某型高速船船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化

程維平

（大連遼南船廠，遼寧大連 116041）

0 引言

轉(zhuǎn)換造船生產(chǎn)模式極大地推動(dòng)了我國造船工業(yè)的蓬勃發(fā)展，造船生產(chǎn)設(shè)計(jì)也隨著轉(zhuǎn)模成為我國造船行業(yè)積極推廣的一項(xiàng)設(shè)計(jì)技術(shù)[1]。船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化程度直接影響到某型高速船船體結(jié)構(gòu)建造周期和產(chǎn)品質(zhì)量。通過對(duì)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析和優(yōu)化船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)，達(dá)到縮短綜合設(shè)計(jì)周期預(yù)期目標(biāo)，提高船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)輸出準(zhǔn)確性和輸出效率。

1 生產(chǎn)設(shè)計(jì)現(xiàn)狀分析

某高速船系批量建造船舶，在首型船船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程中，主要采用深化船體分段結(jié)構(gòu)圖設(shè)計(jì)方式進(jìn)行，見圖 1。輸出的圖紙精細(xì)化程度低，不能滿足船廠造船模式轉(zhuǎn)變對(duì)設(shè)計(jì)輸出的需求，無法達(dá)到時(shí)間有序、空間分道的高效率現(xiàn)代化造船目標(biāo)，不能適應(yīng)造船施工現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)代化生產(chǎn)管理[2]。

圖1 優(yōu)化前船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)流程圖

2 生產(chǎn)設(shè)計(jì)綜合流程優(yōu)化方案

圖2 優(yōu)化后某型高速船船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)流程圖

結(jié)合某型高速船船體結(jié)構(gòu)具體特點(diǎn)，對(duì)該型高速船船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)綜合流程進(jìn)行優(yōu)化，采用滿足現(xiàn)代化造船模式的各級(jí)船體結(jié)構(gòu)組立圖生產(chǎn)設(shè)計(jì)模式，對(duì)設(shè)計(jì)工具、設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)輸出等進(jìn)行全面優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)高效率輸出。綜合流程優(yōu)化方案見圖2。

3 生產(chǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 生產(chǎn)設(shè)計(jì)工具優(yōu)化

某型高速船采用Tribon三維設(shè)計(jì)工具進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)，其前提條件是建立共享項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫：1）服務(wù)器計(jì)算機(jī)端各級(jí)設(shè)計(jì)用文件夾配置；2）建立基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；3）配置設(shè)計(jì)輸出模式；4）配置設(shè)計(jì)員端計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)環(huán)境。

只有船體專業(yè)高效率創(chuàng)建船體結(jié)構(gòu)三維模型，才能為船裝、機(jī)裝、電氣等專業(yè)創(chuàng)造良好設(shè)計(jì)環(huán)境[3]。

設(shè)計(jì)工具優(yōu)化方案：1）區(qū)分專業(yè)設(shè)置三維模型存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫和設(shè)計(jì)配置文件，滿足不同專業(yè)設(shè)計(jì)輸出標(biāo)準(zhǔn)，減小單個(gè)數(shù)據(jù)庫文件數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，提高服務(wù)器響應(yīng)速度，縮短設(shè)計(jì)過程中計(jì)算機(jī)受硬件限制的等待時(shí)間；2）區(qū)分專業(yè)存儲(chǔ)輸出的二維圖紙；3）船體專業(yè)需要的中間文件統(tǒng)一保存在同一文件夾下，定期對(duì)過時(shí)失效的無用中間文件進(jìn)行清理；4）定期檢查數(shù)據(jù)庫列表有效性，刪除無法正常讀取的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，修復(fù)受損數(shù)據(jù)，確保船體專業(yè)設(shè)計(jì)用數(shù)據(jù)庫處在最佳狀態(tài)；5）數(shù)據(jù)庫權(quán)限控制，減少設(shè)計(jì)人員誤操作導(dǎo)致設(shè)計(jì)時(shí)間的損失；6）數(shù)據(jù)庫定期自動(dòng)備份。

設(shè)計(jì)工具的優(yōu)化，可以搭建滿足船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)環(huán)境，達(dá)到同一個(gè)平臺(tái)各設(shè)計(jì)部門同步進(jìn)行設(shè)計(jì)、互相參考、互不干擾的目的。

3.2 生產(chǎn)設(shè)計(jì)過程優(yōu)化

3.2.1 船體項(xiàng)目初始化與線型光順同步設(shè)計(jì)

