基于三維數(shù)模的艦船軍檢新模式探索

朱世勇

(海軍裝備部駐上海地區(qū)第一軍事代表室，上海 201913)

0 引 言

我國艦船研制過程的監(jiān)督、檢驗(yàn)驗(yàn)收是由軍事代表制度保障完成的。軍事代表擔(dān)負(fù)船東代表、方案和設(shè)計(jì)參與者、驗(yàn)船師等不同職責(zé)，交接環(huán)節(jié)多、工作任務(wù)重、責(zé)任重大。當(dāng)前，國內(nèi)船舶軍檢仍以二維圖紙為載體，主要現(xiàn)狀表現(xiàn)為：1）結(jié)果符合性檢驗(yàn)依據(jù)多、審查要點(diǎn)多、檢驗(yàn)結(jié)果量大且耦合復(fù)雜，現(xiàn)場檢驗(yàn)手段落后、檢驗(yàn)規(guī)范化程度不高、檢驗(yàn)效率較低；2）過程符合性監(jiān)督的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)多、技術(shù)協(xié)調(diào)及變更量大，管控壓力大；3）圖文檔信息表達(dá)與交互方式落后，艦船軍檢與研制間缺乏緊密協(xié)同數(shù)據(jù)環(huán)境。因此，有必要利用全要素表達(dá)、全信息集成的三維數(shù)字模型開展艦船數(shù)字化軍檢新方法研究，提升艦船軍檢技術(shù)水平。

白海威[1]、史猛等[2]分析了數(shù)字化軍檢的內(nèi)涵及模式演變過程，指出對數(shù)字化軍檢內(nèi)涵尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識(shí)。劉暢等[3]對數(shù)字化軍檢在海軍主動(dòng)力裝置中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。武三栓等[4]對航空發(fā)動(dòng)機(jī)維修數(shù)字化管理及軍檢模式進(jìn)行了研究。朱明華等[5]和李明宇等[6]研究了船舶MBD技術(shù)。世界主要的海軍裝備發(fā)達(dá)國家，自20世紀(jì)末就開始逐步推進(jìn)海軍艦船的入級目標(biāo)，在整個(gè)船舶設(shè)計(jì)建造和認(rèn)證過程中，為研制單位提供明晰適用的準(zhǔn)則，對設(shè)計(jì)單位的詳細(xì)設(shè)計(jì)和造船廠的船舶建造進(jìn)行監(jiān)督和檢驗(yàn)。在推動(dòng)軍船入級過程中，北約及美國海軍在技術(shù)越來越復(fù)雜的軍船設(shè)計(jì)、建造和服役中使用和持續(xù)優(yōu)化船級標(biāo)準(zhǔn)，并逐步引入了三維審圖、工具輔助分析、現(xiàn)場檢驗(yàn)輔助等數(shù)字化手段，以提高軍船檢驗(yàn)及監(jiān)督效率。在新的數(shù)字化技術(shù)推動(dòng)下，美國船級社ABS探索了使用三維模型作為數(shù)字化審圖及檢驗(yàn)對象的方法，持續(xù)進(jìn)行新技術(shù)支撐下的軍船入級標(biāo)準(zhǔn)和體系完善工作。2018年8月，ABS與Crowley海事集團(tuán)的Jensen海事公司共同完成了基于三維模型的設(shè)計(jì)審圖試點(diǎn)項(xiàng)目。法國船級社BV公司開發(fā)了審圖協(xié)同平臺(tái)、檢驗(yàn)管理平臺(tái)、船體結(jié)構(gòu)售后交付監(jiān)控平臺(tái)，并開發(fā)了一整套數(shù)字化輔助工具支持審圖分析和檢驗(yàn)工作?？傮w而言，上述工作及國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)尚未對基于三維數(shù)字模型的艦船軍檢所面臨的困難、所需的能力進(jìn)行針對性研究。

