基于DELMIA在船舶生产制造的应用

刘宁

摘 要：随着数字化造船的发展，船舶生产制造已经不仅仅局限于二维的剖面模型进行生产设计，船舶的三维建模软件应用将会提高船舶建造设计的技术水平，有效避免现场的反复施工，极大降低生产成本，因此三维可视化模型的设计必将成为未来发展的主要方向。3DE平台中CATIA建模软件作为一款较为先进的三维建模软件，如今已被广泛应用于船舶制造、航空航天以及汽车制造等多个领域中。在3DE平台中拥有多个设计模块相互关联，可以满足多工种、多流程、多专业的不同需求。而关于船舶生产制造方向则是由3DE平台中的另一款软件DELMIA实现。本文主要介绍3DE平台中DELMIA系统在船舶行业生产制造的应用，并通过对13000吨吊重船建模输出下料零件与SPD软件输出的下料零件进行比对，验证DELMIA输出零件信息的正确性。

关键词：DELMIA;生产制造;MFM;WPM

中图分类号：U671.99            文獻标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）01-0085-02

1简介

由法国达索公司开发的数字企业精益制造交互应用软件（Digital Enterprise Lean Manufacturing Interactive Application， DELMIA）是一种向随需应变、准时生产的制造流程提供完整的数字解决方案的应用。其主要包括工艺规划模块（Heavy Industry Process Planning， PPM）、制造装配模块 （Heavy Industry Manufacturing， MFM）、生产制造模块（Heavy Industry Structure Fabrication， WPM）以及安装仿真模块（Assembly Evaluation， MAE）等多个模块。

在DELMIA系统中可以实现将船舶模型从设计端至生产制造端的数据转换、制造特征信息（划线、坡口、余量以及开孔定义等）的生成以及加工数据（逆直线、胎架、样板及样箱等）的输出。DELMIA主要通过MFM以及WPM在前道SDD（Structure Detail Design）创建的EBOM模型基础上通过转换模型生成一种全新的MBOM生产制造模型，在此模型的基础上完成船舶生产制造工艺。

2国内外发展情况

韩国三星重工在2002年启动数字化造船系统的发展开发计划，并于两年后开发完成。该系统可以在虚拟的情况下模拟实现船舶从开工到下水的整个建造流程。并对人员配置、建造工艺、物料监控等建造工序进行仿真优化，从而大幅提高生产效率。美国在新一代潜艇中利用DELMIA对潜艇各个分段的生产工艺、搭载、合拢、舾装等建造流程进行模拟仿真，为潜艇在设计阶段提供了建造工艺评定以及虚拟优化环境，为专家评审提供便利[1]。

以前国内的研究主要集中在CATIA的结构模型设计以及三维可视化，而DELMIA更多的是应用在船舶生产计划、场地应用、材料物流的虚拟仿真当中，在生产制造的工艺信息方面研究和应用涉及较少。而随着CATIA V6版本的发布，其功能的进一步的增强，国内诸多船厂已逐渐引进CATIA应用到船舶的设计及生产建造中，而CATIA所提供三维可视化模型已经不能满足船厂生产制造的需求，因此DELMIA在船舶生产加工工艺方面应用普遍被各个船厂所接受。

3 MFM应用

MFM模块通过创建Manufactured Item-Product Scope，将EBOM模型转换成MBOM模型。其主要作用是实现结构模型的编码及装配设计任务。

对于模型的编码装配的设计在SDD模块以及MFM模块中均可实现，其区别在于SDD模块中零件的装配作用于结构树上，通过结构树上下层级的关系完成装配。图1为本船某小组立结构树装配图。但由于各个零件之间存在着链接（links and relation）的关系且在模型建模过程中需要同时考虑相应分段，因此在后续修改板架的装配关系等会造成影响。在MFM模块中由于每个零件均由一个独立产品托盘（Manufacturing Assembly）承载零件，可以通过移动托盘的方式实现模型的重新装配。图2为本船某小组立托盘装配图。在MFM模块中零件与零件之间并不存在其链接关系，因此更方便后续零件装配的修改。但由于在MFM中运行数据较为庞大，对电脑配置要求较高高，致使在后续涉及零件修改时更新缓慢，降低效率。

零件编码方面可以通过编写零件命名规则（Naming Rule）同步EBOM中已定义好的零件名或进行零件的重新编码。由于各个船厂的建造工艺、工期等因素的不同，装配编码所采用的设计方案也不尽相同。

4 WPM应用

WPM通过计算板架及型材的模型信息（Part Planning）以及相关零件的焊接关系信息（Weld Planning）后分别生成模型的边界、开孔信息以及零件安装划线信息等，以此将三维模型信息转换成一种汇编语言，储存于xml文件中，方便后续板架型材加工信息的输出。编辑界面（Edit Feature）中可以对相关零件的构架面、开孔类型、余量、坡口等加工信息进行编辑操作（见图3）。在Manufactured Item Type中选择相应类型可以设置曲面板辊压线参数与型材逆直线特征参数。同时Manage Structure Resources中具有创建分段支柱胎架、二次划线、样板及样箱等诸多功能，以满足船舶生产制造的需要。通过编写二次开发程序，添加拼板的十字校核线并计算拼板后板架的理论尺寸，为现场施工提供数据支持。在WPM模块中加工信息的结果输出主要包括三维模型输出、二维图纸输出以及xml文件输出。其中xml文件中包含了板架或型材零件所有的属性信息以及生产加工信息，可通过软件读取xml文件信息或接口转换程序，将xml文件中生产加工信息转入到放样套料软件（例如SPD建造系统等）中以满足各船厂的下料出图模式。

通过与SPD软件生成的下料零件进行比对验证，结果显示DELMIA生成的结果与SPD基本一致。图4为CATIA软件与SPD软件零件下料图比对结果。

5 结论

本文主要论证了DELMIA模块在船舶生产制造中的应用。利用其中的MFM以及WPM两个模块完成对船体结构加工工艺信息的添加以及下料出图。通过将DELMIA与SPD软件输出的下料图进行比对验证，其输出的零件信息基本正确。

由于DELMIA系统具有更高精度要求、三维可视化模型的应用，提高了船舶生产质量，节约成本，提高船舶的施工效率。为实现船舶制造高效率、高质量、高效益的目标，其正在向着数字化、网络化、智能化的方向高速发展，因此在未来DELMIA系统将会更全面的服务于船舶制造行业，加快船舶智能化制造转型的步伐，全面提高国际综合竞争力，促进船舶工业的高质量发展。

参考文献：

[1]王伟，润党.基于DELMIA的船舶建造流程仿真[J].造船技术，2020，（2）：41-43.

[2]刘炜，陈宁.造船工序计划的制定及在DELMIA平台上的实现与校核[J].江苏科技大学学报（自然科学版），2011，25（1）：8-13.

[3]徐兆康，毛胡子.船舶建造工艺学[M].北京：人民交通出版社，2000：71-77.

[4]曹晶，陈明，孙永刚.基于CATIA的三维船舶静水力计算研究[J].中国舰船研究，2011，6（02）：25-28.

基金项目：项目编号为JCKY2018206A001