船用舾裝基礎庫的快速構建和實船應用

代芬芬， 劉永珍， 王 炎， 錢麗萍， 張振寧

(江南造船集團(有限)責任公司， 上海 201913)

0 引 言

目前，我國船舶企業已具備建造大多數船型的條件，但與以先進設計和建造技術為核心競爭力的國外造船企業相比，我國船舶企業船舶生產設計的自動化和標準化程度還不高。當前各國造船企業都在倡導和大力推進“數字化造船”(數字化造船是指以數字化建模仿真與優化為特征，將信息技術全面應用于造船的全過程中)，國內的數字化造船也正在推進，一些大型造船廠正在逐步實現船舶產品開發、設計、制造、管理、經營和決策等全過程的數字化，并突出信息化建設服務于造船的各個階段[1]。

生產設計是船舶設計與建造的關鍵環節，生產設計基礎數據庫的建立標準和維護機制不完善，不僅會造成設計人員大量重復勞動，而且會大大影響現場作業人員的工作效率。通過統一舾裝物資基礎數據源，建立完整的船用舾裝物資基礎數字資產體系，依托生產設計軟件平臺開發符合實際需求的舾裝基礎數據庫管理系統，完善舾裝基礎數據庫管理模式，打造一個完善的標準化船用物資庫，實現設計生產系統與供應鏈管理系統的信息集成，使各階段的信息能及時、準確、完整地互通，使船舶物資數據統一在設計管理平臺上流通，保證訂貨、生產設計和現場領貨分配等產品信息數據高度一致，為實現船舶產品設計與制造全過程的數字化提供數據支撐[2]。

1 舾裝基礎部件屬性

1.1 船用物資屬性和分類

對船用物資進行合理分類，創建物料名稱字典和數字資產，為船用舾裝物資建立統一的數據源，通過程序批量處理數據，實現船用舾裝基礎物資在多個平臺之間的快速集成，創建一個公共標準庫，滿足各型船的需求[3]。部件庫資源共享可大幅減少設計人員重復建模的工作量。從源頭上規范物資屬性，統一設計規范，減少物資屬性上下游不一致產生的建造差錯，提高物資設計、采購和配送的整體質量，為構建面向型號工程的設計、生產、物資、物流和品質等業務系統一體化集成應用信息化管理平臺提供基礎數據支撐[4]。

船用物資屬性一般可按功能分為船體結構、動力系統、電力系統和船舶保障系統等4類，軍用艦船還包含作戰系統和航空保障系統等；船用物資自然屬性主要有名稱、標準、型號、規格、材質和重量等，一型船涉及的物資數以萬計，各部門根據自身的業務需求對物資屬性的定義存在差異，結合生產設計軟件平臺，物資分類不僅要滿足各部門的需求，而且要滿足設計和生產需求[5]。綜合船用物資的兩大屬性特點，按照物資大類、物資中類、物資小類、物資類別和物料名稱對船用物資進行分類，并用簡明數字對分類進行標識，形成船用物資代碼。

1.2 舾裝部件命名規則

在生產設計過程中，對于舾裝部件的引用，通過部件名查詢基礎部件并將其引用到模型中，舾裝各部件的命名規則必須滿足造船CAD軟件平臺對部件編碼規則的要求，主要包含以下幾點：

1) 部件名必須具備唯一性；

2) 部件名最大長度為25位；

3) 各位代碼字符必須是A～Z范圍內的英文字母(除O)，或0～9范圍內的數字，包括符號“.”，不允許使用“*”“#”和“”等符號。

此外，為提高生產設計效率和質量，部件命名規則還需體現以下幾點：

1) 為快速搜索，編碼中必須體現專業、部件類型和主要屬性信息；

2) 部件名中涉及的對照碼編制應遵循一定的規則，使其具備可擴展性。

部件屬性信息能完整準確地體現物資的固有屬性；能根據物資編碼需求，從造船軟件平臺中獲取所需物資的屬性。基于要求和船用物資分類特點，制訂船用舾裝物資設備部件、管系部件、風管部件、鐵舾裝件和電裝部件等部件的命名規則及屬性信息填寫規則，主要涵蓋物資的物料名稱、標準、規格和材質等特性，使每個舾裝部件都具有唯一標識。規范化、標準化的部件屬性信息能滿足設計、制造和生產需要，為后續的物資物流管理提供準確的基礎數據，同時為采購、配套和生產等提供標準的數據基礎。

1.3 舾裝部件屬性規范

為保證托盤數據的準確性，同時滿足部件訂貨、生產和安裝的需求，按照物料名稱對滿足國標(GB/T)、廠標(CB/T)和江南標準[JNS,江南造船(集團)有限責任公司制定的標準]的管系、通風、電氣和內裝專業部件的標準、規格和材質等重要屬性信息的描述制訂規則；為準確計算鐵舾件部件及通風部件的焊縫長度和外表面涂裝面積，歸納整理各類型材橫截面周長的計算公式，在批量創建部件過程中，通過程序自動計算出所需數據，并將其自動存入CAD軟件平臺中的User Def Info信息欄。部分管附件屬性信息描述規范示例見表1。

表1 部分管附件屬性信息描述規范示例

1.4 舾裝部件連接屬性

舾裝各類型部件連接點在CAD軟件平臺上存在通用屬性和特殊屬性，連接點通用屬性有General、Volume和User Def Info等；連接點特殊屬性是由于專業、部件類型和調用原則不同，導致連接點定義和參數不同。管系部件有管材、管附件、閥件和閥附件等4類，連接形式分為外螺紋連接、內螺紋連接、法蘭帶螺紋孔連接和法蘭不帶螺紋孔連接等；風管部件有螺旋風管部件、矩形風管部件和扁圓風管部件等3類，連接形式分為Rectangular和Circular；電氣部件有電纜貫穿件和電纜支撐件2類，連接形式分為Cable Transit和Cable Way；外舾裝部件按型材類型有12類，各類型材的連接點參數各不相同。因此，各舾裝專業部件連接屬性的研究和分類非常復雜，研究內容不僅涉及船舶舾裝的專業特性，而且涉及CAD軟件平臺運行模式和特點，必須同時滿足專業和軟件要求，只有如此才能真正實現舾裝部件的快速創建。部分管附件連接點示圖和輸出文件見圖1。

