基于CADDS5系統的船舶快速設計

張怡典，奚 泉

（九江職業技術學院，九江 332007）

基于CADDS5系統的船舶快速設計

張怡典，奚 泉

（九江職業技術學院，九江 332007）

0 引言

隨著信息技術的廣泛應用，船舶行業已發生根本性的改變，在保持原有的勞動密集、資金密集特點下，已經成為一個技術密集、信息密集的新型產業。傳統的船舶制造對板件、管件等采用人工放樣放出線型、展開，再用樣板進行劃線；裝配時將放好余量的零件按工序逐步修割后再裝配焊接，這樣的加工既費工又廢料，精度還不高。現代造船模式的設計方式與傳統造船模式不同，其設計基本原則應在解決“造怎樣的船”的同時，還解決“怎樣造船”，應用成組技術的制造原理和相似性原理，以及系統工程的統籌優化理論，對“怎樣造船”通過設計，進行合理規劃，以適應建立現代造船模式所形成的獨特的生產作業體系進行組織生產的要求[1]。隨著船舶市場愈來愈激烈的國際競爭，產品的設計周期越來越短，設計深度越來越深。為了更好、更快地保證船舶產品質量，滿足設計管理與生產管理對產品信息的需求，快速設計技術與方法應運而生，逐漸應用于船舶制造業。

1 CADDS5系統

90年代中后期，國際先進的造船軟件如CADDS5系統開始引進應用，它是一種CAD/CAM軟件，集成了很多技術先進的模塊，可以加快設計速度，提高用戶的生產效率。可用于產品的方案設計、技術設計、施工設計和工藝設計。CAD/CAM技術的深入應用為推進集成制造技術提供了信息源頭，使得產品設計技術準備周期在設計深度不斷加大的情況下不斷縮短，大大縮短了船舶產品的整個建造周期，CIMS的應用使產品制造和管理信息集成，從而能夠實現制造信息高度共享和企業制造資源優化，全面提高企業運行效率。CADDS5造船CAD/CAM系統的應用可以說是設計改革的第一步，而使這個系統真正高效率為中國的造船業所用也就是實現基于CADDS5的快速設計則是深化設計改革的第二步。國內外一些船廠已經成功地在造船CAD /CAM系統基礎上完成了船廠的日程計劃、成本控制、生產設計、生產管理系統方面的應用。

2 快速設計

2.1 快速設計的特點

快速設計（Rapid Design; RD）也稱快速響應設計（Rapid Response Design; RRD）、敏捷設計(Agile Design)。快速設計技術是當前市場在對產品多樣化、瞬變性等需求的形勢下提出并發展起來的。

產品快速設計是一種新的哲理，與計算機集成制造（CIM），精良工程（LP），并行工程（CE）和敏捷制造（AM）相比，產品快速設計與制造的主要目的是縮短產品的設計周期，提高產品設計質量，以及提高企業對市場的快速響應能力。產品快速設計與制造將重點放在縮短產品的設計開發周期上，尤其是總體結構和工藝設計方案階段，以提高產品一次開發成功和快速響應市場的能力。產品設計開發階段是降低成本的重要環節。制造必須依據設計來進行，產品的設計決定了產品的工作原理、結構、尺寸、材料及性能要求等，這些因素都對產品的成本有很大影響。

2.2 快速設計的技術構成

快速設計技術涉及到產品快速設計與優化技術、CAD/CAPP/CAE/CAM集成建模、并行工程技術、產品數據管理技術 (PDM)、知識工程與專家系統、網絡技術、價值工程和生產工程技術。快速原型和虛擬制造技術把產品實體模型引入產品設計階段,使得設計師在設計過程中能通過感性認識不斷修正設計方案,避免由于設計失誤導致返工,進而達到快速設計的目的。現代設計理論是快速設計技術與方法發展的基礎,并行設計、系列化模塊化設計理論、基于知識尤其是基于實例的數字化設計技術與方法均已成為快速設計技術與方法的重要組成部分。

3 快速設計在船舶設計中的體現

3.1 模塊化設計

現代產品設計的復雜性使任何部門或人員獨立完成整個產品的設計越來越困難，只有將產品劃分為子系統，才能從根本上降低設計的復雜性，加快產品的發展。從原有的以產品為單位的設計模式，轉而采用模塊化的設計模式。

