王欣榮,汪文灝
(江南造船(集團(tuán))有限責(zé)任公司江南研究院,上海201913)
近年來,隨著船舶制造業(yè)的智能化發(fā)展,區(qū)域設(shè)計理念正逐步實現(xiàn),生產(chǎn)設(shè)計重心正從階段化向區(qū)域化發(fā)展。區(qū)域劃分設(shè)計作為詳細(xì)設(shè)計中的重要組成部分,在船舶設(shè)計建造中具有關(guān)鍵作用。以往的設(shè)計模式采用二維圖紙輸入,進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計之后轉(zhuǎn)換為三維圖形,再次進(jìn)行生產(chǎn)設(shè)計之后形成二維圖紙輸出。在該模式下,單型船涉及的圖紙量就能達(dá)到數(shù)萬份,負(fù)責(zé)各類系統(tǒng)的百名設(shè)計人員在圖紙的多維轉(zhuǎn)換過程中的交流中極易在理解上產(chǎn)生誤差,嚴(yán)重影響船舶設(shè)計、建造周期。
本文通過在三維設(shè)計平臺3DEXPERIENCE的空間系統(tǒng)中進(jìn)行區(qū)域劃分設(shè)計,將詳細(xì)設(shè)計與生產(chǎn)設(shè)計聯(lián)動起來,為后續(xù)區(qū)域化生產(chǎn)設(shè)計的開展奠定基礎(chǔ)。
在船舶建造過程中,區(qū)域的概念廣泛應(yīng)用于總段階段、船臺階段和碼頭階段。此階段的舾裝及涂裝專業(yè)生產(chǎn)設(shè)計出圖、現(xiàn)場施工管理和生產(chǎn)管控都依托于區(qū)域劃分的指導(dǎo),準(zhǔn)確且大小適宜的區(qū)域劃分對提升設(shè)計出圖和現(xiàn)場施工的效率起決定性作用。
1.1.1 區(qū)域劃分的定義
船舶區(qū)域劃分是指對船舶的某一部位(如機(jī)艙、甲板和貨艙等)進(jìn)行劃分、再劃分或組合,是一種根據(jù)船舶的功能特點、船體劃分方式、施工類型和施工物量等,將船舶分成大、中、小等3 級區(qū)域的空間劃分方式[1]。
1.1.2 區(qū)域劃分設(shè)計流程
傳統(tǒng)的區(qū)域劃分設(shè)計結(jié)合了圖紙、政策和施工等多個要素,其流程見圖1。區(qū)域劃分設(shè)計以型船為單位,每種船型都有其獨特的區(qū)域,如液化氣船的液罐區(qū)域和雙燃料系統(tǒng)船的燃料艙區(qū)域等。因此,確定型船特征是區(qū)域劃分設(shè)計的第一步。以總布置圖為底圖,歸納好各區(qū)域功能圖紙,結(jié)合分段總段劃分圖對這些圖紙進(jìn)行梳理和理解[2]。在公司的完整性要求和殼舾涂一體化要求等得到把控的情況下進(jìn)行區(qū)域劃分方案策劃,制訂大區(qū)域方案,見圖2。大區(qū)域劃分方案經(jīng)過項目組一致通過之后,開始進(jìn)行初步設(shè)計,對中小區(qū)域進(jìn)行拆分并明確區(qū)域界限,形成區(qū)域劃分設(shè)計圖紙初稿。與各專業(yè)、各系統(tǒng)的設(shè)計人員溝通,根據(jù)其反饋對區(qū)域劃分方案進(jìn)行優(yōu)化。調(diào)整設(shè)計圖紙之后與生產(chǎn)技術(shù)質(zhì)量人員討論交流,根據(jù)現(xiàn)場實際施工技術(shù)能力對區(qū)域劃分方案進(jìn)行再優(yōu)化。最后,綜合以上信息輸出正式的區(qū)域劃分設(shè)計圖,并在實際建造過程中根據(jù)現(xiàn)實生產(chǎn)情況對劃分方案進(jìn)行持續(xù)優(yōu)化。
圖1 區(qū)域劃分設(shè)計流程
圖2 大區(qū)域方案示意圖
1.1.3 傳統(tǒng)區(qū)域劃分設(shè)計存在的痛點問題
