船舶外舾裝三維建模及應(yīng)用

何玉萍

摘要：一直以來，船舶舾裝設(shè)計(jì)在造船工業(yè)中都沒有得到充分的重視，如今人們越來越追求舒適的生活條件，對自己周圍的環(huán)境要求也越來越高，并且為不斷提高船舶建設(shè)生產(chǎn)質(zhì)量與效率，因此舾裝設(shè)計(jì)在船舶建造的工程中越來越重要，不僅要求外形美觀，體驗(yàn)舒適，對于舾裝件制造的精密度要求也越來越嚴(yán)格。

關(guān)鍵詞：船舶;外舾裝;三維建模;應(yīng)用

前言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，船舶建造生產(chǎn)數(shù)量與質(zhì)量的要求也在不斷地提升中。因此做好船舶建設(shè)生產(chǎn)研究，提高船舶建設(shè)生產(chǎn)質(zhì)量與效率也就成為了船舶技術(shù)研究的重要組成部分。其中作為船舶生產(chǎn)的重要組成部分，舾裝件管理模式的應(yīng)用就成為了提高船舶建造質(zhì)量的重要保障。

1船舶舾裝件基本概念研究

在船舶建造過程中，舾裝件主要指除船體結(jié)構(gòu)部件、動(dòng)力部件外的相關(guān)設(shè)備與套件。在造船生產(chǎn)中，船舶舾裝件的特點(diǎn)為：一是種類較多，構(gòu)成復(fù)雜;二是部件生產(chǎn)與安裝標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范低;三是船舶建造流程中的工序復(fù)雜雜亂;四是融入到船舶建造各個(gè)環(huán)節(jié)，對造船質(zhì)量有著不可忽視的影響。五是部件整體體積較大且以金屬材質(zhì)為主，重量較大。

2船舶舾裝設(shè)計(jì)作業(yè)的簡介以及舾裝作業(yè)的施工特點(diǎn)

舾裝在船舶建造的工程中主要是指在各個(gè)不同的施工階段的安裝工程，由于舾裝作業(yè)包括了船舶制造作業(yè)的很多方面，這些方面不是僅僅屬于一個(gè)工種，不同的工種之間相互聯(lián)系，需要協(xié)調(diào)才能更好的完成工作，這也就為整個(gè)舾裝作業(yè)施工增加了很大的難度，在整個(gè)施工過程中稍微有一些不謹(jǐn)慎，就很容易發(fā)生各種各樣不可預(yù)料的安全事故，具有很大的危險(xiǎn)性。各種型號的船舶型號不同，雖然有大有小，但也不可避免的存在很多要在密閉狹小的空間進(jìn)行相應(yīng)施工的現(xiàn)象，在這些空間狹小的地方進(jìn)行施工會(huì)產(chǎn)生很多的不便，再加上通風(fēng)條件較差，會(huì)導(dǎo)致空間里易燃易爆的氣體或物質(zhì)濃度過高，極易造成爆炸事故。在舾裝作業(yè)的施工中經(jīng)常要用到火種，在同一艘船舶上施工往往要在很多地方用到火，這也為舾裝作業(yè)的施工增加了很大的難度。鑒于舾裝作業(yè)在施工的過程中存在如此多的安全問題，因此在進(jìn)行船舶的舾裝設(shè)計(jì)的過程中要將這些因素都考慮進(jìn)去，進(jìn)行更加精密安全的設(shè)計(jì)。

3船舶外舾裝三維建模及應(yīng)用——以艙室絕緣為例

AVEVA Marine 軟件（簡稱AM）是將Tribon M3軟件和PDMS 軟件融合為一個(gè)海事工業(yè)軟件。AM 充分吸收了兩款軟件的優(yōu)點(diǎn)，軟件發(fā)布近10 年都在不斷地融合和更新。AM 具有解決復(fù)雜工程設(shè)計(jì)和管理的能力，可提高工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)效率和數(shù)據(jù)質(zhì)量、增強(qiáng)數(shù)據(jù)安全性、改進(jìn)項(xiàng)目業(yè)務(wù)協(xié)調(diào)的效率等特征。為了滿足客戶化需求，AM 提供了強(qiáng)大的二次開發(fā)功能，用戶可以根據(jù)實(shí)際情況選擇適合自己的開發(fā)語言。

3.1艙室絕緣

為了保障船上人員的生命和財(cái)產(chǎn)安全，SOLAS 公約已經(jīng)明確了各個(gè)防火等級的要求，艙室絕緣可以有效地阻止、控制火災(zāi)和火勢的蔓延，還可以起到隔音、隔振、防結(jié)露和保溫的作用。用于艙室的絕緣材料主要有巖棉和陶瓷棉，在隔熱、隔音區(qū)域選擇巖棉，在A-60 等級處選用陶瓷棉。艙室鋼圍壁上的絕緣和水平方向的甲板敷料將艙室單獨(dú)分隔出來，火災(zāi)發(fā)生時(shí)在一定時(shí)間內(nèi)可以有效防止火勢的蔓延。三維設(shè)計(jì)可以讓設(shè)計(jì)更直觀，方便不同專業(yè)之間協(xié)同工作。因?yàn)榫幼^(qū)艙室都有防火要求，都需要敷設(shè)絕緣，以往的設(shè)計(jì)由于工作量大，很少進(jìn)行絕緣的三維建模，導(dǎo)致管路布置、設(shè)備安放和電纜拉放等工作沒有考慮絕緣占據(jù)的位置，現(xiàn)場安裝時(shí)發(fā)生閥門無法打開或者設(shè)備無法安裝等問題，從而引起了一系列的修改。如果在前期建模時(shí)將絕緣建模，一些干涉問題在建模階段提前發(fā)現(xiàn)，就會(huì)避免上述問題的發(fā)生，減少不必要的損失。所以在三維建模階段建立絕緣模型不僅能夠提高生產(chǎn)的準(zhǔn)確性，也可以提高材料預(yù)估的準(zhǔn)確性。

