基于3DEXP的絕緣物量統(tǒng)計方法研究及應(yīng)用

周妙玲，張紅偉，朱 煜，唐 能

（江南造船（集團）有限責(zé)任公司 江南研究院，上海 201913）

0 引言

目前，基于對艙室環(huán)境和生命安全的重視，絕緣材料在船舶行業(yè)的應(yīng)用范圍越來越廣，功能劃分越來越細，船舶內(nèi)裝絕緣物量統(tǒng)計的工作量越來越大。同時，隨著科技的不斷進步，計算機輔助設(shè)計技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，船舶設(shè)計已陸續(xù)采用三維設(shè)計軟件實現(xiàn)。采用三維設(shè)計軟件有助于減少設(shè)計工程師的工作量，幫助其將構(gòu)思的設(shè)計形象和設(shè)計經(jīng)驗迅速、準(zhǔn)確、真實地體現(xiàn)在三維設(shè)計平臺上，從而使其有更多精力開展更富有創(chuàng)造性的設(shè)計活動，進而提高設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量[1]。

內(nèi)裝絕緣設(shè)計是基于板材和扶強材上的船體結(jié)構(gòu)，結(jié)合所處房艙的功能要求，對具有防火、隔音和隔熱等特性的絕緣材料進行包覆建模。絕緣物量統(tǒng)計的原則是參照絕緣材料的功能類型、所在安裝區(qū)域檔位間距和敷設(shè)船體結(jié)構(gòu)類型確定敷設(shè)在船體結(jié)構(gòu)上的絕緣材料的規(guī)格尺寸，并結(jié)合邊角取舍規(guī)則對整塊絕緣材料進行重新排版，最終得出絕緣主件及相關(guān)附件的精準(zhǔn)物量。當(dāng)前，船舶內(nèi)裝絕緣物量統(tǒng)計缺乏快速有效的手段，統(tǒng)計完全依靠人工進行，尤其是在對船體復(fù)雜結(jié)構(gòu)部分絕緣物量進行統(tǒng)計時，完全按個人經(jīng)驗，參考相似船型模糊估算，不僅會使絕緣物量統(tǒng)計工作耗時較長，而且會使統(tǒng)計結(jié)果與實際物量可能存在較大的偏差，進而造成材料短缺或浪費，增加船舶建造成本。

1 絕緣物量統(tǒng)計應(yīng)用需求分析

絕緣物量統(tǒng)計的對象主要為平直板、平直筋、曲面板和曲面筋?，F(xiàn)有的絕緣物量統(tǒng)計方式為：設(shè)計員根據(jù)絕緣材料的類型判別其功能類型，結(jié)合絕緣布置圖分析確定絕緣安裝類型，絕緣物量統(tǒng)計與三維模型缺乏關(guān)聯(lián)；隨后按對應(yīng)規(guī)格手工計算絕緣物量；最后以絕緣物量為基礎(chǔ)，結(jié)合安裝節(jié)點詳圖手動計算相關(guān)附件物量。

以某型液化氣船全船絕緣物量統(tǒng)計為例，在船舶生產(chǎn)設(shè)計階段，全船絕緣建模用時320工時，出圖用時198工時，時間跨度1個月，幾乎占據(jù)內(nèi)裝專業(yè)設(shè)計生產(chǎn)全部工作量的1/3，費時費力，效率低下。

三維體驗平臺（3D Experience Platform, 3DEXP）采用基于船體結(jié)構(gòu)數(shù)字化模型關(guān)聯(lián)創(chuàng)建絕緣的設(shè)計方法，分析船體結(jié)構(gòu)與絕緣模型之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，直接獲取用于統(tǒng)計絕緣物量的相關(guān)輸入信息，能解決統(tǒng)計脫離設(shè)計模型時信息來源不一致和獲取不便等問題。該方法的應(yīng)用能填補絕緣物量數(shù)字化精準(zhǔn)統(tǒng)計的空白，大幅度提高設(shè)計效率，減少材料成本。

2 絕緣物量統(tǒng)計方法說明

梳理傳統(tǒng)的手工計算規(guī)則，進行定制化功能開發(fā)；基于待統(tǒng)計船舶絕緣材料的基本屬性信息制作絕緣物量規(guī)格配置表，將該配置表作為單型船統(tǒng)計規(guī)則輸入，實現(xiàn)全船絕緣物量快速統(tǒng)計，具體流程見圖1。

圖1 絕緣物量快速統(tǒng)計方法流程圖

絕緣物量配置表包含內(nèi)容范圍配置表、固定配置表和計算規(guī)則配置表，其中：內(nèi)容范圍配置表包括絕緣材料功能類型、物料名稱、材料厚度、安裝類型、絕緣訂貨規(guī)格和碰釘規(guī)格（見表1）；固定配置表包括絕緣材料邊角取舍規(guī)則（見表2）；計算規(guī)則配置表包括絕緣附件膠水計算規(guī)則、鋁箔膠帶計算規(guī)則和玻璃絲布計算規(guī)則。

表1 內(nèi)容范圍配置表

表2 固定配置表

定制程序由絕緣材料讀取模塊、絕緣安裝類型命名模塊、絕緣規(guī)格匹配模塊、絕緣物量計算模塊、絕緣附件物量計算模塊、數(shù)據(jù)識別與統(tǒng)計模塊和數(shù)據(jù)保存與上傳模塊組成（見圖2）。

