基于AM系統(tǒng)的工裝件模塊開發(fā)與應用

張潤燦 李金蘭 楊 瀛

(廣船國際工法部)

0 前言

數(shù)字化造船是現(xiàn)代造船模式里一個重要部分，而開發(fā)應用計算機軟件技術是數(shù)字化造船的一個必要手段。當前在船舶行業(yè)上應用得最廣泛、最成熟的計算機技術是船舶設計系統(tǒng)，如AM、Tribon等系統(tǒng)，這些系統(tǒng)涵括了船體建造過程中的大部分數(shù)據，是整個造船流程的根基，在其基礎上進行二次開發(fā)，將傳統(tǒng)出圖模式的工裝件納入船舶設計系統(tǒng)，進行整體性建模、出圖出托和干涉排查，是推進現(xiàn)代造船直接有效的方法，為智能化造船奠定基石。

1 工裝件常規(guī)出圖模式

船舶建造過程中所使用的輔助工裝件一般包括吊碼、腳手碼、臨時加強、支撐座板、快速搭載碼、吊籃耳、密性連接板等，傳統(tǒng)的出圖模式為使用CAD軟件進行設計和出圖，在現(xiàn)代化造船和數(shù)字化造船的大趨勢下，逐漸呈現(xiàn)出較大的局限性，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）直接使用CAD進行工裝件的二維平面設繪，過程較為抽象復雜且直觀性差，對設繪人員空間想象力和設計經驗要求較高，導致繪圖效率低下；

（2）不同工裝件按傳統(tǒng)模式單獨出圖，使得同一分段具有多達十余份施工圖紙，不便于現(xiàn)場施工查圖，容易造成施工遺漏或施工錯誤；

（3）傳統(tǒng)出圖方式無法與設計系統(tǒng)直接接軌，導致技術與工法呈現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象，工裝件往往容易與船體結構和舾裝件沖突，無法直觀和全面地進行排查，因而遺留到現(xiàn)場導致修改；

（4）缺少三維模型，難以實現(xiàn)三維仿真模擬，無法做到數(shù)字虛擬造船。

2 AM系統(tǒng)工裝件模塊開發(fā)

為改變以上現(xiàn)狀，提高工裝件設計效率，更好的服務現(xiàn)場生產，需對AM系統(tǒng)進行二次開發(fā)，在AM系統(tǒng)平臺上增加“工裝件”模塊，該模塊作為AM系統(tǒng)里眾多模塊中的一個。

AM船舶設計系統(tǒng)有船體結構、鐵舾、管路、電氣這幾大模塊，船體結構建模主要用Hulldesign模塊，其它建模均使用Outfitting模塊，兩種模式均可實現(xiàn)工裝件建模，但使用Hulldesign進行工裝件建模相對于Outfitting操作較為繁瑣，且開發(fā)難度較大。工裝件與舾裝件比較類似，故可參考AM系統(tǒng)中的舾裝件Outfitting模塊進行開發(fā)。

圖1 工裝件命名規(guī)則

圖2 工裝件模塊操作流程圖

圖3 工裝件建模界面

圖4 GLS-PDM數(shù)據管理系統(tǒng)界面

2.1 確定AM系統(tǒng)工裝件命名規(guī)則

為規(guī)范AM系統(tǒng)中的工裝件模型命名，需編制相應的工裝件編碼原則，依據相關船舶設計區(qū)域代碼和編碼規(guī)范，結合工裝件標準和鐵舾件命名規(guī)則，對工裝件中的腳手碼、吊碼、快速搭載碼、支撐座、加強材等進行了編碼，命名規(guī)則見圖1所示。

2.2 AM系統(tǒng)工裝件模塊開發(fā)及測試

開通了一個專用的工裝件測試工程項及相應的MDB:GZJ(工裝件)，用于工裝件模塊開發(fā)、測試以及后續(xù)的改進。該測試模塊一般操作流程見圖2所示。

工裝件出圖登錄進入界面與建模進入界面類似，只是在Module下拉列表選擇不同，建模選OUTFITTING，出圖選擇HULLDRAFTING，登錄界面及操作界面見圖3所示。

