船舶電氣設(shè)備布置圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)化研究

鄒智曦，姚 剛

0 引言

船舶電氣設(shè)計具有復(fù)雜性和多專業(yè)協(xié)同性的特點(diǎn)，對于船舶電氣詳細(xì)設(shè)計來說，主要包含系統(tǒng)圖和布置圖的設(shè)計，不僅涉及配電、控制、通導(dǎo)、照明等純電氣專業(yè)圖紙的設(shè)計，輪機(jī)、管裝、通風(fēng)、舾裝等所有相關(guān)專業(yè)設(shè)備的供電及電氣控制圖都要在電氣詳設(shè)圖中體現(xiàn)出來，電氣詳設(shè)圖紙數(shù)量多，信息量大[1]。過去拿比例尺在油紙上逐根線條手工繪制的方法早已不能滿足快速的現(xiàn)代造船節(jié)奏。要想高效、準(zhǔn)確、可重復(fù)地開展船舶電氣設(shè)計，必須借助各種先進(jìn)的造船設(shè)計軟件。在運(yùn)用軟件工具設(shè)計的過程中，不斷發(fā)現(xiàn)不同軟件呈現(xiàn)的設(shè)計信息通常很難不失真地傳送到另一個軟件中，電氣設(shè)備布置圖中的設(shè)備信息傳送到生產(chǎn)設(shè)計中的情況亦是如此。

1 概述

目前，船舶電氣詳細(xì)設(shè)計大多采用操作簡單、繪圖方便的AutoCAD制圖軟件，而船舶電氣生產(chǎn)設(shè)計建模以及出圖則可以使用AM12或其他三維建模軟件。

船舶電氣詳細(xì)設(shè)計方面，以船舶電氣設(shè)備布置圖的繪制為例，將船體結(jié)構(gòu)、內(nèi)裝背景、各種設(shè)備作為背景圖，在圖面中添加配電板、起動器、分電箱、控制箱、燈具接插件、報警器、馬達(dá)、儀表等所有需要提供電氣連接的設(shè)備符號及設(shè)備代號。布置圖繪制不斷精細(xì)化的同時，生產(chǎn)設(shè)計設(shè)備信息與布置圖的一致性反而越來越難以保證。使用AutoCAD設(shè)計平臺繪制的圖形信息難以識別提取，與數(shù)據(jù)庫難以進(jìn)行有效關(guān)聯(lián)，因此，其再設(shè)計工作一動百動，嚴(yán)重影響了計算機(jī)輔助設(shè)計應(yīng)該給船舶電氣設(shè)計帶來的效益[2]。

對船舶電氣生產(chǎn)設(shè)計來說，AM12系列軟件有著相當(dāng)重要的意義。軟件結(jié)合 Tribon以及 PDMS（plant design and management system）的優(yōu)勢，其模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計給生產(chǎn)設(shè)計的組織工作帶來了無限便利[3]。

AVEVA公司的三維船舶產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)AM12系統(tǒng)是一個先進(jìn)的船舶產(chǎn)品設(shè)計系統(tǒng)，船舶建造中的各專業(yè)都可以在這個統(tǒng)一平臺上進(jìn)行三維建模、協(xié)同設(shè)計，并可以輸出施工過程中所需的大部分圖紙[4]，有效地解決了因協(xié)調(diào)不充分引起的設(shè)計返工、修改等問題，既縮短了生產(chǎn)設(shè)計周期，又保證了綜合放樣質(zhì)量，可直觀地隨時進(jìn)行干涉檢查、綜合平衡。

