基于三维数模的舰船军检新模式探索

朱世勇

(海军装备部驻上海地区第一军事代表室，上海 201913)

0 引 言

我国舰船研制过程的监督、检验验收是由军事代表制度保障完成的。军事代表担负船东代表、方案和设计参与者、验船师等不同职责，交接环节多、工作任务重、责任重大。当前，国内船舶军检仍以二维图纸为载体，主要现状表现为：1）结果符合性检验依据多、审查要点多、检验结果量大且耦合复杂，现场检验手段落后、检验规范化程度不高、检验效率较低；2）过程符合性监督的风险点多、技术协调及变更量大，管控压力大；3）图文档信息表达与交互方式落后，舰船军检与研制间缺乏紧密协同数据环境。因此，有必要利用全要素表达、全信息集成的三维数字模型开展舰船数字化军检新方法研究，提升舰船军检技术水平。

白海威[1]、史猛等[2]分析了数字化军检的内涵及模式演变过程，指出对数字化军检内涵尚未形成统一认识。刘畅等[3]对数字化军检在海军主动力装置中的应用进行了研究。武三栓等[4]对航空发动机维修数字化管理及军检模式进行了研究。朱明华等[5]和李明宇等[6]研究了船舶MBD技术。世界主要的海军装备发达国家，自20世纪末就开始逐步推进海军舰船的入级目标，在整个船舶设计建造和认证过程中，为研制单位提供明晰适用的准则，对设计单位的详细设计和造船厂的船舶建造进行监督和检验。在推动军船入级过程中，北约及美国海军在技术越来越复杂的军船设计、建造和服役中使用和持续优化船级标准，并逐步引入了三维审图、工具辅助分析、现场检验辅助等数字化手段，以提高军船检验及监督效率。在新的数字化技术推动下，美国船级社ABS探索了使用三维模型作为数字化审图及检验对象的方法，持续进行新技术支撑下的军船入级标准和体系完善工作。2018年8月，ABS与Crowley海事集团的Jensen海事公司共同完成了基于三维模型的设计审图试点项目。法国船级社BV公司开发了审图协同平台、检验管理平台、船体结构售后交付监控平台，并开发了一整套数字化辅助工具支持审图分析和检验工作。总体而言，上述工作及国内外相关文献尚未对基于三维数字模型的舰船军检所面临的困难、所需的能力进行针对性研究。

随着我国船舶行业基于模型定义（Model Based Definition，MBD）的厂所协同设计模式落地，MBD模型逐步代替传统纸质图纸作为总体所向总装厂交付的成果。当前基于图纸的舰船军检方式难以适应我国舰船研制模式的变化，需要对基于三维数字模型的舰船军检模式进行研究，逐步形成基于三维模型的舰船军检新模式和能力。本文通过对基于三维数模的舰船军检特点、数字化军检支撑能力进行分析研究，提出基于MBD的军检新模式工作推进思路，将有助于推动舰船军检模式转换和技术水平提升，并为船舶MBD研制模式的深入推进提供参考。

1 基于三维数模的舰船军检面临的挑战、相关技术及内涵

1.1 基于三维数模的舰船军检面临的挑战

针对传统基于图纸的舰船军检方式存在的问题，开展基于三维数模的舰船军检是顺应舰船行业数字化升级的必然要求。开展基于三维数模的舰船军检存在如下挑战：1）军检业务需与基于三维模型的舰船设计与建造全过程业务深度融合，改变目前研制过程与军检过程的串行模式；2）构建基于三维数模的、各方（军、厂、所）认可的舰船军检标准规范，通过将军检业务流程、军检要求和具体要素与三维数模进行关联，实现军检信息与三维数模信息集成；3）基于三维数模，构建军检技术数字化支撑工具和管理平台。

MBD技术作为舰船行业正在应用和推广的新技术，其高度集成的各类设计、建造和管理信息，为开展基于三维数模的军检奠定了基础。

1.2 舰船MBD技术及应用现状

舰船MBD核心思想是用集成化的三维实体模型来完整表达舰船产品从设计到制造所需的定义信息（包括三维尺寸标注、各种制造信息、产品结构信息和管理信息等），用来取代二维工程图和文档，实现面向制造的设计和产品全生命周期内的单一数据源。MBD是一套研发体系标准，它涵盖了精益思想、并行工程，面向制造的设计、知识工程等研发思想，其目的是使产品数字化研制的价值最大化。