船體項(xiàng)目初始化設(shè)計(jì)，系開展船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的充要條件。只有完成船體項(xiàng)目初始化，才可以利用Tribon、AVEVA Marine等設(shè)計(jì)工具進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)。項(xiàng)目初始化主要完成：1）某型高速船基本參數(shù)設(shè)置：船長、半寬、型深、吃水等，用于穩(wěn)性和下水計(jì)算使用；2）分段定義、肋位表、材料表、型材端切形式、命名方式、套料母板、肘板形式、相貫切口、補(bǔ)板、收縮量、折邊形式、零件號(hào)賦值方式等重要參數(shù)配置。

線型光順，系根據(jù)詳細(xì)設(shè)計(jì)型值表，完成滿足船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)精度需要的外形：1）主船體外形；2）帶梁拱及升高甲板；3）舭龍骨、掛舵臂、測(cè)深儀等附體外形。

二者開展占用的設(shè)計(jì)時(shí)間一定程度上影響綜合設(shè)計(jì)進(jìn)程，某型高速船之前的設(shè)計(jì)方案是：1）初始化；2）線型光順；3）后續(xù)三維建模設(shè)計(jì)。

某型高速船同步設(shè)計(jì)優(yōu)化方案：1）初步初始化設(shè)計(jì)，形成一個(gè)滿足后續(xù)設(shè)計(jì)需求的環(huán)境；2）初步線型光順設(shè)計(jì)，形成一個(gè)初步光順文件，用于后續(xù)建模使用；3）后續(xù)三維建模設(shè)計(jì)；4）完成完整的初始化、線型光順設(shè)計(jì)；5）自主開發(fā)三維模型更新模塊，更新曲面、平面三維模型。

二者同步設(shè)計(jì)節(jié)省了綜合設(shè)計(jì)時(shí)間，給后續(xù)建造施工預(yù)留較優(yōu)化之前更加寬裕的時(shí)間。

3.2.2 船體曲面三維建模與平面三維建模同步設(shè)計(jì)

船體結(jié)構(gòu)三維建模分為曲面建模和平面建模，某型高速船之前的設(shè)計(jì)方案是：1）曲面建模，創(chuàng)建平面建模條件；2）平面建模，完成船體結(jié)構(gòu)三維建模。

某型高速船同步設(shè)計(jì)優(yōu)化方案：曲面建模和平面建模同步進(jìn)行，二者相輔相成，能夠利用二者拓?fù)潢P(guān)系，檢驗(yàn)結(jié)構(gòu)建模的準(zhǔn)確性，提高后續(xù)圖樣輸出的正確性，節(jié)省了整體設(shè)計(jì)時(shí)間。

3.2.3 其他設(shè)計(jì)優(yōu)化

船體初始化設(shè)計(jì)優(yōu)化：1）漢化設(shè)計(jì)工具中原英文菜單、界面（見圖 3），提高設(shè)計(jì)人員操作便利性；2）結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化工作，創(chuàng)建典型節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫，也為后續(xù)各型船舶生產(chǎn)設(shè)計(jì)提供共享設(shè)計(jì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；3）船體結(jié)構(gòu)零件名自動(dòng)賦值方式優(yōu)化為數(shù)值區(qū)間，用以區(qū)分零件類別，便于施工現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別零件。

圖3 漢化型材建模選擇界面

船體線型光順設(shè)計(jì)優(yōu)化：1）自主開發(fā)線型光順輔助設(shè)計(jì)模塊，完成點(diǎn)坐標(biāo)自動(dòng)輸入；2）采用新型光順方式，便于找出光順不足的錯(cuò)誤曲面。

曲面三維建模設(shè)計(jì)優(yōu)化：1）按編號(hào)區(qū)間建立船體曲面外板、型材，便于模型正確性檢查；2）采用XLM 格式文件備份曲面三維模型，便于模型的更改和恢復(fù)；3）創(chuàng)建同步數(shù)據(jù)庫項(xiàng)目，建立船體建造用胎架，確保外板形狀準(zhǔn)確。

平面三維建模設(shè)計(jì)優(yōu)化：1）利用平面、多點(diǎn)拓?fù)潢P(guān)系建立特殊形式的板架，避免修訂時(shí)大量數(shù)據(jù)更改工作；2）自主開發(fā)輔助設(shè)計(jì)模塊，完成平面板架正確性檢查、關(guān)鍵字搜索、關(guān)鍵字替換（如材質(zhì)、所屬分段）、板零件編號(hào)排序（影響分段接板圖生成）。

