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基于全三维数字样船的船舶产品信息集成应用研究

2017/10/20    来源:互联网    作者:程庆和  龚成刚      
关键字:数字样机  全三维数字样船  信息集成应用  
数字样机技术已在航空、航天、汽车工业等行业的研制过程中得到广泛应用。由于船舶产品的复杂性和特殊性,基于全三维设计的数字样船技术应用程度相对落后。从数字样机概念与特征入手,结合船舶研制特点,提出了全三维数字样船的概念,对全三维数字样船的特征进行概要描述,分析了基于全三维数字样船的数字化造船技术体系。在此基础上,从国内外数字化造船发展趋势入手,结合船舶产品三维设计、数据管理、生产管理、设计仿真与虚拟建造、精度测量与控制等方面业务需求和信息集成要求,提出了基于全三维数字样船的船舶产品信息集成与应用实施总体解决方案。基于此方案,在液化天然气船进行了应用验证,为实现船舶产品研制体系的转变提供了应用示范。

 

2 基于全三维数字样船的数字化造船技术体系

    根据全三维数字样船的概念和特征,全三维数字样船的信息集成主要应用如下技术:三维建模技术、产品数据管理技术、产品生产管理技术、车间制造执行技术、虚拟仿真技术以及精度控制技术。具体的技术体系如图2所示。

    1)三维建模技术。三维建模技术主要包括三维模型造型技术、三维标注技术、三维模型的工艺信息建库技术、装配工艺建模技术、焊接工艺建模技术、专业图纸生成技术等;

    2)产品数据管理技术。产品数据管理技术主要包括产品结构管理技术、BOM 管理技术、产品协同设计管理技术、产品数据集成技术等;

    3)产品生产管理技术。产品生产管理技术主要包括基础数据管理技术、生产计划管理技术、制造BOM管理技术、设计与物资关联技术等;

    4)车间制造执行技术。车间制造执行技术主要包括车间作业指令分解技术、车间级生产管理反馈和控制技术、作业技术变更管理技术、零件加工跟踪分析技术等;

    5)虚拟仿真技术。虚拟仿真技术主要包括设计数据转换技术、船舶大数据量处理技术、船舶三维数字化设计仿真评估技术、装配过程自动生成技术等;

    6)精度控制技术。精度控制技术主要包括精度控制模型转换技术、基于PDA测量误差分析技术、模拟搭载三维标注技术、模拟搭载误差分析技术、精度数据分析技术等。

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    图2 基于全三维数字样船的数字化造船技术体系

3 基于全三维数字样船的信息集成研究与实施总体方案

    根据全三维数字样船的特征和数字化造船技术体系,结合高技术船舶研制的需求(以液化天然气船LNG为例),船舶产品全三维数字样船的信息集成研究与实施采用如下方案:开展国内外造船企业数字化技术发展趋势研究,进行数字化造船理念的提升和技术的储备;结合典型船舶以及高技术船舶LNG船研制需求,开展全三维数字样船的业务需求分析;根据业务分析,进行全三维数字样船功能建模,建立相应的实施基础标准;最后进行整体实施规划,结合LNG 船的研制,形成信息完整的全三维数字样船。整个研究与实施总体方案如图3所示:

    1)国内外趋势分析。收集其他制造行业(如航空、汽车等)三维数字样机的研究、应用与发展趋势资料,类比目前造船行业三维数字样船的研究与应用情况;研究国内外数字化造船现状与发展趋势,重点析船舶CAD技术、三维建模技术、产品数据管理技术、船舶生产管理技术、虚拟制造技术、精度测量控制技术、数据集成技术、模型重用技术、数据建库技术等;

    2)业务需求分析。结合LNG船研制情况,从设计、产品数据管理、生产管理、建造等船舶研制主要业务进行业务现状和需求分析,包括造船三维设计、产品数据管理、基于任务包的生产管理、三维设计仿真评估与三维建造工艺评估等虚拟建造、三维精度测量与控制等精益造船等各方面业务现状与存在问题,归纳相关的业务需求;

    3)功能分析与基础标准建立。在业务需求分析的基础上,进行三维设计、设计管理、生产管理、虚拟仿真和精度控制的功能建模, 同时归纳建立相应的基础规范与标准;

    4)整体实施规划。从信息集成的角度,结合软件工程,根据上述分析研究结果,开展系统功能需求分析和技术攻关,建立软件体系与集成框架,进行相应的集成开发与测试,最后结合LNG研制进度,形成LNG全三维数字样船。

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    图3 基于全三维数字样船的信息集成研究与实施总体方案

4 结语

    通过基于全三维数字样船的信息集成技术研究,突破了船舶产品全三维数字样船建模技术、基于产品结构的船舶产品数据管理技术、基于三维数字样船的船舶建造任务包管理技术、船舶三维设计与虚拟仿的数据重用性技术、造船精度补偿值的设定技术、船舶产品制造信息集成应用基础技术等六项关键技术,取得了造船三维设计、产品数据管理、生产管理、虚拟仿真和精度控制等六方面共七项具有自主知识产权的软件系统,形成了一批标准规范。

    同时,结合沪东中华造船(集团)有限公司17.2万m3 LNG船进行各项研制成果的相关应用,基本实现了全三维数字样船定义与特征表述:在设计中,采用船舶三维设计系统SPD实现了船体和舾装的全三维数字化设计,并进行三维标注和工艺信息建库;通过船舶产品数据管理系统SPDM 实现设计数据的有效管理和并行协同设计管理,并通过与SPD以及后续的ERP及生产制造等系统的有效集成,初步实现设计BOM与制造BOM 的有效转换以及POR(Purchase Order Requirements)采购需求有效管理;通过三维模型有效复用技术,进行三维设计仿真评估、三维装配与建造主流程工艺仿真,实现虚拟建造;通过三维测量和造船精度补偿技术,进行三维精度测量与模拟搭载,实现精益造船。

    研究与应用结果表明,基于全三维数字样船的信息集成总体方案切实可行。通过研究,使我国造船企业及新造船基地高技术船舶设计与建造水平跃上一个新的台阶,提升我国船舶行业高技术船舶设计与建造在国际市场上的竞争力,形成船舶行业先进的设计模式、建造模式和管理模式,缩短与国际先进造船国家的差距。通过对船舶产品全三维数字化系统和集成系统的自主研发,形成一批具有自主的知识产权软件系统,打破国外软件长期对国内船舶企业的垄断,引领船舶行业数字化技术的发展;同时锻炼和培养技术队伍,促进我国数字化造船可持续的全面自主开发和应用,取得较大的经济和社会效益,具备较强的行业示范效果和应用推广基础。

责任编辑:张纯子
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