由于傳統(tǒng)的區(qū)域劃分設(shè)計以二維表述為主,二維區(qū)域劃分圖紙中的信息包含主體邊框結(jié)構(gòu)、艙壁結(jié)構(gòu)等實體框架,去除了所有舾裝件信息,詳細(xì)圖紙一般包括側(cè)視圖1 頁和各層甲板俯視圖數(shù)頁。設(shè)計人員需通過想象勾畫三維區(qū)域空間,其設(shè)計質(zhì)量完全取決于設(shè)計人員的技術(shù)水平和工作經(jīng)驗,設(shè)計準(zhǔn)確性難以得到保證。工藝設(shè)計、優(yōu)化的周期長,方案的優(yōu)劣依賴個人經(jīng)驗,缺乏定性和定量分析手段,致使生產(chǎn)中是否存在干涉因素、舾裝件安裝順序是否合理和施工空間是否開敞等一系列問題在建造階段才能暴露出來[3]。
針對傳統(tǒng)區(qū)域劃分中存在的痛點問題,依托法國達(dá)索公司三維設(shè)計平臺3DEXPERIENCE,將二維設(shè)計提升為三維設(shè)計,利用其三維協(xié)同設(shè)計、制造和管理一體化的特性,使區(qū)域劃分設(shè)計實現(xiàn)三維仿真具現(xiàn)化。充分發(fā)揮該平臺的數(shù)據(jù)貫通、信息共享和體系融合能力[4],使區(qū)域與船體和舾裝件共用同一個空間系統(tǒng),最大程度地體現(xiàn)區(qū)域劃分設(shè)計的意義,明確區(qū)域空間界限,降低圖紙質(zhì)量受人員經(jīng)驗影響的程度,提高出圖效率,縮短工藝設(shè)計和優(yōu)化周期。后續(xù)在3DEXPERIENCE大數(shù)據(jù)處理能力的支持下,達(dá)到區(qū)域劃分與各專業(yè)同步設(shè)計、發(fā)布和更新的理想狀態(tài)。
區(qū)域空間劃分解決方案主要涉及3DEXPERIENCE 中的Structure Design、Part Design Essentials 和Space Allocation模塊,其主要功能見表1。
表1 3DEXPERIENCE中各模塊的主要功能
在船體三維模型建立之后,為實現(xiàn)在3DEXPERIENCE中根據(jù)船舶的功能特點、船體劃分方式、施工類型和施工物量等,將船舶分成大、中、小等3 級區(qū)域的空間劃分目的,首先使用Structure Design模塊構(gòu)建物理產(chǎn)品,導(dǎo)入船體三維模型和空間坐標(biāo)系統(tǒng),其次通過Part Design Essentials模塊在物理產(chǎn)品中創(chuàng)建實體,最后通過Space Allocation模塊將實體轉(zhuǎn)換為空間并發(fā)布。
設(shè)計開始之前,需審核平臺許可和型船正式結(jié)構(gòu)樹權(quán)限,確保區(qū)域空間劃分產(chǎn)品能應(yīng)用在正確的空間系統(tǒng)中。通過調(diào)整首選項配置,簡化系統(tǒng)內(nèi)部算法,縮短平臺應(yīng)用數(shù)據(jù)處理時長,提升區(qū)域空間劃分設(shè)計的高效性。在三維模型設(shè)繪過程中選擇使用型船現(xiàn)有的空間坐標(biāo)系,與船體結(jié)構(gòu)共用同一坐標(biāo)系,并選擇型船艙室空間模型替代二維總布置圖進(jìn)行輔助設(shè)計。
2.2.1 物理產(chǎn)品與空間坐標(biāo)系統(tǒng)
選擇Structure Design模塊創(chuàng)建物理產(chǎn)品,用以支撐區(qū)域空間劃分設(shè)計。導(dǎo)入船體三維結(jié)構(gòu)和艙室空間模型,同時導(dǎo)入型船空間坐標(biāo)系統(tǒng)。這一步的目的是確保最終創(chuàng)建的區(qū)域空間與所有專業(yè)處于同一空間系統(tǒng)中。
2.2.2 區(qū)域?qū)嶓w設(shè)計
在3DEXPERIENCE中,空間無法直接創(chuàng)建,需由實體轉(zhuǎn)換之后生成。因此,需在Part Design Essentials模塊下綜合型船特征、完整性要求和實際施工能力,通過直接繪制或集合艙室空間間接創(chuàng)建多個實體,分別描述各類大、中、小區(qū)域的空間[5]。
2.2.3 區(qū)域空間模型