隨著我國船舶行業(yè)基于模型定義（Model Based Definition，MBD）的廠所協(xié)同設(shè)計(jì)模式落地，MBD模型逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)紙質(zhì)圖紙作為總體所向總裝廠交付的成果。當(dāng)前基于圖紙的艦船軍檢方式難以適應(yīng)我國艦船研制模式的變化，需要對基于三維數(shù)字模型的艦船軍檢模式進(jìn)行研究，逐步形成基于三維模型的艦船軍檢新模式和能力。本文通過對基于三維數(shù)模的艦船軍檢特點(diǎn)、數(shù)字化軍檢支撐能力進(jìn)行分析研究，提出基于MBD的軍檢新模式工作推進(jìn)思路，將有助于推動(dòng)艦船軍檢模式轉(zhuǎn)換和技術(shù)水平提升，并為船舶MBD研制模式的深入推進(jìn)提供參考。

1 基于三維數(shù)模的艦船軍檢面臨的挑戰(zhàn)、相關(guān)技術(shù)及內(nèi)涵

1.1 基于三維數(shù)模的艦船軍檢面臨的挑戰(zhàn)

針對傳統(tǒng)基于圖紙的艦船軍檢方式存在的問題，開展基于三維數(shù)模的艦船軍檢是順應(yīng)艦船行業(yè)數(shù)字化升級的必然要求。開展基于三維數(shù)模的艦船軍檢存在如下挑戰(zhàn)：1）軍檢業(yè)務(wù)需與基于三維模型的艦船設(shè)計(jì)與建造全過程業(yè)務(wù)深度融合，改變目前研制過程與軍檢過程的串行模式；2）構(gòu)建基于三維數(shù)模的、各方（軍、廠、所）認(rèn)可的艦船軍檢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，通過將軍檢業(yè)務(wù)流程、軍檢要求和具體要素與三維數(shù)模進(jìn)行關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)軍檢信息與三維數(shù)模信息集成；3）基于三維數(shù)模，構(gòu)建軍檢技術(shù)數(shù)字化支撐工具和管理平臺(tái)。

MBD技術(shù)作為艦船行業(yè)正在應(yīng)用和推廣的新技術(shù)，其高度集成的各類設(shè)計(jì)、建造和管理信息，為開展基于三維數(shù)模的軍檢奠定了基礎(chǔ)。

1.2 艦船MBD技術(shù)及應(yīng)用現(xiàn)狀

艦船MBD核心思想是用集成化的三維實(shí)體模型來完整表達(dá)艦船產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造所需的定義信息（包括三維尺寸標(biāo)注、各種制造信息、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息和管理信息等），用來取代二維工程圖和文檔，實(shí)現(xiàn)面向制造的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品全生命周期內(nèi)的單一數(shù)據(jù)源。MBD是一套研發(fā)體系標(biāo)準(zhǔn)，它涵蓋了精益思想、并行工程，面向制造的設(shè)計(jì)、知識(shí)工程等研發(fā)思想，其目的是使產(chǎn)品數(shù)字化研制的價(jià)值最大化。

通過實(shí)施MBD技術(shù)后，有助于提升設(shè)計(jì)與仿真的迭代效率以及設(shè)計(jì)質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)艦船研制和全壽期維護(hù)保障數(shù)據(jù)的共享和重用，保障產(chǎn)品精細(xì)化建造和檢驗(yàn)，提升建造質(zhì)量，并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)并行程度大幅提升，縮短研制周期。當(dāng)前，MBD模型已逐步取代二維圖紙作為廠所協(xié)同設(shè)計(jì)交付物，并在驅(qū)逐艦等多個(gè)產(chǎn)品上得到工程化應(yīng)用。圖1為帶三維標(biāo)注信息的設(shè)備MBD模型，該模型可直接用于軍檢。

圖1 設(shè)備MBD模型Fig.1 MBD model of the equipment

1.3 基于三維數(shù)模的艦船軍檢技術(shù)內(nèi)涵

為順應(yīng)艦船數(shù)字化設(shè)計(jì)和建造技術(shù)發(fā)展趨勢，迫切需要對基于三維數(shù)模的艦船軍檢技術(shù)進(jìn)行深入研究?；谌S數(shù)據(jù)的艦船軍檢技術(shù)包括：基于三維數(shù)模的軍檢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、檢驗(yàn)與分析工具、共享基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、軍檢協(xié)同工作平臺(tái)，涵蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、建造以及服役期保障等階段，它充分利用艦船三維MBD模型直觀、信息全面、可交互（圖形旋轉(zhuǎn)、縮放、測量、剖切、標(biāo)注等）特點(diǎn)，通過將產(chǎn)品信息和軍檢各類要素信息的集成，實(shí)現(xiàn)軍檢任務(wù)、軍檢知識(shí)（經(jīng)驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、歷史數(shù)據(jù)等）、流程和產(chǎn)品信息、軍檢結(jié)果之間的高度關(guān)聯(lián)，極大提升軍檢效率，進(jìn)而提升產(chǎn)品檢查檢驗(yàn)效率和質(zhì)量。

