基于協(xié)同的艦船數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)研究

林銳+宗丹+王林+雷靜+江昆

摘要：《中國制造2025》提出促進(jìn)制造業(yè)提質(zhì)增效為中心，以加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為主線，以推進(jìn)智能制造為主攻方向。艦船產(chǎn)品是典型的復(fù)雜制造產(chǎn)品，設(shè)計(jì)是制造的源頭，本文闡述了艦船設(shè)計(jì)各階段協(xié)同內(nèi)涵，并詳細(xì)分析了各設(shè)計(jì)階段艦船數(shù)字化設(shè)計(jì)中的協(xié)同工作，有助于提升設(shè)計(jì)所內(nèi)部以及船廠和配套廠所之間的外部協(xié)同能力，提質(zhì)增效，具有十分重要的意義。

關(guān)鍵詞：艦船；數(shù)字化設(shè)計(jì)；協(xié)同

中圖分類號：TM621 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0155-02

1 引言

2015年5月國務(wù)院發(fā)布了《中國制造2025》，以促進(jìn)制造業(yè)提質(zhì)增效為中心，以加快新一代信息技術(shù)與制造業(yè)深度融合為主線，以推進(jìn)智能制造為主攻方向。艦船產(chǎn)品是典型的復(fù)雜制造產(chǎn)品，設(shè)計(jì)是制造的源頭，結(jié)合信息化技術(shù)設(shè)計(jì)出滿足用戶需求的艦船產(chǎn)品至為關(guān)鍵。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的快速發(fā)展和艦船復(fù)雜程度的不斷提高，艦船數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)在船舶行業(yè)的應(yīng)用也逐步深入，將信息技術(shù)與專業(yè)領(lǐng)域相融合，促進(jìn)設(shè)計(jì)工具的變革、設(shè)計(jì)方法的變革以及研制模式的變革，應(yīng)用于艦船產(chǎn)品研發(fā)、設(shè)計(jì)和保障全生命周期，提升艦船研制效率和質(zhì)量。同樣，協(xié)同設(shè)計(jì)理念的產(chǎn)生與現(xiàn)代造船模式的發(fā)展也是緊密相關(guān)，貫穿于艦船設(shè)計(jì)全過程。

2 艦船設(shè)計(jì)各階段協(xié)同內(nèi)涵

艦船設(shè)計(jì)過程一般分為概念設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)、技術(shù)設(shè)計(jì)、施工設(shè)計(jì)、生產(chǎn)設(shè)計(jì)等若干個階段。施工設(shè)計(jì)之前各階段在設(shè)計(jì)所開展設(shè)計(jì)，生產(chǎn)設(shè)計(jì)是在船廠開展。整個設(shè)計(jì)過程涉及大量的協(xié)同工作，各階段協(xié)同的內(nèi)涵不同：方案設(shè)計(jì)階段是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案的快速生成和迭代優(yōu)化，技術(shù)設(shè)計(jì)以后的階段主要是繼承方案設(shè)計(jì)成果，依托基于知識工程的三維設(shè)計(jì)平臺開展多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)。施工設(shè)計(jì)中、后期以及生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段主要是廠所協(xié)同設(shè)計(jì)。

3 基于協(xié)同的艦船數(shù)字化設(shè)計(jì)

3.1 方案設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)階段多學(xué)科交叉，多專業(yè)融合，多目標(biāo)優(yōu)化，設(shè)計(jì)、仿真分析工具多，需要應(yīng)用先進(jìn)的數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)，融合總、船、機(jī)、電等多專業(yè)的設(shè)計(jì)方法、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，封裝設(shè)計(jì)過程中相關(guān)的CAD建模軟件、CAE分析軟件、自編程序等，打通不同軟件之間的數(shù)據(jù)和流程，后臺流程驅(qū)動各種軟件自動完成建模、計(jì)算、分析、數(shù)據(jù)處理等操作過程，實(shí)現(xiàn)各專業(yè)間的快速協(xié)同，減少煩瑣的手工操作和重復(fù)工作，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)知識模板化、設(shè)計(jì)分析方案快速生成、多學(xué)科綜合評估和性能優(yōu)化等。

為了在方案設(shè)計(jì)階段快速生成設(shè)計(jì)方案，如圖1所示，將設(shè)計(jì)過程流程化，流程中的仿真計(jì)算模塊可直接與高性能調(diào)度軟件集成，針對不同軟件，設(shè)計(jì)人員只需配置好作業(yè)參數(shù)，后臺自動生成命令，驅(qū)動高性能計(jì)算服務(wù)器集群求解，完成后結(jié)果數(shù)據(jù)返回，減少提升各專業(yè)協(xié)同效率。

