基于FORAN的船舶電氣三維設(shè)計(jì)

李日明 趙志敏 趙裕華 楊靄欣

摘 要：本文介紹基于FORAN軟件的船舶電氣三維設(shè)計(jì)的流程和方法，理清船舶電氣的框架結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)思路，總結(jié)利用FORAN軟件進(jìn)行船舶電氣三維設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：FORAN;三維設(shè)計(jì);同步性;關(guān)聯(lián)性

中圖分類號：U662.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

1 前言

我國造船行業(yè)經(jīng)過多年的快速發(fā)展，已經(jīng)具備了一定的設(shè)計(jì)和建造水平。但相比歐、美、日、韓等發(fā)達(dá)國家的水平，在核心技術(shù)、高技術(shù)船舶設(shè)計(jì)建造的核心能力方面，仍存在一定差距。

目前國際主流的船舶三維設(shè)計(jì)軟件主要有：瑞典KCS公司的TRIBON，該軟件的數(shù)據(jù)開放性不夠，數(shù)據(jù)系統(tǒng)白成一套，與常用的數(shù)據(jù)庫缺少接口;法國Dassault System公司的CATIA，其突出的優(yōu)點(diǎn)主要集中于航空航天;芬蘭的NAPA和美國PTC公司的CADDS5，也是各有優(yōu)缺點(diǎn)。

國內(nèi)白主開發(fā)的三維軟件，主要有上海申博的SB3DS，但該軟件在國際上的知名度不高。本文通過對FORAN電氣部分的三維設(shè)計(jì)流程、框架結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分析研究，希望對國內(nèi)的三維軟件開發(fā)有借鑒的作用。

本公司前年為深圳友聯(lián)船廠建造的由加拿大Rohert Allan設(shè)計(jì)的兩艘32m拖輪“海鵬”和“海鯤”，應(yīng)用FORAN三維設(shè)計(jì)軟件，輪機(jī)、電氣和舾裝各專業(yè)協(xié)作三維放樣，使各種機(jī)械和電氣設(shè)備布置合理、整齊美觀，同時(shí)縮短工期、節(jié)約成本，贏得了船東的好評。

FORAN軟件電氣部分的三維設(shè)計(jì)流程和基本框架

2 電氣建庫

FORAN自身不設(shè)置任何附件庫，需要根據(jù)實(shí)際要求白行建庫，也可以從其它項(xiàng)目導(dǎo)入，F(xiàn)define模塊只提供簡單規(guī)則模型的模板。對于簡單規(guī)則的電氣設(shè)備，只需要找到對應(yīng)的模型，再輸入相應(yīng)的尺寸，即可快速建立模型，修改也很方便;有時(shí)為了所建立的模型更加形象和美觀，一個(gè)設(shè)備往往需要各種形狀的模型來進(jìn)行拼接完成，操作起來還算方便;至于那些形狀不規(guī)則的設(shè)備，則可以通過在某一平面上繪制閉合曲線，進(jìn)行拉伸或者旋轉(zhuǎn)來生成模型，但修改不方便。

FORAN支持其它格式（如：DWG、DXF等）的三維模型的直接導(dǎo)入，同時(shí)在建立模型的時(shí)候可以預(yù)設(shè)設(shè)備的維修或更換等操作所需要的空間，如果該預(yù)留空間被占用，在干涉檢查時(shí)會(huì)發(fā)出干涉提示。

3 電氣三維設(shè)計(jì)

（1）電氣標(biāo)準(zhǔn)庫

包括基礎(chǔ)信息表（如：電纜屏蔽屬性、導(dǎo)線橫截面積、電纜材質(zhì)、托架和穿艙件尺寸等）和電纜規(guī)格、芯數(shù)、直徑、單位長度、重量等詳細(xì)信息;同時(shí)細(xì)分不同導(dǎo)線的性能和電氣參數(shù)，以便在電纜敷設(shè)時(shí)加入約束條件（如：電力電纜和雷達(dá)等射頻電纜分開敷設(shè)等）。

（2）電纜托架和穿艙件

根據(jù)船廠的實(shí)際情況，按照電纜托架和穿艙件的各種尺寸和規(guī)格，通過開放式的宏文件配置電纜托架和穿艙件標(biāo)準(zhǔn)模型，生成模板;使用的時(shí)候只需指定電纜通道的托架的尺寸規(guī)格，就可以調(diào)用生成托架。

（3）電氣設(shè)備的支架和底座

通過宏文件來配置對于形狀規(guī)則的支架和底座，先在Lihrary創(chuàng)建目錄，然后通過編輯宏文件生成模板以供調(diào)用;對于不規(guī)則的支架和底座，可以直接調(diào)用船體的板材來拼接生成;調(diào)用的時(shí)候只需要選擇適當(dāng)?shù)慕氰F長度和調(diào)節(jié)好安裝位置就可以了，方便快捷。

