论文部分内容阅读
摘 要：随着3D建模软件在造船业中的应用不断深入，为了继续提高船舶建造效率，建模软件不能仅仅停留在整体建模与输出生产图纸的阶段，进一步切合高效率的建造策略与生产计划成为船舶3D建模设计的更高目标。本文在简单介绍NUPAS/CADMATIC在船舶建造设计中的应用基础上，进一步研究利用3D建模针对船舶分段总装建造策略的设计。
关键词：3D建模；分段总装；建造策略；预舾装
一、NUPAS/CADMATIC 建模与生产设计介绍
该船舶建模軟件实际上分分两块，既NUPAS船体结构与铁舾件建模以及CADMATIC轮机电气等舾装部分建模，CADMATIC可以输出整体的三维可视模型Ebrowser，并可以自由视角查阅测量模型的详细信息。建模流程则是首先利用NUPAS进行船体结构部分建模，船体结构建模完成后再将NUPAS的数据导入CADMATIC平台并在CADMATIC里生成船体结构，然后CADMATIC便可以基于船体结构开始舾装建模，当整体模型完成后CADMATIC可以根据舾装需求在NUPAS模型上通过映射的方式打孔。输出生产信息方面，NUPAS可以将模型中所有组成零件生成下料切割文件以供数控切割机使用，各类型材也将以零件编号对应详细图纸的形式表现，下料后的零件整合成结构部分的详细图纸也可以通过NUPAS在模型中截图制作，并可针对选定区域生成各小件材料清单；CADMATIC则可以对所建模的管系生成放样图纸和安装图纸，也可以针对数控弯管机输出弯管文件，也可以制作设备安装布置图，各管系系统平面布置图和3D轴视图，并可针对选定区域生成管子管件及设备清单。
二、船舶分段总装建造策略
为了提高船舶建造效率，分段总装已成现在各大型船厂主流建造策略，其主体思路就是按照船体结构将船切分为数个分段建造，在分段建造过程中同时尽可能多的进行舾装部分的施工，如各型基座、过舱件、线缆桥架等铁舾件，部分设备与管系，油漆等，最后再各分段合拢。这种化整为零的建造方式极大的提高的造船的质量与效率，让船舶建造实现标准化流水线生产成为可能，先进的建造策略需要先进的生产技术和设计技术为基础，其重点在于针对新建造策略的组织管理以及精度控制，设计图纸及生产信息也必须配套跟进，以中间产品为向导，按区域组织生产，壳舾涂作业在空间上分道、时间上有序，实现设计、生产管理一体化，均衡、连续地总装造船。
三、NUPAS/CADMATIC 针对分段总装的设计
（一）分段设计及NUPAS分段建模
首先船型的分段划分是基于船体结构框架来划分的，分段基础信息也是在NUPAS模型中建立，在NUPAS建模前根据船型的结构特性及尺寸进行分段划分，分段划分的基本参考因素有三点，一是分段尺寸与重量要与船厂的工棚、场地、吊装能力、运输能力相匹配以确保施工顺利进行，二是分段连接处应尽量避开管路设备密集区域以提高分段预舾装率和减少分段合拢时的工作量，三是分段的切面应尽量保持单个平面以减少误差因素对分段合拢的影响。分段划分完成后即可为每个分段赋予分段编号，NUPAS即可用该编号为分段编码进行主体结构建模，一个分段编码对应一个分段模型并可独立编辑完成，各分段建模完成后便可整合成完整的船体结构模型，所有从属于某个分段的零件模型属性中也会有基于该分段编码的零件编号，既在分段编码的后面加上零件编码。在图纸制作过程中NUPAS按分段显示模型并截图制作结构组合图纸，零件图纸与切割下料文件则可以按分段由系统自动输出，然后再从模型中按分段输出材料清单，最后将这些生产信息按分段打包发放生产部门。
（二）CADMATIC分段舾装建模
