船舶产品设计虚拟评估系统研究及工程应用

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1、船舶产品设计虚拟评估系统研究及工程应用韦乃琨杨润党徐东谢子明摘要为了在船舶设计阶段对船舶产品的设计结果进行评估，提出了开发船舶产品设计虚拟评估系统（SPNavis）。本文分析了系统需要具备的功能，提出了技术架构，解决了异构数据转换、虚拟装配、动态剖切等各种关键技术，开发了虚拟评估系统，用于解决虚拟环境下舱室布局评估与优化、建造过程可装配性与可维修仿真等问题。该系统已成功应用于多艘船舶的设计检查，与传统CAD软件相比，具有明显的优势。关键字：虚拟评估船舶产品海量数据虚拟装配动态剖切1引言常用船舶设计系统主要用于船舶产品设计和生产

2、设计，使用交互式手段实现数据输入完成设计。由于设计系统本身包含了大量信息，产品设计信息与生产设计信息割裂，无法使用于多通道集群系统等特点，导致处理大规模数据时效率低、操作难度大、检查手段弱、扩展能力有限。船舶产品虚拟漫游系统就是为了解决船舶设计系统存在的不足而量身定制的，解决软大数据量组织、存储、保存技术，多通道集群管理技术，并行渲染技术等关键技术，开发船舶设计虚拟评估系统，能应用于大型图形工作站、图形集群、微机等硬件，为设计结果评估提供仿真环境。2船舶产品设计虚拟评估系统功能需求及技术架构2.1功能需求2.1.1数据转换为了

3、保证仿真的真实性，确保设计与仿真数据的一致性，仿真数据都源于船舶设计系统。开发常用船舶设计系统，如Tribon、CADDS、SPD及SB3DS与虚拟仿真的接口，为船舶产品的设计和虚拟评估提供数据。2.1.2海量数据处理能力船舶产品具有海量数据的特点，一艘七万吨的散货船包含的管子超过5,000根，电缆超过100千米，船体和铁舾件超过两万个零件，舰船包含的零件数目则更大。因此，为了满足实时、快速地完成船舶产品的设计和评估工作，要求系统具备处理海量数据的能力。2.1.3设计虚拟评估船舶产品结构复杂，舱室众多，大型舰船的舱室多达数千个

4、，还有其它许多如指挥塔、导航、通讯、探测、生命、推进等许多系统和模块，在前期初步设计的基础上，利用虚拟仿真技术，对大型船舶各个系统和模块的布置进行仿真和交互式漫游，验证这些系统布置的合理性。40船舶的舾装根据专业划为管系、电装、轮机、外舾、内舾和风管，分布在船体的各个区域，在不同的阶段进行安装。生产设计时，各专业的设计人员根据布置图和原理图等资料，分别进行设计，存在大量相互干涉的情况，要求设计虚拟评估软件按区域对各设计专业/系统进行综合评估，缩短设计周期，减少设计差错。船舶产品的分段/总段划分对于提高舰船的建造质量、缩短造船周

5、期、现代化改装具有重要意义。在初步设计阶段，设计者就开始分段/总段划分设计，利用设计虚拟评估系统，结合划分原则，如舰船功能设计区域、船厂吊装能力和作业流程、同类系统在分段/总段的高耦合性、舱室完整性和结构特点等，支持船舶产品的分段/总段可视化划分仿真和评价，提供直观的仿真方案。2.1.4建造过程仿真现代船舶中，舾装作业面广，工程量大，为了提高建造质量，缩短建造周期，最大限度地把舾装作业提前到作业环境较好的车间，积极扩大单元和奋斗预舾装率，提高总段预舾装率。要求船舶设计虚拟评估系统不仅支持船舶建造各阶段的船体建造仿真，还支持舾装

6、作业的交互式仿真，检验建造工艺的可行性和合理性，支持装焊顺序和装配路径的快速修改和仿真，为预舾装率的提高提供技术保障。2.1.5维修和改装作业仿真现代舰船设计不仅要满足船舶的可制造性，还需要满足可维修和快速换装的要求。由于造船CAD系统中，不具有船舶产品的动态装配过程的设计，尤其是对狭小舱室设备的安装，零部件的安装等，无法在设计过程中进行有效的检查，而虚拟制造和装配过程可以进行设计的验证。因此，要开展船舶产品主要设备可维性作业进行仿真，区域舾装零件拆装作业仿真，为船舶的快速维修和改装提供各种技术方案。2.1.6托盘自动划分目前

7、，生产设计中，各类托盘中的每个对象都是设计人员通过手工方式来确定的，花费大量的时间，且出错的频率很大，延长了设计时间，增加了建造成本。要求船舶产品设计虚拟评估软件通过交互方式，按区域/阶段/专业对舾装进行快速划分，并支持舾装对象属性的快速调整，实现托盘自动化划分，并具备生成管子零件明细表、管子支架制造明细表、阀件、附件托盘管理表、设备明细表、托盘管理表等各类报表的功能。2.2技术架构船舶产品设计虚拟评估系统的技术架构如图1所示，系统包含文件操作、交互设备接入、虚拟装配等功能模块。数据转换集成平台实现异构数据的转换，并导入设计虚

8、拟评估系统，是设计评估的基础。虚拟评估系统能够访问、修改、更新设计系统的数据库，从而实现设计和工艺数据的同步修改，减少设计返工时间，充分发挥两种系统的优势。40图1船舶产品设计虚拟评估系统技术架构3船舶产品设计虚拟评估系统关键技术3.1异构系统数据转换对常用船舶设计系统（TR