船用舾装基础库的快速构建和实船应用

代芬芬， 刘永珍， 王 炎， 钱丽萍， 张振宁

(江南造船集团(有限)责任公司， 上海 201913)

0 引 言

目前，我国船舶企业已具备建造大多数船型的条件，但与以先进设计和建造技术为核心竞争力的国外造船企业相比，我国船舶企业船舶生产设计的自动化和标准化程度还不高。当前各国造船企业都在倡导和大力推进“数字化造船”(数字化造船是指以数字化建模仿真与优化为特征，将信息技术全面应用于造船的全过程中)，国内的数字化造船也正在推进，一些大型造船厂正在逐步实现船舶产品开发、设计、制造、管理、经营和决策等全过程的数字化，并突出信息化建设服务于造船的各个阶段[1]。

生产设计是船舶设计与建造的关键环节，生产设计基础数据库的建立标准和维护机制不完善，不仅会造成设计人员大量重复劳动，而且会大大影响现场作业人员的工作效率。通过统一舾装物资基础数据源，建立完整的船用舾装物资基础数字资产体系，依托生产设计软件平台开发符合实际需求的舾装基础数据库管理系统，完善舾装基础数据库管理模式，打造一个完善的标准化船用物资库，实现设计生产系统与供应链管理系统的信息集成，使各阶段的信息能及时、准确、完整地互通，使船舶物资数据统一在设计管理平台上流通，保证订货、生产设计和现场领货分配等产品信息数据高度一致，为实现船舶产品设计与制造全过程的数字化提供数据支撑[2]。

1 舾装基础部件属性

1.1 船用物资属性和分类

对船用物资进行合理分类，创建物料名称字典和数字资产，为船用舾装物资建立统一的数据源，通过程序批量处理数据，实现船用舾装基础物资在多个平台之间的快速集成，创建一个公共标准库，满足各型船的需求[3]。部件库资源共享可大幅减少设计人员重复建模的工作量。从源头上规范物资属性，统一设计规范，减少物资属性上下游不一致产生的建造差错，提高物资设计、采购和配送的整体质量，为构建面向型号工程的设计、生产、物资、物流和品质等业务系统一体化集成应用信息化管理平台提供基础数据支撑[4]。

船用物资属性一般可按功能分为船体结构、动力系统、电力系统和船舶保障系统等4类，军用舰船还包含作战系统和航空保障系统等；船用物资自然属性主要有名称、标准、型号、规格、材质和重量等，一型船涉及的物资数以万计，各部门根据自身的业务需求对物资属性的定义存在差异，结合生产设计软件平台，物资分类不仅要满足各部门的需求，而且要满足设计和生产需求[5]。综合船用物资的两大属性特点，按照物资大类、物资中类、物资小类、物资类别和物料名称对船用物资进行分类，并用简明数字对分类进行标识，形成船用物资代码。

1.2 舾装部件命名规则

在生产设计过程中，对于舾装部件的引用，通过部件名查询基础部件并将其引用到模型中，舾装各部件的命名规则必须满足造船CAD软件平台对部件编码规则的要求，主要包含以下几点：

1) 部件名必须具备唯一性；

2) 部件名最大长度为25位；

3) 各位代码字符必须是A～Z范围内的英文字母(除O)，或0～9范围内的数字，包括符号“.”，不允许使用“*”“#”和“”等符号。

此外，为提高生产设计效率和质量，部件命名规则还需体现以下几点：

1) 为快速搜索，编码中必须体现专业、部件类型和主要属性信息；

2) 部件名中涉及的对照码编制应遵循一定的规则，使其具备可扩展性。

部件属性信息能完整准确地体现物资的固有属性；能根据物资编码需求，从造船软件平台中获取所需物资的属性。基于要求和船用物资分类特点，制订船用舾装物资设备部件、管系部件、风管部件、铁舾装件和电装部件等部件的命名规则及属性信息填写规则，主要涵盖物资的物料名称、标准、规格和材质等特性，使每个舾装部件都具有唯一标识。规范化、标准化的部件属性信息能满足设计、制造和生产需要，为后续的物资物流管理提供准确的基础数据，同时为采购、配套和生产等提供标准的数据基础。

1.3 舾装部件属性规范

为保证托盘数据的准确性，同时满足部件订货、生产和安装的需求，按照物料名称对满足国标(GB/T)、厂标(CB/T)和江南标准[JNS,江南造船(集团)有限责任公司制定的标准]的管系、通风、电气和内装专业部件的标准、规格和材质等重要属性信息的描述制订规则；为准确计算铁舾件部件及通风部件的焊缝长度和外表面涂装面积，归纳整理各类型材横截面周长的计算公式，在批量创建部件过程中，通过程序自动计算出所需数据，并将其自动存入CAD软件平台中的User Def Info信息栏。部分管附件属性信息描述规范示例见表1。

