某型高速船船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計優(yōu)化

程維平

（大連遼南船廠，遼寧大連 116041）

0 引言

轉(zhuǎn)換造船生產(chǎn)模式極大地推動了我國造船工業(yè)的蓬勃發(fā)展，造船生產(chǎn)設(shè)計也隨著轉(zhuǎn)模成為我國造船行業(yè)積極推廣的一項設(shè)計技術(shù)[1]。船體生產(chǎn)設(shè)計優(yōu)化程度直接影響到某型高速船船體結(jié)構(gòu)建造周期和產(chǎn)品質(zhì)量。通過對設(shè)計現(xiàn)狀分析和優(yōu)化船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計，達到縮短綜合設(shè)計周期預(yù)期目標(biāo)，提高船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計輸出準(zhǔn)確性和輸出效率。

1 生產(chǎn)設(shè)計現(xiàn)狀分析

某高速船系批量建造船舶，在首型船船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計過程中，主要采用深化船體分段結(jié)構(gòu)圖設(shè)計方式進行，見圖 1。輸出的圖紙精細(xì)化程度低，不能滿足船廠造船模式轉(zhuǎn)變對設(shè)計輸出的需求，無法達到時間有序、空間分道的高效率現(xiàn)代化造船目標(biāo)，不能適應(yīng)造船施工現(xiàn)場現(xiàn)代化生產(chǎn)管理[2]。

圖1 優(yōu)化前船體生產(chǎn)設(shè)計流程圖

2 生產(chǎn)設(shè)計綜合流程優(yōu)化方案

圖2 優(yōu)化后某型高速船船體生產(chǎn)設(shè)計流程圖

結(jié)合某型高速船船體結(jié)構(gòu)具體特點，對該型高速船船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計綜合流程進行優(yōu)化，采用滿足現(xiàn)代化造船模式的各級船體結(jié)構(gòu)組立圖生產(chǎn)設(shè)計模式，對設(shè)計工具、設(shè)計過程、設(shè)計輸出等進行全面優(yōu)化，實現(xiàn)船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計高效率輸出。綜合流程優(yōu)化方案見圖2。

3 生產(chǎn)設(shè)計優(yōu)化

3.1 生產(chǎn)設(shè)計工具優(yōu)化

某型高速船采用Tribon三維設(shè)計工具進行船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計，其前提條件是建立共享項目數(shù)據(jù)庫：1）服務(wù)器計算機端各級設(shè)計用文件夾配置；2）建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；3）配置設(shè)計輸出模式；4）配置設(shè)計員端計算機設(shè)計環(huán)境。

只有船體專業(yè)高效率創(chuàng)建船體結(jié)構(gòu)三維模型，才能為船裝、機裝、電氣等專業(yè)創(chuàng)造良好設(shè)計環(huán)境[3]。

設(shè)計工具優(yōu)化方案：1）區(qū)分專業(yè)設(shè)置三維模型存儲數(shù)據(jù)庫和設(shè)計配置文件，滿足不同專業(yè)設(shè)計輸出標(biāo)準(zhǔn)，減小單個數(shù)據(jù)庫文件數(shù)據(jù)存儲量，提高服務(wù)器響應(yīng)速度，縮短設(shè)計過程中計算機受硬件限制的等待時間；2）區(qū)分專業(yè)存儲輸出的二維圖紙；3）船體專業(yè)需要的中間文件統(tǒng)一保存在同一文件夾下，定期對過時失效的無用中間文件進行清理；4）定期檢查數(shù)據(jù)庫列表有效性，刪除無法正常讀取的錯誤數(shù)據(jù)，修復(fù)受損數(shù)據(jù)，確保船體專業(yè)設(shè)計用數(shù)據(jù)庫處在最佳狀態(tài)；5）數(shù)據(jù)庫權(quán)限控制，減少設(shè)計人員誤操作導(dǎo)致設(shè)計時間的損失；6）數(shù)據(jù)庫定期自動備份。

設(shè)計工具的優(yōu)化，可以搭建滿足船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計的設(shè)計環(huán)境，達到同一個平臺各設(shè)計部門同步進行設(shè)計、互相參考、互不干擾的目的。