CADMATIC不能像NUPAS在选定一个分段区域的基础上建模，只能是在所有的模型属性中加上所属分段编码，然后系统按分段编码来检索并显示各个分段内容。给舾装件定义分段属性也没有NUPAS定义结构件那么直接，CADMATIC则是根据舾装件所在分段空间来定义该设备或管系所属的分段，分段空间的定义则需要考虑三个因素：一是分段结构所包围的空间；二是该区域舾装件焊接安装的结构所属的分段，该属性要优于结构包围空间来定义，如某区域属于1分段的包围空间，但是该区域的管子设备焊接安装的结构属于2分段，那么该区域则属于2分段空间；三是分段结合空间，该区域的舾装件需等分段合拢后才可施工，分段结合空间则可按所结合的分段来命名，如1分段与2分段结合空间命名为1-2，同理1-2-3、1-2-3-4的命名都可能出现。在各设备和管件都赋予分段空间属性的基础上我们还可以加上预舾优先等级的属性来完整预舾装的信息，比如第一优先级的可定义过舱座板、丝座、套管等单个过舱件，此类舾装件可在分段结构组装前还是零件状态时即可预装，第二优先级的为穿过各舱室的管路，此类管路可以在分段建造成型时完成安装以尽快提前舱室气密实验进程，第三优先级是与结构直接焊接固定的基座、管路、线缆桥架等，可以提前分段喷砂油漆的工艺进程，第四优先级为分段空间的管系与舾装件，最后为合拢空间管系，CADMATIC在管系建模的时候应该为每根管子定义一个编号，各管路的分段属性和优先等级可以在管子编号上体现，所以管子的编号可为：分段空间编号+系统编号+优先等级。在图纸制作输出方面，管系放样图的图号则会自动由系统命名为其管子编号，放样图制作完成后可以根据分段空间编号检索打包，在制作管系布置图的时候可以利用CADMATIC的queries 功能将船体模型与舾装模型按结构分段及分段空间整合成各分段块，然后在这个块的基础上选择适合截面制作布置图纸，管系布置图与设备安装布置在制作完成后也需按分段给图纸编号，同时各分段的queries块也可以用来生成该分段的所有舾装件材料设备清单，如此建成的CADMATIC模型所生成的三维可视模型则可以更直接的按分段属性显示（见下图），最后将这些生产信息按分段打包发送生产部门。
结语
利用3D造船软件针对分段总装造船方式进行建模，并利用模型参数生成生产图纸及材料清单，能极大的提高造船设计效率，而且可以针对造船企业的生产条件与生产能力灵活的调整设计方案，设计成果直观形象，为企业生产准备工作实现信息化管理打下了基础，也是标准化造船等先进造船理念的必要先备条件。
参考文献：
[1]郑灿平.基于现代造船模式的船舶设计研究[J].建筑工程技术与设计， 2014（20）.
关键词：3D建模；分段总装；建造策略；预舾装
一、NUPAS/CADMATIC 建模与生产设计介绍
该船舶建模軟件实际上分分两块，既NUPAS船体结构与铁舾件建模以及CADMATIC轮机电气等舾装部分建模，CADMATIC可以输出整体的三维可视模型Ebrowser，并可以自由视角查阅测量模型的详细信息。建模流程则是首先利用NUPAS进行船体结构部分建模，船体结构建模完成后再将NUPAS的数据导入CADMATIC平台并在CADMATIC里生成船体结构，然后CADMATIC便可以基于船体结构开始舾装建模，当整体模型完成后CADMATIC可以根据舾装需求在NUPAS模型上通过映射的方式打孔。输出生产信息方面，NUPAS可以将模型中所有组成零件生成下料切割文件以供数控切割机使用，各类型材也将以零件编号对应详细图纸的形式表现，下料后的零件整合成结构部分的详细图纸也可以通过NUPAS在模型中截图制作，并可针对选定区域生成各小件材料清单；CADMATIC则可以对所建模的管系生成放样图纸和安装图纸，也可以针对数控弯管机输出弯管文件，也可以制作设备安装布置图，各管系系统平面布置图和3D轴视图，并可针对选定区域生成管子管件及设备清单。
二、船舶分段总装建造策略
为了提高船舶建造效率，分段总装已成现在各大型船厂主流建造策略，其主体思路就是按照船体结构将船切分为数个分段建造，在分段建造过程中同时尽可能多的进行舾装部分的施工，如各型基座、过舱件、线缆桥架等铁舾件，部分设备与管系，油漆等，最后再各分段合拢。这种化整为零的建造方式极大的提高的造船的质量与效率，让船舶建造实现标准化流水线生产成为可能，先进的建造策略需要先进的生产技术和设计技术为基础，其重点在于针对新建造策略的组织管理以及精度控制，设计图纸及生产信息也必须配套跟进，以中间产品为向导，按区域组织生产，壳舾涂作业在空间上分道、时间上有序，实现设计、生产管理一体化，均衡、连续地总装造船。