CADDS5軟件集成了很多技術先進的模塊，有參數化建模、非參數化建模、并行裝配模塊（CAMU)、船體高級建模（ASM）模塊。例如在進行船體結構和舾裝建模時,很多元件(肘板、補板)具有一定的相似性,完全可以利用船體高級建模（ASM）模塊進行參數化設計。在建立標準元件庫的基礎上,編制相應的設計規則,進行二次開發，使船舶元件(肘板、補板)庫的設計過程標準化和規范化，從而加快設計進程。以下的例子就是800噸油船設計時靴形切口截面庫的建立。

靴形切口截面庫的數據格式如下： 〈名稱〉 101〈質量〉〈深度〉〈邊偏移〉〈底部偏移〉〈寬度〉〈底半徑〉〈左半徑〉〈右半徑〉

3.2 數字化設計

隨著計算機技術和CAD技術的進一步發展，計算機輔助設計的過程不僅用于數據處理、結構強度分析、結構設計、動態仿真和系統優化，而且發展到動態三維圖形可視化和多媒體虛擬現實階段；不僅用于產品方案設計、技術設計及分析評價，還用于工藝過程仿真、全面質量管理、成本評估等，使研究開發和生產準備周期大幅度縮短，成本下降。例如，圖2是在CADDS5系統管系模塊中將800噸油船甲板上的管子設計好后，利用動態仿真、干涉檢查等功能對實體之間的干涉進行評估，判斷實體間的干涉情況，這樣就避免了二維繪圖時管路的重疊、彎曲、交叉等現象。

圖1 靴形切口數據輸入

圖2 管路檢查

3.3 并行設計

并行工程的核心內容，船舶的并行設計方法是基于計算機網絡來實現的，即各類專家通過計算機網絡、統一的產品數據模型進行船舶造型、可制造性、經濟性、可靠性、可裝配性等的分析，不同的意見通過網絡反饋，修改數據模型，使異地工作的專家同時在新的模型上繼續工作，直至完成所有設計任務[2]。

目前，CSSC總部建立了連接北京、上海、廣州、九江四地的中船企業網和集團公司視頻會議系統，建立了基于國際互聯網，面向國內外船舶行業的服務性網站——中國造船網，為建立數字化船舶企業提供了扎實的硬件基礎。

CADDS5系統中的并行裝配模塊（CAMU)能夠管理由多個部件（Part）或子裝配(Subassembly)組成的裝配(Assembly)，可以運行在參數化環境中，也可以運行在非參數化環境中，并且還可以在這兩個環境中切換。允許多個用戶同時工作在同一個裝配上。當用戶在一個部件中工作時，同時能夠檢查看裝配中其他部件的實例。這樣對船舶分段的設計、裝配帶來了很大的好處，設計人員可以對同一分段或不同分段同時設計，進行成果共享，以下就是由不同設計人員進行協作生產的800噸油船的不同分段結構。

4 結束語

在快速設計和造船生產方面，CADDS5系統提供了很好的一個研究平臺，使船舶的初步設計、詳細設計、轉換設計、生產設計等各個設計階段的殼、舾、涂等多個專業設計在同一數據庫中進行并行設計，建立產品信息模型，在計算機中先“造”一艘“完整的船”，這樣不僅能將實船生產中可能出現的問題提前發現和解決，并且還為產品的計劃管理、生產管理、質量管理等提供了大量信息。為更深入地研究船舶快速設計方法提供了依據。

圖3 CADDS5系統中進行裝配的分段結構

[1]茅蓉蓉, 馬曉平, 朱駿. 基于造船CAD /CAM系統的船舶快速設計方法[J].江蘇科技大學學報(自然科學版)2007,3.

[2]陸蓓, 張圣坤.虛擬理論在船舶工業中的應用-虛擬船廠[J]. 上海交通大學學報. 2001, 1.

Quick design method of ship based on shipbuilding CADDS5 system

ZHANG Yi-dian, XI Quan

本文首先介紹了快速設計的現狀，然后圍繞快速設計，對船舶快速設計實現的平臺之一-CADDS5系統進行了描述,論述了系統在船舶設計數字化、模塊化和并行工程等方面的優勢，從而體現了船舶快速設計的理念。指出在CADDS5系統中實現船舶快速設計對國內目前的轉換造船模式和趕超造船先進國家具有重要的作用。

快速設計; 模塊; 并行工程

張怡典（1972－），女，副教授，研究方向為船舶電器。

TH122

A

1009-0134(2011)4(下)-0142-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(下).42

2010-12-20