圖2 絕緣物量統(tǒng)計功能模塊

1) 材料讀取模塊：用于讀取絕緣模型節(jié)點屬性、材料名稱和材料厚度等信息，確定絕緣功能。絕緣功能類型一般分為防火、隔音和隔熱等3種，根據(jù)得到的絕緣功能對絕緣安裝類型、碰釘規(guī)格和數(shù)量進行限定。

2) 安裝類型命名模塊：用于讀取絕緣模型節(jié)點名稱標(biāo)識，判別絕緣安裝類型，若無特殊標(biāo)識，則默認(rèn)為板架絕緣。絕緣節(jié)點名稱標(biāo)識根據(jù)其安裝位置和安裝類型分為板架絕緣P、板架絕緣延伸PY、角鋼與球扁鋼等扶強材絕緣S和T型材絕緣T等4種（見圖3），用于對絕緣規(guī)格進行限定[2-3]。

圖3 模型標(biāo)識

3) 規(guī)格匹配模塊：根據(jù)識別的安裝類型和材料名稱信息與配置文件匹配，確定訂貨規(guī)格。該模塊需分析材料讀取模塊和安裝類型命名模塊的初步處理數(shù)據(jù)是否與配置文件匹配，只有如此才能確定單個絕緣模型節(jié)點的唯一訂貨規(guī)格。

4) 物量計算模塊：用于讀取單個絕緣節(jié)點模型的幾何信息，判別其幾何表面為平直面或含曲率，計算得到絕緣物量。若模型的幾何表面為平直面，則直接根據(jù)識別的訂貨規(guī)格，船長方向的絕緣按規(guī)格從艉部往艏部方向分割，高度方向的絕緣從船頂往船底方向分割；船寬方向的絕緣按規(guī)格從左舷往右舷方向分割，高度方向的絕緣從船頂往船底方向分割；甲板絕緣按規(guī)格從艉部往艏部方向分割，默認(rèn)船寬方向為高度方向從左舷往右舷方向分割。若模型的幾何表面為含曲率面，則獲取曲面上表面面積與訂貨規(guī)格面積相除。邊角絕緣物量取舍參照絕緣邊角絕緣取舍規(guī)則表，計算得到絕緣物量[4]。

5) 附件物量計算模塊：根據(jù)上述幾個模塊得到的中間數(shù)據(jù)和最終數(shù)據(jù)對相關(guān)附件規(guī)格及計算規(guī)則進行限定，得到附件物量。最終對得到的物量統(tǒng)計結(jié)果進行分類，并將其錄入數(shù)據(jù)庫保存。

設(shè)計員打開統(tǒng)計定制程序之后，出現(xiàn)絕緣物量統(tǒng)計界面（見圖4），在選擇節(jié)點區(qū)域，從結(jié)構(gòu)樹上選取需統(tǒng)計的絕緣模型和對應(yīng)的船體結(jié)構(gòu)，程序通過分析模型屬性和相關(guān)參數(shù)與配置表匹配，確定所需規(guī)格，進行物量統(tǒng)計計算[5]。

圖4 絕緣物量統(tǒng)計界面

3 絕緣物量統(tǒng)計結(jié)果驗證和效率對比

在江南造船（集團）有限責(zé)任公司建造的某型船上應(yīng)用該絕緣物量統(tǒng)計方法，驗證其有效性。圖5為該船C甲板絕緣模型，采用該方法計算得到：防火功能板材絕緣涉及2種規(guī)格，分別有235塊和264塊；防火類型筋材絕緣涉及1種規(guī)格，有223塊；隔熱功能板材絕緣涉及2種規(guī)格，分別有173塊和271塊；隔熱功能筋材絕緣涉及2種規(guī)格，分別有196塊和50塊；規(guī)格為100mm×50m的纖維布7卷，規(guī)格為φ30的碰釘11575個。統(tǒng)計清單見表3。

圖5 某型船C甲板絕緣模型

表3 統(tǒng)計清單

3.1 統(tǒng)計結(jié)果驗證

根據(jù)上述絕緣物量統(tǒng)計方法，結(jié)合三維模型，實現(xiàn)絕緣材料及其附件物量的快速計算。以某型船C甲板左舷區(qū)域的絕緣材料為測試模型，將定制程序計算結(jié)果與手工計算結(jié)果相對比，二者的誤差為10%，滿足余量范圍的要求，其計算結(jié)果見表4。

表4 結(jié)果統(tǒng)計表

3.2 效率對比

以相同船型A工程和B工程全船絕緣物量計算為例：A工程采用傳統(tǒng)手工計算方式，在有母船參考的情況下，用時90h完成絕緣材料及其附件的物量統(tǒng)計；B工程采用定制程序計算方式，僅用時15h即完成相同工作。A工程和B工程各區(qū)域詳細工時數(shù)據(jù)統(tǒng)計見表5。

表5 A工程和B工程各區(qū)域詳細工時數(shù)據(jù)統(tǒng)計 單位： h

4 結(jié) 語

本文基于絕緣三維模型定制了一種船舶絕緣物量規(guī)格快速統(tǒng)計方法。通過分析絕緣材料和安裝類型等屬性參數(shù)，最終形成了以型號工程絕緣訂貨規(guī)格配置表為導(dǎo)向的物量快速統(tǒng)計工具，解決了絕緣材料生產(chǎn)設(shè)計方面的難題，實現(xiàn)了設(shè)計數(shù)據(jù)以三維模型為唯一來源的維護統(tǒng)計，保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和唯一性，極大地減少了設(shè)計員的重復(fù)勞動，提升了設(shè)計質(zhì)量。