工裝件托盤是整個工裝件模塊開發(fā)及測試中比較難以開展的一項，工裝件除了腳手碼及密性連接板外，其它的工裝件都需要在使用完工后拆除，安裝拆除的階段也可能各不相同，還有部分工裝件如吊碼、加強均可多次循環(huán)使用，均不經過物資管理系統(tǒng)。一個較好的解決方案是腳手碼與密性連接板走物資管理系統(tǒng)，與舾裝件托盤形式一樣，其它工裝件托盤不走物資管理系統(tǒng)，在GLS-PDM系統(tǒng)中托盤屬性設置為工裝，到時提取工裝屬性的托盤即可，并生成EXCEL表下發(fā)制造部門，其它涉及到領用、回收等依舊延續(xù)之前的方式。

根據相應解決方案對GLS-PDM數(shù)據管理系統(tǒng)進行了開發(fā)改進，增加了工裝托盤物量統(tǒng)計等功能，托盤中涉及到工裝件物量在AM建模后，在GLS-PDM系統(tǒng)中進行數(shù)據提取，并導出該部分工裝件EXCEL表，即托盤表，見圖4所示。

圖5 模型統(tǒng)一命名處理

圖6 工裝件選擇程序

2.3 AM系統(tǒng)工裝件模塊的二次開發(fā)

對現(xiàn)有舾裝建模，開發(fā)出多項更加適合工裝建模的功能，主要包括以下方面：

模型統(tǒng)一命名：批量操作，減少了命名時間和人為錯誤，見圖5所示。

工裝件選擇程序：使設計人員能通過程序快速直接選用目標工裝件，避免逐個翻查部件庫，方便快捷，提高建模效率，程序界面見圖6所示。

工裝圖數(shù)據提?。焊鶕嗀M系統(tǒng)drafting模塊圖框里調取的工裝件模型，提取工裝件模型數(shù)據信息，并自動繪制生成零件表。

3 AM系統(tǒng)工裝件模塊應用

3.1 AM系統(tǒng)工裝件3D建模

工裝件建模模塊可精確創(chuàng)建工裝件3D模型，快速定位工裝件模型到船體結構相應位置，并模擬工裝件現(xiàn)場安裝情況，檢驗工藝方案是否合理，進而工藝優(yōu)化設計。部分工裝件的建模應用見圖7～圖14所示。

3.2 AM系統(tǒng)工裝件出圖

利用AM軟件系統(tǒng)的特點，可將原《分段吊碼布置圖》、《分段支撐布置圖》、《分段加強圖冊》、《分段腳手碼布置安裝圖》、《快速搭載碼布置圖》等多份工裝件圖紙合并出圖，減少圖紙分類數(shù)量，有利于提高出圖效率和準確率，減少施工錯誤，方便現(xiàn)場施工查圖，減少施工遺漏，降低施工錯誤，工裝件圖范例見圖15所示。

3.3 干涉檢查

將同一分段（區(qū)域）上所有專業(yè)的模型調集在一起，便可進行干涉檢查，提前發(fā)現(xiàn)問題，減少工裝件設計與船體舾裝沖突，減少圖紙出錯率，優(yōu)化工裝件設計，從而減少現(xiàn)場返工率，加快生產進度，工裝件與鐵舾件典型沖突情況見圖16所示。

4 應用效果及后續(xù)改進

4.1 經濟效益

通過實船的應用，研發(fā)出一整套基于AM舾裝建模的工裝件建模出圖模塊及出圖模式，并通過干涉排查，提前干預及修改了大量傳統(tǒng)CAD出圖模式下難以發(fā)現(xiàn)的碰撞沖突，將原設計出圖模式埋下的施工修改隱患提前暴露并修改優(yōu)化，節(jié)約了大量的施工成本和周期。選取部分載體型船在工裝件設計和實施中統(tǒng)計的干涉數(shù)量如表1所示。

