船體結構設計更改流程研究

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摘要：簡要介紹船體二維改圖流程，以及基于3DE平臺的CATIA軟件的船體三維設計流程，明確傳統的二維改圖單已不再適用三維出圖模式下的改圖要求。通過介紹船體三維模式下三維設計及模型修改的流程，并對三維模式下改圖單模式進行研究，得出一套滿足現場施工的三維改圖單流程。

關鍵詞：二維改圖單；CATIA；三維設計模式；三維改圖單

三維設計模式有著表述直觀、場景反應真實、多角度旋轉可視化程度高等特點，目前廣泛用于航空航天、汽車制造、建筑、電力與電子、通用機械制造等領域。近幾年，在船舶領域也得到了快速的發展，其中，三維設計軟件中比較有代表性的是法國達索（DassaultSystem）公司3DE平臺下的CATIA軟件，對于該軟件的船舶設計模塊來說，具有快速參數化的設計，服務船舶全生命周期的流程，以及生產信息通過MBD（三維中間產品）無紙化下車間等特點。船舶產品在設計建造過程中，由于設計狀態改變、船東要求變化等原因不可避免的將進行設計更改。二維設計模式與三維設計模式之間在設計理念和設計方式存在著本質上的不同，傳統的二維設計模式下船體結構設計及設計更改的流程，已不再適用于三維設計新模式。文中結合我公司近幾年基于3DE平臺下開展的三維設計工作實例和應用過程中積累的經驗，針對CATIA三維設計模式下的船體結構設計更改流程進行簡要研究及介紹。

一、傳統二維設計更改流程

在傳統的二維設計流程中，對于船體結構專業來說一般按如下流程進行：首先，由于內外部輸入條件的變化，比如說設計更改或優化、其他專業的協作單要求更改、總體所或是設計院的設計修改等原因，引起了結構的更改；然后，根據修改的內容，在SPD、TRIBON等設計軟件中進行模型的修改；接下來，修改完成后，開始相關圖紙的修改，并將修改內容進行標記，最終將標記內容輸出到改圖單中，并加以描述，形成了一份改單圖；同時，對涉及到材料修改的內容，在模型修改完成后，還需要進行加工資料的修改工作，完成后將部分或是整套加工資料隨完成的改圖單一起下發車間。歸納下來，傳統的二維設計更改流程如圖1所示。可以看出，二維設計改圖主要是在模型修改完成后，通過改圖單的形式對二維圖紙進行相關標記以及修改。而與傳統的紙質改圖單不同，由于在CATIA三維設計的模式下，通過MBD三維模型下發車間，因此CATIA軟件的改圖流程與傳統的二維改圖單流程會有較大的不同。

二、三維設計流程

CATIA軟件的三維結構設計過程與傳統二維軟件最大的不同點除了全三維的輸入界面以外，主要在于需要進行SFD（StructureFunctionDesign，結構基礎設計模塊）建模及SDD（StructureDetailDesign，結構細節設計）建模兩步操作，首先通過SFD進行快速建模，生成的不帶厚度的面片結構，再通過結構轉模生成帶厚度的實體結構后，在SDD中進行精細化的設計，模型完成后添加零件編碼、形成組立樹，再開始三維標注，最終出圖并完成相關工藝模型后下發現場。三維設計流程如圖2所示。