3.2 生產(chǎn)設(shè)計過程優(yōu)化

3.2.1 船體項目初始化與線型光順同步設(shè)計

船體項目初始化設(shè)計，系開展船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計的充要條件。只有完成船體項目初始化，才可以利用Tribon、AVEVA Marine等設(shè)計工具進行船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計。項目初始化主要完成：1）某型高速船基本參數(shù)設(shè)置：船長、半寬、型深、吃水等，用于穩(wěn)性和下水計算使用；2）分段定義、肋位表、材料表、型材端切形式、命名方式、套料母板、肘板形式、相貫切口、補板、收縮量、折邊形式、零件號賦值方式等重要參數(shù)配置。

線型光順，系根據(jù)詳細(xì)設(shè)計型值表，完成滿足船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計精度需要的外形：1）主船體外形；2）帶梁拱及升高甲板；3）舭龍骨、掛舵臂、測深儀等附體外形。

二者開展占用的設(shè)計時間一定程度上影響綜合設(shè)計進程，某型高速船之前的設(shè)計方案是：1）初始化；2）線型光順；3）后續(xù)三維建模設(shè)計。

某型高速船同步設(shè)計優(yōu)化方案：1）初步初始化設(shè)計，形成一個滿足后續(xù)設(shè)計需求的環(huán)境；2）初步線型光順設(shè)計，形成一個初步光順文件，用于后續(xù)建模使用；3）后續(xù)三維建模設(shè)計；4）完成完整的初始化、線型光順設(shè)計；5）自主開發(fā)三維模型更新模塊，更新曲面、平面三維模型。

二者同步設(shè)計節(jié)省了綜合設(shè)計時間，給后續(xù)建造施工預(yù)留較優(yōu)化之前更加寬裕的時間。

3.2.2 船體曲面三維建模與平面三維建模同步設(shè)計

船體結(jié)構(gòu)三維建模分為曲面建模和平面建模，某型高速船之前的設(shè)計方案是：1）曲面建模，創(chuàng)建平面建模條件；2）平面建模，完成船體結(jié)構(gòu)三維建模。

某型高速船同步設(shè)計優(yōu)化方案：曲面建模和平面建模同步進行，二者相輔相成，能夠利用二者拓?fù)潢P(guān)系，檢驗結(jié)構(gòu)建模的準(zhǔn)確性，提高后續(xù)圖樣輸出的正確性，節(jié)省了整體設(shè)計時間。

3.2.3 其他設(shè)計優(yōu)化

船體初始化設(shè)計優(yōu)化：1）漢化設(shè)計工具中原英文菜單、界面（見圖 3），提高設(shè)計人員操作便利性；2）結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化工作，創(chuàng)建典型節(jié)點數(shù)據(jù)庫，也為后續(xù)各型船舶生產(chǎn)設(shè)計提供共享設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；3）船體結(jié)構(gòu)零件名自動賦值方式優(yōu)化為數(shù)值區(qū)間，用以區(qū)分零件類別，便于施工現(xiàn)場識別零件。

圖3 漢化型材建模選擇界面

船體線型光順設(shè)計優(yōu)化：1）自主開發(fā)線型光順輔助設(shè)計模塊，完成點坐標(biāo)自動輸入；2）采用新型光順方式，便于找出光順不足的錯誤曲面。

曲面三維建模設(shè)計優(yōu)化：1）按編號區(qū)間建立船體曲面外板、型材，便于模型正確性檢查；2）采用XLM 格式文件備份曲面三維模型，便于模型的更改和恢復(fù)；3）創(chuàng)建同步數(shù)據(jù)庫項目，建立船體建造用胎架，確保外板形狀準(zhǔn)確。

平面三維建模設(shè)計優(yōu)化：1）利用平面、多點拓?fù)潢P(guān)系建立特殊形式的板架，避免修訂時大量數(shù)據(jù)更改工作；2）自主開發(fā)輔助設(shè)計模塊，完成平面板架正確性檢查、關(guān)鍵字搜索、關(guān)鍵字替換（如材質(zhì)、所屬分段）、板零件編號排序（影響分段接板圖生成）。

