可视化技术在船舶管件加工中的应用

张宝民，王 昆，王 震，翁戍生，孟中原

（大连船舶重工集团设计研究院，辽宁 大连1160053）

0 引 言

船舶行业在将设计成果转化为最终产品的过程中，一直是通过纸质图纸传递信息的。近几年，随着信息化技术的不断发展，加工部门开始通过电子图文档接收设计成果，但仅限于二维图纸和技术文档，三维模型一直没有在加工部门得到有效使用，尤其是不能与图纸相结合，使得信息化仅停留在一些离散的电子数据上，未能系统地在加工部门应用。

本文依托专用三维设计软件系统地开展可视化设计研究，将可视化设计作为三维设计的基础，对生产加工部门的功能进行延伸，使车间能共享三维设计成果。实现可视化的途径是在安全受控的前提下，以数据为核心，以编码为数据链，将设计的二维图纸、三维模型和工艺数据直观地呈现给生产加工部门。该方式能打破传统的纸质图文档下发模式，建立从设计部门到加工部门完整的三维设计和工艺数据链，有效提高设计部门与加工部门的信息传递能力和效率，从而提高生产加工的准确性。

1 可视化在管件加工应用的优点

随着数字化应用的深入，可视化应用正逐步渗入数字化加工中，并逐步走向智能化发展，其应用特点如下。

1.1 二维数据和三维数据的集中可视化呈现

以数据为核心，以编码为数据链，将设计的二维图纸、三维模型和工艺数据直观地呈现出来，实现对二维数据和三维数据的全面检索，达到二维数据与三维数据的共享性、关联性和可视性，提高加工的效率和质量。

1.2 可视化三维模型的可操作性

以模型为中心，对可视化模型进行测量、旋转、缩放、剖切、分离、隐藏和透明化等操作及信息关联查询，实现模型与图纸和数据的灵活操作。

1.3 可视化模型基础上的交互性协调管理

在可视平台上实现加工部门与设计间的交互式信息反馈，加工部门能直接在模型上标注反馈信息，设计部门能直接在可视化模型上查看加工部门标注的反馈信息，并进行相应的调整或修改，实现交互性协调管理。

2 可视化应用基础配置研究

为实现可视化的深度应用，需完成二维信息、三维模型及数据的无缝关联和传递，确保各项数据的匹配、关联及应用的唯一性、完整性和快捷性，实现可视化和数字化在加工部门的相辅应用。

2.1 基于编码系统的二维信息匹配和可视化

作为可视化设计应用的基础，每个管段的编码都是唯一的，确保编码的唯一性是准确调取二维图纸和三维模型的必要条件。编码规范化是可视化设计的基础，结合实际情况，以编码的形式对全船的管段进行统一管理。编码包含有设计中的位置、用途和系统等信息，通过序列号和施工号等编码位对管段进行有序管理。同时，利用不同编码位上的信息确定管段安装时间，辅助加工部门分配生产资源，缩短管件库存时间。图1 为编码示例。

通过匹配二维信息，能将设计中的二维施工图中的管段长度和弯头等信息与管段对应的编码相关联，对影响加工的信息进行整合，形成在程序上编号和双向可查的数据库。

基于二维信息的可视化表达，将存储在图文档中的管段制作图纸导入系统，通过其编码进行查询，实现二维图纸的电子化可读，使制造工人能迅速地识别相应的管件，并指导整个制造过程。图2 为二维图纸信息显示窗口。

2.2 三维管件模型轻量化和可视化

现场终端安装三维设计软件的成本较高，且现场工人操作三维软件存在一定的困难，因此将模型发布到可视化设计系统中之后，必须脱离专业三维设计软件，将三维模型轻量化处理之后在IE 等浏览器上发布，使加工部门能通过浏览器直接查看轻量化模型。同时，为提高模型的可操作性，轻量化模型要具备5个逐步深化的功能。

1) 可查看性：模型可供客户端查看，通常是直接在浏览器上查看，这是最基本的特性。

2) 轻量化：模型和文件便于在网上传输，必须远小于原始的大小。有时为满足网上浏览的需要，可能会采用流媒体的方式或异步加载的方式，使用户感觉不到有太多延迟。

图1 编码示例

图2 二维图纸信息显示窗口

3) 中性化：现行主流设计软件的三维模型或二维图纸必须能统一为1 种或少数几种格式，这样能大大降低客户端浏览和操作的复杂性，并使多种模型的组合查看成为可能，同时能使用户只关注模型和图纸的使用，而不再关心其是何种格式。

4) 可操作性：能对三维模型和二维图纸进行操作，但不能改变原数据，如尺寸的测量、隔离和标注等。

5) 关联性：模型和图纸中的重要元素能被抽取，并与外部数据建立关联。这样，模型或图纸中的元素才是灵活可用的。

图3 为三维模型显示窗口。

图3 三维模型显示窗口

2.3 模型数据从设计端到制造端的无缝传递

模型中加工数据的无缝传递是指在没有人为干预的情况下实现设计端到制造端的数据对接，能使三维模型可视化呈现的同时，直接输出加工数据，驱动管子加工数字化流水线，减少人为干预和数据的手工传递，降低数据转换的差错率，提升管子加工效率。

