SPD系統(tǒng)在船舶管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

王軍偉

（黃海造船有限公司，山東 威海 264309）

0 引言

管系生產(chǎn)制造是船舶制造中涉及范圍最大、工作量最大、作業(yè)方式最復(fù)雜、工期最久、成果最不確定的工程項(xiàng)目。根據(jù)資料可以分析出，管道的制造和裝配所需的工時(shí)分別占到舾裝總體工作量的40%～45%，而占到船舶造船工作量的8%～12%。但是，由于我國(guó)造船工業(yè)中一直有注重船身的制造而忽略了舾裝，導(dǎo)致船舶舾裝件的技術(shù)發(fā)展較慢，尤其是管系的生產(chǎn)制造。而隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，也進(jìn)一步促進(jìn)了我國(guó)船舶管系的生產(chǎn)設(shè)計(jì)水平，加大對(duì)船舶管系的重視力度。但是，我國(guó)當(dāng)前船舶管系的生產(chǎn)設(shè)計(jì)還屬于放樣階段，技術(shù)水平相對(duì)較低，一些造船廠仍然選用傳統(tǒng)施工圖紙的方式來(lái)設(shè)計(jì)管系，質(zhì)量水平較低，經(jīng)常需要返修處理，而且管道維修費(fèi)用較高等問(wèn)題。

20世紀(jì)中期，外國(guó)某公司生產(chǎn)出可以解決船舶船體、管子的三維立體建模，開發(fā)出相應(yīng)的系統(tǒng)。但是外國(guó)的系統(tǒng)軟件的通用語(yǔ)言是英文，如果應(yīng)用到我國(guó)船舶制造廠中，操作難度較大，上手速度較為緩慢，設(shè)計(jì)出的施工圖紙與我國(guó)實(shí)際情況不貼合等情況，進(jìn)而無(wú)法在我國(guó)造船廠中得到推廣與使用。因此，隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，我國(guó)加大對(duì)船舶管系生產(chǎn)制造的重視和投資力度，進(jìn)一步促進(jìn)了管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件的升級(jí)。其中，SPD系統(tǒng)正是一種具有完整性能的產(chǎn)品，可以根據(jù)我國(guó)造船廠的實(shí)際情況來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶管系的生產(chǎn)設(shè)計(jì)。因此，可以在船舶管系的生產(chǎn)設(shè)計(jì)中應(yīng)用該系統(tǒng)軟件。

1 SPD系統(tǒng)的簡(jiǎn)要概述

SPD是船舶的設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)中包括許多附屬設(shè)備系統(tǒng)，如管系設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、涂裝設(shè)計(jì)等。與傳統(tǒng)的船型設(shè)計(jì)方法相比較，SPD系統(tǒng)應(yīng)用在船舶管系設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以將設(shè)計(jì)后的圖紙效果，以三維立體的方式呈現(xiàn)出來(lái)，能夠使得設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確觀看到施工圖紙背后的模型，并根據(jù)對(duì)模型的分析來(lái)及時(shí)調(diào)整參數(shù)數(shù)據(jù)的大小，從而來(lái)適應(yīng)現(xiàn)代造船工業(yè)發(fā)展中的各項(xiàng)要求，從而提高船舶設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的水平[1]。

在船舶管系的設(shè)計(jì)制造中，應(yīng)用SPD系統(tǒng)時(shí)，既要把船舶設(shè)計(jì)、制造與管理過(guò)程進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，又要強(qiáng)化三者之間的連接，才能形成一條完整的產(chǎn)業(yè)鏈條，也就是從船舶設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)調(diào)整、生產(chǎn)以及后續(xù)的應(yīng)用過(guò)程，從而提高船舶的質(zhì)量水平，提高船舶的綜合使用效果。

2 SPD系統(tǒng)的功能及特點(diǎn)

SPD系統(tǒng)是一種以O(shè)penGL為基礎(chǔ)構(gòu)建的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的三維CAD繪圖平臺(tái)。其中，SPD系統(tǒng)完全具備傳統(tǒng)CAD/CAM技術(shù)的特點(diǎn)，并且能夠與外國(guó)造船設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行抗衡。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，SPD系統(tǒng)能夠進(jìn)一步滿足船舶在整體設(shè)計(jì)制造中對(duì)三維立體的實(shí)際需求，見表1。

表1 使用SPD系統(tǒng)與使用傳統(tǒng)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中的具體對(duì)比分析表

