可視化技術在船舶管件加工中的應用

張寶民，王 昆，王 震，翁戍生，孟中原

（大連船舶重工集團設計研究院，遼寧 大連1160053）

0 引 言

船舶行業在將設計成果轉化為最終產品的過程中，一直是通過紙質圖紙傳遞信息的。近幾年，隨著信息化技術的不斷發展，加工部門開始通過電子圖文檔接收設計成果，但僅限于二維圖紙和技術文檔，三維模型一直沒有在加工部門得到有效使用，尤其是不能與圖紙相結合，使得信息化僅停留在一些離散的電子數據上，未能系統地在加工部門應用。

本文依托專用三維設計軟件系統地開展可視化設計研究，將可視化設計作為三維設計的基礎，對生產加工部門的功能進行延伸，使車間能共享三維設計成果。實現可視化的途徑是在安全受控的前提下，以數據為核心，以編碼為數據鏈，將設計的二維圖紙、三維模型和工藝數據直觀地呈現給生產加工部門。該方式能打破傳統的紙質圖文檔下發模式，建立從設計部門到加工部門完整的三維設計和工藝數據鏈，有效提高設計部門與加工部門的信息傳遞能力和效率，從而提高生產加工的準確性。

1 可視化在管件加工應用的優點

隨著數字化應用的深入，可視化應用正逐步滲入數字化加工中，并逐步走向智能化發展，其應用特點如下。

1.1 二維數據和三維數據的集中可視化呈現

以數據為核心，以編碼為數據鏈，將設計的二維圖紙、三維模型和工藝數據直觀地呈現出來，實現對二維數據和三維數據的全面檢索，達到二維數據與三維數據的共享性、關聯性和可視性，提高加工的效率和質量。

1.2 可視化三維模型的可操作性

以模型為中心，對可視化模型進行測量、旋轉、縮放、剖切、分離、隱藏和透明化等操作及信息關聯查詢，實現模型與圖紙和數據的靈活操作。

1.3 可視化模型基礎上的交互性協調管理

在可視平臺上實現加工部門與設計間的交互式信息反饋，加工部門能直接在模型上標注反饋信息，設計部門能直接在可視化模型上查看加工部門標注的反饋信息，并進行相應的調整或修改，實現交互性協調管理。

2 可視化應用基礎配置研究

為實現可視化的深度應用，需完成二維信息、三維模型及數據的無縫關聯和傳遞，確保各項數據的匹配、關聯及應用的唯一性、完整性和快捷性，實現可視化和數字化在加工部門的相輔應用。

2.1 基于編碼系統的二維信息匹配和可視化

作為可視化設計應用的基礎，每個管段的編碼都是唯一的，確保編碼的唯一性是準確調取二維圖紙和三維模型的必要條件。編碼規范化是可視化設計的基礎，結合實際情況，以編碼的形式對全船的管段進行統一管理。編碼包含有設計中的位置、用途和系統等信息，通過序列號和施工號等編碼位對管段進行有序管理。同時，利用不同編碼位上的信息確定管段安裝時間，輔助加工部門分配生產資源，縮短管件庫存時間。圖1 為編碼示例。

通過匹配二維信息，能將設計中的二維施工圖中的管段長度和彎頭等信息與管段對應的編碼相關聯，對影響加工的信息進行整合，形成在程序上編號和雙向可查的數據庫。

基于二維信息的可視化表達，將存儲在圖文檔中的管段制作圖紙導入系統，通過其編碼進行查詢，實現二維圖紙的電子化可讀，使制造工人能迅速地識別相應的管件，并指導整個制造過程。圖2 為二維圖紙信息顯示窗口。

2.2 三維管件模型輕量化和可視化

現場終端安裝三維設計軟件的成本較高，且現場工人操作三維軟件存在一定的困難，因此將模型發布到可視化設計系統中之后，必須脫離專業三維設計軟件，將三維模型輕量化處理之后在IE 等瀏覽器上發布，使加工部門能通過瀏覽器直接查看輕量化模型。同時，為提高模型的可操作性，輕量化模型要具備5個逐步深化的功能。

1) 可查看性：模型可供客戶端查看，通常是直接在瀏覽器上查看，這是最基本的特性。

2) 輕量化：模型和文件便于在網上傳輸，必須遠小于原始的大小。有時為滿足網上瀏覽的需要，可能會采用流媒體的方式或異步加載的方式，使用戶感覺不到有太多延遲。

圖1 編碼示例

圖2 二維圖紙信息顯示窗口

3) 中性化：現行主流設計軟件的三維模型或二維圖紙必須能統一為1 種或少數幾種格式，這樣能大大降低客戶端瀏覽和操作的復雜性，并使多種模型的組合查看成為可能，同時能使用戶只關注模型和圖紙的使用，而不再關心其是何種格式。

4) 可操作性：能對三維模型和二維圖紙進行操作，但不能改變原數據，如尺寸的測量、隔離和標注等。

5) 關聯性：模型和圖紙中的重要元素能被抽取，并與外部數據建立關聯。這樣，模型或圖紙中的元素才是靈活可用的。

圖3 為三維模型顯示窗口。

圖3 三維模型顯示窗口

2.3 模型數據從設計端到制造端的無縫傳遞

模型中加工數據的無縫傳遞是指在沒有人為干預的情況下實現設計端到制造端的數據對接，能使三維模型可視化呈現的同時，直接輸出加工數據，驅動管子加工數字化流水線，減少人為干預和數據的手工傳遞，降低數據轉換的差錯率，提升管子加工效率。