通过实施MBD技术后，有助于提升设计与仿真的迭代效率以及设计质量，实现舰船研制和全寿期维护保障数据的共享和重用，保障产品精细化建造和检验，提升建造质量，并实现设计并行程度大幅提升，缩短研制周期。当前，MBD模型已逐步取代二维图纸作为厂所协同设计交付物，并在驱逐舰等多个产品上得到工程化应用。图1为带三维标注信息的设备MBD模型，该模型可直接用于军检。

图1 设备MBD模型Fig.1 MBD model of the equipment

1.3 基于三维数模的舰船军检技术内涵

为顺应舰船数字化设计和建造技术发展趋势，迫切需要对基于三维数模的舰船军检技术进行深入研究。基于三维数据的舰船军检技术包括：基于三维数模的军检标准规范、检验与分析工具、共享基础数据、军检协同工作平台，涵盖产品设计、试验、建造以及服役期保障等阶段，它充分利用舰船三维MBD模型直观、信息全面、可交互（图形旋转、缩放、测量、剖切、标注等）特点，通过将产品信息和军检各类要素信息的集成，实现军检任务、军检知识（经验、标准规范、历史数据等）、流程和产品信息、军检结果之间的高度关联，极大提升军检效率，进而提升产品检查检验效率和质量。

2 基于三维数模的舰船军检技术

2.1 基于三维集成信息的全过程审查

新模式下，审查对象从二维图文档向三维数字模型转变，审查方式从单点模式向全过程一体化模式转变。

通过统一的三维数字模型（如MBD模型）以及三维为基础的产品零部件结构树，可以实现设计、试验、工艺、检验在数据表达方式上的统一，保证军检中对数据一致性、完整性、有效性、关联连贯性的要求。还可以对研制方三维MBD模型数据定义、审图意见反馈及追踪、三维模型更改管理机制等方面提出新的要求，并形成支持军检的舰船数字化定义标准规范和工作流程。具体模式场景包括：

1）基于三维模型的工程审查。总体所基于MBD进行技术设计、施工设计以及相应的仿真和计算分析，并按照军检要求提交三维数模，军事代表基于三维数模进行审核，三维送审数模包括了模型的几何、属性信息和接口以及相应的产品制造信息PMI，军事代表基于三维数模中的信息集合进行评审意见反馈，评审意见可记录在三维模型数据集中。总体所与船厂进行基于MBD的协同设计，船厂在协同设计基础上进行三维工艺设计和三维工艺仿真，并基于关联模式进行工艺模型和工装模型设计，工艺及工装模型与产品设计模型之间存在关联关系，一旦更改可以进行级联更改，以保持技术状态的一致性。军事代表在对下游工艺、工装等数据进行审核时，可以减少与前端设计的符合性比照工作，大大提高审查效率。

2）基于三维模型的检验设计及制造检验。三维MBD模型发放给船厂后，军事代表基于三维检验模型、检验规程可以方便地进行实物检验和制造检验工作，并可实时查看三维设计模型和工艺过程模型。设计模型更改后，可以传递至关联的检验模型进行更改，方便军事代表进行更改后的符合性审查。

通过软件内置的模型浏览工具，即可在施工现场查看、缩放、旋转、定位模型的各种视图，依据模型的三维标注和技术注释了解军检要素，经过深度定制后，还可将军检条目形成表单形式，直接在现场勾选和填报；通过拍照或电子测量系统还能准确的进行三维MBD模型和实物尺寸比对。由于电子图纸生成已完全脱离人工手绘，所有标注与模型尺度保持关联，能够最大限度地保持与设计制造模型的一致性，可大幅提升军检效率。

2.2 基于成熟度的过程送审

舰船数字化研制流程的转变需要军检模式进行适应性调整。传统的基于图文档的审查模式只能对结果进行集中审查，审核工作量聚集，风险不容易及时预判，采用基于三维MBD研制模式后，可以做到实时在线审查，军检目标及规则更加明确，可以将集中审查转变为在研制过程中依据成熟度分步审查，推动研制管理体系优化，提升舰船质量，化解研制风险，降低研制成本。具体包括：

1）审图依据及审查要点的明确化。对军检的所有标准规范进行管理，并对具体型号的审图依据及审查要点进行管理，基于审图依据及审查要点，在设计保证体系及MBD设计数据中主动进行符合性表达，方便军事代表的工程审查。

2）基于成熟度的过程重点送审。通过定义不同的技术成熟度，支持基于技术成熟度的过程送审，明确不同成熟度对应的可评审内容点，如外形、接口、材料、重量重心等达到要求即可以实现过程送审，避免集中送审带来的工作任务聚集、风险点难以及时发现等问题。

