三維建模在船舶管系放樣中的應(yīng)用

張志城

摘? 要：文章將從三維管系放樣軟件在船舶管系放樣設(shè)計中運用的現(xiàn)狀、三維管系放樣的優(yōu)點等方面對船舶管系放樣設(shè)計中三維管系放樣軟件的應(yīng)用進行研究。

關(guān)鍵詞：三維建模;船舶;管系放樣

中圖分類號：U664.841 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）34-0175-02

Abstract： This paper will study the application of 3D pipe system lofting software in ship piping lofting design from the aspects of the present situation of the application of 3D piping lofting software in ship piping lofting design and the advantages of 3D piping lofting design.

Keywords： 3D modeling; ship; pipe lofting

引言

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，三維模擬技術(shù)越發(fā)成熟，各種三維模型設(shè)計軟件應(yīng)運而生，為三維管系放樣提供了技術(shù)支持，利用三維建模對管系進行建模設(shè)計，不僅簡單明了、清晰直觀，而且操作方便，準確度高。目前很多大型軟件公司相繼對這項技術(shù)進行了研發(fā)，比如TRIBON、NAPA、CADDS5、滬東SPD、SB3DS等三維設(shè)計軟件在國內(nèi)外各大船廠和設(shè)計院得到廣泛使用。它們將管子、彎頭、法蘭、各種附件以及閥件等零部件都設(shè)定了相應(yīng)的符號，并且根據(jù)相關(guān)要求給予尺寸標注、文字說明等，將船舶系統(tǒng)中的管路數(shù)字化，從而生成直觀的立體化模型，同時能對管子系統(tǒng)進行相關(guān)匹配和預(yù)裝配模擬，顯著提升放樣的精度和準度，縮短設(shè)計周期，節(jié)約經(jīng)濟成本。本文就三維建模在船舶管系放樣中的發(fā)展和應(yīng)用展開了相關(guān)論述。

1 傳統(tǒng)管系放樣模式與弊端

在三維技術(shù)成熟之前，船舶設(shè)計中樣棒法放樣因設(shè)計費時費力，準確度低而被放棄，主要以二維管系放樣為主。以AUTOCAD為平臺構(gòu)建二維平面的船體型線圖、相關(guān)結(jié)構(gòu)圖、設(shè)備布置、艙室布置圖等，繪制出實船布置圖。在設(shè)計、安裝管子時，根據(jù)二維圖紙繪制、加工、制作、安裝和修改，二維管系放樣比樣棒法更便捷，生產(chǎn)效率也有所提高。但是二維管系放樣對工作人員的要求較高，要求他們有較好的空間概念，能在腦海中構(gòu)建管系布局空間結(jié)構(gòu)圖，以避免出現(xiàn)與結(jié)構(gòu)碰撞干涉等造成的錯誤，導(dǎo)致返工和人力物力的大量浪費。而新興的三維管系放樣技術(shù)使模型立體化，清晰直觀，降低了對操作人員的專業(yè)性要求，同時三維模擬技術(shù)能對船舶全系統(tǒng)通過預(yù)裝配來檢驗設(shè)計的合理性，并提高管子制造的精度和準確度。三維管路放樣不僅包括二維放樣中的基本常用功能，還加入了特定的實用建模操作功能。比如數(shù)據(jù)處理功能，能在保證正確的基礎(chǔ)上快速為用戶生成各類零件圖、托盤表、安裝圖等。

2 引入三維建模在船舶管系放樣中的優(yōu)勢

在船舶設(shè)計中，管系放樣的主要內(nèi)容有三個：首先對管子原理圖紙進行繪制，然后根據(jù)管系原理圖完成管系綜合放樣后再生成管子零件圖，最后完成明細表的編制。明細表中必須明確標出管系系統(tǒng)中所需要的管子、型號、附件、閥件的標準及數(shù)量。而將新興的三維技術(shù)引入船舶管系放樣中，不僅能順利地完成上述內(nèi)容，還能準確有效地呈現(xiàn)直觀、真實的模型，通過模擬裝配功能將管系放樣和建造階段完美結(jié)合，及時修正錯誤和不足，減少建造的工作強度，盡可能避免返工，提高生產(chǎn)效率，縮短建造周期。經(jīng)調(diào)查，國外的三維放樣技術(shù)相對國內(nèi)發(fā)展迅速，已經(jīng)成規(guī)模使用，國內(nèi)的發(fā)展相對緩慢，但部分開發(fā)企業(yè)也取得了不少成績，如滬東SPD、Sb3ds等軟件在國內(nèi)船企廣泛使用。綜合來說，三維船舶管系放樣技術(shù)主要有以下四個優(yōu)勢：

