魏文俊，陳姜龍

（滬東中華造船（集團）有限公司，上海200129）

0 引 言

船舶生產(chǎn)設計是現(xiàn)代化造船的重要環(huán)節(jié)，其宗旨是從施工的角度出發(fā)，以高效率和高質量為原則對船舶的管系、風管、鐵舾件和電裝等進行設計和生產(chǎn)。在生產(chǎn)設計矩形風管時，受布置空間、風量、風速和各專業(yè)綜合平衡協(xié)調(diào)等因素的影響，經(jīng)常采用非標準尺寸的風管、彎頭和三通等風管部件。因此，在Tribon系統(tǒng)、FORAN系統(tǒng)、CATIA系統(tǒng)和SPD（Ship Product Design）系統(tǒng)等目前主流的船舶設計軟件中，通常采用參數(shù)化部件對矩形風管進行三維設計。參數(shù)化部件可通過修改風管（或風管部件）的參數(shù)改變其結構尺寸。標準規(guī)格的矩形風管是參照設計手冊選取的；非標準規(guī)格的矩形風管是視實際的設計情況，由設計人員根據(jù)自身工作經(jīng)驗修改而來的。采用自主化修改方式往往會導致矩形風管及其附件的規(guī)格和尺寸不符合設計規(guī)范的要求，最終引起實船的通風效果不佳，從而違背生產(chǎn)設計以提高質量為原則的宗旨。為此，基于參數(shù)化部件所具有的尺寸約束、尺寸驅動設計修改和全數(shù)據(jù)相關等特點，通過對其可編輯參數(shù)增設計算公式、考核標準和限制范圍等，對參數(shù)化部件增加驅動規(guī)則，使參數(shù)化部件的設計工作更加規(guī)范化、合理化，有效提升設計質量。

綜上所述，本文通過對參數(shù)化部件驅動規(guī)則進行研究和應用，總結其常用的3種類型和優(yōu)缺點，分析其在生產(chǎn)設計中的積極作用，并提出有助于船舶設計工作開展、提高效率和設計質量的設想和理念，指出驅動規(guī)則的合理開發(fā)、運用和持續(xù)完善在設計工作中的重要意義，真正實現(xiàn)船舶優(yōu)化設計、建造和管理的現(xiàn)代化。

1 船舶設計現(xiàn)狀分析

目前主流的船舶設計軟件創(chuàng)建的參數(shù)化部件是將具有代表性的平面幾何形狀定義為特征，并將其所有尺寸定義為可編輯參數(shù)，通過修改可編輯參數(shù)驅動對部件的形狀和尺寸的修改。然而，可編輯參數(shù)的修改不受限制，不同參數(shù)之間也不存在相互制約的關系，導致部件設置的正確性和合理性取決于設計人員的工作經(jīng)驗。此外，在對各專業(yè)進行綜合平衡布置時，不受限制的參數(shù)化部件往往受設計人員刻意避讓干涉、設計疏忽和經(jīng)驗不足等因素的影響，導致形式和尺寸不合理，引起實船的使用效果不佳。例如，某船的矩形風管三通采用排風效果不佳的T型三通，導致船上的干管基本上沒有風量（見圖1）。

圖1 某船采用的形式不合理的排風管

目前主流的船舶設計軟件的參數(shù)化部件已具備讀取參數(shù)和條件反算的功能，但不具備對自身進行干涉檢查、合理性檢查和驅動規(guī)則等功能，這使得因設計形式不合理而引起實船出現(xiàn)問題的情況仍時有出現(xiàn)。例如：矩形風管的寬度和高度過小，采用現(xiàn)有的薄板咬邊工藝無法制作單邊尺寸較小的成品風管，若采用厚壁焊接制作，則矩形風管內(nèi)部涂裝問題無法得到有效解決；矩形風管彎頭的彎曲半徑過小，無法按圖示外形制作成品風管，若在施工現(xiàn)場采用直角彎頭作為替代方案，會引發(fā)局部壓力損失增加的問題；矩形風管的寬度與高度之比不符合設計規(guī)范的要求，引起沿程壓力損失增加和噪聲增加等。引起的這些實際問題可概括為無法按圖示外形（或尺寸）制作成品、難以安裝和實船使用效果差。

