吉春正，李 晨，田正軍，趙 勇，沈 杰

（招商局郵輪研究院（上海）有限公司，上海200137）

0 引 言

進入21世紀之后，機械工程前沿技術(shù)得到了迅速發(fā)展，數(shù)字化設(shè)計、虛擬仿真和并行工程等技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，為實現(xiàn)船舶全流程三維（3-Dimension，3D）一體化設(shè)計提供了可能。因此，國外先進船企率先開始進行了以協(xié)同設(shè)計、并行工程和敏捷制造為核心的一體化造船信息平臺研究，國內(nèi)研究人員也對此廣泛開展研究，嘗試構(gòu)建一體化設(shè)計平臺。然而，受傳統(tǒng)開發(fā)流程和模式的影響，目前我國船舶設(shè)計的各階段仍存在信息孤島，完全實現(xiàn)基于3D模型的船舶并行協(xié)同設(shè)計存在諸多挑戰(zhàn)。為貫徹落實《中國制造2025》，加快推進船舶總裝建造智能化轉(zhuǎn)型，工信部裝備司于2017年印發(fā)了關(guān)于文獻［1］的指導(dǎo)意見，2018年印發(fā)了關(guān)于文獻［2］的行動計劃，提出推進船舶全三維數(shù)字化設(shè)計，建設(shè)基于模型的數(shù)字化船舶設(shè)計平臺體系。本文在上海市工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展基金的支持下，對全流程三維數(shù)字化設(shè)計進行深入研究，構(gòu)建船舶設(shè)計平臺，規(guī)劃船舶設(shè)計流程，并在某系列客滾船項目（5型9艘）上進行實船驗證和完善。

1 3D一體化船舶設(shè)計平臺研究

為支持對產(chǎn)品全生命周期數(shù)據(jù)的訪問，產(chǎn)品信息模型需保證信息的一致性、完整性、可擴展性和標準化，因此與傳統(tǒng)的船舶設(shè)計平臺相比，3D一體化船舶設(shè)計平臺需實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一、設(shè)計并行協(xié)同、全程3D一體化設(shè)計和數(shù)據(jù)安全保護（見表1），以打通船舶設(shè)計各階段的信息孤島，實現(xiàn)異地、動態(tài)、協(xié)同、并行地開展全流程3D一體化船舶設(shè)計。

表1 3D一體化船舶設(shè)計平臺核心特征

2 3D一體化船舶設(shè)計平臺構(gòu)建

由于需提供基于互聯(lián)網(wǎng)訪問的信息平臺、基于統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫、對應(yīng)不同應(yīng)用要求的信息訪問工具、支持并行協(xié)同的實時消息傳遞和工作流管理，并保證產(chǎn)品信息的正確性、完整性和安全性，因此3D一體化船舶設(shè)計平臺應(yīng)至少包括“數(shù)據(jù)層”的數(shù)據(jù)、“業(yè)務(wù)支撐層”的接口、“業(yè)務(wù)應(yīng)用層”的軟件、“運行管理與數(shù)據(jù)安全”的輔助、“基礎(chǔ)層”的網(wǎng)絡(luò)和“數(shù)據(jù)分析層”的數(shù)據(jù)分析。為使讀者了解全景，先展示最終構(gòu)建的3D一體化船舶設(shè)計平臺（見圖1），再分別簡述各層的構(gòu)建過程。

圖1 3D一體化設(shè)計平臺架構(gòu)示意

2.1 業(yè)務(wù)應(yīng)用層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層是整個船舶設(shè)計平臺的核心，需滿足數(shù)據(jù)源統(tǒng)一、分布式應(yīng)用和集中式管理的要求。經(jīng)深入論證，選用AVEVA Marine系統(tǒng)作為業(yè)務(wù)應(yīng)用層的核心系統(tǒng)。該系統(tǒng)支持從1D到5D的全流程船舶設(shè)計（見表2），通過模型繼承或拓撲等，實現(xiàn)1個3D數(shù)據(jù)模型貫穿始終。在此基礎(chǔ)上，進行一些二次開發(fā)，并融合自有管理程序（如Doris設(shè)計管理系統(tǒng)），可構(gòu)成全流程3D一體化船舶設(shè)計平臺。

