基于CADDS5系统的船舶快速设计

张怡典，奚 泉

（九江职业技术学院，九江 332007）

基于CADDS5系统的船舶快速设计

张怡典，奚 泉

（九江职业技术学院，九江 332007）

0 引言

随着信息技术的广泛应用，船舶行业已发生根本性的改变，在保持原有的劳动密集、资金密集特点下，已经成为一个技术密集、信息密集的新型产业。传统的船舶制造对板件、管件等采用人工放样放出线型、展开，再用样板进行划线；装配时将放好余量的零件按工序逐步修割后再装配焊接，这样的加工既费工又废料，精度还不高。现代造船模式的设计方式与传统造船模式不同，其设计基本原则应在解决“造怎样的船”的同时，还解决“怎样造船”，应用成组技术的制造原理和相似性原理，以及系统工程的统筹优化理论，对“怎样造船”通过设计，进行合理规划，以适应建立现代造船模式所形成的独特的生产作业体系进行组织生产的要求[1]。随着船舶市场愈来愈激烈的国际竞争，产品的设计周期越来越短，设计深度越来越深。为了更好、更快地保证船舶产品质量，满足设计管理与生产管理对产品信息的需求，快速设计技术与方法应运而生，逐渐应用于船舶制造业。

1 CADDS5系统

90年代中后期，国际先进的造船软件如CADDS5系统开始引进应用，它是一种CAD/CAM软件，集成了很多技术先进的模块，可以加快设计速度，提高用户的生产效率。可用于产品的方案设计、技术设计、施工设计和工艺设计。CAD/CAM技术的深入应用为推进集成制造技术提供了信息源头，使得产品设计技术准备周期在设计深度不断加大的情况下不断缩短，大大缩短了船舶产品的整个建造周期，CIMS的应用使产品制造和管理信息集成，从而能够实现制造信息高度共享和企业制造资源优化，全面提高企业运行效率。CADDS5造船CAD/CAM系统的应用可以说是设计改革的第一步，而使这个系统真正高效率为中国的造船业所用也就是实现基于CADDS5的快速设计则是深化设计改革的第二步。国内外一些船厂已经成功地在造船CAD /CAM系统基础上完成了船厂的日程计划、成本控制、生产设计、生产管理系统方面的应用。

2 快速设计

2.1 快速设计的特点

快速设计（Rapid Design; RD）也称快速响应设计（Rapid Response Design; RRD）、敏捷设计(Agile Design)。快速设计技术是当前市场在对产品多样化、瞬变性等需求的形势下提出并发展起来的。

产品快速设计是一种新的哲理，与计算机集成制造（CIM），精良工程（LP），并行工程（CE）和敏捷制造（AM）相比，产品快速设计与制造的主要目的是缩短产品的设计周期，提高产品设计质量，以及提高企业对市场的快速响应能力。产品快速设计与制造将重点放在缩短产品的设计开发周期上，尤其是总体结构和工艺设计方案阶段，以提高产品一次开发成功和快速响应市场的能力。产品设计开发阶段是降低成本的重要环节。制造必须依据设计来进行，产品的设计决定了产品的工作原理、结构、尺寸、材料及性能要求等，这些因素都对产品的成本有很大影响。

2.2 快速设计的技术构成

快速设计技术涉及到产品快速设计与优化技术、CAD/CAPP/CAE/CAM集成建模、并行工程技术、产品数据管理技术 (PDM)、知识工程与专家系统、网络技术、价值工程和生产工程技术。快速原型和虚拟制造技术把产品实体模型引入产品设计阶段,使得设计师在设计过程中能通过感性认识不断修正设计方案,避免由于设计失误导致返工,进而达到快速设计的目的。现代设计理论是快速设计技术与方法发展的基础,并行设计、系列化模块化设计理论、基于知识尤其是基于实例的数字化设计技术与方法均已成为快速设计技术与方法的重要组成部分。

3 快速设计在船舶设计中的体现

3.1 模块化设计

现代产品设计的复杂性使任何部门或人员独立完成整个产品的设计越来越困难，只有将产品划分为子系统，才能从根本上降低设计的复杂性，加快产品的发展。从原有的以产品为单位的设计模式，转而采用模块化的设计模式。

