吉春正，李 晨，田正軍，趙 勇，沈 杰

（招商局郵輪研究院（上海）有限公司，上海200137）

0 引 言

進入21世紀之后，機械工程前沿技術得到了迅速發(fā)展，數字化設計、虛擬仿真和并行工程等技術得到了廣泛應用，為實現船舶全流程三維（3-Dimension，3D）一體化設計提供了可能。因此，國外先進船企率先開始進行了以協(xié)同設計、并行工程和敏捷制造為核心的一體化造船信息平臺研究，國內研究人員也對此廣泛開展研究，嘗試構建一體化設計平臺。然而，受傳統(tǒng)開發(fā)流程和模式的影響，目前我國船舶設計的各階段仍存在信息孤島，完全實現基于3D模型的船舶并行協(xié)同設計存在諸多挑戰(zhàn)。為貫徹落實《中國制造2025》，加快推進船舶總裝建造智能化轉型，工信部裝備司于2017年印發(fā)了關于文獻［1］的指導意見，2018年印發(fā)了關于文獻［2］的行動計劃，提出推進船舶全三維數字化設計，建設基于模型的數字化船舶設計平臺體系。本文在上海市工業(yè)互聯網創(chuàng)新發(fā)展基金的支持下，對全流程三維數字化設計進行深入研究，構建船舶設計平臺，規(guī)劃船舶設計流程，并在某系列客滾船項目（5型9艘）上進行實船驗證和完善。

1 3D一體化船舶設計平臺研究

為支持對產品全生命周期數據的訪問，產品信息模型需保證信息的一致性、完整性、可擴展性和標準化，因此與傳統(tǒng)的船舶設計平臺相比，3D一體化船舶設計平臺需實現數據庫統(tǒng)一、設計并行協(xié)同、全程3D一體化設計和數據安全保護（見表1），以打通船舶設計各階段的信息孤島，實現異地、動態(tài)、協(xié)同、并行地開展全流程3D一體化船舶設計。

表1 3D一體化船舶設計平臺核心特征

2 3D一體化船舶設計平臺構建

由于需提供基于互聯網訪問的信息平臺、基于統(tǒng)一數據源的產品數據庫、對應不同應用要求的信息訪問工具、支持并行協(xié)同的實時消息傳遞和工作流管理，并保證產品信息的正確性、完整性和安全性，因此3D一體化船舶設計平臺應至少包括“數據層”的數據、“業(yè)務支撐層”的接口、“業(yè)務應用層”的軟件、“運行管理與數據安全”的輔助、“基礎層”的網絡和“數據分析層”的數據分析。為使讀者了解全景，先展示最終構建的3D一體化船舶設計平臺（見圖1），再分別簡述各層的構建過程。

圖1 3D一體化設計平臺架構示意

2.1 業(yè)務應用層

業(yè)務應用層是整個船舶設計平臺的核心，需滿足數據源統(tǒng)一、分布式應用和集中式管理的要求。經深入論證，選用AVEVA Marine系統(tǒng)作為業(yè)務應用層的核心系統(tǒng)。該系統(tǒng)支持從1D到5D的全流程船舶設計（見表2），通過模型繼承或拓撲等，實現1個3D數據模型貫穿始終。在此基礎上，進行一些二次開發(fā)，并融合自有管理程序（如Doris設計管理系統(tǒng)），可構成全流程3D一體化船舶設計平臺。

表2 業(yè)務應用層AVEVA軟件1D到5D數據細化示意

2.2 業(yè)務支撐層

在業(yè)務支撐層面，關鍵是實現分布式應用和集中式管理。本文搭建的業(yè)務支撐層包含2部分：

1）集團內部全球各單位使用AVEVA Global模塊實現3D一體化設計數據交互；

2）集團外部各單位使用XenDesktop虛擬桌面實現協(xié)同設計數據交互，同時保證數據的安全性，并解決外協(xié)單位軟件許可不足的問題。

2.2.1 AVEVA Global模塊一體化設計數據交互

AVEVA Global模塊通過中心端（Hub）與衛(wèi)星端（Satellite）連接，進行數據傳輸和模型更新，使用戶能打破時間和空間限制，從全球任意一個可接入網絡的地點進行并行協(xié)同設計（見表3）。

表3 AVEVA Global模塊核心特征

2.2.2 XenDesktop虛擬桌面協(xié)同設計數據交互

為營造安全的研發(fā)環(huán)境，防止泄密，提高圖形工作站和正版化軟件的利用率，集團外部各單位使用XenDesktop虛擬桌面系統(tǒng)實現設計并行協(xié)同。

2.3 數據層

數據層是統(tǒng)一數據源的關鍵，包括系統(tǒng)、配置、工程、通信和管理等5層數據庫。為保證數據同源，在數據庫建設方面的核心工作是推進設計標準化建設。本文建立一套完整的設計標準體系，見表4。

表4 各數據庫簡介及設計標準體系文件

需注意：配置數據庫只能由中心端配置，若要更新，考慮到傳輸數據量巨大，建議采用FTP（File Transfer Protocol）定期傳輸更新；工程數據庫可通過Global實時更新，且讀寫權限方便轉移。

2.4 基礎層

平臺基礎層是指實現設計互聯互通的網絡系統(tǒng)。

2.5 數據分析層

數據分析層是指通過二次開發(fā)軟件對3D模型數據進行提取和分析，以滿足設計、生產和管理需求。

2.6 運行管理與數據安全

為配合3D一體化船舶設計平臺的運行，起草《復雜項目集中式技術管理流程》，對內外設計資源進行集成管理，并明確3D一體化船舶設計平臺的運行管理機制；同時，從管理、物理、系統(tǒng)、網絡和應用等5個方面制定安全保障機制（見表5），確保數據安全。

表5 安全保障機制

3 實船應用

搭建完成該全流程3D一體化船舶平臺之后，在某系列客滾船（5型9艘）上對其進行實船應用。

1）經過首型船測試，在第二型船上實現結構3D一體化設計，實現方式為：3D模型一次定義→拆分繼承→交互設計→細化工藝→生產設計圖紙（見圖2）。

圖2 結構3D一體化設計流程

2）經過第二型船的測試，在第三型船上實現電氣3D一體化設計，實現方式為：1D標準庫定義→2D原理／布置設計→2D／3D模型轉換與交互→（2個階段）3D模型細化與交互→工藝設計→生產設計出圖（見圖3）。其他大舾裝（舾裝、管裝和通風等）并未采用1D→2D→3D的真正3D一體化模式，而是利用各設計階段的大舾裝數據庫共源的特點，提前進行3D建模和瓶頸空間協(xié)調，簡要實現方式為：一次定義→重復使用→

圖3 電氣3D一體化設計流程

不斷細化。

3）與設備廠商內裝并行設計。通過開放應用接口，使設備廠商能直接在平臺上建模，或導入通用格式的設備文件（STP或IGS格式），參與一體化協(xié)同設計。

4 結 語

本文對全流程3D船舶設計進行了深入研究，介紹了3D一體化船舶設計平臺的基礎層、數據層、業(yè)務支撐層、業(yè)務應用層、數據分析層和輔助模塊（運行管理和數據安全）的構建過程，以及該平臺在實船上的應用。目前該平臺已完全實現對設計全流程中各設計單位的3D一體化船舶設計，導出3D輕量化模型供客戶審核，生成2D圖紙送船級社審核。目前正在推進3D模型送審測試，以進一步拓展平臺應用，實現全流程3D數字化船舶設計。