在使用AM12進(jìn)行三維建模時經(jīng)常會出現(xiàn)：設(shè)備建模的實(shí)際設(shè)備代號與布置圖中設(shè)備代號不一致；設(shè)備建模的完整性不高，卻又難以核查缺漏項；設(shè)備定位位置與布置圖位置的一致性不能得到保證；布置圖中設(shè)備移位后生產(chǎn)設(shè)計建模沒有隨之更新位置等問題。船舶電氣詳細(xì)設(shè)計圖紙與生產(chǎn)設(shè)計圖紙中包含的信息之間有一定的繼承關(guān)系，但卻通過不同的媒介呈現(xiàn)，兩者之間既有聯(lián)系又相互獨(dú)立，詳細(xì)設(shè)計圖紙修改后，涉及到生產(chǎn)設(shè)計需要進(jìn)行的修改量巨大，而且不能自動更新到生產(chǎn)設(shè)計模型中，甚至很難逐一核查這些信息來保證各類圖紙的一致性，反復(fù)的核查工作耗費(fèi)大量人力，對設(shè)計進(jìn)程產(chǎn)生了很大影響[1]。為了將詳細(xì)設(shè)計布置圖中的有效數(shù)據(jù)迅速且準(zhǔn)確無誤地輸出到生產(chǎn)設(shè)計進(jìn)程中，在圖紙發(fā)生變更時加強(qiáng)過程管控，確保各類圖紙的一致性，研究電氣詳細(xì)設(shè)計和生產(chǎn)設(shè)計過程中的使用數(shù)據(jù)的特征和傳輸方式，合理運(yùn)用軟件功能，在數(shù)據(jù)生成、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)輸出等各個環(huán)節(jié)對信息進(jìn)行處理和分析，可以成功解決這一瓶頸問題[1]。

充分考慮AutoCAD和AM12這兩款設(shè)計軟件的特點(diǎn)，有效地將布置圖和三維模型中的設(shè)備信息在兩款軟件中打破界限，統(tǒng)一管理，在CAD布置圖圖紙基礎(chǔ)上通過進(jìn)行信息化處理將圖紙中設(shè)備的代號、區(qū)域、位置等后道工序需要的信息提取出來，在信息輸入輸出的過程中進(jìn)行跟蹤處理，保證關(guān)鍵信息的一致性，對設(shè)計準(zhǔn)確率和效率都有很大提升。

2 船舶電氣設(shè)備布置需要的設(shè)備信息

船舶電氣設(shè)備布置圖中需要輸出到生產(chǎn)設(shè)計的信息主要包括：電氣設(shè)備代號、電氣設(shè)備區(qū)域代號、電氣設(shè)備定位位置。布置圖主要信息以及信息使用情況如下文所述。

2.1 電氣設(shè)備代號

船舶上安裝的所有電氣設(shè)備，包括純電氣專業(yè)設(shè)備以及一切需要進(jìn)行電氣連接的機(jī)械設(shè)備等。電氣設(shè)備有其設(shè)備名稱，并通過一個全船唯一的識別號來進(jìn)行設(shè)備區(qū)分，這個代號叫做電氣設(shè)備代號[1]。

電氣設(shè)備布置圖和AM12模型中都要用到電氣設(shè)備代號，這些設(shè)備代號不能各自自成體系，而是要按照統(tǒng)一的規(guī)則一 一對應(yīng)，電氣設(shè)備代號的存在價值就像每個人都有一個獨(dú)一無二的身份證 ID一樣，作為每個電氣設(shè)備的身份識別碼，不能重復(fù)。所以電氣設(shè)備代號是將電氣設(shè)備布置圖與AM12建模對應(yīng)起來的連接紐帶，布置圖與AM12建模模型中電氣設(shè)備代號完全一致是保證生產(chǎn)設(shè)計準(zhǔn)確性的核心因素。

2.2 電氣設(shè)備區(qū)域代號

開展船舶電氣生產(chǎn)設(shè)計前，根據(jù)不同的空間位置以及區(qū)域類型，將全船按照三維空間結(jié)構(gòu)分割劃分為十幾到二十余個區(qū)域，每個區(qū)域按照區(qū)域命名規(guī)則以兩位英文字母命名，這個代號就是電氣設(shè)備區(qū)域代號。典型電氣區(qū)域劃分圖見圖1。

圖1 典型的電氣區(qū)域圖

電氣設(shè)備區(qū)域代號是設(shè)備分區(qū)的依據(jù)。判斷一個設(shè)備的定位區(qū)域是否正確，能有效防止設(shè)備雖然在幾何空間定位位置誤差很小，但區(qū)域劃分錯誤的情況發(fā)生。

2.3 電氣設(shè)備定位位置

電氣設(shè)備具體需要安裝在什么位置，這個重要信息需要在布置圖中體現(xiàn)出來，在電氣設(shè)備布置圖中，通過使用標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備符號，將設(shè)備符號和設(shè)備代號放置在布置圖中，生產(chǎn)設(shè)計根據(jù)布置圖中的設(shè)備符號位置來進(jìn)行設(shè)備的建模和定位。

