AM軟件的開孔管理流程及其應用

陳威華

摘? ? 要：船舶建造過程中需要在船體結構上進行各種形狀、尺寸的開孔，以便于其他專業的管子和電纜等穿過船體結構。結構開孔的預開率與正確率，對船舶建造效率有著一定的影響。提高預開孔率能提高現場施工的效率;提高開孔的正確率能降低現場的返工率與成本。本文旨在研究如何在圖紙設計階段運用AM設計軟件建立開孔管理流程，集合各個專業的信息進行細化建模，提高結構開孔的預開孔率與正確率，進而提高船舶建造的整體效率。

關鍵詞：AM設計軟件;開孔管理;船舶建造

中圖分類號：U671.94 ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A

Abstract： During the shipbuilding， various shapes and sizes of openings in the hull structure so that the pipes and cables can pass through the hull structure. The ratio of openings before construction and correct rate of structural openings during the design stage have certain influence on the efficiency of shipbuilding. High ratio of openings before construction will improve production efficiency， while high correct rate of openings will reduce the rework and cost. This paper aims to study how to use the AM software to establish the opening management process at the drawing design stage， collect the information of each design department for modeling， improve the pre-opening rate， correct rate of the structural openings， and then improve the overall efficiency of the shipbuilding.

Key words： AM software; Opening management; Shipbuilding

1? ? ?前言

船舶建造是一項投入巨大、繁瑣復雜的系統化工程，包括船體結構、輪機管系、電氣、鐵舾、通風等多個專業。項目前期的設計準備工作，直接關系到后期的工程建造效率，因此使用一款能集成多個專業模塊于一體的船舶設計軟件，處理好各專業之間的布置、協調、干涉問題，實現模型同步可視化，顯得相當的重要。英國AVEVA 公司研發的船舶設計軟件AVEVA MARINE（AM）正是其中之一，也是我司目前使用的設計軟件。AM設計軟件是整個開孔管理流程中的核心，它能夠把管系、電氣、通風等專業的形式上的開孔，轉換成船體結構所需要的真實開孔，并進一步落實到下料、生產、建造的流程中。

2? ?開孔管理的重要意義

船體結構開孔，是指在船體結構梁、壁板、平臺、甲板上開設的各種形狀、尺寸的開孔。船舶管路、電路、通風等在全船布置過程中，其路徑受到很多制約因素的影響，其路徑不可避免地會與船體結構發生碰撞干涉。在很多情況下，直接穿過船體結構可以極大地簡化路徑，不僅能節省用料成本，也能優化路徑，讓出更多的布置空間。因此，船體結構開孔是設計建造流程中的正常操作，其數量與船舶系統的復雜程度成正相關。船舶的系統越龐大復雜，需要的船體開孔數量就越多;另一方面，豐富的設計經驗、優秀的設備布局、路徑布置，也能減少船體開孔的數量。

船體結構的預開孔，是指在生產設計階段，將開孔的尺寸、定位表達在生產設計圖紙上，并在板材零件的數控下料時將其開出，減少現場的手工開孔操作。船體結構預開孔率的提升，對提升船舶的建造效率有著重要的意義：

（1）減少現場工作量，提高建造效率

現場開孔采用傳統的氣割，精度差、效率低，開孔后需要大量的打磨;而將開孔數據錄入數控切割指令中，在零件下料階段就把結構開孔在零件上切割出來，具有精度高、效率高的特點，開孔后僅需少量打磨，可大大減少現場的工作量;

（2）實現工序前移，提高分段完整性

船舶建造是一項系統工程，多個專業的工作需協調共同完成，一環扣一環，其中一個環節出現問題就會影響到下一個環節。由于船體結構開孔已經預開好，將工序前移，進行預舾裝時可以減少遇到的障礙，釋放更多的勞動力來進行其他的作業;

（3）減少施工錯誤，降低差錯率

傳統的現場開孔模式，把需要的開孔信息，如開孔尺寸、定位、所在區域等表達在生產設計圖紙上，由現場工人把開孔還原在對應的地方。這種信息傳遞對工人的解讀水平有一定的要求，信息被誤讀的風險較大;而通過在建模軟件AM的優化，固化到生產設計圖紙以及零件的下料指令中，所有專業、系統都具有高度的統一性，幾乎不會出現差錯。

值得注意的是，船體結構的預開孔，等同于把現場開孔的工序前移到生產設計階段，每一個在生產設計階段發生的錯誤，都會毫無遺漏地反映生產現場當中，造成返工。因此必須要以嚴謹的流程對預開孔進行規范的管理。

3? ? 開孔管理的一般流程

綜上所述，我們的目標是要提高船體結構預開孔數量、占比率，同時要保證預開孔的準確率。為此，需要建立科學、規范的流程管控，應用具有功能強大的專業設計軟件來實現。

（1）優化設計輸入

前期通過各專業的全局策劃、總體布置、細化建模、協調評審、優化修改，形成設計輸入。通過AM船舶設計軟件的開孔管理模塊，無縫對接到船體結構生產設計模塊中，把結構預開孔在船體模型上無差錯的體現出來;

