船体生产设计工作图电子化作业研究与应用

潘 荣王学营

南通中远川崎船舶工程有限公司江苏南通226005

船体生产设计工作图电子化作业研究与应用

潘 荣王学营

南通中远川崎船舶工程有限公司江苏南通226005

船舶的生产设计过程涉及到大量图纸，工作图作业是生产设计的重要环节，是设计指导制造部门装配船体结构的唯一指示图，输出结果直接面向现场加工和生产。其作业过程中涉及数量庞大的图纸信息处理，由于智能化作业程度较低，很多时候还要进行纸面作业，效率低下。本文主要研究工作图的作业电子化，建构电子作业平台，使得生产信息可以快速录入，迅速应付现场的对应。

Tribon；电子图纸；二次开发；优化算法

一、背景

德国在2013年汉诺威工业博览会上提出了“工业4.0”的概念，它是继蒸汽机的应用、规模化生产和电子信息技术等三次工业革命后，以生产高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命。“工业4.0”的到来给制造业带来了重大的发展机遇，特别为转型期的船舶制造和航运领域的发展带来了重大契机。

船舶设计具有数据量大、数据类型多的特点，对数据的后期处理往往耗费大量的人力和物力，在一定程度上阻碍了船企盈利能力的提升。传统的作业方式在一定程度上已不能满足船舶设计在高效和智能方面的要求，做出改变刻不容缓。

工作图作业是生产设计的重要环节，是设计指导制造部门装配船体结构的唯一指示图，输出结果直接面向现场加工和生产。其作业过程中涉及数量庞大的图纸信息处理，由于智能化作业程度较低，很多时候还要进行纸面作业，效率低下。同时，每条船作业过程中都会产生大量的纸质工作图，也给图纸管理增加了压力。本文研究生产信息的快速录入机制，基于TRIBON进行二次开发，通过构建电子作业平台，实现工作图的电子化作业。

二、研究现状

由于造船图纸所包含的信息量很大，容易出现数据的遗漏和误读。国内很多船厂普遍采用图纸配合清单的形式来避免错误的出现，这样虽然有效地降低了出错的概率，但是直观性不够，相应降低了现场加工的效率。

目前在船舶行业内，几乎没有对于图纸电子化作业的研究。据了解国内主要船厂和设计院的方法基本一致，工作图初稿在电子平台制作结束后，打印成纸面，后期改正都是在纸面上。川崎重工（KHI）曾经在这方面进行了一定的开发，但是效果并不好。而在其他领域，如建筑、飞机制造等的数字化设计已较为普遍，几乎可以达到设计过程的全部电子化。由此可见，对船舶设计中的图纸电子化作业还处于较为落后的状态，有待进一步深入研究和应用。

三、工作图电子化研究

（一）最优化方法

伴随着科学技术的需要、计算机的高速发展和优化计算方法的进步，最优化的应用范围越来越广。设计、操作、工业过程、生产装置分析乃至生产计划之类的有关问题，几乎最后都归结为确定某个目标函数的最优值。

最优化算法是研究最优解的特征和算法的一门应用性很强的学科，最优化问题的一般形式是：

如果可行域是整n维欧式空间，那么问题称为无约束最优化问题：

（二）二次开发

Tribon模型数据抽取技术（Data Extraction）是Tribon二次开发的基础，通过数据抽取能够取得一个或多个Tribon对象的信息。Tribon目前所支持的数据抽取方式大致有四种：互式工具SX700、几何宏语言、部件模型对象和VITESSE。

VITESSE程序采用Python语言编写，其具有语法表达简单，易读易懂的特点，同时其还具有面向对象编程的特性，编写效率较高。TRIBON系统为Python编程提供了专门的接口，可对系统数据库进行数据提取操作。另外，TRIBON系统中植入了VITESSE工具（如图1），用户可以方便的在系统内部进行可视化操作。本文中我们使用VITESSE进行相关开发。

（三）作业规则

生产设计作业所涉及的信息量较大，对信息进行处理的工作量也比较繁重。相较于其他船厂，NACKS对设计输出的要求更高，包含的设计数据更加详细和多元。

工作图作业所涉及的约束条件多且杂，作业者要使每一个图面都满足上述要求，实质上是在花费大量时间完成技术含量低的重复劳动。

四、工作图电子化开发

经过对工作图电子化作业进行研究，并结合船体生产设计的实际作业规则，我们建立了一套相对完善的工作图电子化作业流程，如图2所示。

为了使电子化作业方式与原有流程对接，需要开发大量的程序来进行设计支持。程序对电子作业的支持主要体现在电子图图面数据的快速整理与添加及电子图纸的批量打印与格式转换。

在工作图的电子化作业中，需要对点、线、面进行坐标、角度等较为复杂的计算，且用到的频率颇高。对此，我们考虑建立公共函数，将多种类型的科学计算集成到一个模块，方便使用和维护。

虑到在程序运行过程中需要获取模型信息，必然会大量的用到数据抽取，我们建立了数据抽取公共函数。将原本针对多种数据类型的离散抽取方法进行了集成，且仅通过一句命令即可获取各种类型不同的数据结果，大幅提高了程序编写的效率并缩减了代码量。

在相关程序的支持下，工作图作业中的人工作业相应减少，大大提高了电子图的作成和改正效率。图3中对比了应用程序进行小组立图作业的前后对比。

在出图环节，我们开发了图纸的批量打印和批量转换程序，不仅实现图纸对现场的快速配布，还和电子图库进行对接，生成的电子图纸可直接上传E图库。

五、工作图电子化应用

通过推进工作图的作业电子化，建构了电子作业平台，使得生产信息可以快速录入，迅速应付现场的对应。经过一年的研究和开发，相关流程已经在船体生产设计的实船作业中应用，并且有较好的反馈结果，成果显著：

工作图电子化使得改正作业效率大幅提升，改正量越大，节省工时越明显，以NE166船实施情况和NE089比较（见图4）工作图占比下降6.1%。而在流用船作业时，基本都是改正作业，对流用船作业影响较大，可以判断对生产设计部门的设计效率提升发挥重要作用。

表5 NE089和NE166工作图数据

工作图设计过程中，引入了图面信息的智能化处理方法，减少了设计者思考与判断的过程，降低该作业环节的设计难度。让设计者有更多的时间与精力关注结果，并且在设计基准范围内的给定一个相对统一的作图方案，让设计出图更专业化，标准化。另外，录入计算机的信息较手写字体、符号、线条等信息清晰，可读，专业，得到制造部门的充分认可，电子查阅便捷，设计对应效率大幅提升，在一定程度上提高了数字化应用程度。

通过对程序的改进和完善，我们已经将这种作业方法移植到AM12中，实现了AM12的支持。

［1］Tribon Training Guide.