表1 部分管附件属性信息描述规范示例

1.4 舾装部件连接属性

舾装各类型部件连接点在CAD软件平台上存在通用属性和特殊属性，连接点通用属性有General、Volume和User Def Info等；连接点特殊属性是由于专业、部件类型和调用原则不同，导致连接点定义和参数不同。管系部件有管材、管附件、阀件和阀附件等4类，连接形式分为外螺纹连接、内螺纹连接、法兰带螺纹孔连接和法兰不带螺纹孔连接等；风管部件有螺旋风管部件、矩形风管部件和扁圆风管部件等3类，连接形式分为Rectangular和Circular；电气部件有电缆贯穿件和电缆支撑件2类，连接形式分为Cable Transit和Cable Way；外舾装部件按型材类型有12类，各类型材的连接点参数各不相同。因此，各舾装专业部件连接属性的研究和分类非常复杂，研究内容不仅涉及船舶舾装的专业特性，而且涉及CAD软件平台运行模式和特点，必须同时满足专业和软件要求，只有如此才能真正实现舾装部件的快速创建。部分管附件连接点示图和输出文件见图1。

图1 部分管附件连接点示图和输出文件

2 舾装部件管理系统开发

系统主要实现舾装物资与CAD系统快速集成和舾装部件属性信息批量维护两大功能，以快速创建管系、风管、电气、铁舾、内装和设备等舾装基础部件数据，实现船用物资属性信息与部件库物资属性信息的高度一致性，保证数据源的准确性和唯一性。

2.1 舾装物资与CAD系统快速集成批量创建部件

根据船用物资分类对船用物资进行有序编排，并用简明数字标识物资的分类、名称、标准、规格和材质等自然属性，形成船用物资代码，进而构建船用数字资产。数字资产库底层表结构设计对数字资产的应用和维护管理有很大影响。针对船用物资的特点构建数字资产表和其他辅助表，这些表在物理关系上是相互独立的，但有些表元素之间是关联的，利用其关联关系建立所需的关系数据库。通过VB.NET调用CAD软件平台数据读取和写入函数，通过SQL Server技术融合管理各物资属性信息，借助PYTHON将程序嵌套于CAD软件平台中，将各类船用物资的代码批量写入CAD软件平台部件库中。根据物料名称、标准、规格和材质等自然属性和CAD平台调用原则拟定规范的部件名称；根据物资分类和同样的属性信息生成物资唯一标识物资代码。程序在批量处理数据源和监测数据的正确性过程中，根据物资的属性信息对部件名和物资代码进行绑定，从而建立物资与部件之间的关联关系；通过对SQL数据库进行访问存储和WebService技术实现跨系统间数据的传输与转换，实现船用舾装物资与CAD软件平台快速集成，进而将带有物资代码属性的部件覆盖于全船生产设计的各个阶段，保证后续物资托盘清单、流通、核算和统计数据的准确性；应用计算机进行高效管理，减少人工录入，实现船用物资的标准化管理和全供应链数字跟踪及管理，提高船用物资供应精度，加快生产的进度，提升船舶建造质量。数据快速集成批量创建示意见图2。

图2 数据快速集成批量创建示意

2.2 舾装部件库属性信息数据维护

舾装部件维护功能主要包括部件查询和部件属性信息修改。CAD设计系统原有的部件查询工能只局限于通过部件名称查询部件，查询条件过于单一，设计员无法根据需求快速查找部件。二次开发的查询功能可根据部件名称、物料名称、标准、规格和材质等属性信息筛选部件，或根据任意属性匹配查询部件，弥补了目前CAD软件平台查询的缺点。根据部件属性信息修改功能，可自动批量抽取软件平台舾装部件，并自动汇总所有部件属性信息，通过窗口直观显示各项信息。根据部件库中物资代码与各属性信息之间的关联关系，系统自动判断信息的正确性，通过一键操作，批量更新完善风管、电气、铁舾、内装和设备等舾装各专业基础部件的属性信息；批量按专业和连接形式等对部件进行自动分类；批量将正确属性信息反写入CAD软件平台中。批量反写数据功能打破了原有系统Components模块单独修改属性信息的模式，实现了批量维护部件库属性数据的功能。通过分析软件自身创建部件的各环节和设计模块调用部件的原则，二次开发系统在维护数据过程中批量模拟了该过程，并在各环节嵌入了详细、明确的错误提示，包括操作提示和数据信息提示，提供给用户明确的数据更改方向和内容，填补了原有系统Components模块系统功能在错误提示处理上的空白，快速有效地保证了导入数据的正确性。系统数据维护界面见图3。

图3 系统数据维护界面

3 舾装部件管理系统实船应用

目前，该项目的研究成果已应用到化学品船、科考船、散货船和汽车运输船等民用船及部分重要高新产品上，应用范围涉及所有船用物资，共批量快速创建部件十万多件。通过对研究成果进行大力推广应用，大大提高了物资规范性管理水平，减少了物资属性不统一引起的设计差错；通过将数字资产与CAD平台集成，提高了设计效率和设计质量；基于船用数字资产，实现了设计与制造之间设计数据流的互通，一定程度上降低了建造成本。图4为系统实船应用案例。

图4 系统实船应用案例

4 结 语

从舾装部件管理系统在多种船型上的实际应用效果来看，无论是在经济效益方面，还是在社会效益方面，与以往相比都有了非常显著的提高。同时，在开发过程中吸取了国外先进的船舶生产设计理念，并结合自身特点进行了扩展和延伸。这样既有助于掌握和控制生产设计总体框架，又能大大提升设计能力和设计质量，对实现区域化、精细化造船有重要作用，为实现造船信息化奠定坚实的基础，具有非常好的应用前景。后续将逐渐建立和完善生产设计基础数据库的标准和维护机制，真正实现全船的数字化三维设计，为提高设计效率和质量及实现产品全生命周期管理提供数据基础。