基于三維數模的艦船軍檢新模式探索

朱世勇

(海軍裝備部駐上海地區第一軍事代表室，上海 201913)

0 引 言

我國艦船研制過程的監督、檢驗驗收是由軍事代表制度保障完成的。軍事代表擔負船東代表、方案和設計參與者、驗船師等不同職責，交接環節多、工作任務重、責任重大。當前，國內船舶軍檢仍以二維圖紙為載體，主要現狀表現為：1）結果符合性檢驗依據多、審查要點多、檢驗結果量大且耦合復雜，現場檢驗手段落后、檢驗規范化程度不高、檢驗效率較低；2）過程符合性監督的風險點多、技術協調及變更量大，管控壓力大；3）圖文檔信息表達與交互方式落后，艦船軍檢與研制間缺乏緊密協同數據環境。因此，有必要利用全要素表達、全信息集成的三維數字模型開展艦船數字化軍檢新方法研究，提升艦船軍檢技術水平。

白海威[1]、史猛等[2]分析了數字化軍檢的內涵及模式演變過程，指出對數字化軍檢內涵尚未形成統一認識。劉暢等[3]對數字化軍檢在海軍主動力裝置中的應用進行了研究。武三栓等[4]對航空發動機維修數字化管理及軍檢模式進行了研究。朱明華等[5]和李明宇等[6]研究了船舶MBD技術。世界主要的海軍裝備發達國家，自20世紀末就開始逐步推進海軍艦船的入級目標，在整個船舶設計建造和認證過程中，為研制單位提供明晰適用的準則，對設計單位的詳細設計和造船廠的船舶建造進行監督和檢驗。在推動軍船入級過程中，北約及美國海軍在技術越來越復雜的軍船設計、建造和服役中使用和持續優化船級標準，并逐步引入了三維審圖、工具輔助分析、現場檢驗輔助等數字化手段，以提高軍船檢驗及監督效率。在新的數字化技術推動下，美國船級社ABS探索了使用三維模型作為數字化審圖及檢驗對象的方法，持續進行新技術支撐下的軍船入級標準和體系完善工作。2018年8月，ABS與Crowley海事集團的Jensen海事公司共同完成了基于三維模型的設計審圖試點項目。法國船級社BV公司開發了審圖協同平臺、檢驗管理平臺、船體結構售后交付監控平臺，并開發了一整套數字化輔助工具支持審圖分析和檢驗工作。總體而言，上述工作及國內外相關文獻尚未對基于三維數字模型的艦船軍檢所面臨的困難、所需的能力進行針對性研究。

隨著我國船舶行業基于模型定義（Model Based Definition，MBD）的廠所協同設計模式落地，MBD模型逐步代替傳統紙質圖紙作為總體所向總裝廠交付的成果。當前基于圖紙的艦船軍檢方式難以適應我國艦船研制模式的變化，需要對基于三維數字模型的艦船軍檢模式進行研究，逐步形成基于三維模型的艦船軍檢新模式和能力。本文通過對基于三維數模的艦船軍檢特點、數字化軍檢支撐能力進行分析研究，提出基于MBD的軍檢新模式工作推進思路，將有助于推動艦船軍檢模式轉換和技術水平提升，并為船舶MBD研制模式的深入推進提供參考。

1 基于三維數模的艦船軍檢面臨的挑戰、相關技術及內涵

1.1 基于三維數模的艦船軍檢面臨的挑戰

針對傳統基于圖紙的艦船軍檢方式存在的問題，開展基于三維數模的艦船軍檢是順應艦船行業數字化升級的必然要求。開展基于三維數模的艦船軍檢存在如下挑戰：1）軍檢業務需與基于三維模型的艦船設計與建造全過程業務深度融合，改變目前研制過程與軍檢過程的串行模式；2）構建基于三維數模的、各方（軍、廠、所）認可的艦船軍檢標準規范，通過將軍檢業務流程、軍檢要求和具體要素與三維數模進行關聯，實現軍檢信息與三維數模信息集成；3）基于三維數模，構建軍檢技術數字化支撐工具和管理平臺。

MBD技術作為艦船行業正在應用和推廣的新技術，其高度集成的各類設計、建造和管理信息，為開展基于三維數模的軍檢奠定了基礎。

1.2 艦船MBD技術及應用現狀

艦船MBD核心思想是用集成化的三維實體模型來完整表達艦船產品從設計到制造所需的定義信息（包括三維尺寸標注、各種制造信息、產品結構信息和管理信息等），用來取代二維工程圖和文檔，實現面向制造的設計和產品全生命周期內的單一數據源。MBD是一套研發體系標準，它涵蓋了精益思想、并行工程，面向制造的設計、知識工程等研發思想，其目的是使產品數字化研制的價值最大化。

