍檢是順應(yīng)艦船行業(yè)數(shù)字化升級的必然要求。開展基于三維數(shù)模的艦船軍檢存在如下挑戰(zhàn):1)軍檢業(yè)務(wù)需與基于三維模型的艦船設(shè)計與建造全過程業(yè)務(wù)深度融合,改變目前研制過程與軍檢過程的串行模式;2)構(gòu)建基于三維數(shù)模的、各方(軍、廠、所)認(rèn)可的艦船軍檢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,通過將軍檢業(yè)務(wù)流程、軍檢要求和具體要素與三維數(shù)模進(jìn)行關(guān)聯(lián),實現(xiàn)軍檢信息與三維數(shù)模信息集成;3)基于三維數(shù)模,構(gòu)建軍檢技術(shù)數(shù)字化支撐工具和管理平臺。
MBD技術(shù)作為艦船行業(yè)正在應(yīng)用和推廣的新技術(shù),其高度集成的各類設(shè)計、建造和管理信息,為開展基于三維數(shù)模的軍檢奠定了基礎(chǔ)。
艦船MBD核心思想是用集成化的三維實體模型來完整表達(dá)艦船產(chǎn)品從設(shè)計到制造所需的定義信息(包括三維尺寸標(biāo)注、各種制造信息、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息和管理信息等),用來取代二維工程圖和文檔,實現(xiàn)面向制造的設(shè)計和產(chǎn)品全生命周期內(nèi)的單一數(shù)據(jù)源。MBD是一套研發(fā)體系標(biāo)準(zhǔn),它涵蓋了精益思想、并行工程,面向制造的設(shè)計、知識工程等研發(fā)思想,其目的是使產(chǎn)品數(shù)字化研制的價值最大化。
通過實施MBD技術(shù)后,有助于提升設(shè)計與仿真的迭代效率以及設(shè)計質(zhì)量,實現(xiàn)艦船研制和全壽期維護(hù)保障數(shù)據(jù)的共享和重用,保障產(chǎn)品精細(xì)化建造和檢驗,提升建造質(zhì)量,并實現(xiàn)設(shè)計并行程度大幅提升,縮短研制周期。當(dāng)前,MBD模型已逐步取代二維圖紙作為廠所協(xié)同設(shè)計交付物,并在驅(qū)逐艦等多個產(chǎn)品上得到工程化應(yīng)用。圖1為帶三維標(biāo)注信息的設(shè)備MBD模型,該模型可直接用于軍檢。
圖1 設(shè)備MBD模型Fig.1 MBD model of the equipment
為順應(yīng)艦船數(shù)字化設(shè)計和建造技術(shù)發(fā)展趨勢,迫切需要對基于三維數(shù)模的艦船軍檢技術(shù)進(jìn)行深入研究?;谌S數(shù)據(jù)的艦船軍檢技術(shù)包括:基于三維數(shù)模的軍檢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、檢驗與分析工具、共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、軍檢協(xié)同工作平臺,涵蓋產(chǎn)品設(shè)計、試驗、建造以及服役期保障等階段,它充分利用艦船三維MBD模型直觀、信息全面、可交互(圖形旋轉(zhuǎn)、縮放、測量、剖切、標(biāo)注等)特點,通過將產(chǎn)品信息和軍檢各類要素信息的集成,實現(xiàn)軍檢任務(wù)、軍檢知識(經(jīng)驗、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、歷史數(shù)據(jù)等)、流程和產(chǎn)品信息、軍檢結(jié)果之間的高度關(guān)聯(lián),極大提升軍檢效率,進(jìn)而提升產(chǎn)品檢查檢驗效率和質(zhì)量。
新模式下,審查對象從二維圖文檔向三維數(shù)字模型轉(zhuǎn)變,審查方式從單點模式向全過程一體化模式轉(zhuǎn)變。
通過統(tǒng)一的三維數(shù)字模型(如MBD模型)以及三維為基礎(chǔ)的產(chǎn)品零部件結(jié)構(gòu)樹,可以實現(xiàn)設(shè)計、試驗、工藝、檢驗在數(shù)據(jù)表達(dá)方式上的統(tǒng)一,保證軍檢中對數(shù)據(jù)一致性、完整性、有效性、關(guān)聯(lián)連貫性的要求。還可以對研制方三維MBD模型數(shù)據(jù)定義、審圖意見反饋及追蹤、三維模型更改管理機(jī)制等方面提出新的要求,并形成支持軍檢的艦船數(shù)字化定義標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和工作流程。具體模式場景包括:
1)基于三維模型的工程審查??傮w所基于MBD進(jìn)行技術(shù)設(shè)計、施工設(shè)計以及相應(yīng)的仿真和計算分析,并按照軍檢要求提交三維數(shù)模,軍事代表基于三維數(shù)模進(jìn)行審核,三維送審數(shù)模包括了模型的幾何、屬性信息和接口以及相應(yīng)的產(chǎn)品制造信息PMI,軍事代表基于三維數(shù)模中的信息集合進(jìn)行評審意見反饋,評審意見可記錄在三維模型數(shù)據(jù)集中??傮w所與船廠進(jìn)行基于MBD的協(xié)同設(shè)計,船廠在協(xié)同設(shè)計基礎(chǔ)上進(jìn)行三維工藝設(shè)計和三維工藝仿真,并基于關(guān)聯(lián)模式進(jìn)行工藝模型和工裝模型設(shè)計,工藝及工裝模型與產(chǎn)品設(shè)計模型之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系,一旦更改可以進(jìn)行級聯(lián)更改,以保持技術(shù)狀態(tài)的一致性。軍事代表在對下游工藝、工裝等數(shù)據(jù)進(jìn)行審核時,可以減少與前端設(shè)計的符合性比照工作,大大提高審查效率。