2 基于三維數(shù)模的艦船軍檢技術(shù)

2.1 基于三維集成信息的全過程審查

新模式下，審查對象從二維圖文檔向三維數(shù)字模型轉(zhuǎn)變，審查方式從單點(diǎn)模式向全過程一體化模式轉(zhuǎn)變。

通過統(tǒng)一的三維數(shù)字模型（如MBD模型）以及三維為基礎(chǔ)的產(chǎn)品零部件結(jié)構(gòu)樹，可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、工藝、檢驗(yàn)在數(shù)據(jù)表達(dá)方式上的統(tǒng)一，保證軍檢中對數(shù)據(jù)一致性、完整性、有效性、關(guān)聯(lián)連貫性的要求。還可以對研制方三維MBD模型數(shù)據(jù)定義、審圖意見反饋及追蹤、三維模型更改管理機(jī)制等方面提出新的要求，并形成支持軍檢的艦船數(shù)字化定義標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和工作流程。具體模式場景包括：

1）基于三維模型的工程審查?？傮w所基于MBD進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)以及相應(yīng)的仿真和計(jì)算分析，并按照軍檢要求提交三維數(shù)模，軍事代表基于三維數(shù)模進(jìn)行審核，三維送審數(shù)模包括了模型的幾何、屬性信息和接口以及相應(yīng)的產(chǎn)品制造信息PMI，軍事代表基于三維數(shù)模中的信息集合進(jìn)行評審意見反饋，評審意見可記錄在三維模型數(shù)據(jù)集中?？傮w所與船廠進(jìn)行基于MBD的協(xié)同設(shè)計(jì)，船廠在協(xié)同設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上進(jìn)行三維工藝設(shè)計(jì)和三維工藝仿真，并基于關(guān)聯(lián)模式進(jìn)行工藝模型和工裝模型設(shè)計(jì)，工藝及工裝模型與產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，一旦更改可以進(jìn)行級聯(lián)更改，以保持技術(shù)狀態(tài)的一致性。軍事代表在對下游工藝、工裝等數(shù)據(jù)進(jìn)行審核時(shí)，可以減少與前端設(shè)計(jì)的符合性比照工作，大大提高審查效率。

2）基于三維模型的檢驗(yàn)設(shè)計(jì)及制造檢驗(yàn)。三維MBD模型發(fā)放給船廠后，軍事代表基于三維檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?、檢驗(yàn)規(guī)程可以方便地進(jìn)行實(shí)物檢驗(yàn)和制造檢驗(yàn)工作，并可實(shí)時(shí)查看三維設(shè)計(jì)模型和工藝過程模型。設(shè)計(jì)模型更改后，可以傳遞至關(guān)聯(lián)的檢驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行更改，方便軍事代表進(jìn)行更改后的符合性審查。

通過軟件內(nèi)置的模型瀏覽工具，即可在施工現(xiàn)場查看、縮放、旋轉(zhuǎn)、定位模型的各種視圖，依據(jù)模型的三維標(biāo)注和技術(shù)注釋了解軍檢要素，經(jīng)過深度定制后，還可將軍檢條目形成表單形式，直接在現(xiàn)場勾選和填報(bào)；通過拍照或電子測量系統(tǒng)還能準(zhǔn)確的進(jìn)行三維MBD模型和實(shí)物尺寸比對。由于電子圖紙生成已完全脫離人工手繪，所有標(biāo)注與模型尺度保持關(guān)聯(lián)，能夠最大限度地保持與設(shè)計(jì)制造模型的一致性，可大幅提升軍檢效率。

