運(yùn)用CAD技術(shù)輔助船舶制造

蘇琳芳+殷奇豐+曹彩彥

摘要：通過(guò)CAD技術(shù)的運(yùn)用，使得船舶制造中的設(shè)計(jì)工作更加可行、有效。

關(guān)鍵詞：CAD技術(shù);船舶制造;船舶設(shè)計(jì);模塊

中圖分類號(hào)：TH69 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）22-0072-02

船舶制造包括船體建造、船舶舾裝（機(jī)電裝置、營(yíng)運(yùn)設(shè)施、生活設(shè)施、通信設(shè)施、各種屬具、木作和絕緣等的安裝和油漆等）、船舶下水和試航交貨等部分。該領(lǐng)域涉及的范圍廣泛、作業(yè)種類繁多，又由于其生產(chǎn)特點(diǎn)是加工批量小、改型頻繁、零件復(fù)雜且精度要求高，而運(yùn)用CAD技術(shù)，即通過(guò)船體結(jié)構(gòu)模塊、原理圖模塊、工廠模塊、支架設(shè)計(jì)模塊、電纜布置模塊等，完成工程設(shè)計(jì)、輔助工裝設(shè)計(jì)、輔助作業(yè)計(jì)劃編制與調(diào)度等輔助船舶制造，可有效提高制造技術(shù)水平、縮短研制時(shí)間、提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約資源及降低成本。

船體結(jié)構(gòu)模塊是針對(duì)船體結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模，基于此模型可以完成船舶工程中從基本設(shè)計(jì)到詳細(xì)設(shè)計(jì)以及建造過(guò)程所需考慮的船體分段、組立、板架和零件的生產(chǎn)設(shè)計(jì)。由于船體結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)具有拓?fù)潢P(guān)系，使得船體工程師能快速、便捷地創(chuàng)建及修改甲板、艙壁、扶強(qiáng)材、外板型材、桁材、折邊板、面板、肘板等，無(wú)須重復(fù)勞作。船體結(jié)構(gòu)模塊功能強(qiáng)大，包括規(guī)則定制、支持多樣檢索和存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)模型等、參數(shù)化定義船廠標(biāo)準(zhǔn)，還可以建立適應(yīng)不同船廠標(biāo)準(zhǔn)的穿越孔、端切形式、型材類型、肘板、開孔等實(shí)體集合組成的項(xiàng)目庫(kù)。

對(duì)于生產(chǎn)所需要的各種生產(chǎn)信息，如焊接信息、零件清單、重量重心、型材列表、型材套料、型材草圖、外板型材彎曲信息、套料零件的幾何形狀等，直接由內(nèi)置的報(bào)告生成器從三維模型中提取。用戶可以定義自己的報(bào)表格式并且從三維模型中控制查詢各種生產(chǎn)和流程數(shù)據(jù)。三維組立圖以及二維、三維相結(jié)合的組立圖可以自動(dòng)生成。如圖1所示：

通過(guò)軟件管理顯著加快施工準(zhǔn)備過(guò)程，使得船舶建造、施工計(jì)劃、施工準(zhǔn)備和生產(chǎn)車間之間的信息流更加流暢精簡(jiǎn)。可以對(duì)組裝件、下級(jí)組裝件、板架和零件編號(hào)自動(dòng)檢測(cè)。例如，將型材、肘板、補(bǔ)板等構(gòu)件自動(dòng)分配到對(duì)應(yīng)的板架上。另外，每個(gè)單獨(dú)零件根據(jù)零件屬性以及工作流程可以自動(dòng)獲得生產(chǎn)車間的“流程代碼”和“工作代碼”，例如，折邊、切割、壓彎、開坡口等;而且，可以快捷地控制整個(gè)船體分段組裝，并提供三維裝配動(dòng)畫演示功能。最終提高船舶建造過(guò)程中的幾個(gè)組裝階段的生產(chǎn)能力。

利用軟件創(chuàng)建和修改通用圖紙和布置圖，如總布置圖、典型剖面圖、結(jié)構(gòu)劃分圖、安全圖、人孔、門窗布置圖以及二維艙室布置圖;生成大部分圖紙，如各種送審圖、結(jié)構(gòu)圖、分段圖、生產(chǎn)圖紙等;協(xié)同設(shè)計(jì)，能夠利用世界各地最后的資源，多個(gè)不同地點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作，從而節(jié)省時(shí)間和費(fèi)用。

原理圖模塊是一個(gè)面向流程和工藝儀表流程圖的集成計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)。

