基于SPD 的雙體船分段生產(chǎn)設(shè)計(jì)協(xié)同

潘政中，阮芳菊，宋林蕓

（廣西中船北部灣船舶及海洋工程設(shè)計(jì)有限公司，南寧530029）

1 前言

SPD（Ship Product Design）是我國(guó)自主研發(fā)的船舶工業(yè)軟件。SPD 基于OpenGL 圖形庫(kù)，能滿足船體結(jié)構(gòu)、管系、電氣、鐵舾件、涂裝等專業(yè)三維全數(shù)字化設(shè)計(jì)的需求，為產(chǎn)品制造提供完整的設(shè)計(jì)圖表和數(shù)據(jù)。

常規(guī)雙體船，是由兩個(gè)平行且對(duì)稱布置的片體以及在水線以上的連接橋組成。其典型橫剖面結(jié)構(gòu)，一般由連接橋結(jié)構(gòu)、片體內(nèi)舷結(jié)構(gòu)、片體底部結(jié)構(gòu)、片體外舷結(jié)構(gòu)以及甲板結(jié)構(gòu)等組成，與常規(guī)單體船典型橫剖面結(jié)構(gòu)差異較大。

基于SPD 的分段生產(chǎn)設(shè)計(jì)，是在SPD 系統(tǒng)中船體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行三維建模，通過(guò)二維出圖平臺(tái)和數(shù)據(jù)輸出模塊，為產(chǎn)品制造提供完整的設(shè)計(jì)圖表和數(shù)據(jù)，目前廣泛應(yīng)用的是SPD 4.6 和SPD 5.0 版本。近年來(lái)國(guó)內(nèi)在結(jié)構(gòu)建模方面的研究取得了一些成果。

但以主要側(cè)重于利用SPD 軟件完成常規(guī)單體船分段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且側(cè)重于設(shè)計(jì)人員獨(dú)立完成一個(gè)分段生產(chǎn)設(shè)計(jì)圖紙的設(shè)計(jì)流程。

雙體船分段結(jié)構(gòu)不同于常規(guī)單體船，存在外板曲線多值、零件數(shù)量多、設(shè)計(jì)周期短等特點(diǎn)，本文從縮短分段生產(chǎn)設(shè)計(jì)周期出發(fā)，基于SPD 軟件，提出了一種多人同時(shí)協(xié)同進(jìn)行分段生產(chǎn)設(shè)計(jì)的工作流程。

2 基于SPD 的雙體船分段生產(chǎn)設(shè)計(jì)協(xié)同

2.1 工作任務(wù)分解

在項(xiàng)目管理中，工作任務(wù)分解定義為工作分解結(jié)構(gòu) （WBS），它是項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)、創(chuàng)建交付成果而實(shí)施的全部工作范圍的層級(jí)分解（見(jiàn)圖1）。工作分解結(jié)構(gòu)，歸納和定義了項(xiàng)目的整個(gè)工作范圍，從項(xiàng)目目標(biāo)開(kāi)始分解，逐層下降，每下降一層,代表對(duì)項(xiàng)目工作更詳細(xì)的定義，將項(xiàng)目涉及的全部工作任務(wù)組成一個(gè)層次化的樹(shù)形結(jié)構(gòu)。

圖1 分解技術(shù)圖示

工作分解結(jié)構(gòu)的目的，是把工作分解成較小、易于管理、可執(zhí)行的小任務(wù)。通過(guò)工作任務(wù)分解，可以把需要一個(gè)人串行處理的工作，轉(zhuǎn)變成多人協(xié)同并行處理的多個(gè)小任務(wù)，其好處是能夠縮短分段建模及出圖的周期，且分段完成的進(jìn)度條明確，每完成一個(gè)任務(wù)就是一個(gè)小里程碑，每完成一個(gè)層級(jí)結(jié)構(gòu)就是一個(gè)大里程碑。