SPD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，主要反映了現(xiàn)代船型模式設(shè)計(jì)的基本理念，滿足了“殼、涂一體化”、“設(shè)計(jì)、制造、管理一體化”的現(xiàn)代化船型制造的基本技術(shù)要求和標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)SPD系統(tǒng)所產(chǎn)生的產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息可以有效地解決船舶以中間件為主導(dǎo)的船舶生產(chǎn)、推動(dòng)地區(qū)制造模塊等技術(shù)需求。同時(shí)，SPD系統(tǒng)通過(guò)與其它軟件系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)接口，可與Tribon，CATIA，CADDS5等系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，將它們的模型數(shù)據(jù)資料輸入到計(jì)算機(jī)中，再生成相應(yīng)的三維產(chǎn)品模型，從而達(dá)到對(duì)不同結(jié)構(gòu)CAD進(jìn)行數(shù)據(jù)和信息整合的目的，最終能夠?yàn)楹笃诖肮芟档脑O(shè)計(jì)奠定堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 SPD系統(tǒng)在管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 實(shí)體交互建模功能的應(yīng)用

SPD系統(tǒng)具有3D交互式模型化的功能特點(diǎn)，因而就可以將各種復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備與相關(guān)船舶管系管的非標(biāo)準(zhǔn)零件，進(jìn)一步改進(jìn)成結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單的多個(gè)實(shí)體組成的零件。之后通過(guò)對(duì)基礎(chǔ)實(shí)體進(jìn)行交互設(shè)計(jì)來(lái)進(jìn)一步建立起相應(yīng)的實(shí)體模型，從而把這些實(shí)體模型按照不同的類型分別保存在一個(gè)實(shí)體模型數(shù)據(jù)庫(kù)中。更關(guān)鍵的是模型是屬于三維立體結(jié)構(gòu)。所構(gòu)建出的主機(jī)實(shí)體模型中的尺寸信息、管子的結(jié)構(gòu)位置能夠與實(shí)體結(jié)構(gòu)中的具體位置和尺寸相同。

3.2 管系標(biāo)準(zhǔn)部件處理功能的應(yīng)用

SPD系統(tǒng)是一套規(guī)范的管系的數(shù)據(jù)資料庫(kù)。通常是采用標(biāo)準(zhǔn)零件來(lái)及時(shí)輸入指令，把零件的精確數(shù)據(jù)資料錄入到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)資料庫(kù)中，再由執(zhí)行元件本體來(lái)形成相應(yīng)的功能，并及時(shí)轉(zhuǎn)變成零部件的三維實(shí)體模型，并保存于實(shí)體數(shù)據(jù)資料庫(kù)中。在船舶管系的設(shè)計(jì)之前，管理人員需要及時(shí)派遣一名設(shè)計(jì)人員來(lái)負(fù)責(zé)一般零件中數(shù)據(jù)信息的規(guī)范錄入工作。如此一來(lái)，其他設(shè)計(jì)者就可以在電腦上進(jìn)行管道安裝與布置工作，從實(shí)體數(shù)據(jù)資料庫(kù)中尋找出相應(yīng)部件的數(shù)據(jù)信息，無(wú)需反復(fù)參考有關(guān)零件的數(shù)據(jù)信息，降低了輔助的工作量，加快了工作進(jìn)度，提高了工作效率，并將人為因素導(dǎo)致的低水平的設(shè)計(jì)誤差降到最低。

3.3 船體背景模型和管系原理圖處理功能的應(yīng)用

SPD系統(tǒng)為構(gòu)建船舶三維結(jié)構(gòu)的背景模型提供了2種方法。第一種方法是在TRIBON系統(tǒng)完成了船舶主要船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行3D建模工作之后，可以利用SPD系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)TRIBON系統(tǒng)中的船舶主體三維結(jié)構(gòu)中數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集，并將其轉(zhuǎn)化為自身系統(tǒng)中的3D背景模型。第二種方法是利用SPD系統(tǒng)對(duì)船舶的主要結(jié)構(gòu)外形和外板型線進(jìn)行定制，從而產(chǎn)生了一個(gè)三維船舶結(jié)構(gòu)的背景建模。在實(shí)際的船舶工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常利用前一種方式獲得了船舶中大量貨艙區(qū)和大多數(shù)艙室空間的三維船體結(jié)構(gòu)背景模型，但是對(duì)于船舶中煙囪和生活區(qū)的構(gòu)建時(shí)，往往是選用第二種方法。這樣可以較好地解決船體TRIBON建模資源共享最大化和各專業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)度同步化之間的矛盾。