模型中加工數據的無縫傳遞是通過企業的ERP（Enterprise Resource Planning）系統管理的，ERP 系統是加工部門常用的組織生產的數字化系統，其有效執行需要數據的支撐，這些數據大部分源于設計輸入。在傳統生產模式中，這些數據是通過人工讀圖得到并輸入系統的，存在因人為參與導致數據出現差錯的風險。為去除人工輸入，實現數據的無縫傳輸，通過二次開發，直接從設計模型中提取數據并將其發送給ERP系統。為保持數據的可靠性和輸入過程的便捷性，在三維可視化模型向車間下達指令時，同步在后臺啟動電子數據傳遞程序，電子數據的格式嚴格按加工部門ERP 系統輸入的需求組織，能與ERP 系統無縫對接。電子數據的無縫傳遞與電子化發布同步實施，對生產管理控制、精度控制和設計修改時的替換都有很大好處。圖4 為管子加工電子數據。

圖4 管子加工電子數據

可視化系統中的電子數據必須包括設計模型中的全部管段參數、管段的二維圖紙和管段信息的三維模型信息，以確保加工部門在可視化系統中看到的所有數據均來自于設計部門的模型，且沒有人為干預。

3 可視化在車間的應用

在加工部門，配置好終端IE 瀏覽器即可登錄可視化平臺，通過瀏覽器進行數據、圖紙、模型的一體化查詢和協調交互，全面取消紙質文件，實現可視化和數字化加工應用。

3.1 可視化信息的檢索及查詢功能應用

施工工人可對需要的數據、圖紙和模型進行快速定位和信息檢索，實現加工制作快速關聯功能，可查詢到所有設計信息。可視系統能按分類樹檢索、關鍵字檢索、條件組合高級查詢和信息數字關聯檢索等原則實現全面的信息檢索。

1) 分類樹檢索：可按零部件類型、文檔類型、設計產品結構和裝配計劃等方式分類展開。

2) 關鍵字檢索：支持所有或指定類型的關鍵字模糊搜索。采用專用三維設計軟件系統支持的模糊搜索表達式進行信息檢索。

3) 條件組合高級查詢：根據多個組合條件精確檢索所需信息，包括屬性、關聯關系和對象狀態等條件類型。

4) 信息數字關聯檢索：通過專用三維設計軟件系統訪問船舶項目設計數據，可利用不同數據之間的關聯進行檢索。

圖5 為信息檢索界面。

圖5 信息檢索界面

3.2 二維數據和三維數據一體化瀏覽的可視化應用

數字化流水線和傳統加工方式都需二維數據或三維數據的指導或校驗，將離散型信息集中在同一平臺上進行一體化展示，更加高效、高質地指導生產。

在實際可視化應用過程中，在可視化平臺上的圖文集成瀏覽模塊功能中，施工工人可根據需要有效實現二維圖文檔和三維模型的集成瀏覽，施工工人可直觀、便捷地理解圖紙信息和加工制造的要求。對于同一個編碼的管件，二維圖文檔、三維模型和設置參數都可在同一個界面上瀏覽。圖6 為二維模型和三維模型聯合顯示窗口。

圖6 二維模型和三維模型聯合顯示窗口

3.3 可視化模型交互式操作應用

為更深刻地了解模型的外部信息和內含屬性，施工工人可在可視化平臺上對模型進行基本的瀏覽和查詢操作，亦可在模型的基礎上進行信息反饋，實現施工與設計在可視化平臺上的交互式溝通，主要功能如下。

1) 對模型進行查看：在不改變模型數據的前提下，對模型進行旋轉、縮放、剖切、分離、隱藏和透明化等操作。

2) 對模型的尺寸和坐標等進行測量：即使是在沒有圖紙的情況下，也可直接在模型上測量管件的精確尺寸。

3) 對技術要求等進行標注：可直接在模型上標注并保存，加工部門能在模型上標注反饋信息，設計部門可直接在可視化模型上查看到加工部門標注的反饋信息，并進行相應的調整或修改。

圖7 為可視化模型操作應用界面。

圖7 可視化模型操作應用界面

4 結 語

可視化設計是在有效編碼的前提下，通過電子數據增加設計和生產線的電子數據傳輸接口，將電子數據傳輸到生產一線。完成模型查看和尺寸測量等功能，以編碼為紐帶，實現快速檢索、樹狀分類、二維數據和三維數據聯合查看等功能?？梢暬夹g是管件加工中的重要一環，可直接面對數字化加工流水線和傳統加工模式，良好的可視化體驗為設計與加工之間的信息傳遞提供了媒介，為加工提供了全面而詳細的數據，提高了生產的準確性。

當前可視化技術在船舶管件加工領域的應用還處于起步階段，加工部門已在可視化技術的應用中取得一定的成效，生產效率和加工質量得到了較大的提升。同時，需認識到可視化技術的應用還有很大的發展潛力，通過對可視化技術進行深入研究，結合管子加工部門數字化裝備的進一步提升，未來可視化的三維模型在船舶管件加工制造領域一定會得到越來越多的應用，在提升管子加工的數字化和智能化水平方面起到關鍵性作用。