基于SPD 的雙體船分段生產設計協同

潘政中，阮芳菊，宋林蕓

（廣西中船北部灣船舶及海洋工程設計有限公司，南寧530029）

1 前言

SPD（Ship Product Design）是我國自主研發的船舶工業軟件。SPD 基于OpenGL 圖形庫，能滿足船體結構、管系、電氣、鐵舾件、涂裝等專業三維全數字化設計的需求，為產品制造提供完整的設計圖表和數據。

常規雙體船，是由兩個平行且對稱布置的片體以及在水線以上的連接橋組成。其典型橫剖面結構，一般由連接橋結構、片體內舷結構、片體底部結構、片體外舷結構以及甲板結構等組成，與常規單體船典型橫剖面結構差異較大。

基于SPD 的分段生產設計，是在SPD 系統中船體結構設計系統進行三維建模，通過二維出圖平臺和數據輸出模塊，為產品制造提供完整的設計圖表和數據，目前廣泛應用的是SPD 4.6 和SPD 5.0 版本。近年來國內在結構建模方面的研究取得了一些成果。

但以主要側重于利用SPD 軟件完成常規單體船分段結構設計，且側重于設計人員獨立完成一個分段生產設計圖紙的設計流程。

雙體船分段結構不同于常規單體船，存在外板曲線多值、零件數量多、設計周期短等特點，本文從縮短分段生產設計周期出發，基于SPD 軟件，提出了一種多人同時協同進行分段生產設計的工作流程。

2 基于SPD 的雙體船分段生產設計協同

2.1 工作任務分解

在項目管理中，工作任務分解定義為工作分解結構 （WBS），它是項目團隊為實現項目目標、創建交付成果而實施的全部工作范圍的層級分解（見圖1）。工作分解結構，歸納和定義了項目的整個工作范圍，從項目目標開始分解，逐層下降，每下降一層,代表對項目工作更詳細的定義，將項目涉及的全部工作任務組成一個層次化的樹形結構。

圖1 分解技術圖示

工作分解結構的目的，是把工作分解成較小、易于管理、可執行的小任務。通過工作任務分解，可以把需要一個人串行處理的工作，轉變成多人協同并行處理的多個小任務，其好處是能夠縮短分段建模及出圖的周期，且分段完成的進度條明確，每完成一個任務就是一個小里程碑，每完成一個層級結構就是一個大里程碑。

但是，把串行處理的工作轉變成并行處理的多個任務帶來的缺陷，就是整體的協調性有所欠缺。在實際工作流程中，主要通過兩方面的措施來最大限度地降低整體協調性欠缺對施工圖紙的協調性影響：一方面是基于SPD 系統的支撐，特別是分段、分段數據、圖冊、當前模型四者之間的聯系；另一方面也依賴于建模過程中的流程控制、協同人員之間的信息流對等和順暢溝通。

2.2 基于SPD 系統的支撐

在使用相同的超級用戶權限登錄SPD 系統時，系統中分段、分段數據、圖冊、圖冊模型四者之間的聯系，如圖2 所示：（1）每一個圖冊對應一個當前圖冊模型。如果強制另一個圖冊對應當前模型，則原圖冊模型就自動失效；（2）在圖冊中作操作改動，則當前圖冊模型就隨之變動；（3）保存圖冊至分段數據文件(***.HULL)，并以所定義的分段名進行保存；在其他圖冊及，可以通過“刷新船體模型”命令對話框，從分段數據文件(***.HULL)刷新分段實體模型到圖冊中。這樣，就保證了分段數據的統一，即使在不同的圖冊也可以達成對同一分段數據的統一。

圖2 SPD 系統各平臺要素之間聯系

2.3 肋骨框快速建模方法

肋骨建模，在進行內舷肋骨與甲板橫梁轉圓過渡邊界定義時，用外板曲面偏移所得曲線和甲板偏移曲線不能得到目標轉圓定義；常規的建模方法是使用ACAD 曲線定義邊界，如此又產生了一項重復性的工作——每個肋骨框的類似邊界都需要分別重新定義；由于平面曲線依附于肋骨框定位面上，肋骨框定位面發生改變外板曲面的型線隨之變化，但是ACAD 曲線是以船體絕對坐標系型值點進行定義，不會隨著肋骨框定位面的改變發生改變。