分段船體結(jié)構(gòu)精度設(shè)計優(yōu)化：1）根據(jù)精度管理工作提供的加放要求添加焊接收縮量、余量、補償量等生產(chǎn)信息；2）自主開發(fā)精度設(shè)計模塊，完成平面模型焊接收縮量添加、余量正確性檢驗、型材焊接收縮量加放正確性檢驗；3）創(chuàng)建參考平面，用于基準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)線面和合攏檢驗線面的模型依據(jù)，便于后期位置調(diào)整。

分段船體結(jié)構(gòu)裝配設(shè)計優(yōu)化：1）裝配計劃前，以全分段 SCH文件運行正確性檢測代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工識別錯誤板架工作，大幅度提高準(zhǔn)確性和檢查效率；2）自主開發(fā)裝配設(shè)計模塊，自動完成平面板架零件收集、零件工位、工序二級流向添加、全分段裝配收集情況檢查，能夠給出錯誤裝配信息組立列表，便于修改錯誤信息。

分段船體結(jié)構(gòu)套料設(shè)計優(yōu)化：1）創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)套料母板數(shù)據(jù)庫；2）自主開發(fā)套料檢測模塊，自動完成零件重復(fù)套料、零件漏套、厚度不同錯誤套料等情況的檢測。

3.3 生產(chǎn)設(shè)計輸出優(yōu)化

在優(yōu)化設(shè)計內(nèi)容的同時，自主開發(fā)圖樣輸出設(shè)計模塊自動或輔助完成的內(nèi)容（圖 4），包括分段型材下料加工圖、分段部件圖、分段組件圖、分段接板圖、分段組立圖輔助設(shè)計、分段零件表、板材零件表、板材套料匯總。同時根據(jù)具體圖樣內(nèi)容，自動完成目錄、圖號、頁碼的添加，避免冗繁工作。

分段型材下料加工圖設(shè)計優(yōu)化：1）以部、組件為單位，按組立裝配樹型圖順序輸出型材加工圖樣；2）自主開發(fā)型材完整性檢查模塊，高效檢測型材輸出的完整性；3）自動完成型材下料長度匯總。

分段部件圖、分段組件圖設(shè)計優(yōu)化：1）簡化標(biāo)注信息方式，滿足生產(chǎn)需要而不過分表達生產(chǎn)信息；2）二維圖樣與三維立體模型相結(jié)合，提高圖樣可讀性，容易識別圖樣信息。

分段接板圖設(shè)計優(yōu)化：1）抽取板材零件存儲信息，自動生成全分段板材接板圖；2）單個零件對角線長度列表，給出必要時檢驗依據(jù)。

圖4 自主開發(fā)船體智能設(shè)計模塊

分段組立圖輔助設(shè)計優(yōu)化，實現(xiàn)包含收縮量在內(nèi)的雙尺標(biāo)注、組立裝配樹型圖生成、重量重心匯總表等輔助功能。

4 結(jié)論

目前，該方案已在該型高速船后續(xù)船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計中得到成功應(yīng)用，提高了船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計輸出效率，較優(yōu)化之前，縮短了20%設(shè)計周期。

實踐證明：對某型高速船船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計的優(yōu)化，能夠提高該型高速船船體生產(chǎn)設(shè)計輸出準(zhǔn)確性和輸出效率，為縮短船體生產(chǎn)設(shè)計周期提供可行性方案，為某型高速船各專業(yè)綜合設(shè)計評審預(yù)留更多時間，滿足建造周期對相關(guān)設(shè)計的節(jié)點要求，滿足造船現(xiàn)場管理部門及施工現(xiàn)場對設(shè)計輸入的需求，對推動現(xiàn)代化造船船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計技術(shù)進步具有重要意義。

[1]何寶. 船體生產(chǎn)設(shè)計樣圖與實現(xiàn)方法研究[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué), 2009.

[2]劉玉君. 現(xiàn)代造船技術(shù)[M]. 遼寧大連: 大連理工大學(xué)出版社, 2012.

[3]彭輝. 船舶 CAD/CAM 與生產(chǎn)設(shè)計[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué), 2014.