針對(duì)不同的管道和儀表流程圖，可以生成設(shè)備清單、管道清單、閥門清單等。一旦有了基本的船舶尺寸，并且總體工藝和部件的P&ID在甲板平面上創(chuàng)建好后，初步的材料估計(jì)工具可以創(chuàng)建船舶上所需的材料和部件的估算表格。這在報(bào)價(jià)設(shè)計(jì)階段快速估計(jì)船舶材料成本非常有用。

工廠模塊是個(gè)集成的、數(shù)據(jù)庫(kù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)模塊，可以在實(shí)體和彩色模式，進(jìn)行工廠的三維布置、配管、暖通和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如圖2所示。工廠模塊獨(dú)特的三維查看技術(shù)和模型數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)讓最大最復(fù)雜的設(shè)計(jì)模型變得極其輕便并且用戶友好。X射線功能讓用戶即使在周邊物件遮擋的情況下也可以看見建模的部分。在配管和布置電纜橋架的時(shí)候在線碰撞控制的功能可以在碰撞發(fā)生時(shí)立即警告用戶。另外，工廠模塊可以自動(dòng)地把諸多信息分配給三維模型中的所有對(duì)象，并且對(duì)項(xiàng)目里對(duì)象所有權(quán)進(jìn)行控制管理。例如，一根管線可以有流向信息、連接信息、材料、尺寸、所有權(quán)等信息，所有這些信息在生成管道布置圖、軸測(cè)圖、管段圖和材料清單的時(shí)候都是可用的。

工廠模塊里管道和電纜橋架是以規(guī)范驅(qū)動(dòng)的。這種基于規(guī)則的管道和電纜橋架的建模方式確保了在建模過(guò)程中材料、尺寸、保溫和其他元件被正確使用。其提供的多種自動(dòng)配管方法，設(shè)計(jì)人員只要指定管線的起點(diǎn)和終點(diǎn)，系統(tǒng)便能根據(jù)預(yù)先定義的設(shè)置自動(dòng)創(chuàng)建管路。

工廠模塊的一個(gè)最強(qiáng)大的特點(diǎn)就是對(duì)其已有的模型修改非常簡(jiǎn)單。例如，設(shè)備位置變動(dòng)時(shí)，與設(shè)備口相連的管線部分可以隨著設(shè)備一起變動(dòng)。另外，當(dāng)在三維模型內(nèi)加入孔洞時(shí)，用戶只需挑選鋼結(jié)構(gòu)并選擇開孔請(qǐng)求。

支架設(shè)計(jì)模塊讓管線、風(fēng)管和電纜橋架的主次支架的建模變得簡(jiǎn)單快捷。設(shè)計(jì)人員只需輸入支架的位置，圖紙便可自動(dòng)生成。

電纜布置模塊具有自動(dòng)的布置功能，可以選擇最佳電纜路徑、計(jì)算切割長(zhǎng)度、檢查電纜通路的填充率和檢查在不同電纜通路間電纜的碰撞事件。在布置電纜時(shí)能顯著節(jié)省工時(shí)，并縮短在船舶上安裝預(yù)切電纜所需的時(shí)間。電纜通路可以用不同的部件來(lái)布置，如托架、電纜梯或者電纜導(dǎo)管。可以基于現(xiàn)存的電纜通路和模型上的穿艙信息創(chuàng)建動(dòng)態(tài)的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。此節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)可以顯示船舶上電纜所有可能的路徑。系統(tǒng)利用節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)找到電纜在設(shè)備與其他對(duì)象之間的最佳路徑。一旦電纜的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)建好以后，用戶可以繼續(xù)定義不同的電纜類型。電纜定義包含了電纜屬性信息，如電纜ID、電纜類型、帶電纜節(jié)點(diǎn)的前端設(shè)備名、帶電纜節(jié)點(diǎn)的后端設(shè)備名等。電纜被創(chuàng)建好以后，它會(huì)顯示在沒有布置的電纜列表內(nèi)。電纜定義可以手動(dòng)，也可以從Excel表格導(dǎo)入。

綜上所述，CAD技術(shù)涉及船舶制造領(lǐng)域的方方面面，發(fā)揮重要作用。首先，計(jì)算機(jī)輔助制造CAD技術(shù)，可提供完整的設(shè)計(jì)、工藝、制造船舶產(chǎn)品模型，確保模型圖紙的一致性，實(shí)現(xiàn)CAD/CAPP/CAM集成一體的數(shù)字化生成線。其次，參數(shù)化定制技術(shù)，為船舶設(shè)計(jì)人員提供了強(qiáng)有力的設(shè)計(jì)手段;有利于較快掌握先進(jìn)的船舶設(shè)計(jì)與制造技術(shù)。最后，實(shí)現(xiàn)“殼、舾、涂一體化”，即生成完整的殼、舾、涂完整的制造、管理信息，并實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、制造、生產(chǎn)、管理一體化。