2)基于三維模型的檢驗設(shè)計及制造檢驗。三維MBD模型發(fā)放給船廠后,軍事代表基于三維檢驗?zāi)P?、檢驗規(guī)程可以方便地進(jìn)行實物檢驗和制造檢驗工作,并可實時查看三維設(shè)計模型和工藝過程模型。設(shè)計模型更改后,可以傳遞至關(guān)聯(lián)的檢驗?zāi)P瓦M(jìn)行更改,方便軍事代表進(jìn)行更改后的符合性審查。
通過軟件內(nèi)置的模型瀏覽工具,即可在施工現(xiàn)場查看、縮放、旋轉(zhuǎn)、定位模型的各種視圖,依據(jù)模型的三維標(biāo)注和技術(shù)注釋了解軍檢要素,經(jīng)過深度定制后,還可將軍檢條目形成表單形式,直接在現(xiàn)場勾選和填報;通過拍照或電子測量系統(tǒng)還能準(zhǔn)確的進(jìn)行三維MBD模型和實物尺寸比對。由于電子圖紙生成已完全脫離人工手繪,所有標(biāo)注與模型尺度保持關(guān)聯(lián),能夠最大限度地保持與設(shè)計制造模型的一致性,可大幅提升軍檢效率。
艦船數(shù)字化研制流程的轉(zhuǎn)變需要軍檢模式進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。傳統(tǒng)的基于圖文檔的審查模式只能對結(jié)果進(jìn)行集中審查,審核工作量聚集,風(fēng)險不容易及時預(yù)判,采用基于三維MBD研制模式后,可以做到實時在線審查,軍檢目標(biāo)及規(guī)則更加明確,可以將集中審查轉(zhuǎn)變?yōu)樵谘兄七^程中依據(jù)成熟度分步審查,推動研制管理體系優(yōu)化,提升艦船質(zhì)量,化解研制風(fēng)險,降低研制成本。具體包括:
1)審圖依據(jù)及審查要點的明確化。對軍檢的所有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行管理,并對具體型號的審圖依據(jù)及審查要點進(jìn)行管理,基于審圖依據(jù)及審查要點,在設(shè)計保證體系及MBD設(shè)計數(shù)據(jù)中主動進(jìn)行符合性表達(dá),方便軍事代表的工程審查。
2)基于成熟度的過程重點送審。通過定義不同的技術(shù)成熟度,支持基于技術(shù)成熟度的過程送審,明確不同成熟度對應(yīng)的可評審內(nèi)容點,如外形、接口、材料、重量重心等達(dá)到要求即可以實現(xiàn)過程送審,避免集中送審帶來的工作任務(wù)聚集、風(fēng)險點難以及時發(fā)現(xiàn)等問題。
3)技術(shù)協(xié)調(diào)及關(guān)鍵更改的提前介入。三維模型設(shè)計過程中,軍事代表可提前介入總體布置干涉檢查、關(guān)鍵技術(shù)問題協(xié)調(diào)、關(guān)鍵更改影響分析等過程,使得軍事代表與研制方能夠基于統(tǒng)一的數(shù)字化環(huán)境進(jìn)行緊密協(xié)同和數(shù)據(jù)共享,及時對作戰(zhàn)性能要求、系統(tǒng)/分系統(tǒng)供應(yīng)商接口等的變化影響及時預(yù)判、及時處理。
手工經(jīng)驗式軍檢模式向規(guī)范化工具輔助式軍檢模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的軍檢模式多為手工、經(jīng)驗式,效率較低,因此有必要借助先進(jìn)的數(shù)字化工具輔助船檢,如軍檢知識庫,通過引入和開發(fā)基于知識的數(shù)字化審圖及分析工具,將審圖及分析的規(guī)范化過程固化,將知識嵌入到審查流程中,提高審圖效率和審圖結(jié)論的一致性。
此外,由于新研艦船需要借用母型船的大量設(shè)計數(shù)據(jù),對于歷史船型數(shù)據(jù)的送審結(jié)論,可以考慮其審定結(jié)論的復(fù)用性,以提高軍事代表審圖效率。
參照美國、法國等先進(jìn)的數(shù)字化船檢現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢,結(jié)合艦船軍檢新模式的特點,為有效支撐基于MBD的艦船軍檢新模式,需要從標(biāo)準(zhǔn)、工具、平臺、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫等層面構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)字化支撐能力。
