基于SPD4.6三维系统生产设计的应用及优点

孙红娟，李 磷

(1.江苏省镇江船厂(集团)有限责任公司，江苏 镇江 212002；2. 江苏大津重工有限公司，江苏 镇江 212221)

基于SPD4.6三维系统生产设计的应用及优点

孙红娟1，李 磷2

(1.江苏省镇江船厂(集团)有限责任公司，江苏 镇江 212002；2. 江苏大津重工有限公司，江苏 镇江 212221)

为提高施工准确性和生产效率，应用SPD4.6三维系统对3 700 DWT杂货船进行生产设计。以AUTOCAD2010为平台，利用SPD4.6三维系统中的型线系统以及船体建造系统完成外板和结构零件的生成并转换成背景，其他专业生产设计通过引用三维背景，使用SPD4.6三维系统六大功能，实现三维生产设计。统计结果显示：设计时间较常规设计周期缩短約10%，船舶建造周期缩短2～3月，明显提高了船舶经济效益。

SPD4.6三维系统；管道；生产设计；计算机应用

0 引言

由于AUTOCAD在船舶领域应用，船舶设计由手工绘图发展为二维AUTOCAD制图。为了拓展生产设计深度，减少现场返工量，船舶生产设计利用以船体二维平面图为背景的三维SB3DS软件进行管放设计。该设计软件虽可实现轮机和电气的三维生产设计，但船体设计还是二维设计，各专业在生产设计时不可避免产生诸多碰撞、干涉问题。而SPD4.6三维系统解决了碰撞、干涉问题，实现了船、机、电、舾、涂等专业的三维生产设计。本文在分析以船体二维平面图为背景的三维SB3DS管放设计存在问题的基础上，通过SPD4.6三维系统里的型线系统和船体建造系统以及使用该系统六大功能，实现了3 700 DWT杂货船的三维生产设计。

1 三维SB3DS管放设计的特点

三维SB3DS管放设计时，以船体二维平面图为背景涉及船体线型图和相关船体分段结构图，在这些图纸背景上增加轮机设备定位及设备外形图等，二维背景同时需增设舾装全船梯、栏杆、人孔盖布置图，背景底图建立在AUTOCAD2004基础上。SB3DS三维放样通过AUTOCAD2004工具条增加SB3DS管系设计工具条，完成SB3DS主要模块操作功能。虽然使用三维软件放样，修改管路和风管方便快捷，避免了AUTOCAD生产设计深度不足，但是由于背景图是船体结构二维图，构建立体模型不够准确，这就要求放样人员具有很高的立体空间能力，生产设计时造成轮机专业管系与船体结构、电气专业主干托架与轮机管系、电气专业灯架与舾装栏杆、轮机专业不同管系彼此碰撞干涉。

2 SPD4.6三维系统的功能

SPD4.6三维系统进行生产设计时背景和设计为三维。三维背景是以AUTOCAD2010为平台，通过SPD4.6三维系统里的型线系统提供满足设计和建造要求的船体线型，线型通过三向光顺、肋号肋位定义、前后线型拼接使船体线型非常准确；还可通过SPD4.6三维系统船体建造系统完成外板和结构零件的生成，并转换成背景。其他专业生产设计通过引用三维背景，使用SPD4.6三维系统的六大功能，实现三维生产设计，同时在三维模型中可以看到非常逼真的三维实体模型。与二维背景SB3DS三维放样设计相比，背景更加准确、直观。由于各专业都是SPD4.6三维系统出图，因而在生产设计的过程中专业之间的协调性更强，干涉碰撞地方更少。

SPD4.6三维系统拥有六大主要功能，包括管系设计模块、风管设计模块、铁舾件设计模块、电气设计模块、涂装设计模块、通用设计模块，能实现船舶各专业生产设计三维数字化的需求。该系统能满足现代造船对设计、生产与管理一体化和壳、舾、涂一体化的需求和以中间产品为导向组织造船生产和推进分段制造模块化技术要求。另外，该系统还具有数据接口，与其他软件无缝对接专用船舶设计功能。对接能将现有工程数据导入，原先导出数据和备份数据，还可以进行工程备份、工程还原、附加工程、冻结工程、删除工程，同时能适时诊断工程索引文件。

3 实用应用

为了解决诸多碰撞干涉问题，3 700 DWT杂货船采用SPD4.6三维系统进行生产设计。

(1)通用模块作为主控程序船舶三维设计系统，可用于船、机、电专业的设计。该模块有一套完整的标准数据及标准部件，根据3 700 DWT杂货船要求核实通用模块缺少的信息，根据设计特殊要求补全非标准数据或部件。

(2)管系设计模块管系进行轮机管路阀件、附件、系统原理定义；设备、管路、部件及管路支架布置；生成管系所需图纸，最后材料预估并汇总。

(3)风管设计模块在主控程序界面上点击参数化标准部件按扭，将风管部件的参数进行标准化，以部件代号作为选择的标示保存在标准数据库和部件库中，作为相互设置时使用；布置风管管路走向和相关部件；处理风管支架等，形成生产信息图纸。

(4)电气设计模块根据电气系统图要求，将参数化标准库、其他模型库或小样库导入实船工程库中，并定义电气原理库和电气模型库。最后形成相关生产信息和生产清册。

(5)涂装设计模块首先将涂装区域代码化，依据3 700 DWT杂货船船体三维模型生成船体分段三维轴测图，且计算分段及区域面积的功能以及在轴测图上标注涂装信息功能。最后生成分段三维轴测图、生产设计图纸和生产用表。