通過實施MBD技術后，有助于提升設計與仿真的迭代效率以及設計質量，實現艦船研制和全壽期維護保障數據的共享和重用，保障產品精細化建造和檢驗，提升建造質量，并實現設計并行程度大幅提升，縮短研制周期。當前，MBD模型已逐步取代二維圖紙作為廠所協同設計交付物，并在驅逐艦等多個產品上得到工程化應用。圖1為帶三維標注信息的設備MBD模型，該模型可直接用于軍檢。

圖1 設備MBD模型Fig.1 MBD model of the equipment

1.3 基于三維數模的艦船軍檢技術內涵

為順應艦船數字化設計和建造技術發展趨勢，迫切需要對基于三維數模的艦船軍檢技術進行深入研究。基于三維數據的艦船軍檢技術包括：基于三維數模的軍檢標準規范、檢驗與分析工具、共享基礎數據、軍檢協同工作平臺，涵蓋產品設計、試驗、建造以及服役期保障等階段，它充分利用艦船三維MBD模型直觀、信息全面、可交互（圖形旋轉、縮放、測量、剖切、標注等）特點，通過將產品信息和軍檢各類要素信息的集成，實現軍檢任務、軍檢知識（經驗、標準規范、歷史數據等）、流程和產品信息、軍檢結果之間的高度關聯，極大提升軍檢效率，進而提升產品檢查檢驗效率和質量。

2 基于三維數模的艦船軍檢技術

2.1 基于三維集成信息的全過程審查

新模式下，審查對象從二維圖文檔向三維數字模型轉變，審查方式從單點模式向全過程一體化模式轉變。

通過統一的三維數字模型（如MBD模型）以及三維為基礎的產品零部件結構樹，可以實現設計、試驗、工藝、檢驗在數據表達方式上的統一，保證軍檢中對數據一致性、完整性、有效性、關聯連貫性的要求。還可以對研制方三維MBD模型數據定義、審圖意見反饋及追蹤、三維模型更改管理機制等方面提出新的要求，并形成支持軍檢的艦船數字化定義標準規范和工作流程。具體模式場景包括：

1）基于三維模型的工程審查。總體所基于MBD進行技術設計、施工設計以及相應的仿真和計算分析，并按照軍檢要求提交三維數模，軍事代表基于三維數模進行審核，三維送審數模包括了模型的幾何、屬性信息和接口以及相應的產品制造信息PMI，軍事代表基于三維數模中的信息集合進行評審意見反饋，評審意見可記錄在三維模型數據集中。總體所與船廠進行基于MBD的協同設計，船廠在協同設計基礎上進行三維工藝設計和三維工藝仿真，并基于關聯模式進行工藝模型和工裝模型設計，工藝及工裝模型與產品設計模型之間存在關聯關系，一旦更改可以進行級聯更改，以保持技術狀態的一致性。軍事代表在對下游工藝、工裝等數據進行審核時，可以減少與前端設計的符合性比照工作，大大提高審查效率。

2）基于三維模型的檢驗設計及制造檢驗。三維MBD模型發放給船廠后，軍事代表基于三維檢驗模型、檢驗規程可以方便地進行實物檢驗和制造檢驗工作，并可實時查看三維設計模型和工藝過程模型。設計模型更改后，可以傳遞至關聯的檢驗模型進行更改，方便軍事代表進行更改后的符合性審查。

通過軟件內置的模型瀏覽工具，即可在施工現場查看、縮放、旋轉、定位模型的各種視圖，依據模型的三維標注和技術注釋了解軍檢要素，經過深度定制后，還可將軍檢條目形成表單形式，直接在現場勾選和填報；通過拍照或電子測量系統還能準確的進行三維MBD模型和實物尺寸比對。由于電子圖紙生成已完全脫離人工手繪，所有標注與模型尺度保持關聯，能夠最大限度地保持與設計制造模型的一致性，可大幅提升軍檢效率。

2.2 基于成熟度的過程送審

艦船數字化研制流程的轉變需要軍檢模式進行適應性調整。傳統的基于圖文檔的審查模式只能對結果進行集中審查，審核工作量聚集，風險不容易及時預判，采用基于三維MBD研制模式后，可以做到實時在線審查，軍檢目標及規則更加明確，可以將集中審查轉變為在研制過程中依據成熟度分步審查，推動研制管理體系優化，提升艦船質量，化解研制風險，降低研制成本。具體包括：

1）審圖依據及審查要點的明確化。對軍檢的所有標準規范進行管理，并對具體型號的審圖依據及審查要點進行管理，基于審圖依據及審查要點，在設計保證體系及MBD設計數據中主動進行符合性表達，方便軍事代表的工程審查。

2）基于成熟度的過程重點送審。通過定義不同的技術成熟度，支持基于技術成熟度的過程送審，明確不同成熟度對應的可評審內容點，如外形、接口、材料、重量重心等達到要求即可以實現過程送審，避免集中送審帶來的工作任務聚集、風險點難以及時發現等問題。

