依據(jù)MBD技術(shù)的船舶數(shù)據(jù)集定義與標注方法

邵明智， 李細紅， 馮幫順， 方 偉

(1.上海船舶工藝研究所，上海 200032；2.中船黃埔文沖船舶有限公司，廣東 廣州510715)

0 引 言

隨著船舶行業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型升級不斷深化，大量自動化、數(shù)字化船舶建造裝備和生產(chǎn)線投入生產(chǎn)，面向制造的一體化數(shù)字設(shè)計提出更高要求?；谀Ｐ投x(Model Based Definition，MBD)技術(shù)有利于實現(xiàn)設(shè)計與制造的深度協(xié)同，可進一步提高船舶建造效率和質(zhì)量。

1 MBD技術(shù)和MBD數(shù)據(jù)集

1.1 MBD技術(shù)

MBD技術(shù)用一個集成三維實體模型完整表達產(chǎn)品定義信息，實現(xiàn)面向制造的設(shè)計，即以注釋或?qū)傩缘谋磉_方式將產(chǎn)品在全生命周期過程中需要的幾何信息和非幾何信息附加至三維模型中，使三維模型成為生產(chǎn)制造過程中的唯一依據(jù)[1]。MBD技術(shù)可保證信息在設(shè)計與制造之間的準確真實交換。

1.2 MBD數(shù)據(jù)集

MBD數(shù)據(jù)集是指產(chǎn)品定義的信息種類和組織方式，是一個包含產(chǎn)品全生命周期研制信息在內(nèi)的、完整的、可供產(chǎn)品研制各環(huán)節(jié)數(shù)字化系統(tǒng)直接解析和使用的信息模型[2]。MBD數(shù)據(jù)集包含三維模型、設(shè)計參考(基準、坐標)、尺寸公差和工藝等信息[3]。典型MBD數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 典型MBD數(shù)據(jù)集結(jié)構(gòu)

2 船舶MBD數(shù)據(jù)集定義方法

2.1 船體專業(yè)MBD數(shù)據(jù)集定義方法

船體專業(yè)MBD數(shù)據(jù)集分為零件級數(shù)據(jù)集和裝配級數(shù)據(jù)集。零件級數(shù)據(jù)集信息模型完整表達零件幾何形狀、名稱、類型、尺寸等信息。裝配級數(shù)據(jù)集信息模型分為裝配模型(Assembly Model，AM)和裝配表現(xiàn)模型(Assembly Representation Model，ARM)：AM表達裝配對象內(nèi)部零件的位置和層級關(guān)系；ARM存儲表達各級組立裝配要求信息的MBD數(shù)據(jù)對象。船體結(jié)構(gòu)MBD信息表達總體規(guī)劃方案如圖2所示。

圖2 船體結(jié)構(gòu)MBD信息表達總體規(guī)劃方案

以船體結(jié)構(gòu)組立為例，組立MBD數(shù)據(jù)集通過AM(即組立模型)和ARM共同表達。在MBD數(shù)據(jù)集中，ARM主要包括工藝附注信息和三維標注信息，如圖3所示。

圖3 船體結(jié)構(gòu)組立MBD信息表達示例

MBD數(shù)據(jù)集的工藝附注被置于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中，由一系列指定的幾何集和參數(shù)組成，如圖4所示。工藝附注集可通過人工或計算機定制方式生成，以多值屬性方式定義，具有可擴展性，可根據(jù)用戶需求定制。不同裝配工藝的ARM數(shù)據(jù)集根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求而各不相同。

圖4 船體結(jié)構(gòu)MBD數(shù)據(jù)集的工藝附注

2.2 舾裝專業(yè)MBD數(shù)據(jù)集定義方法

舾裝專業(yè)涵蓋設(shè)備、管系、風管、電氣、外舾裝、內(nèi)舾裝等各方面，與船體專業(yè)類似，舾裝專業(yè)MBD數(shù)據(jù)集也分為零件級數(shù)據(jù)集和裝配級數(shù)據(jù)集。以管系為例，管零件級數(shù)據(jù)集信息模型表達管零件(Spool)及其內(nèi)部零件的位置和裝配關(guān)系。管裝配級數(shù)據(jù)集信息模型由2個信息模型組成，分別為AM和ARM：AM表達裝配對象內(nèi)部管、支架、閥門、附件等的位置和裝配關(guān)系；ARM存儲表達管的裝配、工藝等安裝信息的MBD數(shù)據(jù)對象，分為制作ARM和安裝ARM。管系MBD信息表達總體規(guī)劃方案如圖5所示。

圖5 管系MBD信息表達總體規(guī)劃方案

管系MBD數(shù)據(jù)集通過AM(即管路模型)和ARM(制作ARM和安裝ARM)共同表達。在MBD數(shù)據(jù)集中，ARM主要包括工藝附注信息和三維標注信息，如圖6所示。

圖6 管系MBD信息表達示例

管系MBD數(shù)據(jù)集的工藝附注與船體專業(yè)MBD數(shù)據(jù)集一樣，被置于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中，由一系列指定的幾何集和參數(shù)組成，如圖7所示。

圖7 管系MBD數(shù)據(jù)集的工藝附注

3 船舶MBD數(shù)據(jù)集標注方法

船舶MBD數(shù)據(jù)集包括零組件相關(guān)信息、零件坐標信息、裝配信息等多方面的非幾何制造信息，通常采用三維工藝標注方法表達。三維工藝標注方法主要包括標注表達法和屬性表達法。

標注表達法是將產(chǎn)品非幾何制造信息通過特定符號或文本表達在三維幾何實體模型的顯示區(qū)域，使其具有與幾何特征元素一致的操作方法[4]。標注表達法在幾何要素(如尺寸公差、基準等)上添加箭頭、點或其他符號，用線條引出相應(yīng)的標注，并將幾何要素以文字或符號進行描述。

屬性表達法是將文本字符串類型的獨立參數(shù)放至三維模型的屬性項中，每一條屬性描述由屬性標識名稱與屬性值組成，在形式上如同“屬性項=數(shù)據(jù)值”[4]。屬性表達法以文字描述產(chǎn)品非幾何信息，且描述對象多與產(chǎn)品幾何特征無關(guān)。

在實施船舶MBD數(shù)據(jù)集標注時，已標注的數(shù)據(jù)集信息可進行移動、修改、刪除及顯示或隱藏等操作，以方便用戶操作和查看。依據(jù)MBD數(shù)據(jù)集形成的船舶生產(chǎn)設(shè)計三維標注如圖8所示。

圖8 依據(jù)MBD技術(shù)的中組立制作三維標注示例

4 結(jié) 語

隨著先進制造技術(shù)和數(shù)字化、智能化裝備在船舶行業(yè)的應(yīng)用，造船生產(chǎn)對船舶全三維數(shù)字化設(shè)計的需求增強，MBD技術(shù)優(yōu)勢成為滿足船舶設(shè)計深化需求、推動設(shè)計升級的重要技術(shù)支撐之一。所提出的船舶MBD數(shù)據(jù)集定義與標注方法，可為船舶行業(yè)向“三維模型為主、二維圖紙為輔”的全三維設(shè)計模型轉(zhuǎn)型升級提供參考，為后續(xù)造船企業(yè)開展現(xiàn)場三維可視化作業(yè)指導和單一數(shù)據(jù)源構(gòu)建提供技術(shù)支持。