3）技术协调及关键更改的提前介入。三维模型设计过程中，军事代表可提前介入总体布置干涉检查、关键技术问题协调、关键更改影响分析等过程，使得军事代表与研制方能够基于统一的数字化环境进行紧密协同和数据共享，及时对作战性能要求、系统/分系统供应商接口等的变化影响及时预判、及时处理。

2.3 基于知识和规范化辅助工具的检查

手工经验式军检模式向规范化工具辅助式军检模式进行转变。传统的军检模式多为手工、经验式，效率较低，因此有必要借助先进的数字化工具辅助船检，如军检知识库，通过引入和开发基于知识的数字化审图及分析工具，将审图及分析的规范化过程固化，将知识嵌入到审查流程中，提高审图效率和审图结论的一致性。

此外，由于新研舰船需要借用母型船的大量设计数据，对于历史船型数据的送审结论，可以考虑其审定结论的复用性，以提高军事代表审图效率。

3 基于三维数模的军检数字化支撑能力

参照美国、法国等先进的数字化船检现状及未来发展趋势，结合舰船军检新模式的特点，为有效支撑基于MBD的舰船军检新模式，需要从标准、工具、平台、基础数据库等层面构建相应的数字化支撑能力。

1）构建基于MBD的军检标准规范。包括2个层面：一是军方与研制方共同形成的、互相认可的军检标准依据，通过构建统一的军检标准发布及共享平台，实现军检标准规范的统一管理和维护；二是在研制方的数字化标准规范中，明确三维模型设计结果与标准规范的引用及符合性关系，即要在舰船MBD标准规范中明确军检信息的表达内容及表达方式。

2）构建面向全生命周期的军事代表多级协同平台。以全过程质量数据链路为主线，构建统一的军事代表多级协同环境，实现与研制方的产品数据管理平台对接，以三维数据作为单一数据源，支持工程研制、工艺设计、生产建造、试验等过程中的送审计划及模型审查协同、评审意见记录及实时反馈、风险及问题管理等，并完整记录军事代表审查及检验的全过程数据。

3）构建军检计算及分析工具。引入及开发支持军事代表审查的专业性工程计算及分析工具，在舰船研制过程中也使用这些工具集，军事代表可以对工具的规则符合性进行审查。在实际数据审查时，只要是经过认可的工具和规范的流程计算和分析得到的结果，军事代表可以对设计结果直接认可，也支持进行符合性抽检，以提高军事代表审图效率。

4）构建军检基础数据共享库。构建研制方与军检方的统一基础数据库，实现军检和研制双方基础数据统一；构建军检审查方法及审查要点知识库，为军检提供智能化辅助支持手段。

4 基于三维数模的军检新模式推进思路

为有效推进基于数字模型的舰船军检新模式落地，给出工作推进步骤及思路。

1）统一军检新模式的认识，形成团队、工作计划及分工

军方、总体所、总装厂、各系统/分系统单位等军检相关干系人，需要统一对军检新模式的认识，明确新模式转变中本单位的职责以及对本单位工作模式的转变重点。建立推行计划、工作团队、职责及分工。

2）舰船检验标准规范体系梳理及归口管理平台建设

对军船目前的标准规范体系进行梳理，构建军检标准规范体系的归口发布平台，率先上线应用，统一管理、统一维护，支持标准规范及细则的持续优化和完善体系的建设。

3）军检数字化平台、工具集、基础数据库的开发及推广

面向军检未来模式，兼顾当前多个型号的现状，对数字化平台、工具集开发、基础数据库构建等进行规划，结合实际成熟度水平，分期、分步进行建设、试点、推广示范。在实际建设中，可以首先实现军检基础平台的构建，支持二维图纸送审，并根据三维MBD在具体舰船型号中的应用进程将三维模型送审作为军检新模式试点。

5 结 语

本文对国内基于图文档的舰船军检模式面临的问题以及国外船舶检验的现状进行分析，并就船舶行业MBD技术深入应用背景下的军检业务面临的挑战进行了阐述，提出了具体的建议。在此基础上，提出基于数字模型的军检支撑能力要求，以及推动该模式落地的工作思路。

随着MBD技术在船舶行业的广泛应用，基于数字模型的军检将是今后舰船军检技术发展的必然要求和主要趋势，新模式的形成和落地对于提升我国舰船协同研制能力和研制质量具有重大现实意义。