2.2 基于成熟度的過程送審

艦船數(shù)字化研制流程的轉(zhuǎn)變需要軍檢模式進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。傳統(tǒng)的基于圖文檔的審查模式只能對結(jié)果進(jìn)行集中審查，審核工作量聚集，風(fēng)險(xiǎn)不容易及時(shí)預(yù)判，采用基于三維MBD研制模式后，可以做到實(shí)時(shí)在線審查，軍檢目標(biāo)及規(guī)則更加明確，可以將集中審查轉(zhuǎn)變?yōu)樵谘兄七^程中依據(jù)成熟度分步審查，推動(dòng)研制管理體系優(yōu)化，提升艦船質(zhì)量，化解研制風(fēng)險(xiǎn)，降低研制成本。具體包括：

1）審圖依據(jù)及審查要點(diǎn)的明確化。對軍檢的所有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行管理，并對具體型號(hào)的審圖依據(jù)及審查要點(diǎn)進(jìn)行管理，基于審圖依據(jù)及審查要點(diǎn)，在設(shè)計(jì)保證體系及MBD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中主動(dòng)進(jìn)行符合性表達(dá)，方便軍事代表的工程審查。

2）基于成熟度的過程重點(diǎn)送審。通過定義不同的技術(shù)成熟度，支持基于技術(shù)成熟度的過程送審，明確不同成熟度對應(yīng)的可評審內(nèi)容點(diǎn)，如外形、接口、材料、重量重心等達(dá)到要求即可以實(shí)現(xiàn)過程送審，避免集中送審帶來的工作任務(wù)聚集、風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)等問題。

3）技術(shù)協(xié)調(diào)及關(guān)鍵更改的提前介入。三維模型設(shè)計(jì)過程中，軍事代表可提前介入總體布置干涉檢查、關(guān)鍵技術(shù)問題協(xié)調(diào)、關(guān)鍵更改影響分析等過程，使得軍事代表與研制方能夠基于統(tǒng)一的數(shù)字化環(huán)境進(jìn)行緊密協(xié)同和數(shù)據(jù)共享，及時(shí)對作戰(zhàn)性能要求、系統(tǒng)/分系統(tǒng)供應(yīng)商接口等的變化影響及時(shí)預(yù)判、及時(shí)處理。

2.3 基于知識(shí)和規(guī)范化輔助工具的檢查

手工經(jīng)驗(yàn)式軍檢模式向規(guī)范化工具輔助式軍檢模式進(jìn)行轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)的軍檢模式多為手工、經(jīng)驗(yàn)式，效率較低，因此有必要借助先進(jìn)的數(shù)字化工具輔助船檢，如軍檢知識(shí)庫，通過引入和開發(fā)基于知識(shí)的數(shù)字化審圖及分析工具，將審圖及分析的規(guī)范化過程固化，將知識(shí)嵌入到審查流程中，提高審圖效率和審圖結(jié)論的一致性。

此外，由于新研艦船需要借用母型船的大量設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，對于歷史船型數(shù)據(jù)的送審結(jié)論，可以考慮其審定結(jié)論的復(fù)用性，以提高軍事代表審圖效率。

3 基于三維數(shù)模的軍檢數(shù)字化支撐能力

參照美國、法國等先進(jìn)的數(shù)字化船檢現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢，結(jié)合艦船軍檢新模式的特點(diǎn)，為有效支撐基于MBD的艦船軍檢新模式，需要從標(biāo)準(zhǔn)、工具、平臺(tái)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫等層面構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)字化支撐能力。

1）構(gòu)建基于MBD的軍檢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。包括2個(gè)層面：一是軍方與研制方共同形成的、互相認(rèn)可的軍檢標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)，通過構(gòu)建統(tǒng)一的軍檢標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布及共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)軍檢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的統(tǒng)一管理和維護(hù)；二是在研制方的數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，明確三維模型設(shè)計(jì)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的引用及符合性關(guān)系，即要在艦船MBD標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中明確軍檢信息的表達(dá)內(nèi)容及表達(dá)方式。

