SPD系统在船舶管系生产设计中的应用

王军伟

（黄海造船有限公司，山东 威海 264309）

0 引言

管系生产制造是船舶制造中涉及范围最大、工作量最大、作业方式最复杂、工期最久、成果最不确定的工程项目。根据资料可以分析出，管道的制造和装配所需的工时分别占到舾装总体工作量的40%～45%，而占到船舶造船工作量的8%～12%。但是，由于我国造船工业中一直有注重船身的制造而忽略了舾装，导致船舶舾装件的技术发展较慢，尤其是管系的生产制造。而随着当前科学技术的飞速发展，也进一步促进了我国船舶管系的生产设计水平，加大对船舶管系的重视力度。但是，我国当前船舶管系的生产设计还属于放样阶段，技术水平相对较低，一些造船厂仍然选用传统施工图纸的方式来设计管系，质量水平较低，经常需要返修处理，而且管道维修费用较高等问题。

20世纪中期，外国某公司生产出可以解决船舶船体、管子的三维立体建模，开发出相应的系统。但是外国的系统软件的通用语言是英文，如果应用到我国船舶制造厂中，操作难度较大，上手速度较为缓慢，设计出的施工图纸与我国实际情况不贴合等情况，进而无法在我国造船厂中得到推广与使用。因此，随着科学技术的飞速发展，我国加大对船舶管系生产制造的重视和投资力度，进一步促进了管系生产设计系统软件的升级。其中，SPD系统正是一种具有完整性能的产品，可以根据我国造船厂的实际情况来实现对船舶管系的生产设计。因此，可以在船舶管系的生产设计中应用该系统软件。

1 SPD系统的简要概述

SPD是船舶的设计软件系统，该系统中包括许多附属设备系统，如管系设计、电气设计、涂装设计等。与传统的船型设计方法相比较，SPD系统应用在船舶管系设计过程中，可以将设计后的图纸效果，以三维立体的方式呈现出来，能够使得设计人员准确观看到施工图纸背后的模型，并根据对模型的分析来及时调整参数数据的大小，从而来适应现代造船工业发展中的各项要求，从而提高船舶设计与制造技术的水平[1]。

在船舶管系的设计制造中，应用SPD系统时，既要把船舶设计、制造与管理过程进行有机结合，又要强化三者之间的连接，才能形成一条完整的产业链条，也就是从船舶设计、数据调整、生产以及后续的应用过程，从而提高船舶的质量水平，提高船舶的综合使用效果。

2 SPD系统的功能及特点

SPD系统是一种以OpenGL为基础构建的具有自主知识产权的三维CAD绘图平台。其中，SPD系统完全具备传统CAD/CAM技术的特点，并且能够与外国造船设计软件进行抗衡。简单来说，SPD系统能够进一步满足船舶在整体设计制造中对三维立体的实际需求，见表1。

表1 使用SPD系统与使用传统图纸设计中的具体对比分析表

SPD系统的设计思路，主要反映了现代船型模式设计的基本理念，满足了“壳、涂一体化”、“设计、制造、管理一体化”的现代化船型制造的基本技术要求和标准。依据SPD系统所产生的产品设计信息可以有效地解决船舶以中间件为主导的船舶生产、推动地区制造模块等技术需求。同时，SPD系统通过与其它软件系统之间的数据接口，可与Tribon，CATIA，CADDS5等系统进行数据交互，将它们的模型数据资料输入到计算机中，再生成相应的三维产品模型，从而达到对不同结构CAD进行数据和信息整合的目的，最终能够为后期船舶管系的设计奠定坚实的数据基础。

3 SPD系统在管系生产设计中的应用

3.1 实体交互建模功能的应用

SPD系统具有3D交互式模型化的功能特点，因而就可以将各种复杂的机械设备与相关船舶管系管的非标准零件，进一步改进成结构相对简单的多个实体组成的零件。之后通过对基础实体进行交互设计来进一步建立起相应的实体模型，从而把这些实体模型按照不同的类型分别保存在一个实体模型数据库中。更关键的是模型是属于三维立体结构。所构建出的主机实体模型中的尺寸信息、管子的结构位置能够与实体结构中的具体位置和尺寸相同。

