基于協同的艦船數字化設計技術研究

林銳+宗丹+王林+雷靜+江昆

摘要：《中國制造2025》提出促進制造業提質增效為中心，以加快新一代信息技術與制造業深度融合為主線，以推進智能制造為主攻方向。艦船產品是典型的復雜制造產品，設計是制造的源頭，本文闡述了艦船設計各階段協同內涵，并詳細分析了各設計階段艦船數字化設計中的協同工作，有助于提升設計所內部以及船廠和配套廠所之間的外部協同能力，提質增效，具有十分重要的意義。

關鍵詞：艦船；數字化設計；協同

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0155-02

1 引言

2015年5月國務院發布了《中國制造2025》，以促進制造業提質增效為中心，以加快新一代信息技術與制造業深度融合為主線，以推進智能制造為主攻方向。艦船產品是典型的復雜制造產品，設計是制造的源頭，結合信息化技術設計出滿足用戶需求的艦船產品至為關鍵。

隨著計算機技術和數字化技術的快速發展和艦船復雜程度的不斷提高，艦船數字化設計技術在船舶行業的應用也逐步深入，將信息技術與專業領域相融合，促進設計工具的變革、設計方法的變革以及研制模式的變革，應用于艦船產品研發、設計和保障全生命周期，提升艦船研制效率和質量。同樣，協同設計理念的產生與現代造船模式的發展也是緊密相關，貫穿于艦船設計全過程。

2 艦船設計各階段協同內涵

艦船設計過程一般分為概念設計、方案設計、技術設計、施工設計、生產設計等若干個階段。施工設計之前各階段在設計所開展設計，生產設計是在船廠開展。整個設計過程涉及大量的協同工作，各階段協同的內涵不同：方案設計階段是實現設計方案的快速生成和迭代優化，技術設計以后的階段主要是繼承方案設計成果，依托基于知識工程的三維設計平臺開展多專業協同設計。施工設計中、后期以及生產設計階段主要是廠所協同設計。

3 基于協同的艦船數字化設計

3.1 方案設計

方案設計階段多學科交叉，多專業融合，多目標優化，設計、仿真分析工具多，需要應用先進的數字化設計技術，融合總、船、機、電等多專業的設計方法、標準規范，封裝設計過程中相關的CAD建模軟件、CAE分析軟件、自編程序等，打通不同軟件之間的數據和流程，后臺流程驅動各種軟件自動完成建模、計算、分析、數據處理等操作過程，實現各專業間的快速協同，減少煩瑣的手工操作和重復工作，實現設計經驗知識模板化、設計分析方案快速生成、多學科綜合評估和性能優化等。

為了在方案設計階段快速生成設計方案，如圖1所示，將設計過程流程化，流程中的仿真計算模塊可直接與高性能調度軟件集成，針對不同軟件，設計人員只需配置好作業參數，后臺自動生成命令，驅動高性能計算服務器集群求解，完成后結果數據返回，減少提升各專業協同效率。

3.2 技術設計

技術設計階段，各專業應用知識工程的理念，基于三維設計平臺開展總、船、機、電多專業并行協同設計，如圖2所示。由于目前主流的三維設計軟件基本為國外軟件，與國內的設計習慣和設計流程還有一定的差距，為更好地推進各專業設計人員在三維環境下開展設計，應結合船舶設計特點和業務流程進行定制開發，加強知識沉淀和重用，打通專業間流程，為各專業協同設計提供三維協同環境，滿足專業間并行協同需要。

首先需要建立完整詳實的專業基礎庫，它是三維設計的基礎。初次建立專業基礎庫時工作量會很大，需要設計人員根據設計的需求進行系統規范的建庫工作。但隨著多個項目三維工作的開展，不同項目之間的專業基礎庫可以共享和復用，提高了后期三維設計的效率，縮短了三維設計準備時間。

作為三維設計關鍵核心技術之一的骨架關聯技術在艦船設計中得到廣泛的應用。總體專業發布一級骨架，船體專業在總體骨架的基礎上開展設計，并細化出二級骨架供機電專業設計使用。通過關聯設計可以加強專業間的協作，快速實現迭代設計，減少設計返工，提升設計效率。

根據船舶設計特點，機電專業在技術設計階段先完成原理設計，明確技術指標，固化技術狀態，然后通過三維軟件實現二維原理驅動三維設計，直接將二維原理圖中的設計信息、屬性帶入三維環境中，進行設備、管路、電纜通道等綜合布放，減少設計信息和屬性的重復輸入，保證二維三維設計一致性。

3.3 施工設計

施工設計階段，各專業在技術設計三維模型的基礎上繼續深入開展工作，機電專業根據原理布放中、小管路和電纜通道，并向船體提交一般性開口理論線；船體專業判斷開口理論線正確后完成開口工作，并對船體三維模型進行細化設計。各專業間應用數字化手段定期開展干涉檢查，根據檢查結果修改設計和迭代設計。

在施工設計中后期，船廠會安排工藝人員到設計所進行現場辦公，形成IPT團隊，數字化設計為雙方的溝通協調提供了虛擬環境和數字樣船等手段，雙方結合三維綜合設計模型開展工藝及制造相關問題的溝通和協調，提前發現設計工藝問題，減少后期變更，提高設計質量。

4 結語

艦船產品設計是一項高度復雜的系統工程，設計階段多，循環迭代復雜，并行化程度高，技術密集，設備眾多，涉及行業內、外眾多配套單位。通過加強艦船數字化手段和工具的應用，提升設計所內部以及船廠和配套廠所之間的外部協同能力，有助于提質增效，具有一定的應用價值。

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