分段船體結(jié)構(gòu)精度設(shè)計(jì)優(yōu)化：1）根據(jù)精度管理工作提供的加放要求添加焊接收縮量、余量、補(bǔ)償量等生產(chǎn)信息；2）自主開發(fā)精度設(shè)計(jì)模塊，完成平面模型焊接收縮量添加、余量正確性檢驗(yàn)、型材焊接收縮量加放正確性檢驗(yàn)；3）創(chuàng)建參考平面，用于基準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)線面和合攏檢驗(yàn)線面的模型依據(jù)，便于后期位置調(diào)整。

分段船體結(jié)構(gòu)裝配設(shè)計(jì)優(yōu)化：1）裝配計(jì)劃前，以全分段 SCH文件運(yùn)行正確性檢測(cè)代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工識(shí)別錯(cuò)誤板架工作，大幅度提高準(zhǔn)確性和檢查效率；2）自主開發(fā)裝配設(shè)計(jì)模塊，自動(dòng)完成平面板架零件收集、零件工位、工序二級(jí)流向添加、全分段裝配收集情況檢查，能夠給出錯(cuò)誤裝配信息組立列表，便于修改錯(cuò)誤信息。

分段船體結(jié)構(gòu)套料設(shè)計(jì)優(yōu)化：1）創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)套料母板數(shù)據(jù)庫；2）自主開發(fā)套料檢測(cè)模塊，自動(dòng)完成零件重復(fù)套料、零件漏套、厚度不同錯(cuò)誤套料等情況的檢測(cè)。

3.3 生產(chǎn)設(shè)計(jì)輸出優(yōu)化

在優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容的同時(shí)，自主開發(fā)圖樣輸出設(shè)計(jì)模塊自動(dòng)或輔助完成的內(nèi)容（圖 4），包括分段型材下料加工圖、分段部件圖、分段組件圖、分段接板圖、分段組立圖輔助設(shè)計(jì)、分段零件表、板材零件表、板材套料匯總。同時(shí)根據(jù)具體圖樣內(nèi)容，自動(dòng)完成目錄、圖號(hào)、頁碼的添加，避免冗繁工作。

分段型材下料加工圖設(shè)計(jì)優(yōu)化：1）以部、組件為單位，按組立裝配樹型圖順序輸出型材加工圖樣；2）自主開發(fā)型材完整性檢查模塊，高效檢測(cè)型材輸出的完整性；3）自動(dòng)完成型材下料長度匯總。

分段部件圖、分段組件圖設(shè)計(jì)優(yōu)化：1）簡化標(biāo)注信息方式，滿足生產(chǎn)需要而不過分表達(dá)生產(chǎn)信息；2）二維圖樣與三維立體模型相結(jié)合，提高圖樣可讀性，容易識(shí)別圖樣信息。

分段接板圖設(shè)計(jì)優(yōu)化：1）抽取板材零件存儲(chǔ)信息，自動(dòng)生成全分段板材接板圖；2）單個(gè)零件對(duì)角線長度列表，給出必要時(shí)檢驗(yàn)依據(jù)。

圖4 自主開發(fā)船體智能設(shè)計(jì)模塊

分段組立圖輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)包含收縮量在內(nèi)的雙尺標(biāo)注、組立裝配樹型圖生成、重量重心匯總表等輔助功能。

4 結(jié)論

目前，該方案已在該型高速船后續(xù)船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)中得到成功應(yīng)用，提高了船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)輸出效率，較優(yōu)化之前，縮短了20%設(shè)計(jì)周期。

實(shí)踐證明：對(duì)某型高速船船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，能夠提高該型高速船船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)輸出準(zhǔn)確性和輸出效率，為縮短船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)周期提供可行性方案，為某型高速船各專業(yè)綜合設(shè)計(jì)評(píng)審預(yù)留更多時(shí)間，滿足建造周期對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)要求，滿足造船現(xiàn)場(chǎng)管理部門及施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)設(shè)計(jì)輸入的需求，對(duì)推動(dòng)現(xiàn)代化造船船體結(jié)構(gòu)生產(chǎn)設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。

[1]何寶. 船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)樣圖與實(shí)現(xiàn)方法研究[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué), 2009.

[2]劉玉君. 現(xiàn)代造船技術(shù)[M]. 遼寧大連: 大連理工大學(xué)出版社, 2012.

[3]彭輝. 船舶 CAD/CAM 與生產(chǎn)設(shè)計(jì)[M]. 哈爾濱: 哈爾濱工程大學(xué), 2014.