但是，把串行處理的工作轉(zhuǎn)變成并行處理的多個(gè)任務(wù)帶來(lái)的缺陷，就是整體的協(xié)調(diào)性有所欠缺。在實(shí)際工作流程中，主要通過(guò)兩方面的措施來(lái)最大限度地降低整體協(xié)調(diào)性欠缺對(duì)施工圖紙的協(xié)調(diào)性影響：一方面是基于SPD 系統(tǒng)的支撐，特別是分段、分段數(shù)據(jù)、圖冊(cè)、當(dāng)前模型四者之間的聯(lián)系；另一方面也依賴于建模過(guò)程中的流程控制、協(xié)同人員之間的信息流對(duì)等和順暢溝通。

2.2 基于SPD 系統(tǒng)的支撐

在使用相同的超級(jí)用戶權(quán)限登錄SPD 系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)中分段、分段數(shù)據(jù)、圖冊(cè)、圖冊(cè)模型四者之間的聯(lián)系，如圖2 所示：（1）每一個(gè)圖冊(cè)對(duì)應(yīng)一個(gè)當(dāng)前圖冊(cè)模型。如果強(qiáng)制另一個(gè)圖冊(cè)對(duì)應(yīng)當(dāng)前模型，則原圖冊(cè)模型就自動(dòng)失效；（2）在圖冊(cè)中作操作改動(dòng)，則當(dāng)前圖冊(cè)模型就隨之變動(dòng)；（3）保存圖冊(cè)至分段數(shù)據(jù)文件(***.HULL)，并以所定義的分段名進(jìn)行保存；在其他圖冊(cè)及，可以通過(guò)“刷新船體模型”命令對(duì)話框，從分段數(shù)據(jù)文件(***.HULL)刷新分段實(shí)體模型到圖冊(cè)中。這樣，就保證了分段數(shù)據(jù)的統(tǒng)一，即使在不同的圖冊(cè)也可以達(dá)成對(duì)同一分段數(shù)據(jù)的統(tǒng)一。

圖2 SPD 系統(tǒng)各平臺(tái)要素之間聯(lián)系

2.3 肋骨框快速建模方法

肋骨建模，在進(jìn)行內(nèi)舷肋骨與甲板橫梁轉(zhuǎn)圓過(guò)渡邊界定義時(shí)，用外板曲面偏移所得曲線和甲板偏移曲線不能得到目標(biāo)轉(zhuǎn)圓定義；常規(guī)的建模方法是使用ACAD 曲線定義邊界，如此又產(chǎn)生了一項(xiàng)重復(fù)性的工作——每個(gè)肋骨框的類似邊界都需要分別重新定義；由于平面曲線依附于肋骨框定位面上，肋骨框定位面發(fā)生改變外板曲面的型線隨之變化，但是ACAD 曲線是以船體絕對(duì)坐標(biāo)系型值點(diǎn)進(jìn)行定義，不會(huì)隨著肋骨框定位面的改變發(fā)生改變。

外板曲面是由SPD 型線光順模塊光順曲線后生成的曲面，這些光順曲線是由許多型值點(diǎn)擬合連接而成的；甲板曲面則是通過(guò)甲板定義命令，在肋骨框定位面中截取為圓弧線、直線或圓弧與直線的組合。假如外板曲面偏移所得曲線和甲板曲面偏移曲線不能得到目標(biāo)轉(zhuǎn)圓定義，這是因?yàn)镾PD 不能自主選擇外板曲面偏移所得曲線許多型值點(diǎn)中的某點(diǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)圓定義，而是引用端點(diǎn)作為轉(zhuǎn)圓定義造成的；如果把外板曲面偏移所得曲線的端點(diǎn)指定為許多型值點(diǎn)中的目標(biāo)點(diǎn)，就可以避免使用ACAD 曲線定義邊界，不必每個(gè)肋骨框的類似邊界都需要分別重新定義。

首先定義一根名為CB1 的曲線， 定義為SHELL,M1=X，并分別選取CB1 曲線中間某型值點(diǎn)為起始點(diǎn)和終止點(diǎn)；再定義另一根名為CB2 的曲線，進(jìn)行分段定義：第一根線段為CUR=CB1，第二根線段為DECK=1D,M1= -Y，R=R1。如果第一根線段與第二根線段不相交，則需要在兩根線段增加輔助線段，再用CB2 曲線去進(jìn)行肋骨框結(jié)構(gòu)邊界的定義，可以得到邊界目標(biāo)轉(zhuǎn)圓定義，且曲線CB1 和CB2 的定義可以使它們能隨著肋骨框定位面的改變發(fā)生改變。

