基于協(xié)同的艦船數(shù)字化設計技術研究

林銳+宗丹+王林+雷靜+江昆

摘要：《中國制造2025》提出促進制造業(yè)提質增效為中心，以加快新一代信息技術與制造業(yè)深度融合為主線，以推進智能制造為主攻方向。艦船產(chǎn)品是典型的復雜制造產(chǎn)品，設計是制造的源頭，本文闡述了艦船設計各階段協(xié)同內涵，并詳細分析了各設計階段艦船數(shù)字化設計中的協(xié)同工作，有助于提升設計所內部以及船廠和配套廠所之間的外部協(xié)同能力，提質增效，具有十分重要的意義。

關鍵詞：艦船；數(shù)字化設計；協(xié)同

中圖分類號：TM621 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2017）07-0155-02

1 引言

2015年5月國務院發(fā)布了《中國制造2025》，以促進制造業(yè)提質增效為中心，以加快新一代信息技術與制造業(yè)深度融合為主線，以推進智能制造為主攻方向。艦船產(chǎn)品是典型的復雜制造產(chǎn)品，設計是制造的源頭，結合信息化技術設計出滿足用戶需求的艦船產(chǎn)品至為關鍵。

隨著計算機技術和數(shù)字化技術的快速發(fā)展和艦船復雜程度的不斷提高，艦船數(shù)字化設計技術在船舶行業(yè)的應用也逐步深入，將信息技術與專業(yè)領域相融合，促進設計工具的變革、設計方法的變革以及研制模式的變革，應用于艦船產(chǎn)品研發(fā)、設計和保障全生命周期，提升艦船研制效率和質量。同樣，協(xié)同設計理念的產(chǎn)生與現(xiàn)代造船模式的發(fā)展也是緊密相關，貫穿于艦船設計全過程。

2 艦船設計各階段協(xié)同內涵

艦船設計過程一般分為概念設計、方案設計、技術設計、施工設計、生產(chǎn)設計等若干個階段。施工設計之前各階段在設計所開展設計，生產(chǎn)設計是在船廠開展。整個設計過程涉及大量的協(xié)同工作，各階段協(xié)同的內涵不同：方案設計階段是實現(xiàn)設計方案的快速生成和迭代優(yōu)化，技術設計以后的階段主要是繼承方案設計成果，依托基于知識工程的三維設計平臺開展多專業(yè)協(xié)同設計。施工設計中、后期以及生產(chǎn)設計階段主要是廠所協(xié)同設計。

3 基于協(xié)同的艦船數(shù)字化設計

3.1 方案設計

方案設計階段多學科交叉，多專業(yè)融合，多目標優(yōu)化，設計、仿真分析工具多，需要應用先進的數(shù)字化設計技術，融合總、船、機、電等多專業(yè)的設計方法、標準規(guī)范，封裝設計過程中相關的CAD建模軟件、CAE分析軟件、自編程序等，打通不同軟件之間的數(shù)據(jù)和流程，后臺流程驅動各種軟件自動完成建模、計算、分析、數(shù)據(jù)處理等操作過程，實現(xiàn)各專業(yè)間的快速協(xié)同，減少煩瑣的手工操作和重復工作，實現(xiàn)設計經(jīng)驗知識模板化、設計分析方案快速生成、多學科綜合評估和性能優(yōu)化等。

為了在方案設計階段快速生成設計方案，如圖1所示，將設計過程流程化，流程中的仿真計算模塊可直接與高性能調度軟件集成，針對不同軟件，設計人員只需配置好作業(yè)參數(shù)，后臺自動生成命令，驅動高性能計算服務器集群求解，完成后結果數(shù)據(jù)返回，減少提升各專業(yè)協(xié)同效率。

3.2 技術設計

技術設計階段，各專業(yè)應用知識工程的理念，基于三維設計平臺開展總、船、機、電多專業(yè)并行協(xié)同設計，如圖2所示。由于目前主流的三維設計軟件基本為國外軟件，與國內的設計習慣和設計流程還有一定的差距，為更好地推進各專業(yè)設計人員在三維環(huán)境下開展設計，應結合船舶設計特點和業(yè)務流程進行定制開發(fā)，加強知識沉淀和重用，打通專業(yè)間流程，為各專業(yè)協(xié)同設計提供三維協(xié)同環(huán)境，滿足專業(yè)間并行協(xié)同需要。

首先需要建立完整詳實的專業(yè)基礎庫，它是三維設計的基礎。初次建立專業(yè)基礎庫時工作量會很大，需要設計人員根據(jù)設計的需求進行系統(tǒng)規(guī)范的建庫工作。但隨著多個項目三維工作的開展，不同項目之間的專業(yè)基礎庫可以共享和復用，提高了后期三維設計的效率，縮短了三維設計準備時間。