CADDS5软件集成了很多技术先进的模块，有参数化建模、非参数化建模、并行装配模块（CAMU)、船体高级建模（ASM）模块。例如在进行船体结构和舾装建模时,很多元件(肘板、补板)具有一定的相似性,完全可以利用船体高级建模（ASM）模块进行参数化设计。在建立标准元件库的基础上,编制相应的设计规则,进行二次开发，使船舶元件(肘板、补板)库的设计过程标准化和规范化，从而加快设计进程。以下的例子就是800吨油船设计时靴形切口截面库的建立。

靴形切口截面库的数据格式如下： 〈名称〉 101〈质量〉〈深度〉〈边偏移〉〈底部偏移〉〈宽度〉〈底半径〉〈左半径〉〈右半径〉

3.2 数字化设计

随着计算机技术和CAD技术的进一步发展，计算机辅助设计的过程不仅用于数据处理、结构强度分析、结构设计、动态仿真和系统优化，而且发展到动态三维图形可视化和多媒体虚拟现实阶段；不仅用于产品方案设计、技术设计及分析评价，还用于工艺过程仿真、全面质量管理、成本评估等，使研究开发和生产准备周期大幅度缩短，成本下降。例如，图2是在CADDS5系统管系模块中将800吨油船甲板上的管子设计好后，利用动态仿真、干涉检查等功能对实体之间的干涉进行评估，判断实体间的干涉情况，这样就避免了二维绘图时管路的重叠、弯曲、交叉等现象。

图1 靴形切口数据输入

图2 管路检查

3.3 并行设计

并行工程的核心内容，船舶的并行设计方法是基于计算机网络来实现的，即各类专家通过计算机网络、统一的产品数据模型进行船舶造型、可制造性、经济性、可靠性、可装配性等的分析，不同的意见通过网络反馈，修改数据模型，使异地工作的专家同时在新的模型上继续工作，直至完成所有设计任务[2]。

目前，CSSC总部建立了连接北京、上海、广州、九江四地的中船企业网和集团公司视频会议系统，建立了基于国际互联网，面向国内外船舶行业的服务性网站——中国造船网，为建立数字化船舶企业提供了扎实的硬件基础。

CADDS5系统中的并行装配模块（CAMU)能够管理由多个部件（Part）或子装配(Subassembly)组成的装配(Assembly)，可以运行在参数化环境中，也可以运行在非参数化环境中，并且还可以在这两个环境中切换。允许多个用户同时工作在同一个装配上。当用户在一个部件中工作时，同时能够检查看装配中其他部件的实例。这样对船舶分段的设计、装配带来了很大的好处，设计人员可以对同一分段或不同分段同时设计，进行成果共享，以下就是由不同设计人员进行协作生产的800吨油船的不同分段结构。

4 结束语

在快速设计和造船生产方面，CADDS5系统提供了很好的一个研究平台，使船舶的初步设计、详细设计、转换设计、生产设计等各个设计阶段的壳、舾、涂等多个专业设计在同一数据库中进行并行设计，建立产品信息模型，在计算机中先“造”一艘“完整的船”，这样不仅能将实船生产中可能出现的问题提前发现和解决，并且还为产品的计划管理、生产管理、质量管理等提供了大量信息。为更深入地研究船舶快速设计方法提供了依据。

图3 CADDS5系统中进行装配的分段结构

[1]茅蓉蓉, 马晓平, 朱骏. 基于造船CAD /CAM系统的船舶快速设计方法[J].江苏科技大学学报(自然科学版)2007,3.

[2]陆蓓, 张圣坤.虚拟理论在船舶工业中的应用-虚拟船厂[J]. 上海交通大学学报. 2001, 1.

Quick design method of ship based on shipbuilding CADDS5 system

ZHANG Yi-dian, XI Quan

本文首先介绍了快速设计的现状，然后围绕快速设计，对船舶快速设计实现的平台之一-CADDS5系统进行了描述,论述了系统在船舶设计数字化、模块化和并行工程等方面的优势，从而体现了船舶快速设计的理念。指出在CADDS5系统中实现船舶快速设计对国内目前的转换造船模式和赶超造船先进国家具有重要的作用。

快速设计; 模块; 并行工程

张怡典（1972－），女，副教授，研究方向为船舶电器。

TH122

A

1009-0134(2011)4(下)-0142-03

10.3969/j.issn.1009-0134.2011.4(下).42

2010-12-20