基于协同的舰船数字化设计技术研究

林锐+宗丹+王林+雷静+江昆

摘要：《中国制造2025》提出促进制造业提质增效为中心，以加快新一代信息技術与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向。舰船产品是典型的复杂制造产品，设计是制造的源头，本文阐述了舰船设计各阶段协同内涵，并详细分析了各设计阶段舰船数字化设计中的协同工作，有助于提升设计所内部以及船厂和配套厂所之间的外部协同能力，提质增效，具有十分重要的意义。

关键词：舰船；数字化设计；协同

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）07-0155-02

1 引言

2015年5月国务院发布了《中国制造2025》，以促进制造业提质增效为中心，以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向。舰船产品是典型的复杂制造产品，设计是制造的源头，结合信息化技术设计出满足用户需求的舰船产品至为关键。

随着计算机技术和数字化技术的快速发展和舰船复杂程度的不断提高，舰船数字化设计技术在船舶行业的应用也逐步深入，将信息技术与专业领域相融合，促进设计工具的变革、设计方法的变革以及研制模式的变革，应用于舰船产品研发、设计和保障全生命周期，提升舰船研制效率和质量。同样，协同设计理念的产生与现代造船模式的发展也是紧密相关，贯穿于舰船设计全过程。

2 舰船设计各阶段协同内涵

舰船设计过程一般分为概念设计、方案设计、技术设计、施工设计、生产设计等若干个阶段。施工设计之前各阶段在设计所开展设计，生产设计是在船厂开展。整个设计过程涉及大量的协同工作，各阶段协同的内涵不同：方案设计阶段是实现设计方案的快速生成和迭代优化，技术设计以后的阶段主要是继承方案设计成果，依托基于知识工程的三维设计平台开展多专业协同设计。施工设计中、后期以及生产设计阶段主要是厂所协同设计。

3 基于协同的舰船数字化设计

3.1 方案设计

方案设计阶段多学科交叉，多专业融合，多目标优化，设计、仿真分析工具多，需要应用先进的数字化设计技术，融合总、船、机、电等多专业的设计方法、标准规范，封装设计过程中相关的CAD建模软件、CAE分析软件、自编程序等，打通不同软件之间的数据和流程，后台流程驱动各种软件自动完成建模、计算、分析、数据处理等操作过程，实现各专业间的快速协同，减少烦琐的手工操作和重复工作，实现设计经验知识模板化、设计分析方案快速生成、多学科综合评估和性能优化等。

为了在方案设计阶段快速生成设计方案，如图1所示，将设计过程流程化，流程中的仿真计算模块可直接与高性能调度软件集成，针对不同软件，设计人员只需配置好作业参数，后台自动生成命令，驱动高性能计算服务器集群求解，完成后结果数据返回，减少提升各专业协同效率。

3.2 技术设计

技术设计阶段，各专业应用知识工程的理念，基于三维设计平台开展总、船、机、电多专业并行协同设计，如图2所示。由于目前主流的三维设计软件基本为国外软件，与国内的设计习惯和设计流程还有一定的差距，为更好地推进各专业设计人员在三维环境下开展设计，应结合船舶设计特点和业务流程进行定制开发，加强知识沉淀和重用，打通专业间流程，为各专业协同设计提供三维协同环境，满足专业间并行协同需要。

首先需要建立完整详实的专业基础库，它是三维设计的基础。初次建立专业基础库时工作量会很大，需要设计人员根据设计的需求进行系统规范的建库工作。但随着多个项目三维工作的开展，不同项目之间的专业基础库可以共享和复用，提高了后期三维设计的效率，缩短了三维设计准备时间。

作为三维设计关键核心技术之一的骨架关联技术在舰船设计中得到广泛的应用。总体专业发布一级骨架，船体专业在总体骨架的基础上开展设计，并细化出二级骨架供机电专业设计使用。通过关联设计可以加强专业间的协作，快速实现迭代设计，减少设计返工，提升设计效率。

根据船舶设计特点，机电专业在技术设计阶段先完成原理设计，明确技术指标，固化技术状态，然后通过三维软件实现二维原理驱动三维设计，直接将二维原理图中的设计信息、属性带入三维环境中，进行设备、管路、电缆通道等综合布放，减少设计信息和属性的重复输入，保证二维三维设计一致性。

3.3 施工设计

施工设计阶段，各专业在技术设计三维模型的基础上继续深入开展工作，机电专业根据原理布放中、小管路和电缆通道，并向船体提交一般性开口理论线；船体专业判断开口理论线正确后完成开口工作，并对船体三维模型进行细化设计。各专业间应用数字化手段定期开展干涉检查，根据检查结果修改设计和迭代设计。

在施工设计中后期，船厂会安排工艺人员到设计所进行现场办公，形成IPT团队，数字化设计为双方的沟通协调提供了虚拟环境和数字样船等手段，双方结合三维综合设计模型开展工艺及制造相关问题的沟通和协调，提前发现设计工艺问题，减少后期变更，提高设计质量。

4 结语

舰船产品设计是一项高度复杂的系统工程，设计阶段多，循环迭代复杂，并行化程度高，技术密集，设备众多，涉及行业内、外众多配套单位。通过加强舰船数字化手段和工具的应用，提升设计所内部以及船厂和配套厂所之间的外部协同能力，有助于提质增效，具有一定的应用价值。

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