2 驅動規(guī)則的定義和應用實例

2.1 驅動規(guī)則的定義

由各種設計因素引起的施工困難和實船使用效果差均可歸類為設計不合理或設計差錯。若船舶設計軟件具有完善的自動計算、匹配規(guī)則、干涉檢查和合理性檢查等功能，則可將其作為實際設計中的輔助手段，有效幫助設計人員檢查當前設計的合理性，避免受設計疏忽、經(jīng)驗缺乏和人為過失等因素的影響而引發(fā)一系列設計問題。在此，將驅動規(guī)則定義為參數(shù)化部件的屬性（見圖2）中相互關聯(lián)的計算公式、匹配規(guī)則和判斷依據(jù)，用于自動計算、匹配某種屬性，或判斷部件的形式、布置、參數(shù)設定和修改等是否滿足工藝和設計準則的要求，這是設計軟件為參數(shù)化部件設置的一種規(guī)則和命令。

圖2 風管附件的分類和參數(shù)

2.2 驅動規(guī)則的應用實例

2.2.1 強制規(guī)定類規(guī)則

首先，將參數(shù)化部件自身屬性中設置的無法任意修改的極限值定義為強制規(guī)定類規(guī)則，即該風管附件的某項參數(shù)無法在實際放樣中修改為極限值以外的其他數(shù)值，當設置的參數(shù)超出極限值范圍時，設計軟件將根據(jù)參數(shù)化部件設置的區(qū)間范圍，強制將其改為原設定的數(shù)值。如圖1所示的矩形風管三通，為避免因設計人員設定的彎曲半徑過小而引起施工現(xiàn)場無法按零件圖加工，進而采用直角彎頭的替代方案制作成品風管，或由設計人員直接將彎曲半徑定義為0等情況的出現(xiàn)，需對三通的彎曲半徑進行限制。由以往的設計和制造經(jīng)驗可知，矩形風管三通的彎曲半徑不得小于80 mm。由此，對矩形風管三通的彎曲半徑增加限制條件：當彎曲半徑小于等于80 mm時，自動將彎曲半徑的賦值改為80 mm。增設強制性規(guī)則之后，無論參數(shù)如何設置和修改，只要設定的參數(shù)不符合限制條件，設計軟件就會按規(guī)則對該參數(shù)進行強制修改（見圖3）。

圖3 三通的彎曲半徑賦值規(guī)則

2.2.2 自動匹配類規(guī)則

除了強制規(guī)定類規(guī)則，為減少設計人員手動修改的工作量、節(jié)省工作時間和防止工作疏忽等，對于一些需前后匹配、相互關聯(lián)的風管附件，還可設置自動匹配類規(guī)則，即新增的風管附件根據(jù)前一個布置的風管附件和設計準則中要求的匹配規(guī)則，自動選擇應設置的參數(shù)并完成賦值。例如：在矩形風管端部設置法蘭時，法蘭會自動讀取矩形風管的寬度和高度參數(shù)進行賦值，法蘭所用角鋼的規(guī)格需由設計人員手動修改。然而，在矩形風管法蘭中增加角鋼規(guī)格的選型和取值范圍之后，矩形風管法蘭可自動匹配對應規(guī)格的角鋼材質（見圖4），從而有效減少設計人員的工作量。

圖4 矩形風管法蘭的自動匹配

在現(xiàn)有的船舶設計軟件中，空調(diào)矩形風管及其附件往往缺少絕緣示意，目前主要的解決方法是在矩形風管完成綜合布置和平衡之后，以絕緣材料的部件形式在矩形風管上增加一層絕緣示意，該絕緣層無法隨著矩形風管的修改作相應修改，有著工作量較大的缺點。針對該問題，各專業(yè)放樣人員往往需自主判斷空調(diào)矩形風管的絕緣厚度和干涉情況。自動匹配類驅動規(guī)則可有效減少絕緣層的工作量，在參數(shù)化部件中增加1個與風管附件重合的絕緣模型，將寬度、高度和厚度的初始值定義為0 mm，并增加參數(shù)“絕緣厚度”，只需在設計時選擇相應的絕緣厚度，絕緣層就會根據(jù)風管附件的外形尺寸進行自動計算和賦值，此時不管如何修改風管附件的參數(shù)，絕緣層都會自動計算并修改，能顯著減少工作量。圖5為絕緣厚度的選擇和自動修改。