3.2 管系标准部件处理功能的应用

SPD系统是一套规范的管系的数据资料库。通常是采用标准零件来及时输入指令，把零件的精确数据资料录入到标准数据资料库中，再由执行元件本体来形成相应的功能，并及时转变成零部件的三维实体模型，并保存于实体数据资料库中。在船舶管系的设计之前，管理人员需要及时派遣一名设计人员来负责一般零件中数据信息的规范录入工作。如此一来，其他设计者就可以在电脑上进行管道安装与布置工作，从实体数据资料库中寻找出相应部件的数据信息，无需反复参考有关零件的数据信息，降低了辅助的工作量，加快了工作进度，提高了工作效率，并将人为因素导致的低水平的设计误差降到最低。

3.3 船体背景模型和管系原理图处理功能的应用

SPD系统为构建船舶三维结构的背景模型提供了2种方法。第一种方法是在TRIBON系统完成了船舶主要船体结构进行3D建模工作之后，可以利用SPD系统的数据接口来实现对TRIBON系统中的船舶主体三维结构中数据信息进行收集，并将其转化为自身系统中的3D背景模型。第二种方法是利用SPD系统对船舶的主要结构外形和外板型线进行定制，从而产生了一个三维船舶结构的背景建模。在实际的船舶工程设计过程中，通常利用前一种方式获得了船舶中大量货舱区和大多数舱室空间的三维船体结构背景模型，但是对于船舶中烟囱和生活区的构建时，往往是选用第二种方法。这样可以较好地解决船体TRIBON建模资源共享最大化和各专业设计进度同步化之间的矛盾。

SPD系统具有管道结构原理示意图的加工处理的能力。因而，在实际使用时，往往是将各类设备、管路、部件的代号定义与管系原理示意图中的代号相对应，从而降低了管系在设计制造过程中出现的反复放样、疏忽遗漏的现象。而且还能快速准确在管系装配图纸中自动标记出部件的代号，并将管子在制造过程的相关资料及时输出。在管路代码的界定中，主要包括管路验收等级、管路试验压力、管路表面处理、管路连接件规范格式等方面的设计和制造资料信息。经确定后的资料信息会在管路零部件图中得到充分体现，从而极大地降低船舶管系在设计工程的劳动强度，便于实现对船舶管系的生产和经营[2]。

3.4 管子布置功能的应用

SPD系统具有很好的管子排列和布置的能力，也就是指在实际安装过程中，只需要将相应的管系参数数据输入到SPD系统，就可以形成相应的管系布置图。而在实际使用时，往往是将对上述设备和相关部件的三维实体建模以及船体背景三维实体建模、管系原理图界定等工作基本工作后，相关工作人员就可以按照管路原理设计的基本要求，对船体背景模型进行绘制、复制、镜像、移动、旋转、延长、缩短等一系列的操作，完全对船舶中各个管子的布置和调整工作。在安装管子时，工作人员只要记住定义后管路的代号即可，根本不用担心管路的技术是否满足相应的要求，而是将所有的注意力都放在管道布置是否合理上，既简单，也有效。

3.5 部件布置功能的应用

SPD系统具有2种插入部件的功能，分别是索引选择和标准插入。当管道安装完毕后，工作人员可以将部件插到管道中。在部件的压力和管道的压力处于相同的水平时，工作人员只需要使用标准的插入指令，就会使得SPD系统来及时准确找出满足需求的部件，并快速而精确地进行挑选[3]。一般在管道上插入法兰的时候都会选用这个指令。如果零件的法兰压力和管道的对应压力不等时，则采用索引选型指令来进行处理。