按各工裝件的材料和焊接綜合平均成本腳手碼100元，吊碼500元，其它工裝件200元計，統(tǒng)計數(shù)量以極地凝析油輪1艘，7.5萬噸油輪2艘，30萬噸礦砂船4艘計。則實施載體船因干涉提前排查解決而產生的效益預估為：

ξ=（100+128*2+15*4）*500+

（1427+754*2+588*4）*100+（43+50*2+47*4）*200=802900元。

4.2 干涉成因分析及優(yōu)化改進

在干涉排查的基礎上，對比分析出工裝件和船體結構以及舾裝件產生干涉的深層原因，并通過流程優(yōu)化、設計優(yōu)化等措施加以避免和改進，是工裝件模塊開發(fā)應用的核心關鍵。

分析干涉產生的主要成因如下：

（1）無相關參考圖紙或資料不全，導致工裝件按傳統(tǒng)方式設計出圖時，無法進行干涉排查或因資料不全而未發(fā)現(xiàn)干涉情況，遺留至現(xiàn)場；

（2）部分設計修改滯后或中途變更，致使工裝件設計時位置良好但后期出現(xiàn)干涉現(xiàn)象；

圖7 吊碼

圖8 腳手碼

圖9 橫桿工裝架

圖10 吊籃架

圖11 龍門架

圖12 塢墩

圖13 支撐

圖14 腳手架

（3）舾裝件或船體結構位置的唯一性。以腳手碼為典型代表，在表1的統(tǒng)計對象中，腳手碼發(fā)生干涉占比數(shù)量最大，主要表現(xiàn)為與舾裝艙梯和貨油管等沖突需移位，因艙梯和貨油管的設計位置相對固定難以變更，只能腳手碼移位，且腳手碼因為其特殊性，一個腳手碼的移位往往需帶動周圍數(shù)個腳手碼同時修改調整；

（4）工裝件設計位置的唯一性。以吊碼為典型代表，受分段或總段重心位置及吊裝方式的影響，部分吊碼只能布置在某個強肋位固定點處，調整范圍相對較小或無法調整，使該處受影響的分艙標志等舾裝件只能改后續(xù)緩裝，否則分段或總段無法吊裝；

（5）施工錯誤導致。

在此基礎上的工裝件模塊開發(fā)，可以說是解決了傳統(tǒng)CAD出圖模式下一直存在的難以克服的局限性，同時，為更好的使干涉情況封閉在設計階段，減少后續(xù)施工修改，還需在以下方面進行持續(xù)改進：

圖15 工裝件圖范例

圖16 吊碼與管子及管子托架沖突

表1 實施目標船型工裝件與船體舾裝干涉情況數(shù)量情況統(tǒng)計單位：件

（1）加強舾裝設計和工裝件設計信息溝通的通暢性和緊密性；

（2）優(yōu)化舾裝設計和工裝設計時機，保證協(xié)調性，提高干涉排查的準確性；

（3）將干涉較少的區(qū)域形成標準化設計，干涉較多的區(qū)域劃定為重點區(qū)域重點關注；

（4）持續(xù)進行二次開發(fā)，使工裝件模塊更加完善易用。

4 結束語

工裝建模模塊的研發(fā)及推廣應用，提高了工藝圖紙出圖效率和出圖準確率，便于圖紙的一體化設計，同時，直觀的三維模型更有利于工裝件與舾裝的干涉排查，也有利于現(xiàn)場生產效率的提高。

對AM系統(tǒng)進行工裝建模模塊開發(fā)，符合“推進建立現(xiàn)代造船模式”的工作要求，符合現(xiàn)代造船企業(yè)的發(fā)展趨勢，對提高企業(yè)技術水平、提升綜合實力及競爭力具有重要的意義，對后續(xù)的建模2.0工作及智能制造具有一定的推進作用。