模型中加工数据的无缝传递是通过企业的ERP（Enterprise Resource Planning）系统管理的，ERP 系统是加工部门常用的组织生产的数字化系统，其有效执行需要数据的支撑，这些数据大部分源于设计输入。在传统生产模式中，这些数据是通过人工读图得到并输入系统的，存在因人为参与导致数据出现差错的风险。为去除人工输入，实现数据的无缝传输，通过二次开发，直接从设计模型中提取数据并将其发送给ERP系统。为保持数据的可靠性和输入过程的便捷性，在三维可视化模型向车间下达指令时，同步在后台启动电子数据传递程序，电子数据的格式严格按加工部门ERP 系统输入的需求组织，能与ERP 系统无缝对接。电子数据的无缝传递与电子化发布同步实施，对生产管理控制、精度控制和设计修改时的替换都有很大好处。图4 为管子加工电子数据。

图4 管子加工电子数据

可视化系统中的电子数据必须包括设计模型中的全部管段参数、管段的二维图纸和管段信息的三维模型信息，以确保加工部门在可视化系统中看到的所有数据均来自于设计部门的模型，且没有人为干预。

3 可视化在车间的应用

在加工部门，配置好终端IE 浏览器即可登录可视化平台，通过浏览器进行数据、图纸、模型的一体化查询和协调交互，全面取消纸质文件，实现可视化和数字化加工应用。

3.1 可视化信息的检索及查询功能应用

施工工人可对需要的数据、图纸和模型进行快速定位和信息检索，实现加工制作快速关联功能，可查询到所有设计信息。可视系统能按分类树检索、关键字检索、条件组合高级查询和信息数字关联检索等原则实现全面的信息检索。

1) 分类树检索：可按零部件类型、文档类型、设计产品结构和装配计划等方式分类展开。

2) 关键字检索：支持所有或指定类型的关键字模糊搜索。采用专用三维设计软件系统支持的模糊搜索表达式进行信息检索。

3) 条件组合高级查询：根据多个组合条件精确检索所需信息，包括属性、关联关系和对象状态等条件类型。

4) 信息数字关联检索：通过专用三维设计软件系统访问船舶项目设计数据，可利用不同数据之间的关联进行检索。

图5 为信息检索界面。

图5 信息检索界面

3.2 二维数据和三维数据一体化浏览的可视化应用

数字化流水线和传统加工方式都需二维数据或三维数据的指导或校验，将离散型信息集中在同一平台上进行一体化展示，更加高效、高质地指导生产。

在实际可视化应用过程中，在可视化平台上的图文集成浏览模块功能中，施工工人可根据需要有效实现二维图文档和三维模型的集成浏览，施工工人可直观、便捷地理解图纸信息和加工制造的要求。对于同一个编码的管件，二维图文档、三维模型和设置参数都可在同一个界面上浏览。图6 为二维模型和三维模型联合显示窗口。

图6 二维模型和三维模型联合显示窗口

3.3 可视化模型交互式操作应用

为更深刻地了解模型的外部信息和内含属性，施工工人可在可视化平台上对模型进行基本的浏览和查询操作，亦可在模型的基础上进行信息反馈，实现施工与设计在可视化平台上的交互式沟通，主要功能如下。

1) 对模型进行查看：在不改变模型数据的前提下，对模型进行旋转、缩放、剖切、分离、隐藏和透明化等操作。

2) 对模型的尺寸和坐标等进行测量：即使是在没有图纸的情况下，也可直接在模型上测量管件的精确尺寸。

3) 对技术要求等进行标注：可直接在模型上标注并保存，加工部门能在模型上标注反馈信息，设计部门可直接在可视化模型上查看到加工部门标注的反馈信息，并进行相应的调整或修改。

图7 为可视化模型操作应用界面。

图7 可视化模型操作应用界面

4 结 语

可视化设计是在有效编码的前提下，通过电子数据增加设计和生产线的电子数据传输接口，将电子数据传输到生产一线。完成模型查看和尺寸测量等功能，以编码为纽带，实现快速检索、树状分类、二维数据和三维数据联合查看等功能。可视化技术是管件加工中的重要一环，可直接面对数字化加工流水线和传统加工模式，良好的可视化体验为设计与加工之间的信息传递提供了媒介，为加工提供了全面而详细的数据，提高了生产的准确性。

当前可视化技术在船舶管件加工领域的应用还处于起步阶段，加工部门已在可视化技术的应用中取得一定的成效，生产效率和加工质量得到了较大的提升。同时，需认识到可视化技术的应用还有很大的发展潜力，通过对可视化技术进行深入研究，结合管子加工部门数字化装备的进一步提升，未来可视化的三维模型在船舶管件加工制造领域一定会得到越来越多的应用，在提升管子加工的数字化和智能化水平方面起到关键性作用。