3）技術協調及關鍵更改的提前介入。三維模型設計過程中，軍事代表可提前介入總體布置干涉檢查、關鍵技術問題協調、關鍵更改影響分析等過程，使得軍事代表與研制方能夠基于統一的數字化環境進行緊密協同和數據共享，及時對作戰性能要求、系統/分系統供應商接口等的變化影響及時預判、及時處理。

2.3 基于知識和規范化輔助工具的檢查

手工經驗式軍檢模式向規范化工具輔助式軍檢模式進行轉變。傳統的軍檢模式多為手工、經驗式，效率較低，因此有必要借助先進的數字化工具輔助船檢，如軍檢知識庫，通過引入和開發基于知識的數字化審圖及分析工具，將審圖及分析的規范化過程固化，將知識嵌入到審查流程中，提高審圖效率和審圖結論的一致性。

此外，由于新研艦船需要借用母型船的大量設計數據，對于歷史船型數據的送審結論，可以考慮其審定結論的復用性，以提高軍事代表審圖效率。

3 基于三維數模的軍檢數字化支撐能力

參照美國、法國等先進的數字化船檢現狀及未來發展趨勢，結合艦船軍檢新模式的特點，為有效支撐基于MBD的艦船軍檢新模式，需要從標準、工具、平臺、基礎數據庫等層面構建相應的數字化支撐能力。

1）構建基于MBD的軍檢標準規范。包括2個層面：一是軍方與研制方共同形成的、互相認可的軍檢標準依據，通過構建統一的軍檢標準發布及共享平臺，實現軍檢標準規范的統一管理和維護；二是在研制方的數字化標準規范中，明確三維模型設計結果與標準規范的引用及符合性關系，即要在艦船MBD標準規范中明確軍檢信息的表達內容及表達方式。

2）構建面向全生命周期的軍事代表多級協同平臺。以全過程質量數據鏈路為主線，構建統一的軍事代表多級協同環境，實現與研制方的產品數據管理平臺對接，以三維數據作為單一數據源，支持工程研制、工藝設計、生產建造、試驗等過程中的送審計劃及模型審查協同、評審意見記錄及實時反饋、風險及問題管理等，并完整記錄軍事代表審查及檢驗的全過程數據。

3）構建軍檢計算及分析工具。引入及開發支持軍事代表審查的專業性工程計算及分析工具，在艦船研制過程中也使用這些工具集，軍事代表可以對工具的規則符合性進行審查。在實際數據審查時，只要是經過認可的工具和規范的流程計算和分析得到的結果，軍事代表可以對設計結果直接認可，也支持進行符合性抽檢，以提高軍事代表審圖效率。

4）構建軍檢基礎數據共享庫。構建研制方與軍檢方的統一基礎數據庫，實現軍檢和研制雙方基礎數據統一；構建軍檢審查方法及審查要點知識庫，為軍檢提供智能化輔助支持手段。

4 基于三維數模的軍檢新模式推進思路

為有效推進基于數字模型的艦船軍檢新模式落地，給出工作推進步驟及思路。

1）統一軍檢新模式的認識，形成團隊、工作計劃及分工

軍方、總體所、總裝廠、各系統/分系統單位等軍檢相關干系人，需要統一對軍檢新模式的認識，明確新模式轉變中本單位的職責以及對本單位工作模式的轉變重點。建立推行計劃、工作團隊、職責及分工。

2）艦船檢驗標準規范體系梳理及歸口管理平臺建設

對軍船目前的標準規范體系進行梳理，構建軍檢標準規范體系的歸口發布平臺，率先上線應用，統一管理、統一維護，支持標準規范及細則的持續優化和完善體系的建設。

3）軍檢數字化平臺、工具集、基礎數據庫的開發及推廣

面向軍檢未來模式，兼顧當前多個型號的現狀，對數字化平臺、工具集開發、基礎數據庫構建等進行規劃，結合實際成熟度水平，分期、分步進行建設、試點、推廣示范。在實際建設中，可以首先實現軍檢基礎平臺的構建，支持二維圖紙送審，并根據三維MBD在具體艦船型號中的應用進程將三維模型送審作為軍檢新模式試點。

5 結 語

本文對國內基于圖文檔的艦船軍檢模式面臨的問題以及國外船舶檢驗的現狀進行分析，并就船舶行業MBD技術深入應用背景下的軍檢業務面臨的挑戰進行了闡述，提出了具體的建議。在此基礎上，提出基于數字模型的軍檢支撐能力要求，以及推動該模式落地的工作思路。

隨著MBD技術在船舶行業的廣泛應用，基于數字模型的軍檢將是今后艦船軍檢技術發展的必然要求和主要趨勢，新模式的形成和落地對于提升我國艦船協同研制能力和研制質量具有重大現實意義。