依據MBD技術的船舶數據集定義與標注方法

邵明智， 李細紅， 馮幫順， 方 偉

(1.上海船舶工藝研究所，上海 200032；2.中船黃埔文沖船舶有限公司，廣東 廣州510715)

0 引 言

隨著船舶行業數字化、智能化轉型升級不斷深化，大量自動化、數字化船舶建造裝備和生產線投入生產，面向制造的一體化數字設計提出更高要求?；谀Ｐ投x(Model Based Definition，MBD)技術有利于實現設計與制造的深度協同，可進一步提高船舶建造效率和質量。

1 MBD技術和MBD數據集

1.1 MBD技術

MBD技術用一個集成三維實體模型完整表達產品定義信息，實現面向制造的設計，即以注釋或屬性的表達方式將產品在全生命周期過程中需要的幾何信息和非幾何信息附加至三維模型中，使三維模型成為生產制造過程中的唯一依據[1]。MBD技術可保證信息在設計與制造之間的準確真實交換。

1.2 MBD數據集

MBD數據集是指產品定義的信息種類和組織方式，是一個包含產品全生命周期研制信息在內的、完整的、可供產品研制各環節數字化系統直接解析和使用的信息模型[2]。MBD數據集包含三維模型、設計參考(基準、坐標)、尺寸公差和工藝等信息[3]。典型MBD數據集結構如圖1所示。

圖1 典型MBD數據集結構

2 船舶MBD數據集定義方法

2.1 船體專業MBD數據集定義方法

船體專業MBD數據集分為零件級數據集和裝配級數據集。零件級數據集信息模型完整表達零件幾何形狀、名稱、類型、尺寸等信息。裝配級數據集信息模型分為裝配模型(Assembly Model，AM)和裝配表現模型(Assembly Representation Model，ARM)：AM表達裝配對象內部零件的位置和層級關系；ARM存儲表達各級組立裝配要求信息的MBD數據對象。船體結構MBD信息表達總體規劃方案如圖2所示。

圖2 船體結構MBD信息表達總體規劃方案

以船體結構組立為例，組立MBD數據集通過AM(即組立模型)和ARM共同表達。在MBD數據集中，ARM主要包括工藝附注信息和三維標注信息，如圖3所示。

圖3 船體結構組立MBD信息表達示例

MBD數據集的工藝附注被置于產品結構樹中，由一系列指定的幾何集和參數組成，如圖4所示。工藝附注集可通過人工或計算機定制方式生成，以多值屬性方式定義，具有可擴展性，可根據用戶需求定制。不同裝配工藝的ARM數據集根據不同的業務需求而各不相同。

圖4 船體結構MBD數據集的工藝附注

2.2 舾裝專業MBD數據集定義方法

舾裝專業涵蓋設備、管系、風管、電氣、外舾裝、內舾裝等各方面，與船體專業類似，舾裝專業MBD數據集也分為零件級數據集和裝配級數據集。以管系為例，管零件級數據集信息模型表達管零件(Spool)及其內部零件的位置和裝配關系。管裝配級數據集信息模型由2個信息模型組成，分別為AM和ARM：AM表達裝配對象內部管、支架、閥門、附件等的位置和裝配關系；ARM存儲表達管的裝配、工藝等安裝信息的MBD數據對象，分為制作ARM和安裝ARM。管系MBD信息表達總體規劃方案如圖5所示。

圖5 管系MBD信息表達總體規劃方案

管系MBD數據集通過AM(即管路模型)和ARM(制作ARM和安裝ARM)共同表達。在MBD數據集中，ARM主要包括工藝附注信息和三維標注信息，如圖6所示。

圖6 管系MBD信息表達示例

管系MBD數據集的工藝附注與船體專業MBD數據集一樣，被置于產品結構樹中，由一系列指定的幾何集和參數組成，如圖7所示。

圖7 管系MBD數據集的工藝附注

3 船舶MBD數據集標注方法

船舶MBD數據集包括零組件相關信息、零件坐標信息、裝配信息等多方面的非幾何制造信息，通常采用三維工藝標注方法表達。三維工藝標注方法主要包括標注表達法和屬性表達法。

標注表達法是將產品非幾何制造信息通過特定符號或文本表達在三維幾何實體模型的顯示區域，使其具有與幾何特征元素一致的操作方法[4]。標注表達法在幾何要素(如尺寸公差、基準等)上添加箭頭、點或其他符號，用線條引出相應的標注，并將幾何要素以文字或符號進行描述。

屬性表達法是將文本字符串類型的獨立參數放至三維模型的屬性項中，每一條屬性描述由屬性標識名稱與屬性值組成，在形式上如同“屬性項=數據值”[4]。屬性表達法以文字描述產品非幾何信息，且描述對象多與產品幾何特征無關。

在實施船舶MBD數據集標注時，已標注的數據集信息可進行移動、修改、刪除及顯示或隱藏等操作，以方便用戶操作和查看。依據MBD數據集形成的船舶生產設計三維標注如圖8所示。

圖8 依據MBD技術的中組立制作三維標注示例

4 結 語

隨著先進制造技術和數字化、智能化裝備在船舶行業的應用，造船生產對船舶全三維數字化設計的需求增強，MBD技術優勢成為滿足船舶設計深化需求、推動設計升級的重要技術支撐之一。所提出的船舶MBD數據集定義與標注方法，可為船舶行業向“三維模型為主、二維圖紙為輔”的全三維設計模型轉型升級提供參考，為后續造船企業開展現場三維可視化作業指導和單一數據源構建提供技術支持。