圖5 絕緣厚度的選擇和自動修改

2.2.3 提示類規(guī)則

強制類規(guī)則可避免出現(xiàn)設計差錯，自動匹配類規(guī)則可節(jié)省設計人員的工作時間。然而，在實際設計過程中，設計人員仍會因特殊情況而適當違反設計準則，將此類驅動規(guī)則稱為提示類規(guī)則，即當設計人員設定的參數(shù)違反設計準則時，設計軟件自動進行提示，而不強制修改參數(shù)，用以解決極端情況下使用的特殊規(guī)格的參數(shù)化部件存在的問題。圖6為寬度和高度提醒，矩形風管設定的最大寬度與高度之比不得超過4，但在實際設計工作中，由于受到層高和吊頂高度的制約，不得不盡量減小矩形斷面的高度，為適當滿足這種特殊需求，仍會采用違反設計準則的矩形風管。此時，為既能避免經(jīng)常出現(xiàn)上述不合規(guī)的規(guī)格尺寸，又能適當滿足極端情況下的特殊需求，僅將參數(shù)化部件增加驅動規(guī)則作為一個提醒機制，而非強制規(guī)則。這樣做的目的是及時提醒設計人員核對參數(shù)化部件的合理性，避免因人員疏忽而引起實船使用效果較差，同時滿足特殊情況下的使用要求。

圖6 寬度和高度提醒

此外，提示類規(guī)則除了適于解決有特殊需求的參數(shù)化部件存在的問題之外，同樣適用于難以采用強制規(guī)定類規(guī)則和自動匹配類規(guī)則進行干涉檢查的參數(shù)化部件。例如：雖然可明確壁厚小于等于1 mm的矩形風管的材質只有鍍鋅鋼板，并采用薄板咬邊工藝制作，壁厚大于1 mm的矩形風管存在鍍鋅鋼板、Q235A和不銹鋼等多種材質，制作工藝根據(jù)選用的材質分為薄板咬邊工藝和焊接工藝，但難以采用強制規(guī)定類規(guī)則和自動匹配類規(guī)則進行干涉檢查。因此，在明確壁厚小于等于1 mm的矩形風管一定采用鍍鋅鋼板和薄板咬邊工藝的前提下，只需將提示類規(guī)則設定為：判斷壁厚小于等于1 mm的材質是否為鍍鋅鋼板，若匹配不符合設定的規(guī)則，則通過提示窗口提醒設計人員進行核對和修改（見圖7）。

圖7 壁厚和材質提醒

2.3 驅動規(guī)則總結

由上述分析可知，功能需求不同，則所用的驅動規(guī)則各不相同，目前已在參數(shù)化部件中使用的驅動規(guī)則主要有3類（見表1）。對于需嚴格遵守設計準則的，采取強制性規(guī)則，使設計人員無法任意修改，從而起到規(guī)范化、合理化設計的作用，有效避免無法在施工現(xiàn)場加工的問題。自動匹配類規(guī)則以軟件的自主計算和賦值為主，旨在減少設計人員手動修改的工作量及可能出現(xiàn)的差錯，起到提高工作效率的目的。提示類規(guī)則主要起到警示作用，防止設計人員疏忽，從而提高設計質量。不同的參數(shù)化部件可視情況使用其中1種或幾種驅動規(guī)則，以提高設計工作的效率和質量。在以后對實船制造、安裝工藝或設計準則進行更新時，可通過修改驅動規(guī)則的設定值適應新工藝、新標準的造船環(huán)境。

