运用CAD技术辅助船舶制造

苏琳芳+殷奇丰+曹彩彦

摘要：通过CAD技术的运用，使得船舶制造中的设计工作更加可行、有效。

关键词：CAD技术;船舶制造;船舶设计;模块

中图分类号：TH69     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）22-0072-02

船舶制造包括船体建造、船舶舾装（机电装置、营运设施、生活设施、通信设施、各种属具、木作和绝缘等的安装和油漆等）、船舶下水和试航交货等部分。该领域涉及的范围广泛、作业种类繁多，又由于其生产特点是加工批量小、改型频繁、零件复杂且精度要求高，而运用CAD技术，即通过船体结构模块、原理图模块、工厂模块、支架设计模块、电缆布置模块等，完成工程设计、辅助工装设计、辅助作业计划编制与调度等辅助船舶制造，可有效提高制造技术水平、缩短研制时间、提高产品质量、节约资源及降低成本。

船体结构模块是针对船体结构进行三维建模，基于此模型可以完成船舶工程中从基本设计到详细设计以及建造过程所需考虑的船体分段、组立、板架和零件的生产设计。由于船体结构存储具有拓扑关系，使得船体工程师能快速、便捷地创建及修改甲板、舱壁、扶强材、外板型材、桁材、折边板、面板、肘板等，无须重复劳作。船体结构模块功能强大，包括规则定制、支持多样检索和存储结构模型等、参数化定义船厂标准，还可以建立适应不同船厂标准的穿越孔、端切形式、型材类型、肘板、开孔等实体集合组成的项目库。

对于生产所需要的各种生产信息，如焊接信息、零件清单、重量重心、型材列表、型材套料、型材草图、外板型材弯曲信息、套料零件的几何形状等，直接由内置的报告生成器从三维模型中提取。用户可以定义自己的报表格式并且从三维模型中控制查询各种生产和流程数据。三维组立图以及二维、三维相结合的组立图可以自动生成。如图1所示：

通过软件管理显著加快施工准备过程，使得船舶建造、施工计划、施工准备和生产车间之间的信息流更加流畅精简。可以对组装件、下级组装件、板架和零件编号自动检测。例如，将型材、肘板、补板等构件自动分配到对应的板架上。另外，每个单独零件根据零件属性以及工作流程可以自动获得生产车间的“流程代码”和“工作代码”，例如，折边、切割、压弯、开坡口等;而且，可以快捷地控制整个船体分段组装，并提供三维装配动画演示功能。最终提高船舶建造过程中的几个组装阶段的生产能力。

利用软件创建和修改通用图纸和布置图，如总布置图、典型剖面图、结构划分图、安全图、人孔、门窗布置图以及二维舱室布置图;生成大部分图纸，如各种送审图、结构图、分段图、生产图纸等;协同设计，能够利用世界各地最后的资源，多个不同地点同时进行项目设计工作，从而节省时间和费用。

原理图模块是一个面向流程和工艺仪表流程图的集成计算机辅助设计系统。

针对不同的管道和仪表流程图，可以生成设备清单、管道清单、阀门清单等。一旦有了基本的船舶尺寸，并且总体工艺和部件的P&ID在甲板平面上创建好后，初步的材料估计工具可以创建船舶上所需的材料和部件的估算表格。这在报价设计阶段快速估计船舶材料成本非常有用。

工厂模块是个集成的、数据库驱动的设计模块，可以在实体和彩色模式，进行工厂的三维布置、配管、暖通和结构设计，如图2所示。工厂模块独特的三维查看技术和模型数据库结构让最大最复杂的设计模型变得极其轻便并且用户友好。X射线功能让用户即使在周边物件遮挡的情况下也可以看见建模的部分。在配管和布置电缆桥架的时候在线碰撞控制的功能可以在碰撞发生时立即警告用户。另外，工厂模块可以自动地把诸多信息分配给三维模型中的所有对象，并且对项目里对象所有权进行控制管理。例如，一根管线可以有流向信息、连接信息、材料、尺寸、所有权等信息，所有这些信息在生成管道布置图、轴测图、管段图和材料清单的时候都是可用的。

工厂模块里管道和电缆桥架是以规范驱动的。这种基于规则的管道和电缆桥架的建模方式确保了在建模过程中材料、尺寸、保温和其他元件被正确使用。其提供的多种自动配管方法，设计人员只要指定管线的起点和终点，系统便能根据预先定义的设置自动创建管路。

工厂模块的一个最强大的特点就是对其已有的模型修改非常简单。例如，设备位置变动时，与设备口相连的管线部分可以随着设备一起变动。另外，当在三维模型内加入孔洞时，用户只需挑选钢结构并选择开孔请求。

支架设计模块让管线、风管和电缆桥架的主次支架的建模变得简单快捷。设计人员只需输入支架的位置，图纸便可自动生成。

电缆布置模块具有自动的布置功能，可以选择最佳电缆路径、计算切割长度、检查电缆通路的填充率和检查在不同电缆通路间电缆的碰撞事件。在布置电缆时能显著节省工时，并缩短在船舶上安装预切电缆所需的时间。电缆通路可以用不同的部件来布置，如托架、电缆梯或者电缆导管。可以基于现存的电缆通路和模型上的穿舱信息创建动态的节点网络。此节点网络可以显示船舶上电缆所有可能的路径。系统利用节点网络找到电缆在设备与其他对象之间的最佳路径。一旦电缆的节点网络创建好以后，用户可以继续定义不同的电缆类型。电缆定义包含了电缆属性信息，如电缆ID、电缆类型、带电缆节点的前端设备名、带电缆节点的后端设备名等。电缆被创建好以后，它会显示在没有布置的电缆列表内。电缆定义可以手动，也可以从Excel表格导入。

综上所述，CAD技术涉及船舶制造领域的方方面面，发挥重要作用。首先，计算机辅助制造CAD技术，可提供完整的设计、工艺、制造船舶产品模型，确保模型图纸的一致性，实现CAD/CAPP/CAM集成一体的数字化生成线。其次，参数化定制技术，为船舶设计人员提供了强有力的设计手段;有利于较快掌握先进的船舶设计与制造技术。最后，实现“壳、舾、涂一体化”，即生成完整的壳、舾、涂完整的制造、管理信息，并实现设计、制造、生产、管理一体化。