（4）區(qū)域劃分

根據(jù)實(shí)際需要分成若干個(gè)大區(qū)域，每個(gè)大區(qū)域再細(xì)分成若干個(gè)子區(qū)域;對全船電氣設(shè)備進(jìn)行分類，即創(chuàng)建Class;再在Class里面創(chuàng)建組件，把組件關(guān)聯(lián)到前面介紹的某個(gè)模型，即該組件就有了對應(yīng)的實(shí)體模型。組件只有重量重心和一些基本的電氣參數(shù)等信息，此時(shí)可以為組件預(yù)設(shè)接線端子，為后續(xù)的接線工作做準(zhǔn)備。

（5）電氣設(shè)備

將相對應(yīng)的部件關(guān)聯(lián)起來。有了部件預(yù)設(shè)的所有屬性，包括接線端子、重量和基本電氣參數(shù)等信息，還要指定該設(shè)備屬于哪個(gè)系統(tǒng)，安裝在船舶的哪個(gè)區(qū)域;完成上述工作之后，就可以進(jìn)行電氣設(shè)備布置操作了。

（6）電纜通道

根據(jù)船體的實(shí)際情況細(xì)分成多個(gè)子電纜通道，子電纜通道之間有專門的連接方式。電纜通道是由各個(gè)電氣節(jié)點(diǎn)連接而成的曲線;電纜托架是沿著該曲線建立的;穿艙件則是建立在節(jié)點(diǎn)上。這里要強(qiáng)調(diào)說明一點(diǎn)，電纜托架和穿艙件的建立，只是使電纜通道形象化，電纜敷設(shè)與托架和穿艙件沒有直接聯(lián)系，當(dāng)電纜敷設(shè)完畢也不會(huì)形象的看到有電纜敷設(shè)在某條電纜托架或者電纜通道上。當(dāng)然，如有需要的話，可以查詢得到每一條托架或者穿艙件具體有多少根電纜及占用多大空間。把電纜通道首尾兩個(gè)節(jié)點(diǎn)分別和相應(yīng)的設(shè)備關(guān)聯(lián)起來，就構(gòu)成了一個(gè)簡單的電氣系統(tǒng)。圖3是電氣放樣的效果圖，包括電氣電箱及其底座、電纜托架及其吊架。

（7）放線準(zhǔn)備工作

電纜敷設(shè)最重要的一個(gè)參數(shù)就是電纜長度，如果短了很可能浪費(fèi)整根線，如果太長又會(huì)造成浪費(fèi)，總原則是寧可長一米不能短一寸。FORAN計(jì)算的長度只是電纜通道達(dá)到的地方，在電纜通道到進(jìn)入設(shè)備的時(shí)候，一定要按照實(shí)際的進(jìn)線方式進(jìn)入到設(shè)備的最遠(yuǎn)點(diǎn)才算準(zhǔn)確;另外，考慮到電纜在布線的過程中轉(zhuǎn)彎等帶來的長度損耗，系統(tǒng)自動(dòng)為電纜總長度乘以一個(gè)預(yù)設(shè)的長度系數(shù)，同時(shí)也提供了額外的首尾電纜長度設(shè)置。

（8）接線

首先要定義好設(shè)備和電纜的接線端子形式，還要對每一個(gè)接線端子和每一條線芯進(jìn)行編號，之后就可以進(jìn)行接線了;電氣部分也可以直接用輪機(jī)設(shè)備例如馬達(dá)等來定義接線端子進(jìn)行接線;接完線之后，如果要?jiǎng)h除該設(shè)備則需要先拆除接線。

在完成全船的電氣三維設(shè)計(jì)之后，通過FORAN的命令菜單就可以方便快捷查詢到全船電氣部分所需要電纜托架、扁鐵、穿艙件、底座和吊架等的總用料;還可以查詢到全船電氣設(shè)備的總重量、重心等信息;電氣三維設(shè)計(jì)還提供了強(qiáng)大的導(dǎo)進(jìn)和導(dǎo)出功能，可以把舊項(xiàng)目里的電纜通道、電纜托架、穿艙件、電氣設(shè)備三維模型及其定位和電纜等全部一次性導(dǎo)進(jìn)到新項(xiàng)目，非常方便，只是在進(jìn)行導(dǎo)進(jìn)操作時(shí)注意別把輪機(jī)部分的設(shè)備覆蓋掉。

4 電氣系統(tǒng)圖

（1）電氣系統(tǒng)圖有電氣符號和電氣系統(tǒng)兩種電氣工作模式：電氣符號和三維模型相對應(yīng);電氣系統(tǒng)則和電纜線路相對應(yīng);它們只是平面和三維的環(huán)境和模式的不同;

（2）電氣符號主要是繪制各種設(shè)備的電氣標(biāo)準(zhǔn)符號、圖框，以及根據(jù)船廠的實(shí)際情況制作的各種統(tǒng)計(jì)表等配置文件，以便在繪制好系統(tǒng)圖之后通過拖拽配置文件就可以簡單快捷的完成各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù);