綜上所述，肋骨框快速建模方法總結(jié)如下：借助已定義平面曲線的二次調(diào)用嵌套到新曲線定義中，再去定義肋骨框結(jié)構(gòu)的邊界。其中，曲線起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，可以借助拓?fù)潼c(diǎn)進(jìn)行變量定義，曲線的二次調(diào)用使用“平面曲線/樣條曲線”命令。

2.4 工作流程

（1）雙體船分段結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

某雙體船的H1 分段結(jié)構(gòu)1 是由外板、外板縱骨、片體中龍骨、甲板、甲板縱骨、肋骨框結(jié)構(gòu)及連接肘板組成（見(jiàn)圖3）。其縱向構(gòu)件基本是貫穿過(guò)結(jié)構(gòu)，肋骨框結(jié)構(gòu)之間相互不干涉，故僅需建立一檔肋骨框結(jié)構(gòu)作為母型模板，就可進(jìn)行其他肋骨框結(jié)構(gòu)的復(fù)制。

圖3 某雙體船H1 分段典型橫剖面

基于SPD 系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)件建模：片體中龍骨、肋骨框結(jié)構(gòu)及扶強(qiáng)材連接肘板，主要使用平面建模和肘板命令建模；外板、外板縱骨、甲板、甲板縱骨，使用曲面建模命令建模。曲面建?？缍却螅婕胺秶鷱V，對(duì)設(shè)計(jì)人員要求高。

（2）分段工作任務(wù)分解

分段的工作分解結(jié)構(gòu)WBS，如圖4 所示。

圖4 H1 分段的WBS

表1中，人員A為分段主負(fù)責(zé)人，其他為協(xié)同人員，這樣的匹配方式對(duì)分段主負(fù)責(zé)人的要求較高。其不僅需要完成本身工作，更需要對(duì)分段任務(wù)的分解和協(xié)同人員的勝任等。

表1 人員與可執(zhí)行任務(wù)的匹配

在工作流程順序設(shè)計(jì)上，體現(xiàn)了在建模過(guò)程中為彌補(bǔ)可能存在的整體協(xié)調(diào)性不足進(jìn)行的相關(guān)設(shè)置。如：人員A 負(fù)責(zé)涉及范圍廣的曲面建模和出圖任務(wù)；進(jìn)行分段建模結(jié)果和圖紙的校對(duì)；進(jìn)行整體協(xié)調(diào)性的把控；進(jìn)行典型肋骨框結(jié)構(gòu)母型模板的建模，在肋骨框結(jié)構(gòu)復(fù)制源頭上統(tǒng)一相關(guān)肋骨框結(jié)構(gòu)的相關(guān)節(jié)點(diǎn)；前半段肋骨框結(jié)構(gòu)及連接肘板建模和前半段肋骨框結(jié)構(gòu)及詳剖圖這兩個(gè)同區(qū)域任務(wù)，是同一個(gè)協(xié)同人員負(fù)責(zé)等。

3 小結(jié)

（1）基于SPD 的雙體船分段生產(chǎn)設(shè)計(jì)協(xié)同是可行的，且能有效縮短分段生產(chǎn)設(shè)計(jì)周期；

（2）相較于使用ACAD曲線進(jìn)行肋骨框邊界定義，使用快速建模方法建立肋骨框結(jié)構(gòu)木星模板，方便進(jìn)行肋骨框的復(fù)制建模，有效減少不必要的重復(fù)性工作，節(jié)省大量的建模時(shí)間；

（3）基于SPD 進(jìn)行多人同時(shí)協(xié)同一個(gè)分段生產(chǎn)設(shè)計(jì)的理論依據(jù)充分，并總結(jié)出工作流程，具備在分段生產(chǎn)設(shè)計(jì)擴(kuò)大推廣并進(jìn)一步改進(jìn)的基礎(chǔ)，有利于培養(yǎng)新設(shè)計(jì)人員和團(tuán)隊(duì)骨干人員。