作為三維設計關鍵核心技術之一的骨架關聯(lián)技術在艦船設計中得到廣泛的應用。總體專業(yè)發(fā)布一級骨架，船體專業(yè)在總體骨架的基礎上開展設計，并細化出二級骨架供機電專業(yè)設計使用。通過關聯(lián)設計可以加強專業(yè)間的協(xié)作，快速實現(xiàn)迭代設計，減少設計返工，提升設計效率。

根據(jù)船舶設計特點，機電專業(yè)在技術設計階段先完成原理設計，明確技術指標，固化技術狀態(tài)，然后通過三維軟件實現(xiàn)二維原理驅動三維設計，直接將二維原理圖中的設計信息、屬性帶入三維環(huán)境中，進行設備、管路、電纜通道等綜合布放，減少設計信息和屬性的重復輸入，保證二維三維設計一致性。

3.3 施工設計

施工設計階段，各專業(yè)在技術設計三維模型的基礎上繼續(xù)深入開展工作，機電專業(yè)根據(jù)原理布放中、小管路和電纜通道，并向船體提交一般性開口理論線；船體專業(yè)判斷開口理論線正確后完成開口工作，并對船體三維模型進行細化設計。各專業(yè)間應用數(shù)字化手段定期開展干涉檢查，根據(jù)檢查結果修改設計和迭代設計。

在施工設計中后期，船廠會安排工藝人員到設計所進行現(xiàn)場辦公，形成IPT團隊，數(shù)字化設計為雙方的溝通協(xié)調提供了虛擬環(huán)境和數(shù)字樣船等手段，雙方結合三維綜合設計模型開展工藝及制造相關問題的溝通和協(xié)調，提前發(fā)現(xiàn)設計工藝問題，減少后期變更，提高設計質量。

4 結語

艦船產(chǎn)品設計是一項高度復雜的系統(tǒng)工程，設計階段多，循環(huán)迭代復雜，并行化程度高，技術密集，設備眾多，涉及行業(yè)內、外眾多配套單位。通過加強艦船數(shù)字化手段和工具的應用，提升設計所內部以及船廠和配套廠所之間的外部協(xié)同能力，有助于提質增效，具有一定的應用價值。

參考文獻

[1]邵開文，馬運義.艦船技術與設計概論[M].北京：國防工業(yè)出版社，2005.

[2]呂波，趙建輝.國外艦船數(shù)字化設計技術應用最新進展[J].船舶物資與市場，2010（3）：35-38.

[3]喬珊，應文燁，何剛.艦船數(shù)字化設計應用研究[J].中國艦船研究，2007（4）：20-25.

[4]陳寧.FORAN在船舶數(shù)字化設計全流程中應用技術研究[J].造船技術，2009（4）：34-38.

[5]劉檢華.三維數(shù)字化設計制造技術推動產(chǎn)品研制模式重大變革[J].新型工業(yè)化，2013（3）：1-13.

[6]徐建新，楊傳東.三維數(shù)字化設計及其應用[J].煤炭科技，2010，4：72-73.

[7]王國慶，胡新平.以三維數(shù)字化設計制造為突破口，實現(xiàn)研制模式變革（之三）[J].數(shù)字軍工，2011，49（7）：4-7.

[8]林銳，宋一淇，張博，李鼎文，齊翔.基于多學科的大型船舶概念設計平臺技術[J].船舶標準化工程師，2013（6）：33-35.

[9]劉淑芬，曾紅，劉輝.虛擬現(xiàn)實技術的應用與研究[J].機械研究與應用，2009，22（3）：11-12，14.

[10]孫林夫.面向產(chǎn)品開發(fā)過程的數(shù)字化設計技術研究[J].計算機集成制造系統(tǒng)-CIMS，2003，9（12）：1088-1091.

[11]邵艷.船舶協(xié)同設計關鍵技術探討[J].科技與創(chuàng)新，2016（18）：143.

[12]戰(zhàn)翌婷.船舶數(shù)字化設計軟件平臺關鍵技術研究[D].大連：大連理工大學，2010.

[13]劉寅東，蘇紹娟.船舶并行協(xié)同設計環(huán)境及關鍵技術[J].大連海事大學學報，2011（01）：25-28，31.

[14]胡小平，鮑心開，王姣.面向船舶協(xié)同設計的知識管理技術研究[J].機電工程，2012（02）：35-37.

[15]王學營，潘榮.數(shù)字化技術在造船行業(yè)的應用分析[A].“決策論壇——經(jīng)營管理決策的應用與分析學術研討會”論文集（下）[C].2016.endprint