（2）校核結構預開孔強度

根據相應的規范，對結構預開孔進行強度校核。對于不滿足要求的開孔，可在規范允許的范圍內做補強處理;規范內禁止的開孔，必須取消并修改布置及走線;在必要時，開孔方案需送審船級社進行認可，避免在后期施工中因開孔不滿足規范要求而進行換板挖補、管路修改等返工現象，提高生產效率;

（3）固化專業設計輸入和流程

經過“專業設計輸入--船體結構預開孔--開孔校核--反饋--專業設計輸入更新--船體結構預開孔更新--開孔校核--……”的往復循環后，形成最終方案，并將其固化到流程中完成歸檔，為后續復查、校對和追溯提供可能;運用發圖管理系統為工具、專業聯系單為媒介，實現信息、流程的共享和可視化，避免了后期因為記憶錯亂、操作不規范等導致的各方意見不統一，一切以固化歸檔的結果為準;

（4）輸出生產設計圖紙和零件數控切割指令

經過上述流程，船體結構預開孔已經具備輸出生產設計圖紙的條件，在生產設計圖紙中表達所有的結構預開孔，將所有的結構預開孔在數控下料時精確的切割出來。

4? ? 開孔管理的操作方法

（1）各專業相關系統的設備布局基本定型，管路布線已完成優化，各項檢查完成，具備預開孔的條件;

（2）打開AM的舾裝模塊并進入管系設計模塊：在主菜單中，選擇Pipe Penetration--Create Penetration進入管子開孔模塊;在3D模型視圖中，選中需要穿過船體結構的管子，點擊Pick Penetrated Items，選中管子所穿過的船體結構板架，確認無誤后點擊OK;在彈出的對話界面中進一步填寫孔的類型、凈空、余量裕度等屬性，確認無誤后再次點擊OK，在3D模型視圖中將會出現模型開孔的結果;最后，點擊菜單中的Save and Unclaim，保存結果并寫入AM數據庫中，使得其他專業的設計模塊可以共享其更新的數據;

（3）船體專業的設計人員在收到其他專業的開孔需求后，打開AM的舾裝模塊，并進入開孔管理模塊（見圖3）;

① 在左側的模型欄Design Explorer里，選中需要進行模型開孔操作的分段，并在右側的Hole Association Manager中選中Current Element，并點擊Apply Filter，即可列出其他專業提交給船體專業的開孔需求列表;

② 通過瀏覽模型，初步檢查船體結構開孔的可行性;選中需要檢查的開孔條目，點擊右鍵并在菜單中依次選擇Navigate to---Penetrated Item，可調出需要開孔的船體板架模型;點擊右鍵菜單中依次選擇Navigate to---Penetrating Item，可調出穿過船體板架的構件（如管子、電纜）的模型;

③ 選中需要預開孔的條目（可多選），點擊標簽底部的Manage Selected Holes，進入確認模型開孔的操作界面;

④ 模型開孔操作中有三個選項：

Approve ：通過請求的模型開孔操作。

Reject：拒絕請求的操作。如果所請求的開孔有明顯的問題，并不符合船體結構規范的相關要求，可以駁回其他專業的開孔請求;

Agree Redundant ：通過請求取消模型開孔操作。其他專業需要更改已經在船體結構上的開孔時，需要提交此請求，待船體結構開孔取消后方可繼續操作;

⑤ 點擊菜單中的Save and Unclaim，把操作結果寫入AM數據庫中。至此，船體專業的模型開孔與其他專業的需求開孔，已在數據層面上達成統一;

⑥ 打開船體的設計模塊Hull Design，更新與開孔變動相對應的圖面，并根據需要標示出開孔的尺寸、定位以及其他信息;對高應力區域，特別是肘板趾端附近、加厚板角隅區域、強橫梁上的開孔，應予以高度重視，對于不符合規范要求及有較大爭議的開孔，在開孔管理模塊中使用Reject操作，取消開孔并退回到相應的專業;

⑦在Hull Design模塊中，點擊Plane Part Generation，進行模型--套料的放樣操作，把模型上的開孔數據在AM系統里生成在實際的零件下料中;保存并寫入數據庫后，打開船體設計模塊Hull Design的板材套料模塊Plate Nesting，使用Open命令打開有變動的零件所在的套料板，點擊Verify--All，等待操作結束，即可完成板材切割指令的更新;

（4）下發生產設計圖紙以及數控切割指令到生產現場。至此，通過開孔管理流程完成從設計到生產的轉換;生產現場的數控切割機通過解讀板材切割指令，切割出具有開孔的零件，實現從模型到下料的具體化。

5? ? 結束語

通過結構預開孔的管理提高預開孔率，能夠減少現場的工作量及降低施工差錯率，提高船舶建造效率。但同時，除去需要特定功能的設計軟件的硬件支持外，對生產設計階段的各專業設計進度的規劃與計劃、整體協調，具有很高的要求，是衡量設計水平高低的重要體現。為了提高預開孔率，各專業的規劃、布置、走線等都要有很好的預判，這在一定的程度上起到了同步推進各專業室設計進度的作用，加快了整體的設計進度。