隨著船舶設(shè)計技術(shù)的不斷進(jìn)步，電氣設(shè)備布置圖的精細(xì)程度越來越高，設(shè)備位置早已不僅是以一個簡單代替符號，象征性地放在某個房間或某個區(qū)域內(nèi)，現(xiàn)在的設(shè)備布置圖已經(jīng)進(jìn)化到基本按照實(shí)際設(shè)備尺寸，放置在誤差不超過半米的范圍以內(nèi)。這個相對準(zhǔn)確的定位點(diǎn)就是電氣設(shè)備的定位位置。

2.4 電氣設(shè)備信息的使用

電氣設(shè)備開始建模之前，區(qū)域生產(chǎn)設(shè)計人員需要將自己區(qū)域相關(guān)的電氣系統(tǒng)圖、電氣布置圖、設(shè)備資料等圖紙文件都整理好，核對并根據(jù)圖紙信息列出自己區(qū)域需要建模的電氣設(shè)備代號清單，同時結(jié)合外形尺寸和安裝要求信息，按照布置圖中的設(shè)備位置開始設(shè)備建模。

在船舶電氣生產(chǎn)設(shè)計過程中，設(shè)備建模作為電纜設(shè)計的第一個重要控制節(jié)點(diǎn)，假如出現(xiàn)電氣設(shè)備信息錯誤而不加以及時更正，會影響到后續(xù)節(jié)點(diǎn)建模，以及設(shè)備與節(jié)點(diǎn)的連接，更進(jìn)一步會影響到最終的電纜路徑生成，對整個設(shè)計流程產(chǎn)生巨大的影響。

3 電氣設(shè)備布置圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)化方案

3.1 方案的提出

以113 000 DWT的原油輪項目為例，該項目大約有80余個大小系統(tǒng)，十幾份不同的布置圖，3 000余個電氣設(shè)備，全船按空間位置劃分為15個不同區(qū)域。由于設(shè)備建模相關(guān)工作都是由生產(chǎn)設(shè)計人員手工完成，在處理這么龐大的多類型數(shù)據(jù)的過程中容易出現(xiàn)一些由于人為疏忽造成的錯誤，比如設(shè)備代號錯誤、設(shè)備遺漏、設(shè)備區(qū)域錯誤、設(shè)備位置錯誤等各種各樣的錯誤。

按照傳統(tǒng)設(shè)計模式，設(shè)計人員在無法明確錯誤發(fā)生的位置和錯誤類型時，只能手動把所有的圖面信息全部重新核查一遍到兩遍，針對3 000個設(shè)備，每個設(shè)備找到相應(yīng)的幾份系統(tǒng)圖和布置圖，核對設(shè)備代號、設(shè)備區(qū)域、設(shè)備位置等信息的正確性。相當(dāng)于所有設(shè)計人員額外增加1倍～2倍的工作量，耗費(fèi)大量的時間。同時由于人的思維慣性，同一個設(shè)計人員在不清楚錯誤點(diǎn)及原因的情況下有很大的幾率再次忽略已有的錯誤。如此，反復(fù)的人為檢查并不能保證完全排除人為因素造成的錯誤。另外，校審人員在進(jìn)行模型和圖紙校審時，同樣無法簡單判斷出設(shè)計人員建模的準(zhǔn)確性，假如校審人員也要把所有的圖紙全部逐一檢查，耗費(fèi)大量的工時，按照一般的項目人員配置也是無法滿足要求的。

綜上所述，純手工設(shè)計模式無法滿足現(xiàn)代高節(jié)奏高精度要求的船舶設(shè)計需要。如果能將布置圖中的信息參數(shù)化，將AM12模型里的設(shè)備信息也提取出來，在同一個平臺上進(jìn)行統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理，以上的問題就能夠很好地得以解決。

3.2 布置圖信息的參數(shù)化

要想將電氣設(shè)備布置圖中的信息參數(shù)化，首先需要對布置圖中的幾個重要設(shè)備信息進(jìn)行集成處理。具體來說，需要以每個設(shè)備作為數(shù)據(jù)源，以AutoCAD作為載體媒介，利用AutoCAD的屬性塊功能，將電氣設(shè)備代號、電氣設(shè)備區(qū)域代號、電氣設(shè)備定位位置信息都存儲在一個一個的設(shè)備信息屬性塊中，如圖2和圖3所示。