(6)铁舾件设计模块根据3 700 DWT杂货船舾装布置报审图纸中的铁舾件要求进行参数化标准及铁舾件小样输入、处理安装，以及栏杆自动布置、板件制作，生成铁舾件零件图生产用表等。

通过SPD4.6三维系统六大模块在3 700 DWT杂货船上系统应用，该项目设计人员相互之间可以进行设计过程沟通，在设计过程中可以适时查看实际设计效果。三维浏览时可以将模型渲染成不同的颜色，如透明、隐藏处理，从任意视角查看模型。灵活采用该工作模式环境中的各种设计方法，可以进行三维系统模拟实船，也可以三维模型渲染成实体以视角的方式实现漫游，以提高生产设计人员工作效率。

4 SPD4.6三维系统的优点

(1)便捷三维材料预估。为了避免施工过程中浪费时间，有些设备或材料需要提前预订。如：等级管采购，因等级管生产周期长(大约2～3个月)， SPD4.6三维系统可以在管放过程中，以OFFICE为数据库和输出文件平台，进行等级管材料预估。在进行三维材料预估时，既可以调用部件库中的标准，也可以直接建立预估内容，并输出、报警预估的数量，便于管放人员在放样过程中就可以适时导出管子数量，或阀附件清单提供给采购部门。当管路放样基本结束，使用SPD4.6三维系统预估数据库和管子BOM表，生成终版管材、阀附件清单，再发采购部门作为采购补充单。

(2) 进行球鼻艏光顺。船舶的球鼻艏是船体主结构的重要部分，球鼻艏的线型优劣将直接影响船舶性能。3 700 DWT杂货船船体型线图使用此软件进行光顺处理，处理完成后导入到本工程数据库。接下来的设绘工作有以下几点操作功能：

①可对各种形式球鼻艏进行放样，包括水滴型、撞角型、圆通型等；

②对输入的型值进行显示、调整、自动光顺，也可以根据样台外板板缝数据进行输入数值生成球鼻艏模型；

③以俯视图、后视图和轴测视图等多种方式显示球鼻艏的线型，视图可任意缩小放大、移动，轴测视图还可随意旋转；

④船上有众多数量焊缝，形式不同，因而统计焊缝的长度及材料是一项繁琐又易于出错的工作。焊接计划模块不但能保证结果准确性，也能减轻设计人员工作量；

⑤在船体结构模型建立完成后，装配计划功能按照船体分段进行船体结构装配计划，通过该功能生成装配树、装配图等。

(3) 简洁铁舾件绘制。铁舾件系统用于处理船舶所有设备的安装，船舶各舱室小舾装件及消防安全辅助装置，以及各式管系、螺旋风管、主干电缆等定位安装；管子支架、主干电缆托架、设备底座及花钢板支架、天花板支架等铁舾件，使用型材和板材的组装和切割，设立铁舾件模型。该设计系统主要针对的是铁舾件的生产设计，提供相关的计算机辅助设计手段，在SPD4.6三维系统中创建模型和生成图纸和表格，供生产车间和管理部门使用。其工作主要包含了铁舾件模型的创建和三维空间布置，生成铁舾件零件制作图、安装图和生产用表。

(4)管子及风管制作准确度高。利用SB3DS三维系统进行放样设计时，轮机结构开孔(如出舷管、穿舱管)的信息缺少船体设计人员核实，由轮机施工人员现场开孔。利用SPD4.6三维系统进行生产设计时轮机设计人员只需通过该系统开孔表形成开孔信息，船体设计人员经过软件收到信息后核实后将开孔信息意见通过软件反馈给轮机模块。最后开孔工作通过样台机器切割完成。

(5)三维可视化程度高。SPD4.6三维系统可以实现仿真实船状态放样，既形象又直观。轮机生产设计放样可以利用该三维系统可视化功能查看船舶设备布局的合理性和可操作性，以及是否满足航速和拖力等船舶性能方面要求。该三维模型中能避免上面缺陷，同时能实现最优化的布局。在管路设计阶段，有些船东有时会提出观看三维模型要求。三维模型可以模拟实船精准放样，有着二维背景三维SB3DS管系放样无法比拟的直观性，更便于船东提出习惯性使用要求，比如设备维修空间要求等，在放样过程中及时修改，尽量满足船东使用要求，极大限度降低现场修改量。图1为3 700 DWT杂货船21区机舱前壁局部三维浏览图。

5 结语

3 700 DWT杂货船使用SPD4.6三维系统进行生产设计，提高了设计精度及设计效率。根据定额部门最终统计结果显示：3 700 DWT杂货船设计周期缩短约10%，材料开支节省了约15%，人力开支和工时总节约25%，建造周期缩短2～3月。利用SPD4.6三维系统进行生产设计，极大提高了船厂的工作效率、质量以及生产效益，缩短了造船周期。

[1] 高玮，彭群生. 基于二维试图特征的三维重建[J].计算机学报，1999,22(5):481-485.

U662.9

A

2017-06-24

孙红娟(1983—),女，工程师，从事轮机设计工作；李磷(1973—)，男，助理工程师，从事轮机设计工作。