表1 參數(shù)化部件中的規(guī)則命令

3 驅動規(guī)則使用趨勢分析

除了上述實例中提到的功能以外，尚有很多實用功能可通過驅動規(guī)則實現(xiàn)，以單個參數(shù)化部件為例，值得開發(fā)的功能如下。

1）風管變徑管的角度范圍確定：雙面偏的變徑管的夾角宜小于60°，單面偏的變徑管的夾角宜小于30°；氣流從蝸殼流出時向葉輪旋轉方向偏斜，其擴散角為6°～8°，自動測算參數(shù)化部件的夾角，并設置提醒功能，便于設計人員快速考核上述尺寸的規(guī)范性和合理性。

2）風管法蘭螺孔的自動計算：參照設計準則中的法蘭規(guī)格，自動計算螺孔數(shù)量、間距、所選用螺栓的規(guī)格和長度等，在輸出表冊中統(tǒng)計風管法蘭采用的螺栓的規(guī)格和總數(shù)，便于核算成本。

3）空調(diào)風管及其附件采用的絕緣材料估算：通過設計軟件計算出空調(diào)及其附件的整體表面積，即得到采用的絕緣材料總面積的理論值；配合施工現(xiàn)場的工作經(jīng)驗，可明確每種風管附件包覆絕緣材料所需的余量；根據(jù)采購的每卷絕緣材料的寬度和長度，可明確絕緣材料在實際使用過程中的損耗。綜合理論值、余量和損耗，即可得出絕緣材料的總量。

對于標準件、2個或多個相關聯(lián)的部件，甚至需跨專業(yè)協(xié)調(diào)的部件等，也能根據(jù)各部件之間的關聯(lián)和協(xié)同情況設計開發(fā)以下功能：

1）在各專業(yè)提交舾裝件在T型材上的開孔尺寸之后，由結構專業(yè)的T型材讀取開孔尺寸，并根據(jù)開孔規(guī)則自動計算，直接提醒設計人員是否可行，節(jié)省結構專業(yè)人員的核對工時；

2）對各水管及其附件增加管道阻力計算公式，用于判斷水泵揚程和性能曲線的選擇是否合理；

3）在各風管及其附件中增加噪聲計算公式，并在整路風管中增加噪聲衰減的經(jīng)驗公式及各管附件的長度和數(shù)量統(tǒng)計，用于估算整路風管的噪聲指標是否滿足設計要求。

綜上所述，以驅動規(guī)則的方式將設計經(jīng)驗和設計準則增加到設計軟件中，根據(jù)參數(shù)化部件的使用情況和特點等，合理運用文中所述3類驅動規(guī)則，對促進設計的規(guī)范化有著積極的作用，可提高設計質量、減少差錯率。同時，在涉及相關專業(yè)的協(xié)同設計中也有重要作用，不僅能作為一種干涉檢查的手段，更能應用于施工物料的預估和理論計算的合理性反推中，是今后研發(fā)、優(yōu)化設計軟件的一個方向和趨勢。

4 結 語

目前三維設計軟件的參數(shù)化部件不完全具備自動匹配功能，基本上不具備強制規(guī)定和提醒機制，對參數(shù)化部件的自主化程度要求較高。隨著設計規(guī)范化、施工可行性、設計合理性和實船使用效果等方面的要求逐步提升，除了要求設計人員不斷提升自身的職業(yè)素養(yǎng)之外，還要求從完善設計軟件的層面防止各類設計差錯的出現(xiàn)。本文所述驅動規(guī)則不僅僅針對單個參數(shù)化部件，對標準件、2個或多個部件，甚至各專業(yè)之間的關聯(lián)和協(xié)同工作，都有提升設計的規(guī)范化、提高設計質量、減少工作量和減少現(xiàn)場施工困難等作用。因此，完善設計軟件的驅動規(guī)則，以驅動規(guī)則的形式將設計經(jīng)驗、設計規(guī)范和理論計算等增加到設計軟件中，對提高設計質量具有重要意義，是今后研發(fā)設計軟件的一個趨勢。