2.1 圖表生成方便快捷

使用三維建模技術(shù)設(shè)計最大的優(yōu)點是能準確快速地生成相應(yīng)圖表，對每根管子以模塊為單元完成建模。通過建模實現(xiàn)智能化完成尺寸標準進程，為文字編輯和表格的制作提供便利。通過這一功能實現(xiàn)EXCEL圖表和AUTOCAD的有效的關(guān)聯(lián)（圖1）。

2.2 數(shù)據(jù)管理安全

在船舶管系放樣設(shè)計中，數(shù)據(jù)的安全性和一致性關(guān)系著設(shè)計的成敗。在三維管系放樣設(shè)計軟件中，它的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)具有靈活、開放和高安全性的優(yōu)點。在設(shè)計過程中出現(xiàn)文件丟失或者損壞時，使用數(shù)據(jù)庫能及時還原或是重生模型，且能保證其數(shù)據(jù)的有效性。此外，操作人員還能通過對數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行分類整理，與其他管理系統(tǒng)實現(xiàn)有效鏈接，方便快捷。當操作人員熟練掌握數(shù)據(jù)庫時，可利用標準數(shù)據(jù)庫中大量現(xiàn)有標準件數(shù)據(jù)，縮短設(shè)計前準備工作，提高設(shè)計效率。

2.3 預(yù)舾裝程度高

船舶設(shè)計過程中的一個難度是船舶內(nèi)部設(shè)備如管系、電纜通道等的合理布置，以及實現(xiàn)各個系統(tǒng)的協(xié)調(diào)平衡。三維建模引入船舶管系放樣能輕易解決這個難題。可視化交互設(shè)計技術(shù)能將復(fù)雜的船舶系統(tǒng)以立體化形式直觀清晰地表示出來，實現(xiàn)合理布局。此外，三維建模中的快速生成技術(shù)、預(yù)裝配技術(shù)的應(yīng)用大大縮短了船舶的設(shè)計周期。它能在電腦上提前進行舾裝件生產(chǎn)組裝，模擬管子的預(yù)制和預(yù)裝流程，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，還能避免多工種交叉作業(yè)導(dǎo)致意外事故，管子大量預(yù)裝可以極大的縮短船舶建造周期。在順利完成模擬組裝后便能按照模擬流程上船進行管子安裝，能極大提高建造效率，節(jié)約生產(chǎn)成本。采用三維管系放樣技術(shù)后，工作人員只需要按照圖紙進行備料、下料、管子生產(chǎn)、安裝等操作即可，減少了工作強度，增加了工作效率。

2.4 準確程度高

在三維建模過程中，我們能直觀了解船體的三維空間結(jié)構(gòu)，及時掌握管路的具體位置，較好地完成相關(guān)設(shè)計。通過船體結(jié)構(gòu)、舾裝件、設(shè)備模型及電氣設(shè)備的準確定位，可以減少管子和船體、托架及管子自身的干涉和摩擦。對于在建造方案中出現(xiàn)的優(yōu)秀想法和設(shè)計缺陷能清晰直觀地通過三維管系放樣技術(shù)表現(xiàn)出來，能及時加以改進，提高船舶設(shè)計生產(chǎn)效率。此外還能在管系放樣設(shè)計中及時對管路布置的美觀性、船艙布局的合理性等進行調(diào)整。且所有數(shù)據(jù)均來自于數(shù)據(jù)庫，在進行管路調(diào)節(jié)改進時能保證精度、閥附件使用的準確度。

3 結(jié)束語

將三維建模技術(shù)應(yīng)用在船舶管系放樣中，使其從二維設(shè)計突破到三維設(shè)計，不僅能清晰直觀地展示管道的三維實體模型，還能極大減少設(shè)計周期，提高生產(chǎn)效率。另外，將三維技術(shù)引入船舶設(shè)計，能極大提升設(shè)計的準確性，保證預(yù)舾裝精準有效，以及完成數(shù)據(jù)的安全管理。隨著船舶設(shè)計向著殼、舾、涂三位一體發(fā)展，大規(guī)模應(yīng)用三維綜合放樣技術(shù)設(shè)計是必然趨勢。進一步研究和改進這項技術(shù)是船舶行業(yè)未來的發(fā)展重點。

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