依据MBD技术的船舶数据集定义与标注方法

邵明智， 李细红， 冯帮顺， 方 伟

(1.上海船舶工艺研究所，上海 200032；2.中船黄埔文冲船舶有限公司，广东 广州510715)

0 引 言

随着船舶行业数字化、智能化转型升级不断深化，大量自动化、数字化船舶建造装备和生产线投入生产，面向制造的一体化数字设计提出更高要求。基于模型定义(Model Based Definition，MBD)技术有利于实现设计与制造的深度协同，可进一步提高船舶建造效率和质量。

1 MBD技术和MBD数据集

1.1 MBD技术

MBD技术用一个集成三维实体模型完整表达产品定义信息，实现面向制造的设计，即以注释或属性的表达方式将产品在全生命周期过程中需要的几何信息和非几何信息附加至三维模型中，使三维模型成为生产制造过程中的唯一依据[1]。MBD技术可保证信息在设计与制造之间的准确真实交换。

1.2 MBD数据集

MBD数据集是指产品定义的信息种类和组织方式，是一个包含产品全生命周期研制信息在内的、完整的、可供产品研制各环节数字化系统直接解析和使用的信息模型[2]。MBD数据集包含三维模型、设计参考(基准、坐标)、尺寸公差和工艺等信息[3]。典型MBD数据集结构如图1所示。

图1 典型MBD数据集结构

2 船舶MBD数据集定义方法

2.1 船体专业MBD数据集定义方法

船体专业MBD数据集分为零件级数据集和装配级数据集。零件级数据集信息模型完整表达零件几何形状、名称、类型、尺寸等信息。装配级数据集信息模型分为装配模型(Assembly Model，AM)和装配表现模型(Assembly Representation Model，ARM)：AM表达装配对象内部零件的位置和层级关系；ARM存储表达各级组立装配要求信息的MBD数据对象。船体结构MBD信息表达总体规划方案如图2所示。

图2 船体结构MBD信息表达总体规划方案

以船体结构组立为例，组立MBD数据集通过AM(即组立模型)和ARM共同表达。在MBD数据集中，ARM主要包括工艺附注信息和三维标注信息，如图3所示。

图3 船体结构组立MBD信息表达示例

MBD数据集的工艺附注被置于产品结构树中，由一系列指定的几何集和参数组成，如图4所示。工艺附注集可通过人工或计算机定制方式生成，以多值属性方式定义，具有可扩展性，可根据用户需求定制。不同装配工艺的ARM数据集根据不同的业务需求而各不相同。

图4 船体结构MBD数据集的工艺附注

2.2 舾装专业MBD数据集定义方法

舾装专业涵盖设备、管系、风管、电气、外舾装、内舾装等各方面，与船体专业类似，舾装专业MBD数据集也分为零件级数据集和装配级数据集。以管系为例，管零件级数据集信息模型表达管零件(Spool)及其内部零件的位置和装配关系。管装配级数据集信息模型由2个信息模型组成，分别为AM和ARM：AM表达装配对象内部管、支架、阀门、附件等的位置和装配关系；ARM存储表达管的装配、工艺等安装信息的MBD数据对象，分为制作ARM和安装ARM。管系MBD信息表达总体规划方案如图5所示。

图5 管系MBD信息表达总体规划方案

管系MBD数据集通过AM(即管路模型)和ARM(制作ARM和安装ARM)共同表达。在MBD数据集中，ARM主要包括工艺附注信息和三维标注信息，如图6所示。

图6 管系MBD信息表达示例

管系MBD数据集的工艺附注与船体专业MBD数据集一样，被置于产品结构树中，由一系列指定的几何集和参数组成，如图7所示。

图7 管系MBD数据集的工艺附注

3 船舶MBD数据集标注方法

船舶MBD数据集包括零组件相关信息、零件坐标信息、装配信息等多方面的非几何制造信息，通常采用三维工艺标注方法表达。三维工艺标注方法主要包括标注表达法和属性表达法。

标注表达法是将产品非几何制造信息通过特定符号或文本表达在三维几何实体模型的显示区域，使其具有与几何特征元素一致的操作方法[4]。标注表达法在几何要素(如尺寸公差、基准等)上添加箭头、点或其他符号，用线条引出相应的标注，并将几何要素以文字或符号进行描述。

属性表达法是将文本字符串类型的独立参数放至三维模型的属性项中，每一条属性描述由属性标识名称与属性值组成，在形式上如同“属性项=数据值”[4]。属性表达法以文字描述产品非几何信息，且描述对象多与产品几何特征无关。

在实施船舶MBD数据集标注时，已标注的数据集信息可进行移动、修改、删除及显示或隐藏等操作，以方便用户操作和查看。依据MBD数据集形成的船舶生产设计三维标注如图8所示。

图8 依据MBD技术的中组立制作三维标注示例

4 结 语

随着先进制造技术和数字化、智能化装备在船舶行业的应用，造船生产对船舶全三维数字化设计的需求增强，MBD技术优势成为满足船舶设计深化需求、推动设计升级的重要技术支撑之一。所提出的船舶MBD数据集定义与标注方法，可为船舶行业向“三维模型为主、二维图纸为辅”的全三维设计模型转型升级提供参考，为后续造船企业开展现场三维可视化作业指导和单一数据源构建提供技术支持。