三、三維改圖模式研究

在CATIA三維交付物（如三維作業指導模型文件及工藝信息）等相關信息正式下發車間后，由于內、外部輸入條件的修改，如設計更改或優化、協作單、總體所設計修改、設計優化等各方面的原因，會造成之前下發的資料需要更新，如何用簡單有效的流程完成修改的過程，是接下來討論的主要內容。1．三維模型修改流程首先，需要進行三維模型的修改，流程如下：（1）進行結構模型的修改，涉及SFD及SDD的修改，在完成SFD以及SDD結構模型的修改后，重新分板，計算重量，對新增的零件以及部分修改較大的零件進行重新編號。模型修改完成后，開始校對工作，若無問題，開始進行下一步工序的操作，若有問題，繼續回到模型的修改工作，直到修改完成。（2）更新修改部分對應的三維指導模型中的三維標注，并更新對應的裝配流程，目前裝配流程是在SDD中完成三維標注模型后，輸出3DXML模型到CATIAComposer軟件（達索公司基于現有三維數據，創建和更新產品交付成果的3D設計軟件）中進行更新，最終完成更新后的三維作業指導。此部分完成后開始三維作業指導的校對工作，校對通過后開始下一步工作。（3）在三維作業指導更新工作完成后，就可以開始進行STG（工藝模型）的更改工作，通過重新計算焊接，更新零件尺寸，增加工藝信息等操作，完成STG模型的修改，完成后進行校對工作。特別注意STG模型零件及工藝信息直接影響加工的正確性，需要把控模型質量，確保加工信息、數據的正確傳遞。以上為模型修改的主要流程，而為了將修改內容精簡并有效的傳遞到現場，則需以船體三維改圖單的方式進行呈現了。2．三維改圖單研究傳統的二維改圖單可以在需要修改更新的二維圖紙中標記修改的內容，現場可通過打印的紙張進行直觀的查看，而三維設計是使用MBD三維模型以電子文件的形式下發現場，并使用專用PAD查看三維立體模型的形式指導現場的施工，因此，需要將修改的內容通過簡潔有效的手段精準的傳遞給現場，并且方便使用專用PAD查看相關的修改內容。在三維修改初期，也曾想嘗試使用修改云線等進行修改標注，但發現立體圖中標記云線不便，并且容易出現旋轉后標注變形等情況，表達不夠清楚，通過比較，最終選取了使用不同顏色在模型中進行修改標注的方法。經過多個版本的更新及研討，目前我公司使用的船體三維改圖單編制流程如下：（1）首先梳理改圖的主要原因，根據引起修改的原因，勾選設計修改（A）類（A1-A7）或配合修改（B）類（B1-B9）。（2）描述修改內容。首先，列出輸入內容，如改圖單號、協作單號、傳真號以及其它的修改原因等。再依據模型修改內容列出刪除、新增、修改的零件件號及對應的三維作業指導模型（修改版）頁碼，并根據外部輸入列出相應的修改原因，以便后期查找。（3）根據修改模型（在CATIA完成修改），輸出至Composer制作現場使用的修改模型。為方便現場查看，改圖單附頁視圖1為分段總覽（如圖3所示）。修改模型將沒有改動部分設置為黑白色模型，再按照三種不同的顏色標記修改模型，其中，紅色表示刪除零件（如圖4所示），綠色表示新增零件，黃色表示修改零件（如圖5所示）。對于新增部件標注位置信息（所有零件在三維作業指導模型都已經改好更新，此處單獨標出為方便現場分段或船臺塢修改查找）。并單獨輸出修改模型（3DPDF）為改圖單附頁。（4）根據上述修改內容，將修改的對應頁次列在封面中對應每一項修改內容的后方。（5）完成后，對改圖單內容進行核對校驗，無問題后，將改圖單以及更新的三維作業指導模型錄入系統并按要求發放各部門。（6）完成對應STG模型修改，并將必要的加工資料更新下發現場。歸納下來，三維設計更改流程如圖3所示。最終，按照本流程，現場根據三維改圖單使用專用PAD進行修改的照片如圖7所示。

四、結束語

基于3DE平臺的CATIA軟件作為國內船舶行業新運用的三維設計軟件，以其可視直觀的界面及MBD三維模型下車間的流程，使得修改相比以往的二維出圖模式修改有較大的不同，針對CATIA軟件的特點，建立的適用于該軟件的改圖單及相應的改圖模式如上述所示，在該模式下，以三維的展示，以及顏色區分，方便現場查看修改的內容，最終保證精準的傳遞修改內容。通過對船體三維改圖單模式的研究，形成一種適用于三維設計模式的改圖模式，為完善三維設計的流程打下堅實的基礎。

參考文獻

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[3]盧永進，宋一淇，吳盛.CATIAV6船舶三維設計關鍵技術研究[C].2017年數字化造船學術交流會討論文集，2017.

作者：張全鋼 奚健 張韶華 單位：滬東中華造船