3.6 复板布置功能的应用

SPD系统具有特殊的多片排列功能特点。借助贯穿船体结构的管子，从而来可以任意确定船舶主体结构中的开孔尺寸、复板或护环的尺寸和材料，并能实现对复板的生产制造，并制作出相应的图纸。这种方法可以极大地改善结构的孔洞定位和大小精度，为后期在板材下料过程中的管子开孔提供了良好的工艺环境。

3.7 消隐、干涉检查及模型查询功能的应用

SPD系统具有消隐、干涉检查和模型的检索等多种功能特点。因而，相关工作人员可以利用消隐的特性，及时将一些或者全部的设备、管道、部件、船体结构等在三维立体图形中临时隐蔽起来，从而方便对管道选择结果进行合理的检验，还可以利用干涉检查的方法，检查船舶主体结构、设备、管道和部件之间的空隙，并依据产生的干扰数据表，对管道的布置排列情况做出相应的修正和调整，还可以利用建模查询的功能，来检验每个节点的匹配是否正确，并依据产生的不合理连接表格，对管道进行修正。此外，在3D模式下，也能见到一些不恰当的红色连接点。在经过反复多次地消隐、干涉检查和建模分后析，可以很容易找到管道的最佳路线，避免产生干涉现象，避免管路连接点的不合理，从而大大地改善管系设计的精度[4]。

3.8 管子生产信息处理功能的应用

SPD系统为管材加工过程中的各种数据信息的处理提供了方便。近年来，我国造船业纷纷效仿日本造船业，大力推进船舶改型、提高产品的设计水平。在船舶管系设计生产中，托盘管理是生产设计管系中的最为重要的环节。利用管子生产信息的处理能力，使得工作人员可以按照管子制造和装配的技术需求，对管段分段进行分段加工，生成管子的产品图纸，并进行管子加工过程的检验，还能将管子托盘进行分割托盘处理，并能将托盘中及时反映出相应的制造和安装的时间等，便于管道制造进度的资料信息的收集。与此同时，还能按不同的托盘，自动产生管部件品的产品图集和各类物料消耗量的对应表格，以适应管子制造和装配过程中物料的收集、发放、使用等过程中的各项管理要求，为企业对船舶管子的生产组织管理，物资分配创造极其有利的条件，大大提高物流周转速度。

3.9 三维实体虚拟漫游功能的应用

SPD系统具有三维立体虚拟漫游的功能特点。因而在进行管子的设计时，工作人员可以任意选择一个区域的管子的三维实体模型进行虚拟漫游，而在这个区域中的结构、设备、管道、管系部件等都将呈现出一个立体的状态。通过漫游和旋转，使得工作人员可以观察到管子的走向、零部件的安装位置、零件的相对位置和管道的尺寸大小，促使设计出的模型能够与实际结构完全相同。通过这种方法，可以很方便地找出设计中的不足之处，及时进行修正，极大地提高了船舶管系生产制造设计中的精确度。

4 注意事项

在应用SPD系统进行船舶管系产品的开发和制造时，需要对系统进行数据的维护。首先是对管系数据信息库中的数据信息进行实时更新，并将已设计好的管系标准件的实体存入系统中，以便为后续的产品开发和生产奠定坚实基础，从而达到更好的生产效果。其次，做好数据资料备份和系统维修。之所以做好系统的备份工作，主要是保证当SPD系统在使用过程中出现问题时，可以进行有效存储数据信息，以免对船舶管系的设计和制造造成不利的影响，降低生产效率。同时也要做好系统的日常保养与维护，确保其运行状态的良好[5]。

5 结语

通过使用SPD系统，可以大大降低船舶管系制造设计中的投资力度，从而大大缩短了管系制造的时间并提高了管系的质量水平。就当前来说，SPD系统应当是一种发展较为成熟、具有很强发展潜能的国产船舶管系的生产设计软件。本文重点探究了SPD系统在船舶管系生产设计中的具体应用效果，从而能够为后期推广和使用该系统奠定坚实基础，并与SPD系统的用户进行交流，以促进SPD系统在管系生产设计中的深入运用。