圖1 部分管附件連接點示圖和輸出文件

2 舾裝部件管理系統開發

系統主要實現舾裝物資與CAD系統快速集成和舾裝部件屬性信息批量維護兩大功能，以快速創建管系、風管、電氣、鐵舾、內裝和設備等舾裝基礎部件數據，實現船用物資屬性信息與部件庫物資屬性信息的高度一致性，保證數據源的準確性和唯一性。

2.1 舾裝物資與CAD系統快速集成批量創建部件

根據船用物資分類對船用物資進行有序編排，并用簡明數字標識物資的分類、名稱、標準、規格和材質等自然屬性，形成船用物資代碼，進而構建船用數字資產。數字資產庫底層表結構設計對數字資產的應用和維護管理有很大影響。針對船用物資的特點構建數字資產表和其他輔助表，這些表在物理關系上是相互獨立的，但有些表元素之間是關聯的，利用其關聯關系建立所需的關系數據庫。通過VB.NET調用CAD軟件平臺數據讀取和寫入函數，通過SQL Server技術融合管理各物資屬性信息，借助PYTHON將程序嵌套于CAD軟件平臺中，將各類船用物資的代碼批量寫入CAD軟件平臺部件庫中。根據物料名稱、標準、規格和材質等自然屬性和CAD平臺調用原則擬定規范的部件名稱；根據物資分類和同樣的屬性信息生成物資唯一標識物資代碼。程序在批量處理數據源和監測數據的正確性過程中，根據物資的屬性信息對部件名和物資代碼進行綁定，從而建立物資與部件之間的關聯關系；通過對SQL數據庫進行訪問存儲和WebService技術實現跨系統間數據的傳輸與轉換，實現船用舾裝物資與CAD軟件平臺快速集成，進而將帶有物資代碼屬性的部件覆蓋于全船生產設計的各個階段，保證后續物資托盤清單、流通、核算和統計數據的準確性；應用計算機進行高效管理，減少人工錄入，實現船用物資的標準化管理和全供應鏈數字跟蹤及管理，提高船用物資供應精度，加快生產的進度，提升船舶建造質量。數據快速集成批量創建示意見圖2。

圖2 數據快速集成批量創建示意

2.2 舾裝部件庫屬性信息數據維護

舾裝部件維護功能主要包括部件查詢和部件屬性信息修改。CAD設計系統原有的部件查詢工能只局限于通過部件名稱查詢部件，查詢條件過于單一，設計員無法根據需求快速查找部件。二次開發的查詢功能可根據部件名稱、物料名稱、標準、規格和材質等屬性信息篩選部件，或根據任意屬性匹配查詢部件，彌補了目前CAD軟件平臺查詢的缺點。根據部件屬性信息修改功能，可自動批量抽取軟件平臺舾裝部件，并自動匯總所有部件屬性信息，通過窗口直觀顯示各項信息。根據部件庫中物資代碼與各屬性信息之間的關聯關系，系統自動判斷信息的正確性，通過一鍵操作，批量更新完善風管、電氣、鐵舾、內裝和設備等舾裝各專業基礎部件的屬性信息；批量按專業和連接形式等對部件進行自動分類；批量將正確屬性信息反寫入CAD軟件平臺中。批量反寫數據功能打破了原有系統Components模塊單獨修改屬性信息的模式，實現了批量維護部件庫屬性數據的功能。通過分析軟件自身創建部件的各環節和設計模塊調用部件的原則，二次開發系統在維護數據過程中批量模擬了該過程，并在各環節嵌入了詳細、明確的錯誤提示，包括操作提示和數據信息提示，提供給用戶明確的數據更改方向和內容，填補了原有系統Components模塊系統功能在錯誤提示處理上的空白，快速有效地保證了導入數據的正確性。系統數據維護界面見圖3。

圖3 系統數據維護界面

3 舾裝部件管理系統實船應用

目前，該項目的研究成果已應用到化學品船、科考船、散貨船和汽車運輸船等民用船及部分重要高新產品上，應用范圍涉及所有船用物資，共批量快速創建部件十萬多件。通過對研究成果進行大力推廣應用，大大提高了物資規范性管理水平，減少了物資屬性不統一引起的設計差錯；通過將數字資產與CAD平臺集成，提高了設計效率和設計質量；基于船用數字資產，實現了設計與制造之間設計數據流的互通，一定程度上降低了建造成本。圖4為系統實船應用案例。

圖4 系統實船應用案例

4 結 語

從舾裝部件管理系統在多種船型上的實際應用效果來看，無論是在經濟效益方面，還是在社會效益方面，與以往相比都有了非常顯著的提高。同時，在開發過程中吸取了國外先進的船舶生產設計理念，并結合自身特點進行了擴展和延伸。這樣既有助于掌握和控制生產設計總體框架，又能大大提升設計能力和設計質量，對實現區域化、精細化造船有重要作用，為實現造船信息化奠定堅實的基礎，具有非常好的應用前景。后續將逐漸建立和完善生產設計基礎數據庫的標準和維護機制，真正實現全船的數字化三維設計，為提高設計效率和質量及實現產品全生命周期管理提供數據基礎。