圖2 設(shè)備信息屬性塊

圖3 設(shè)備信息屬性塊詳情

3.3 布置圖設(shè)備信息的提取

使用AutoCAD自帶塊屬性提取功能，將電氣設(shè)備信息提取到EXCEL表格中。

提取出的數(shù)據(jù)表格文件如圖4所示。

圖4 布置圖設(shè)備信息

數(shù)據(jù)表格中包含了設(shè)備代號，所在布置圖圖號、圖名、區(qū)域代號、設(shè)備定位坐標(biāo)等信息。其中對于設(shè)備定位坐標(biāo)信息，由于CAD布置圖中的坐標(biāo)系基點(diǎn)難以控制在0,0,0位置，通過在布置圖中選取一個基準(zhǔn)肋位坐標(biāo)，然后根據(jù)各設(shè)備位置與基準(zhǔn)肋位坐標(biāo)的偏差值，計算出每一個設(shè)備的實(shí)際坐標(biāo)值。

對于肋位信息，由于每個肋位值并不是一個準(zhǔn)確的X值，在換算時需要有一個肋位參照，列出每個肋位點(diǎn)對應(yīng)的X值，如圖5所示。

圖5 肋位參照

3.4 AM12模型中設(shè)備信息的提取

利用AM12中的數(shù)據(jù)篩選和提取功能，將電氣設(shè)備模型按照命名名稱特性以及元素類型進(jìn)行篩選設(shè)置[4]。

設(shè)置好篩選條件之后，點(diǎn)擊搜索，得出需要的所有設(shè)備，在設(shè)備信息選項中添加需要的特性，如設(shè)備描述、設(shè)備定位坐標(biāo)等，將搜索結(jié)果導(dǎo)出到EXCEL表格中，詳見圖6。

根據(jù)AM12模型中的設(shè)備定位坐標(biāo)，結(jié)合圖7，判斷設(shè)備在模型中的實(shí)際所在區(qū)域。

3.5 布置圖與AM12模型中設(shè)備信息處理

按照以上第3.3節(jié)和第3.4節(jié)中的處理方法，將布置圖和AM12模型中的設(shè)備代號、設(shè)備區(qū)域、設(shè)備定位位置分別提取出來存儲到數(shù)據(jù)表格中，可以簡單使用EXCEL二次開發(fā)程序?qū)蓚€表格中的設(shè)備代號、設(shè)備區(qū)域、設(shè)備定位位置進(jìn)行差異化對比，通過對比將布置圖和AM12模型中的設(shè)備信息不對稱情況找出來，供詳設(shè)人員以及各個區(qū)域生產(chǎn)設(shè)計人員使用，并更正模型或修改布置圖。

圖6 導(dǎo)出設(shè)備信息

圖7 AM12模型中的設(shè)備分區(qū)表

4 自動糾錯功能

對于電氣設(shè)備在詳細(xì)設(shè)計圖紙和生產(chǎn)設(shè)計模型中的對應(yīng)關(guān)系，由于受生產(chǎn)設(shè)計進(jìn)度影響或設(shè)計疏忽的影響，可能出現(xiàn)設(shè)備代號不對應(yīng)，設(shè)備區(qū)域不對應(yīng)，或者設(shè)備位置偏差太多的問題。將布置圖以及AM12模型的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析，總結(jié)出錯誤類型以及處理方法，見表1。

表1 設(shè)備相關(guān)信息錯誤類型及處理辦法

5 結(jié)論

船舶電氣設(shè)計過程中，對電氣設(shè)備信息一致性的控制難度雖大，但通過數(shù)據(jù)提取比對尋找錯誤點(diǎn)，并對錯誤點(diǎn)進(jìn)行消除的方法，布置圖中設(shè)備信息與AM12模型中的設(shè)備信息最終能達(dá)成一致。這樣，就順利完成了電氣設(shè)備布置圖的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確輸出到生產(chǎn)設(shè)計模型中的工作，船舶電氣生產(chǎn)設(shè)計的效率和準(zhǔn)確性都有了極大的提高。

不同的船廠，使用的軟件各不相同，但是其中的原理大同小異，都可以使用類似的辦法完成電氣設(shè)備布置圖的信息輸出。同時，針對遇到的問題繼續(xù)對軟件進(jìn)行深度二次開發(fā)還能進(jìn)一步提高設(shè)計效率，找到最適合自身發(fā)展的處理模式和方法。

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