3.2 技術(shù)設(shè)計(jì)

技術(shù)設(shè)計(jì)階段，各專業(yè)應(yīng)用知識工程的理念，基于三維設(shè)計(jì)平臺開展總、船、機(jī)、電多專業(yè)并行協(xié)同設(shè)計(jì)，如圖2所示。由于目前主流的三維設(shè)計(jì)軟件基本為國外軟件，與國內(nèi)的設(shè)計(jì)習(xí)慣和設(shè)計(jì)流程還有一定的差距，為更好地推進(jìn)各專業(yè)設(shè)計(jì)人員在三維環(huán)境下開展設(shè)計(jì)，應(yīng)結(jié)合船舶設(shè)計(jì)特點(diǎn)和業(yè)務(wù)流程進(jìn)行定制開發(fā)，加強(qiáng)知識沉淀和重用，打通專業(yè)間流程，為各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)提供三維協(xié)同環(huán)境，滿足專業(yè)間并行協(xié)同需要。

首先需要建立完整詳實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)庫，它是三維設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。初次建立專業(yè)基礎(chǔ)庫時工作量會很大，需要設(shè)計(jì)人員根據(jù)設(shè)計(jì)的需求進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)范的建庫工作。但隨著多個項(xiàng)目三維工作的開展，不同項(xiàng)目之間的專業(yè)基礎(chǔ)庫可以共享和復(fù)用，提高了后期三維設(shè)計(jì)的效率，縮短了三維設(shè)計(jì)準(zhǔn)備時間。

作為三維設(shè)計(jì)關(guān)鍵核心技術(shù)之一的骨架關(guān)聯(lián)技術(shù)在艦船設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。總體專業(yè)發(fā)布一級骨架，船體專業(yè)在總體骨架的基礎(chǔ)上開展設(shè)計(jì)，并細(xì)化出二級骨架供機(jī)電專業(yè)設(shè)計(jì)使用。通過關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)可以加強(qiáng)專業(yè)間的協(xié)作，快速實(shí)現(xiàn)迭代設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)返工，提升設(shè)計(jì)效率。

根據(jù)船舶設(shè)計(jì)特點(diǎn)，機(jī)電專業(yè)在技術(shù)設(shè)計(jì)階段先完成原理設(shè)計(jì)，明確技術(shù)指標(biāo)，固化技術(shù)狀態(tài)，然后通過三維軟件實(shí)現(xiàn)二維原理驅(qū)動三維設(shè)計(jì)，直接將二維原理圖中的設(shè)計(jì)信息、屬性帶入三維環(huán)境中，進(jìn)行設(shè)備、管路、電纜通道等綜合布放，減少設(shè)計(jì)信息和屬性的重復(fù)輸入，保證二維三維設(shè)計(jì)一致性。

3.3 施工設(shè)計(jì)

施工設(shè)計(jì)階段，各專業(yè)在技術(shù)設(shè)計(jì)三維模型的基礎(chǔ)上繼續(xù)深入開展工作，機(jī)電專業(yè)根據(jù)原理布放中、小管路和電纜通道，并向船體提交一般性開口理論線；船體專業(yè)判斷開口理論線正確后完成開口工作，并對船體三維模型進(jìn)行細(xì)化設(shè)計(jì)。各專業(yè)間應(yīng)用數(shù)字化手段定期開展干涉檢查，根據(jù)檢查結(jié)果修改設(shè)計(jì)和迭代設(shè)計(jì)。

在施工設(shè)計(jì)中后期，船廠會安排工藝人員到設(shè)計(jì)所進(jìn)行現(xiàn)場辦公，形成IPT團(tuán)隊(duì)，數(shù)字化設(shè)計(jì)為雙方的溝通協(xié)調(diào)提供了虛擬環(huán)境和數(shù)字樣船等手段，雙方結(jié)合三維綜合設(shè)計(jì)模型開展工藝及制造相關(guān)問題的溝通和協(xié)調(diào)，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)工藝問題，減少后期變更，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

4 結(jié)語

艦船產(chǎn)品設(shè)計(jì)是一項(xiàng)高度復(fù)雜的系統(tǒng)工程，設(shè)計(jì)階段多，循環(huán)迭代復(fù)雜，并行化程度高，技術(shù)密集，設(shè)備眾多，涉及行業(yè)內(nèi)、外眾多配套單位。通過加強(qiáng)艦船數(shù)字化手段和工具的應(yīng)用，提升設(shè)計(jì)所內(nèi)部以及船廠和配套廠所之間的外部協(xié)同能力，有助于提質(zhì)增效，具有一定的應(yīng)用價值。

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