3.2絕緣建立

艙室的絕緣模型主要包括平面絕緣、曲面絕緣和型材上的絕緣。以往的絕緣建模是通過PANEL 建立的，在整個(gè)鋼圍壁上建立一整塊絕緣，沒有按照實(shí)際工程尺寸進(jìn)行建模，因此無法統(tǒng)計(jì)材料用量。型材的絕緣需要先知道型材的尺寸，然后通過參數(shù)化建立型材的絕緣，由于一個(gè)板架上有許多型材，因此建模工作量大。絕緣自動(dòng)建模是為了能夠快速建立模型，平面上的絕緣只要按照給定的尺寸就可以實(shí)現(xiàn)。型材的尺寸可以通過數(shù)據(jù)抽取得到，通過抽取到的數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)型材的自動(dòng)建模。自動(dòng)建模的思路是通過順時(shí)針選取船體平面的四個(gè)點(diǎn)，由這四個(gè)點(diǎn)形成一個(gè)平面，將這四個(gè)點(diǎn)與平面法線方向形成BOX。然后在BOX 內(nèi)搜索型材，對于搜索到的型材通過Data Extraction 接口抽取型材尺寸，判斷面板朝向，最終建立平面和型材的絕緣。在搜索型材時(shí)，會(huì)搜索到所有與BOX 有交集的型材，只有型材的起點(diǎn)和終點(diǎn)都在BOX 內(nèi)的才是目標(biāo)對象，需對這些型材進(jìn)行絕緣布置。對于型材而言，有POSS 和POSE 兩個(gè)屬性可以提取型材的開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)，但在實(shí)際工程中這兩個(gè)屬性為空，無法得到開始點(diǎn)和終點(diǎn)，因此采取模型抽取的方法得到型材的開始點(diǎn)和結(jié)束點(diǎn)。AM 船體模型數(shù)據(jù)的抽取依然延續(xù)了Tribon 的模式，只有部分屬性數(shù)據(jù)與PDMS 一致，因此還是通過船體數(shù)據(jù)抽取的方法Data Extraction 來抽取型材的位置。Data Extraction 按照給定的語法規(guī)則來抽取數(shù)據(jù)，所要抽取的數(shù)據(jù)由模型對象類型、模型名字和模型屬性組合而成，用分隔符“.”確定層級關(guān)系。型材的位置坐標(biāo)用以下語法抽取數(shù)據(jù)：HULL.PANEL（s）.STIFFENER（i）.END（i）.POI ， 其中PANEL 是型材所在板架名，STIFFENER 是型材的序號，END 是型材的兩個(gè)端點(diǎn)。通過數(shù)據(jù)抽取的方法得到的是型材二維平面坐標(biāo)，需要轉(zhuǎn)換成三維坐標(biāo)后才能使用。在AM 中每個(gè)部件都有CSGBOX 的屬性，通過DbElement 的GetDoubleArray 方法得到CSGBOX的屬性值，該方法得到一個(gè)長度為6 的數(shù)組，前三位和后三位分別是BOX 的對角點(diǎn)坐標(biāo)，再將對角點(diǎn)坐標(biāo)與之前抽取的二維坐標(biāo)進(jìn)行判斷可以計(jì)算出型材的三維坐標(biāo)和型材面板的朝向，然后進(jìn)行型材絕緣的創(chuàng)建，用PML 語言編寫，程序中定義了每塊平面絕緣和型材絕緣的尺寸，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行修改。型材絕緣有兩種形式，一種是n 字形，另一種是幾字形，根據(jù)需求選擇型材的絕緣形式。點(diǎn)擊選擇平面點(diǎn)圖標(biāo)可以與三維模型交互，平面點(diǎn)選擇完成后點(diǎn)擊OK 按鈕就會(huì)按照指定的區(qū)域建立平面絕緣和型材絕緣。根據(jù)絕緣數(shù)量的統(tǒng)計(jì)向絕緣廠家進(jìn)行訂貨，統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性直接影響了整個(gè)船舶的造價(jià)。以往在CAD 上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的方法不夠直觀，預(yù)估量不夠準(zhǔn)確，往往需要給出30%的余量，這就造成了不必要的損失。通過三維建模后的絕緣模型能給出較為準(zhǔn)確的數(shù)量，通過程序直接將絕緣安裝分類進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，包括數(shù)量和面積。

結(jié)束語

綜上所述，AM 為客戶化開發(fā)提供了豐富的接口，使得用戶能夠根據(jù)自身需求開發(fā)所需功能。艙室絕緣布置的開發(fā)能夠幫助設(shè)計(jì)人員快速準(zhǔn)確地建立絕緣模型，并為絕緣訂貨提供依據(jù)。目前的開發(fā)還有缺陷，沒有考慮門窗開孔位置絕緣的處理，后續(xù)會(huì)進(jìn)一步完善使絕緣布置更加準(zhǔn)確。

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