SPD系統(tǒng)具有管道結(jié)構(gòu)原理示意圖的加工處理的能力。因而，在實(shí)際使用時(shí)，往往是將各類設(shè)備、管路、部件的代號(hào)定義與管系原理示意圖中的代號(hào)相對(duì)應(yīng)，從而降低了管系在設(shè)計(jì)制造過(guò)程中出現(xiàn)的反復(fù)放樣、疏忽遺漏的現(xiàn)象。而且還能快速準(zhǔn)確在管系裝配圖紙中自動(dòng)標(biāo)記出部件的代號(hào)，并將管子在制造過(guò)程的相關(guān)資料及時(shí)輸出。在管路代碼的界定中，主要包括管路驗(yàn)收等級(jí)、管路試驗(yàn)壓力、管路表面處理、管路連接件規(guī)范格式等方面的設(shè)計(jì)和制造資料信息。經(jīng)確定后的資料信息會(huì)在管路零部件圖中得到充分體現(xiàn)，從而極大地降低船舶管系在設(shè)計(jì)工程的勞動(dòng)強(qiáng)度，便于實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶管系的生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)[2]。

3.4 管子布置功能的應(yīng)用

SPD系統(tǒng)具有很好的管子排列和布置的能力，也就是指在實(shí)際安裝過(guò)程中，只需要將相應(yīng)的管系參數(shù)數(shù)據(jù)輸入到SPD系統(tǒng)，就可以形成相應(yīng)的管系布置圖。而在實(shí)際使用時(shí)，往往是將對(duì)上述設(shè)備和相關(guān)部件的三維實(shí)體建模以及船體背景三維實(shí)體建模、管系原理圖界定等工作基本工作后，相關(guān)工作人員就可以按照管路原理設(shè)計(jì)的基本要求，對(duì)船體背景模型進(jìn)行繪制、復(fù)制、鏡像、移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、延長(zhǎng)、縮短等一系列的操作，完全對(duì)船舶中各個(gè)管子的布置和調(diào)整工作。在安裝管子時(shí)，工作人員只要記住定義后管路的代號(hào)即可，根本不用擔(dān)心管路的技術(shù)是否滿足相應(yīng)的要求，而是將所有的注意力都放在管道布置是否合理上，既簡(jiǎn)單，也有效。

3.5 部件布置功能的應(yīng)用

SPD系統(tǒng)具有2種插入部件的功能，分別是索引選擇和標(biāo)準(zhǔn)插入。當(dāng)管道安裝完畢后，工作人員可以將部件插到管道中。在部件的壓力和管道的壓力處于相同的水平時(shí)，工作人員只需要使用標(biāo)準(zhǔn)的插入指令，就會(huì)使得SPD系統(tǒng)來(lái)及時(shí)準(zhǔn)確找出滿足需求的部件，并快速而精確地進(jìn)行挑選[3]。一般在管道上插入法蘭的時(shí)候都會(huì)選用這個(gè)指令。如果零件的法蘭壓力和管道的對(duì)應(yīng)壓力不等時(shí)，則采用索引選型指令來(lái)進(jìn)行處理。

3.6 復(fù)板布置功能的應(yīng)用

SPD系統(tǒng)具有特殊的多片排列功能特點(diǎn)。借助貫穿船體結(jié)構(gòu)的管子，從而來(lái)可以任意確定船舶主體結(jié)構(gòu)中的開孔尺寸、復(fù)板或護(hù)環(huán)的尺寸和材料，并能實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)板的生產(chǎn)制造，并制作出相應(yīng)的圖紙。這種方法可以極大地改善結(jié)構(gòu)的孔洞定位和大小精度，為后期在板材下料過(guò)程中的管子開孔提供了良好的工藝環(huán)境。

3.7 消隱、干涉檢查及模型查詢功能的應(yīng)用

SPD系統(tǒng)具有消隱、干涉檢查和模型的檢索等多種功能特點(diǎn)。因而，相關(guān)工作人員可以利用消隱的特性，及時(shí)將一些或者全部的設(shè)備、管道、部件、船體結(jié)構(gòu)等在三維立體圖形中臨時(shí)隱蔽起來(lái)，從而方便對(duì)管道選擇結(jié)果進(jìn)行合理的檢驗(yàn)，還可以利用干涉檢查的方法，檢查船舶主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管道和部件之間的空隙，并依據(jù)產(chǎn)生的干擾數(shù)據(jù)表，對(duì)管道的布置排列情況做出相應(yīng)的修正和調(diào)整，還可以利用建模查詢的功能，來(lái)檢驗(yàn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的匹配是否正確，并依據(jù)產(chǎn)生的不合理連接表格，對(duì)管道進(jìn)行修正。此外，在3D模式下，也能見到一些不恰當(dāng)?shù)募t色連接點(diǎn)。在經(jīng)過(guò)反復(fù)多次地消隱、干涉檢查和建模分后析，可以很容易找到管道的最佳路線，避免產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，避免管路連接點(diǎn)的不合理，從而大大地改善管系設(shè)計(jì)的精度[4]。