1)構(gòu)建基于MBD的軍檢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。包括2個層面:一是軍方與研制方共同形成的、互相認(rèn)可的軍檢標(biāo)準(zhǔn)依據(jù),通過構(gòu)建統(tǒng)一的軍檢標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布及共享平臺,實現(xiàn)軍檢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的統(tǒng)一管理和維護(hù);二是在研制方的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中,明確三維模型設(shè)計結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的引用及符合性關(guān)系,即要在艦船MBD標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中明確軍檢信息的表達(dá)內(nèi)容及表達(dá)方式。
2)構(gòu)建面向全生命周期的軍事代表多級協(xié)同平臺。以全過程質(zhì)量數(shù)據(jù)鏈路為主線,構(gòu)建統(tǒng)一的軍事代表多級協(xié)同環(huán)境,實現(xiàn)與研制方的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理平臺對接,以三維數(shù)據(jù)作為單一數(shù)據(jù)源,支持工程研制、工藝設(shè)計、生產(chǎn)建造、試驗等過程中的送審計劃及模型審查協(xié)同、評審意見記錄及實時反饋、風(fēng)險及問題管理等,并完整記錄軍事代表審查及檢驗的全過程數(shù)據(jù)。
3)構(gòu)建軍檢計算及分析工具。引入及開發(fā)支持軍事代表審查的專業(yè)性工程計算及分析工具,在艦船研制過程中也使用這些工具集,軍事代表可以對工具的規(guī)則符合性進(jìn)行審查。在實際數(shù)據(jù)審查時,只要是經(jīng)過認(rèn)可的工具和規(guī)范的流程計算和分析得到的結(jié)果,軍事代表可以對設(shè)計結(jié)果直接認(rèn)可,也支持進(jìn)行符合性抽檢,以提高軍事代表審圖效率。
4)構(gòu)建軍檢基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享庫。構(gòu)建研制方與軍檢方的統(tǒng)一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)軍檢和研制雙方基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)一;構(gòu)建軍檢審查方法及審查要點知識庫,為軍檢提供智能化輔助支持手段。
為有效推進(jìn)基于數(shù)字模型的艦船軍檢新模式落地,給出工作推進(jìn)步驟及思路。
1)統(tǒng)一軍檢新模式的認(rèn)識,形成團(tuán)隊、工作計劃及分工
軍方、總體所、總裝廠、各系統(tǒng)/分系統(tǒng)單位等軍檢相關(guān)干系人,需要統(tǒng)一對軍檢新模式的認(rèn)識,明確新模式轉(zhuǎn)變中本單位的職責(zé)以及對本單位工作模式的轉(zhuǎn)變重點。建立推行計劃、工作團(tuán)隊、職責(zé)及分工。
2)艦船檢驗標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系梳理及歸口管理平臺建設(shè)
對軍船目前的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系進(jìn)行梳理,構(gòu)建軍檢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系的歸口發(fā)布平臺,率先上線應(yīng)用,統(tǒng)一管理、統(tǒng)一維護(hù),支持標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及細(xì)則的持續(xù)優(yōu)化和完善體系的建設(shè)。
3)軍檢數(shù)字化平臺、工具集、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的開發(fā)及推廣
面向軍檢未來模式,兼顧當(dāng)前多個型號的現(xiàn)狀,對數(shù)字化平臺、工具集開發(fā)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建等進(jìn)行規(guī)劃,結(jié)合實際成熟度水平,分期、分步進(jìn)行建設(shè)、試點、推廣示范。在實際建設(shè)中,可以首先實現(xiàn)軍檢基礎(chǔ)平臺的構(gòu)建,支持二維圖紙送審,并根據(jù)三維MBD在具體艦船型號中的應(yīng)用進(jìn)程將三維模型送審作為軍檢新模式試點。
本文對國內(nèi)基于圖文檔的艦船軍檢模式面臨的問題以及國外船舶檢驗的現(xiàn)狀進(jìn)行分析,并就船舶行業(yè)MBD技術(shù)深入應(yīng)用背景下的軍檢業(yè)務(wù)面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了闡述,提出了具體的建議。在此基礎(chǔ)上,提出基于數(shù)字模型的軍檢支撐能力要求,以及推動該模式落地的工作思路。
隨著MBD技術(shù)在船舶行業(yè)的廣泛應(yīng)用,基于數(shù)字模型的軍檢將是今后艦船軍檢技術(shù)發(fā)展的必然要求和主要趨勢,新模式的形成和落地對于提升我國艦船協(xié)同研制能力和研制質(zhì)量具有重大現(xiàn)實意義。