選擇Space Allocation模塊,使用切割元素或草圖處理實體模型,通過這一步將區(qū)域?qū)嶓w模型轉(zhuǎn)換成目標(biāo)區(qū)域空間模型。各大、中、小區(qū)域分別發(fā)布之后,梳理節(jié)點,將其掛入型船物理產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中。此時區(qū)域空間與所有船體及舾裝件模型處于同一坐標(biāo)系內(nèi),實現(xiàn)了真正的同步設(shè)計。
2.3.1 設(shè)計輸入端
傳統(tǒng)區(qū)域劃分設(shè)計由總布置圖和分段總段劃分圖等二維圖紙輸入,僅有甲板層輪廓和部分截面結(jié)構(gòu)線條作為參考,對區(qū)域劃分設(shè)計人員的空間想象能力的要求較高。在3DEXPERIENCE 這類三維平臺下,輸入端數(shù)據(jù)調(diào)用更便捷且詳細(xì)。本文采用三維船體結(jié)構(gòu)模型和艙室空間模型作為輸入端,并參考立體分段總段空間模型進(jìn)行區(qū)域空間劃分設(shè)計。對于區(qū)域劃分設(shè)計人員而言,設(shè)計行為更加準(zhǔn)確高效。細(xì)化的輸入源縮短了區(qū)域劃分方案成型的周期,對總設(shè)計周期產(chǎn)生了積極影響。
2.3.2 設(shè)計輸出端
區(qū)域劃分用于指導(dǎo)生產(chǎn)設(shè)計出圖和生產(chǎn)管理管控,其輸出分別流向先行設(shè)計和后行管理2 個端口。將二維區(qū)域劃分平面圖紙(見圖3)優(yōu)化為三維區(qū)域劃分空間模型,革新了區(qū)域劃分輸出模式。專業(yè)的生產(chǎn)設(shè)計出圖人員查看區(qū)域劃分方式,從下載單份圖紙升級為展開產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹中的區(qū)域空間模型,見圖4。這樣能省去多份圖紙的疊加工作,無需再進(jìn)行多余抽象解讀,出圖過程更簡單。三維平臺的自動檢測報錯功能規(guī)范了生產(chǎn)設(shè)計,同時縮短了校對和審核周期。現(xiàn)場管理人員接收區(qū)域劃分圖紙升級為移動端設(shè)備查閱。由于建模采用1∶1的真實比例,管理人員可放大核對每處細(xì)節(jié),更利于分配施工任務(wù),避免因業(yè)務(wù)分工不明確而引發(fā)糾紛,為未來船舶行業(yè)的智能化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。
圖3 局部區(qū)域劃分圖示意圖
圖4 局部區(qū)域劃分空間模型
對于數(shù)字化設(shè)計概念而言,二維區(qū)域劃分設(shè)計缺乏來自統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫的支持,工藝信息不完整,設(shè)計、建造之間的三維模型與二維圖紙空間轉(zhuǎn)換費時費力,且不利于模型的更改和設(shè)計變更的快速處理。本文通過3DEXPERIENCE的空間系統(tǒng)進(jìn)行區(qū)域空間劃分設(shè)計,使區(qū)域空間與分段總段空間、船體空間和系統(tǒng)舾裝件處于同一坐標(biāo)系內(nèi),從空間上明確生產(chǎn)設(shè)計的區(qū)域界限,實現(xiàn)基于三維模型的設(shè)計與工藝協(xié)同、工藝與制造協(xié)同,從而最大程度地發(fā)揮生產(chǎn)設(shè)計與現(xiàn)實生產(chǎn)之間的核心橋梁和紐帶作用。該方案已在多型在建液化氣船上投入應(yīng)用,降低了建造成本、提高了建造效率,縮短了建造周期,達(dá)到了區(qū)域舾裝出圖零差錯的目標(biāo),符合船舶行業(yè)高質(zhì)量造船的要求??臻g系統(tǒng)能同時滿足船體、鐵舾和電氣等各專業(yè)從方案設(shè)計、技術(shù)設(shè)計、施工設(shè)計到生產(chǎn)設(shè)計全過程的基于模型的數(shù)字量傳遞,符合未來數(shù)字化造船技術(shù)的發(fā)展趨勢。