基于AM系统的工装件模块开发与应用

张润灿 李金兰 杨 瀛

(广船国际工法部)

0 前言

数字化造船是现代造船模式里一个重要部分，而开发应用计算机软件技术是数字化造船的一个必要手段。当前在船舶行业上应用得最广泛、最成熟的计算机技术是船舶设计系统，如AM、Tribon等系统，这些系统涵括了船体建造过程中的大部分数据，是整个造船流程的根基，在其基础上进行二次开发，将传统出图模式的工装件纳入船舶设计系统，进行整体性建模、出图出托和干涉排查，是推进现代造船直接有效的方法，为智能化造船奠定基石。

1 工装件常规出图模式

船舶建造过程中所使用的辅助工装件一般包括吊码、脚手码、临时加强、支撑座板、快速搭载码、吊篮耳、密性连接板等，传统的出图模式为使用CAD软件进行设计和出图，在现代化造船和数字化造船的大趋势下，逐渐呈现出较大的局限性，主要体现在以下几个方面：

（1）直接使用CAD进行工装件的二维平面设绘，过程较为抽象复杂且直观性差，对设绘人员空间想象力和设计经验要求较高，导致绘图效率低下；

（2）不同工装件按传统模式单独出图，使得同一分段具有多达十余份施工图纸，不便于现场施工查图，容易造成施工遗漏或施工错误；

（3）传统出图方式无法与设计系统直接接轨，导致技术与工法呈现脱节现象，工装件往往容易与船体结构和舾装件冲突，无法直观和全面地进行排查，因而遗留到现场导致修改；

（4）缺少三维模型，难以实现三维仿真模拟，无法做到数字虚拟造船。

2 AM系统工装件模块开发

为改变以上现状，提高工装件设计效率，更好的服务现场生产，需对AM系统进行二次开发，在AM系统平台上增加“工装件”模块，该模块作为AM系统里众多模块中的一个。

AM船舶设计系统有船体结构、铁舾、管路、电气这几大模块，船体结构建模主要用Hulldesign模块，其它建模均使用Outfitting模块，两种模式均可实现工装件建模，但使用Hulldesign进行工装件建模相对于Outfitting操作较为繁琐，且开发难度较大。工装件与舾装件比较类似，故可参考AM系统中的舾装件Outfitting模块进行开发。

图1 工装件命名规则

图2 工装件模块操作流程图

图3 工装件建模界面

图4 GLS-PDM数据管理系统界面

2.1 确定AM系统工装件命名规则

为规范AM系统中的工装件模型命名，需编制相应的工装件编码原则，依据相关船舶设计区域代码和编码规范，结合工装件标准和铁舾件命名规则，对工装件中的脚手码、吊码、快速搭载码、支撑座、加强材等进行了编码，命名规则见图1所示。

2.2 AM系统工装件模块开发及测试

开通了一个专用的工装件测试工程项及相应的MDB:GZJ(工装件)，用于工装件模块开发、测试以及后续的改进。该测试模块一般操作流程见图2所示。

工装件出图登录进入界面与建模进入界面类似，只是在Module下拉列表选择不同，建模选OUTFITTING，出图选择HULLDRAFTING，登录界面及操作界面见图3所示。

工装件托盘是整个工装件模块开发及测试中比较难以开展的一项，工装件除了脚手码及密性连接板外，其它的工装件都需要在使用完工后拆除，安装拆除的阶段也可能各不相同，还有部分工装件如吊码、加强均可多次循环使用，均不经过物资管理系统。一个较好的解决方案是脚手码与密性连接板走物资管理系统，与舾装件托盘形式一样，其它工装件托盘不走物资管理系统，在GLS-PDM系统中托盘属性设置为工装，到时提取工装属性的托盘即可，并生成EXCEL表下发制造部门，其它涉及到领用、回收等依旧延续之前的方式。

根据相应解决方案对GLS-PDM数据管理系统进行了开发改进，增加了工装托盘物量统计等功能，托盘中涉及到工装件物量在AM建模后，在GLS-PDM系统中进行数据提取，并导出该部分工装件EXCEL表，即托盘表，见图4所示。

图5 模型统一命名处理

图6 工装件选择程序

2.3 AM系统工装件模块的二次开发

对现有舾装建模，开发出多项更加适合工装建模的功能，主要包括以下方面：

模型统一命名：批量操作，减少了命名时间和人为错误，见图5所示。

工装件选择程序：使设计人员能通过程序快速直接选用目标工装件，避免逐个翻查部件库，方便快捷，提高建模效率，程序界面见图6所示。

工装图数据提取：根据AM系统drafting模块图框里调取的工装件模型，提取工装件模型数据信息，并自动绘制生成零件表。

3 AM系统工装件模块应用

3.1 AM系统工装件3D建模

工装件建模模块可精确创建工装件3D模型，快速定位工装件模型到船体结构相应位置，并模拟工装件现场安装情况，检验工艺方案是否合理，进而工艺优化设计。部分工装件的建模应用见图7～图14所示。