（3）電氣系統(tǒng)則是繪制電氣系統(tǒng)圖，其基本理念和三維放樣是一樣的，也是先定義再使用;對于已經(jīng)在三維放樣中定義好的設(shè)備和電纜就不需要再重復(fù)定義，直接找到該設(shè)備和電纜就可以制作系統(tǒng)圖了;反之，對于已經(jīng)在電氣系統(tǒng)圖定義好的設(shè)備和電纜，再回到三維放樣中就可以直接找到該設(shè)備和電纜，而不需要重復(fù)定義;如果電纜和設(shè)備在三維放樣上已經(jīng)完成接線，再在系統(tǒng)圖上定義好接線樣式，就可以利用系統(tǒng)圖簡單方便的完成接線出圖;

（4）關(guān)于電氣三維設(shè)計(jì)和電氣系統(tǒng)，看個(gè)人的喜好，有的人喜歡先制作系統(tǒng)圖，再建立三維模型布線來得到電纜長度等信息;而我則傾向于在電氣三維設(shè)計(jì)圖中完成設(shè)備的布置和電纜的布線及接線等丁作，再制作電氣系統(tǒng)圖、統(tǒng)計(jì)設(shè)備的數(shù)量及接線出圖。

5 電氣三維出圖

電氣三維設(shè)計(jì)內(nèi)嵌ThinkDesign軟件，作為電氣部分三維設(shè)備的出圖丁具。其基本理念和大多數(shù)的放樣軟件一樣，都是電氣設(shè)備模型結(jié)合船體結(jié)構(gòu)，通過投影來出圖;也可以先只投影電氣設(shè)備模型，再在模型的平面圖上調(diào)取船體的切割平面，通過參考基點(diǎn)把兩者結(jié)合起來生成平面圖;接著配置標(biāo)注模板，提取所需要標(biāo)注的屬性參數(shù)和各種有用數(shù)據(jù)生成模板，就可以對電纜托架和電氣設(shè)備快速標(biāo)注了，操作方便;如果出圖過程中遇到電氣符號中三維模型有修改，則只要在三維和平面圖上點(diǎn)擊刷新就可以白動(dòng)更新。

由于電氣設(shè)備的底座或者支架等的建模及出圖和舾裝專業(yè)的操作基本一樣，這里就不綴述了。

6 電纜出圖

電纜出圖有Documents和Spreadsheets兩種模式：Documents對應(yīng)pclf.而Spreadsheets則對應(yīng)Excel。兩種出圖模式都要先配置好模板，通過模板的約束條件來選擇電纜出圖;約束條件可為區(qū)域、系統(tǒng)名稱、日期等。由于Spreadsheets容易修改，而且更易于二次開發(fā)操作，所以被普遍采用。

電纜的路徑是由電纜通道節(jié)點(diǎn)來決定的，但按照現(xiàn)場工人的反映，如果遇到所經(jīng)節(jié)點(diǎn)多的長電纜，現(xiàn)場工人很難有時(shí)間去一個(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)的查找，所以單純的電纜節(jié)點(diǎn)圖并不便于放線，需要對全船主電纜通道進(jìn)行編號，通過Excel的二次開發(fā)把主電纜通道的編號加入到電纜所經(jīng)節(jié)點(diǎn)里面，就可以讓工人快速知道電纜的主要路徑，節(jié)省看圖時(shí)間。

7 總結(jié)

FORAN軟件系統(tǒng)基于Windows系統(tǒng)平臺、OraCle關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、C++開發(fā)環(huán)境進(jìn)行開發(fā)，代表了目前最新的軟件工程開發(fā)技術(shù)，其主要特點(diǎn)是：

（1）專注于船舶與海洋工程的新一代CAD/CAM系統(tǒng)：軟件體系是圍繞船舶與海洋丁程設(shè)計(jì)建造的需求進(jìn)行規(guī)劃和開發(fā)的，其操作界面、功能配備、專業(yè)劃分、設(shè)計(jì)流程、數(shù)據(jù)管理等均按照船舶設(shè)計(jì)的習(xí)慣設(shè)置;利用FORAN系統(tǒng)進(jìn)行船舶設(shè)計(jì)的用戶，可在短時(shí)間內(nèi)適應(yīng)軟件的思想、充分利用軟件提供的各種專業(yè)功能，獲得較高的設(shè)計(jì)效率;

（2）基于全三維、全船的協(xié)同設(shè)計(jì)與信息管理：利用FORAN系統(tǒng)，可以從始到終在全三維環(huán)境下完成設(shè)計(jì)工作;

（3）優(yōu)良的數(shù)據(jù)共享與二次開發(fā)環(huán)境：FORAN采用了一系列最新技術(shù)，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用、二次開發(fā)和系統(tǒng)本身的不斷改進(jìn)，提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]盧永進(jìn)，華志剛.基于FORAN的船舶管路三維設(shè)計(jì)研究[J].船海工程，2012.4l（5）.