基于SPD系統的船舶管系生產設計

摘 要：船舶管系生產設計是造船生產中的重要內容之一，隨著數字化造船技術的快速發展，船舶生產設計已普遍采用三維交互設計。文章通過船舶生產設計的實踐，研究了SPD系統在船舶管系生產設計中的應用。

關鍵詞：船舶管系；生產設計；SPD系統

引言

船舶管系是船舶的重要組成部分，在現代造船模式下，船舶管系的設計、制造和安裝是造船生產中的重要內容之一，是確保船舶動力裝置、機械設備、船舶系統、生活設施等正常工作和船舶安全航行的關鍵，也是船舶使用壽命的重要保證。船舶管系設計是船舶設計中的重要環節，是輪機設計中工作量最大、最復雜、最繁瑣的部分。隨著數字化造船技術的快速發展，船舶生產設計已普遍采用三維交互設計，體現了設計、制造和管理的一體化。

目前，國外的造船生產設計軟件主要有由瑞典KCS公司開發的Tribon軟件、法國達索公司的CATIA軟件、美國 PTC公司的CADDS 5、西班牙SENER集團的FORAN、荷蘭的MASTERSHIP軟件以及芬蘭的NAPA軟件等。國內開發的造船生產設計軟件主要有滬東中華造船集團上海東欣軟件工程有限公司開發的具有自主知識產權的東欣船舶產品設計（Ship Product Design--SPD）系統和上海申博信息系統工程有限公司開發的船舶制造三維設計（SB3DS）系統。其中，SPD系統已在全國多家船廠、船舶院校、船舶設計公司中得到推廣應用。文章以某散貨船生產設計為例，研究SPD系統在管系生產設計中的應用。

1 SPD系統的功能及特點

SPD系統是我國具有自主知識產權的造船設計軟件系統，它基于OpenGL建立擁有獨立版權的三維CAD圖形平臺，獨具船舶CAD/CAM特色，打破了國外造船設計軟件的壟斷地位。SPD系統包括通用設計系統、管系設計系統、風管設計系統、電氣設計系統、鐵舾件設計系統和涂裝設計系統等，能滿足船體結構、管系、風管、電氣、鐵舾件、涂裝等專業三維全數字化設計的需求。

SPD系統的設計思想體現了現代造船模式理念，滿足“殼、舾、涂一體化”和“設計、生產與管理一體化”的現代船舶建造要求。系統生成的生產設計信息能滿足以中間產品為導向組織造船生產和推進區域制造模塊化等技術要求。此外，SPD系統還建立了與其他軟件系統的數據接口，具有同Tribon、CATIA以及CADDS5等系統的數據接口，通過導入這些系統的模型數據，重新生成三維產品模型，實現異構CAD的數據和信息集成，為廠、所協同設計創造了技術條件。

2 基于SPD系統的船舶管系生產設計過程

SPD系統的管系設計部分提供了管系交互布置界面，建立三維管系模型，具有很強的實用性。該系統涵蓋了管路設計的整個過程，具有管子標準數據處理、管子原理數據定義、管路布置、設備布置、零件分割、管路安裝圖、管子零件圖、托盤管理表以及管附件表等生產管理信息的生成等功能。

2.1 管系標準件處理

SPD系統將標準分類管理，提供用戶輸入和修改標準數據（屬性數據、幾何數據、連接數據）的功能；并通過自動轉換工具將數據轉換成實體。系統的標準數據庫中已有大量的各種標準實體數據，供用戶免費使用。對比較特殊的標準部件，如雙孔法蘭、泥箱、濾器等，可以根據代碼手冊的要求進行輸入，生成各種管附件小樣，還可以通過小樣交互設計建立標準實體。

2.2 管系原理圖處理和管路布置

管系原理圖處理是SPD管系設計系統的前道工作，主要功能有定義管子數據、設備數據和附件數據。在管子數據中包含大量設計信息，可以為管子加工、定額及管理等提供各種信息。以管路原理數據為依據，在船體背景模型上進行設備和管路的布置工作，根據原理數據庫中所定義的設備數據，選擇設備名稱放置設備；并可進行設備的移動、旋轉、水平、垂直和移動旋轉等操作。通過繪制管路、修改節點（彎管處理和節點位置移動）、修改相同管路、移動和拉伸管路、管路復制、管路鏡像、管路旋轉、更改管路號等功能創建三維管系模型。

2.3 復板及支架處理

在管系三維建模過程中進行復板設計時，根據復板的安裝方向自動生成復板制造尺寸及開孔數據。若要生成多種形式的復板模型，如復板、擋水圈、加強圈、開孔、水密復板等，可通過增加、修改、移動、翻轉、刪除復板等操作實現。復板更新功能可以自動修改復板模型和開孔尺寸。

支架處理是采用參數化設計進行支架安裝，包括安裝支架、管夾和墊板、復制支架、移動支架、旋轉支架、翻轉支架、刪除支架、伸縮支撐面、修改支架腳、修改參數、替換管夾、安裝復板等功能；此外還具有自動生成支架圖、支架托盤管理表和材料統計的功能。

2.4 模型查詢與檢查

SPD 系統具有消隱、干涉檢查及模型查詢功能。通過消隱功能，可根據需要將部分或全部管子、設備、部件及船體結構等在三維模型中臨時隱藏，以便對選定管路的走向進行合理性檢查；通過干涉檢查功能可檢查結構、設備、管子、部件間的間隙，并根據生成的干涉表信息對管路布置進行調整和修改；模型查詢檢查是用來查詢、檢查、自動修改模型數據，確保模型數據正確性。例如，當管路與設備、管路與部件之間的法蘭遺漏或不匹配時，可以借助模型查詢在不合理連接表中查看不合理連接點，這在三維模型中也有紅點標志顯示。這樣通過多次的消隱、干涉檢查及模型查詢，便可找出管路布置的最佳路線，避免發生干涉現象和管路連接點的不合理現象，提高管系生產設計的精度。

2.5 管子生產信息處理

管子生產信息處理主要包括零件邊界設置、零件處理、工藝檢查、生成零件托盤等工作。在管系模型的基礎上，自動按順序編制管子零件編號，按區域、分段編制管子零件托盤并生成管子零件圖，還要進行管子制作工藝性檢查。根據不同的托盤生成管子零件圖冊及各種材料消耗配套表，滿足了管子制作及安裝時的材料集配、發放、領用等管理的需求，從而為管子的生產組織管理和物資配送創造有利條件，提高物流周轉速度。

2.6 圖紙處理

SPD系統提供了完整的管子設計圖表，系統能生成和輸出所有管子設計的資料，包括管子零件圖、支架零件圖、管子安裝圖、管子開孔圖、復板制作圖、管子托盤管理表、螺栓螺母清單、墊片匯總表等。

3 結束語

文章通過船舶管系生產設計的實踐，分析了SPD系統關于管系設計的功能和應用過程。SPD系統的建模效率高，能實現三維模型和二維圖紙同步自動修改，可大大減少管子設計差錯，縮短管系生產設計周期。在現代造船模式下，SPD系統作為國產船舶設計軟件顯示出諸多優點，順應了數字化造船的發展要求。

參考文獻

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[2]楊振民，陳育才.SPD系統在船舶管系生產設計中的應用[J].機電技術，2004（2）.

作者簡介：陳慧（1982-），工學碩士，講師，專業方向為船舶工程技術、海洋工程技術。