三、NUPAS/CADMATIC 针对分段总装的设计
（一）分段设计及NUPAS分段建模
首先船型的分段划分是基于船体结构框架来划分的，分段基础信息也是在NUPAS模型中建立，在NUPAS建模前根据船型的结构特性及尺寸进行分段划分，分段划分的基本参考因素有三点，一是分段尺寸与重量要与船厂的工棚、场地、吊装能力、运输能力相匹配以确保施工顺利进行，二是分段连接处应尽量避开管路设备密集区域以提高分段预舾装率和减少分段合拢时的工作量，三是分段的切面应尽量保持单个平面以减少误差因素对分段合拢的影响。分段划分完成后即可为每个分段赋予分段编号，NUPAS即可用该编号为分段编码进行主体结构建模，一个分段编码对应一个分段模型并可独立编辑完成，各分段建模完成后便可整合成完整的船体结构模型，所有从属于某个分段的零件模型属性中也会有基于该分段编码的零件编号，既在分段编码的后面加上零件编码。在图纸制作过程中NUPAS按分段显示模型并截图制作结构组合图纸，零件图纸与切割下料文件则可以按分段由系统自动输出，然后再从模型中按分段输出材料清单，最后将这些生产信息按分段打包发放生产部门。
（二）CADMATIC分段舾装建模
CADMATIC不能像NUPAS在选定一个分段区域的基础上建模，只能是在所有的模型属性中加上所属分段编码，然后系统按分段编码来检索并显示各个分段内容。给舾装件定义分段属性也没有NUPAS定义结构件那么直接，CADMATIC则是根据舾装件所在分段空间来定义该设备或管系所属的分段，分段空间的定义则需要考虑三个因素：一是分段结构所包围的空间；二是该区域舾装件焊接安装的结构所属的分段，该属性要优于结构包围空间来定义，如某区域属于1分段的包围空间，但是该区域的管子设备焊接安装的结构属于2分段，那么该区域则属于2分段空间；三是分段结合空间，该区域的舾装件需等分段合拢后才可施工，分段结合空间则可按所结合的分段来命名，如1分段与2分段结合空间命名为1-2，同理1-2-3、1-2-3-4的命名都可能出现。在各设备和管件都赋予分段空间属性的基础上我们还可以加上预舾优先等级的属性来完整预舾装的信息，比如第一优先级的可定义过舱座板、丝座、套管等单个过舱件，此类舾装件可在分段结构组装前还是零件状态时即可预装，第二优先级的为穿过各舱室的管路，此类管路可以在分段建造成型时完成安装以尽快提前舱室气密实验进程，第三优先级是与结构直接焊接固定的基座、管路、线缆桥架等，可以提前分段喷砂油漆的工艺进程，第四优先级为分段空间的管系与舾装件，最后为合拢空间管系，CADMATIC在管系建模的时候应该为每根管子定义一个编号，各管路的分段属性和优先等级可以在管子编号上体现，所以管子的编号可为：分段空间编号+系统编号+优先等级。在图纸制作输出方面，管系放样图的图号则会自动由系统命名为其管子编号，放样图制作完成后可以根据分段空间编号检索打包，在制作管系布置图的时候可以利用CADMATIC的queries 功能将船体模型与舾装模型按结构分段及分段空间整合成各分段块，然后在这个块的基础上选择适合截面制作布置图纸，管系布置图与设备安装布置在制作完成后也需按分段给图纸编号，同时各分段的queries块也可以用来生成该分段的所有舾装件材料设备清单，如此建成的CADMATIC模型所生成的三维可视模型则可以更直接的按分段属性显示（见下图），最后将这些生产信息按分段打包发送生产部门。
结语
利用3D造船软件针对分段总装造船方式进行建模，并利用模型参数生成生产图纸及材料清单，能极大的提高造船设计效率，而且可以针对造船企业的生产条件与生产能力灵活的调整设计方案，设计成果直观形象，为企业生产准备工作实现信息化管理打下了基础，也是标准化造船等先进造船理念的必要先备条件。
参考文献：
[1]郑灿平.基于现代造船模式的船舶设计研究[J].建筑工程技术与设计， 2014（20）.