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(kāi)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)?？梢詫?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(kāi)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(huà)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(mén)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(mén)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(jiàn)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(kāi)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?？梢曰诂F(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(méi)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。