2）構(gòu)建面向全生命周期的軍事代表多級協(xié)同平臺(tái)。以全過程質(zhì)量數(shù)據(jù)鏈路為主線，構(gòu)建統(tǒng)一的軍事代表多級協(xié)同環(huán)境，實(shí)現(xiàn)與研制方的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理平臺(tái)對接，以三維數(shù)據(jù)作為單一數(shù)據(jù)源，支持工程研制、工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)建造、試驗(yàn)等過程中的送審計(jì)劃及模型審查協(xié)同、評審意見記錄及實(shí)時(shí)反饋、風(fēng)險(xiǎn)及問題管理等，并完整記錄軍事代表審查及檢驗(yàn)的全過程數(shù)據(jù)。

3）構(gòu)建軍檢計(jì)算及分析工具。引入及開發(fā)支持軍事代表審查的專業(yè)性工程計(jì)算及分析工具，在艦船研制過程中也使用這些工具集，軍事代表可以對工具的規(guī)則符合性進(jìn)行審查。在實(shí)際數(shù)據(jù)審查時(shí)，只要是經(jīng)過認(rèn)可的工具和規(guī)范的流程計(jì)算和分析得到的結(jié)果，軍事代表可以對設(shè)計(jì)結(jié)果直接認(rèn)可，也支持進(jìn)行符合性抽檢，以提高軍事代表審圖效率。

4）構(gòu)建軍檢基礎(chǔ)數(shù)據(jù)共享庫。構(gòu)建研制方與軍檢方的統(tǒng)一基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)軍檢和研制雙方基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)一；構(gòu)建軍檢審查方法及審查要點(diǎn)知識(shí)庫，為軍檢提供智能化輔助支持手段。

4 基于三維數(shù)模的軍檢新模式推進(jìn)思路

為有效推進(jìn)基于數(shù)字模型的艦船軍檢新模式落地，給出工作推進(jìn)步驟及思路。

1）統(tǒng)一軍檢新模式的認(rèn)識(shí)，形成團(tuán)隊(duì)、工作計(jì)劃及分工

軍方、總體所、總裝廠、各系統(tǒng)/分系統(tǒng)單位等軍檢相關(guān)干系人，需要統(tǒng)一對軍檢新模式的認(rèn)識(shí)，明確新模式轉(zhuǎn)變中本單位的職責(zé)以及對本單位工作模式的轉(zhuǎn)變重點(diǎn)。建立推行計(jì)劃、工作團(tuán)隊(duì)、職責(zé)及分工。

2）艦船檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系梳理及歸口管理平臺(tái)建設(shè)

對軍船目前的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系進(jìn)行梳理，構(gòu)建軍檢標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系的歸口發(fā)布平臺(tái)，率先上線應(yīng)用，統(tǒng)一管理、統(tǒng)一維護(hù)，支持標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及細(xì)則的持續(xù)優(yōu)化和完善體系的建設(shè)。

3）軍檢數(shù)字化平臺(tái)、工具集、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的開發(fā)及推廣

面向軍檢未來模式，兼顧當(dāng)前多個(gè)型號(hào)的現(xiàn)狀，對數(shù)字化平臺(tái)、工具集開發(fā)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建等進(jìn)行規(guī)劃，結(jié)合實(shí)際成熟度水平，分期、分步進(jìn)行建設(shè)、試點(diǎn)、推廣示范。在實(shí)際建設(shè)中，可以首先實(shí)現(xiàn)軍檢基礎(chǔ)平臺(tái)的構(gòu)建，支持二維圖紙送審，并根據(jù)三維MBD在具體艦船型號(hào)中的應(yīng)用進(jìn)程將三維模型送審作為軍檢新模式試點(diǎn)。

5 結(jié) 語

本文對國內(nèi)基于圖文檔的艦船軍檢模式面臨的問題以及國外船舶檢驗(yàn)的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并就船舶行業(yè)MBD技術(shù)深入應(yīng)用背景下的軍檢業(yè)務(wù)面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了闡述，提出了具體的建議。在此基礎(chǔ)上，提出基于數(shù)字模型的軍檢支撐能力要求，以及推動(dòng)該模式落地的工作思路。

隨著MBD技術(shù)在船舶行業(yè)的廣泛應(yīng)用，基于數(shù)字模型的軍檢將是今后艦船軍檢技術(shù)發(fā)展的必然要求和主要趨勢，新模式的形成和落地對于提升我國艦船協(xié)同研制能力和研制質(zhì)量具有重大現(xiàn)實(shí)意義。