3.8 管子生產(chǎn)信息處理功能的應(yīng)用

SPD系統(tǒng)為管材加工過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)信息的處理提供了方便。近年來(lái)，我國(guó)造船業(yè)紛紛效仿日本造船業(yè)，大力推進(jìn)船舶改型、提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平。在船舶管系設(shè)計(jì)生產(chǎn)中，托盤管理是生產(chǎn)設(shè)計(jì)管系中的最為重要的環(huán)節(jié)。利用管子生產(chǎn)信息的處理能力，使得工作人員可以按照管子制造和裝配的技術(shù)需求，對(duì)管段分段進(jìn)行分段加工，生成管子的產(chǎn)品圖紙，并進(jìn)行管子加工過(guò)程的檢驗(yàn)，還能將管子托盤進(jìn)行分割托盤處理，并能將托盤中及時(shí)反映出相應(yīng)的制造和安裝的時(shí)間等，便于管道制造進(jìn)度的資料信息的收集。與此同時(shí)，還能按不同的托盤，自動(dòng)產(chǎn)生管部件品的產(chǎn)品圖集和各類物料消耗量的對(duì)應(yīng)表格，以適應(yīng)管子制造和裝配過(guò)程中物料的收集、發(fā)放、使用等過(guò)程中的各項(xiàng)管理要求，為企業(yè)對(duì)船舶管子的生產(chǎn)組織管理，物資分配創(chuàng)造極其有利的條件，大大提高物流周轉(zhuǎn)速度。

3.9 三維實(shí)體虛擬漫游功能的應(yīng)用

SPD系統(tǒng)具有三維立體虛擬漫游的功能特點(diǎn)。因而在進(jìn)行管子的設(shè)計(jì)時(shí)，工作人員可以任意選擇一個(gè)區(qū)域的管子的三維實(shí)體模型進(jìn)行虛擬漫游，而在這個(gè)區(qū)域中的結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管道、管系部件等都將呈現(xiàn)出一個(gè)立體的狀態(tài)。通過(guò)漫游和旋轉(zhuǎn)，使得工作人員可以觀察到管子的走向、零部件的安裝位置、零件的相對(duì)位置和管道的尺寸大小，促使設(shè)計(jì)出的模型能夠與實(shí)際結(jié)構(gòu)完全相同。通過(guò)這種方法，可以很方便地找出設(shè)計(jì)中的不足之處，及時(shí)進(jìn)行修正，極大地提高了船舶管系生產(chǎn)制造設(shè)計(jì)中的精確度。

4 注意事項(xiàng)

在應(yīng)用SPD系統(tǒng)進(jìn)行船舶管系產(chǎn)品的開發(fā)和制造時(shí)，需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的維護(hù)。首先是對(duì)管系數(shù)據(jù)信息庫(kù)中的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)更新，并將已設(shè)計(jì)好的管系標(biāo)準(zhǔn)件的實(shí)體存入系統(tǒng)中，以便為后續(xù)的產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，從而達(dá)到更好的生產(chǎn)效果。其次，做好數(shù)據(jù)資料備份和系統(tǒng)維修。之所以做好系統(tǒng)的備份工作，主要是保證當(dāng)SPD系統(tǒng)在使用過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以進(jìn)行有效存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息，以免對(duì)船舶管系的設(shè)計(jì)和制造造成不利的影響，降低生產(chǎn)效率。同時(shí)也要做好系統(tǒng)的日常保養(yǎng)與維護(hù)，確保其運(yùn)行狀態(tài)的良好[5]。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)使用SPD系統(tǒng)，可以大大降低船舶管系制造設(shè)計(jì)中的投資力度，從而大大縮短了管系制造的時(shí)間并提高了管系的質(zhì)量水平。就當(dāng)前來(lái)說(shuō)，SPD系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)是一種發(fā)展較為成熟、具有很強(qiáng)發(fā)展?jié)撃艿膰?guó)產(chǎn)船舶管系的生產(chǎn)設(shè)計(jì)軟件。本文重點(diǎn)探究了SPD系統(tǒng)在船舶管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用效果，從而能夠?yàn)楹笃谕茝V和使用該系統(tǒng)奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，并與SPD系統(tǒng)的用戶進(jìn)行交流，以促進(jìn)SPD系統(tǒng)在管系生產(chǎn)設(shè)計(jì)中的深入運(yùn)用。