3.2 AM系统工装件出图

利用AM软件系统的特点，可将原《分段吊码布置图》、《分段支撑布置图》、《分段加强图册》、《分段脚手码布置安装图》、《快速搭载码布置图》等多份工装件图纸合并出图，减少图纸分类数量，有利于提高出图效率和准确率，减少施工错误，方便现场施工查图，减少施工遗漏，降低施工错误，工装件图范例见图15所示。

3.3 干涉检查

将同一分段（区域）上所有专业的模型调集在一起，便可进行干涉检查，提前发现问题，减少工装件设计与船体舾装冲突，减少图纸出错率，优化工装件设计，从而减少现场返工率，加快生产进度，工装件与铁舾件典型冲突情况见图16所示。

4 应用效果及后续改进

4.1 经济效益

通过实船的应用，研发出一整套基于AM舾装建模的工装件建模出图模块及出图模式，并通过干涉排查，提前干预及修改了大量传统CAD出图模式下难以发现的碰撞冲突，将原设计出图模式埋下的施工修改隐患提前暴露并修改优化，节约了大量的施工成本和周期。选取部分载体型船在工装件设计和实施中统计的干涉数量如表1所示。

按各工装件的材料和焊接综合平均成本脚手码100元，吊码500元，其它工装件200元计，统计数量以极地凝析油轮1艘，7.5万吨油轮2艘，30万吨矿砂船4艘计。则实施载体船因干涉提前排查解决而产生的效益预估为：

ξ=（100+128*2+15*4）*500+

（1427+754*2+588*4）*100+（43+50*2+47*4）*200=802900元。

4.2 干涉成因分析及优化改进

在干涉排查的基础上，对比分析出工装件和船体结构以及舾装件产生干涉的深层原因，并通过流程优化、设计优化等措施加以避免和改进，是工装件模块开发应用的核心关键。

分析干涉产生的主要成因如下：

（1）无相关参考图纸或资料不全，导致工装件按传统方式设计出图时，无法进行干涉排查或因资料不全而未发现干涉情况，遗留至现场；

（2）部分设计修改滞后或中途变更，致使工装件设计时位置良好但后期出现干涉现象；

图7 吊码

图8 脚手码

图9 横杆工装架

图10 吊篮架

图11 龙门架

图12 坞墩

图13 支撑

图14 脚手架

（3）舾装件或船体结构位置的唯一性。以脚手码为典型代表，在表1的统计对象中，脚手码发生干涉占比数量最大，主要表现为与舾装舱梯和货油管等冲突需移位，因舱梯和货油管的设计位置相对固定难以变更，只能脚手码移位，且脚手码因为其特殊性，一个脚手码的移位往往需带动周围数个脚手码同时修改调整；

（4）工装件设计位置的唯一性。以吊码为典型代表，受分段或总段重心位置及吊装方式的影响，部分吊码只能布置在某个强肋位固定点处，调整范围相对较小或无法调整，使该处受影响的分舱标志等舾装件只能改后续缓装，否则分段或总段无法吊装；

（5）施工错误导致。

在此基础上的工装件模块开发，可以说是解决了传统CAD出图模式下一直存在的难以克服的局限性，同时，为更好的使干涉情况封闭在设计阶段，减少后续施工修改，还需在以下方面进行持续改进：

图15 工装件图范例

图16 吊码与管子及管子托架冲突

表1 实施目标船型工装件与船体舾装干涉情况数量情况统计单位：件

（1）加强舾装设计和工装件设计信息沟通的通畅性和紧密性；

（2）优化舾装设计和工装设计时机，保证协调性，提高干涉排查的准确性；

（3）将干涉较少的区域形成标准化设计，干涉较多的区域划定为重点区域重点关注；

（4）持续进行二次开发，使工装件模块更加完善易用。

4 结束语

工装建模模块的研发及推广应用，提高了工艺图纸出图效率和出图准确率，便于图纸的一体化设计，同时，直观的三维模型更有利于工装件与舾装的干涉排查，也有利于现场生产效率的提高。

对AM系统进行工装建模模块开发，符合“推进建立现代造船模式”的工作要求，符合现代造船企业的发展趋势，对提高企业技术水平、提升综合实力及竞争力具有重要的意义，对后续的建模2.0工作及智能制造具有一定的推进作用。