外板曲面是由SPD 型線光順模塊光順曲線后生成的曲面，這些光順曲線是由許多型值點擬合連接而成的；甲板曲面則是通過甲板定義命令，在肋骨框定位面中截取為圓弧線、直線或圓弧與直線的組合。假如外板曲面偏移所得曲線和甲板曲面偏移曲線不能得到目標轉圓定義，這是因為SPD 不能自主選擇外板曲面偏移所得曲線許多型值點中的某點進行轉圓定義，而是引用端點作為轉圓定義造成的；如果把外板曲面偏移所得曲線的端點指定為許多型值點中的目標點，就可以避免使用ACAD 曲線定義邊界，不必每個肋骨框的類似邊界都需要分別重新定義。

首先定義一根名為CB1 的曲線， 定義為SHELL,M1=X，并分別選取CB1 曲線中間某型值點為起始點和終止點；再定義另一根名為CB2 的曲線，進行分段定義：第一根線段為CUR=CB1，第二根線段為DECK=1D,M1= -Y，R=R1。如果第一根線段與第二根線段不相交，則需要在兩根線段增加輔助線段，再用CB2 曲線去進行肋骨框結構邊界的定義，可以得到邊界目標轉圓定義，且曲線CB1 和CB2 的定義可以使它們能隨著肋骨框定位面的改變發生改變。

綜上所述，肋骨框快速建模方法總結如下：借助已定義平面曲線的二次調用嵌套到新曲線定義中，再去定義肋骨框結構的邊界。其中，曲線起始點和終止點，可以借助拓撲點進行變量定義，曲線的二次調用使用“平面曲線/樣條曲線”命令。

2.4 工作流程

（1）雙體船分段結構特點

某雙體船的H1 分段結構1 是由外板、外板縱骨、片體中龍骨、甲板、甲板縱骨、肋骨框結構及連接肘板組成（見圖3）。其縱向構件基本是貫穿過結構，肋骨框結構之間相互不干涉，故僅需建立一檔肋骨框結構作為母型模板，就可進行其他肋骨框結構的復制。

圖3 某雙體船H1 分段典型橫剖面

基于SPD 系統進行構件建模：片體中龍骨、肋骨框結構及扶強材連接肘板，主要使用平面建模和肘板命令建模；外板、外板縱骨、甲板、甲板縱骨，使用曲面建模命令建模。曲面建?？缍却?，涉及范圍廣，對設計人員要求高。

（2）分段工作任務分解

分段的工作分解結構WBS，如圖4 所示。

圖4 H1 分段的WBS

表1中，人員A為分段主負責人，其他為協同人員，這樣的匹配方式對分段主負責人的要求較高。其不僅需要完成本身工作，更需要對分段任務的分解和協同人員的勝任等。

表1 人員與可執行任務的匹配

在工作流程順序設計上，體現了在建模過程中為彌補可能存在的整體協調性不足進行的相關設置。如：人員A 負責涉及范圍廣的曲面建模和出圖任務；進行分段建模結果和圖紙的校對；進行整體協調性的把控；進行典型肋骨框結構母型模板的建模，在肋骨框結構復制源頭上統一相關肋骨框結構的相關節點；前半段肋骨框結構及連接肘板建模和前半段肋骨框結構及詳剖圖這兩個同區域任務，是同一個協同人員負責等。

3 小結

（1）基于SPD 的雙體船分段生產設計協同是可行的，且能有效縮短分段生產設計周期；

（2）相較于使用ACAD曲線進行肋骨框邊界定義，使用快速建模方法建立肋骨框結構木星模板，方便進行肋骨框的復制建模，有效減少不必要的重復性工作，節省大量的建模時間；

（3）基于SPD 進行多人同時協同一個分段生產設計的理論依據充分，并總結出工作流程，具備在分段生產設計擴大推廣并進一步改進的基礎，有利于培養新設計人員和團隊骨干人員。