表2 業(yè)務(wù)應(yīng)用層AVEVA軟件1D到5D數(shù)據(jù)細化示意

2.2 業(yè)務(wù)支撐層

在業(yè)務(wù)支撐層面，關(guān)鍵是實現(xiàn)分布式應(yīng)用和集中式管理。本文搭建的業(yè)務(wù)支撐層包含2部分：

1）集團內(nèi)部全球各單位使用AVEVA Global模塊實現(xiàn)3D一體化設(shè)計數(shù)據(jù)交互；

2）集團外部各單位使用XenDesktop虛擬桌面實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計數(shù)據(jù)交互，同時保證數(shù)據(jù)的安全性，并解決外協(xié)單位軟件許可不足的問題。

2.2.1 AVEVA Global模塊一體化設(shè)計數(shù)據(jù)交互

AVEVA Global模塊通過中心端（Hub）與衛(wèi)星端（Satellite）連接，進行數(shù)據(jù)傳輸和模型更新，使用戶能打破時間和空間限制，從全球任意一個可接入網(wǎng)絡(luò)的地點進行并行協(xié)同設(shè)計（見表3）。

表3 AVEVA Global模塊核心特征

2.2.2 XenDesktop虛擬桌面協(xié)同設(shè)計數(shù)據(jù)交互

為營造安全的研發(fā)環(huán)境，防止泄密，提高圖形工作站和正版化軟件的利用率，集團外部各單位使用XenDesktop虛擬桌面系統(tǒng)實現(xiàn)設(shè)計并行協(xié)同。

2.3 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是統(tǒng)一數(shù)據(jù)源的關(guān)鍵，包括系統(tǒng)、配置、工程、通信和管理等5層數(shù)據(jù)庫。為保證數(shù)據(jù)同源，在數(shù)據(jù)庫建設(shè)方面的核心工作是推進設(shè)計標準化建設(shè)。本文建立一套完整的設(shè)計標準體系，見表4。

表4 各數(shù)據(jù)庫簡介及設(shè)計標準體系文件

需注意：配置數(shù)據(jù)庫只能由中心端配置，若要更新，考慮到傳輸數(shù)據(jù)量巨大，建議采用FTP（File Transfer Protocol）定期傳輸更新；工程數(shù)據(jù)庫可通過Global實時更新，且讀寫權(quán)限方便轉(zhuǎn)移。

2.4 基礎(chǔ)層

平臺基礎(chǔ)層是指實現(xiàn)設(shè)計互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

2.5 數(shù)據(jù)分析層

數(shù)據(jù)分析層是指通過二次開發(fā)軟件對3D模型數(shù)據(jù)進行提取和分析，以滿足設(shè)計、生產(chǎn)和管理需求。

2.6 運行管理與數(shù)據(jù)安全

為配合3D一體化船舶設(shè)計平臺的運行，起草《復(fù)雜項目集中式技術(shù)管理流程》，對內(nèi)外設(shè)計資源進行集成管理，并明確3D一體化船舶設(shè)計平臺的運行管理機制；同時，從管理、物理、系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用等5個方面制定安全保障機制（見表5），確保數(shù)據(jù)安全。

表5 安全保障機制

3 實船應(yīng)用

搭建完成該全流程3D一體化船舶平臺之后，在某系列客滾船（5型9艘）上對其進行實船應(yīng)用。

1）經(jīng)過首型船測試，在第二型船上實現(xiàn)結(jié)構(gòu)3D一體化設(shè)計，實現(xiàn)方式為：3D模型一次定義→拆分繼承→交互設(shè)計→細化工藝→生產(chǎn)設(shè)計圖紙（見圖2）。

圖2 結(jié)構(gòu)3D一體化設(shè)計流程

2）經(jīng)過第二型船的測試，在第三型船上實現(xiàn)電氣3D一體化設(shè)計，實現(xiàn)方式為：1D標準庫定義→2D原理／布置設(shè)計→2D／3D模型轉(zhuǎn)換與交互→（2個階段）3D模型細化與交互→工藝設(shè)計→生產(chǎn)設(shè)計出圖（見圖3）。其他大舾裝（舾裝、管裝和通風等）并未采用1D→2D→3D的真正3D一體化模式，而是利用各設(shè)計階段的大舾裝數(shù)據(jù)庫共源的特點，提前進行3D建模和瓶頸空間協(xié)調(diào)，簡要實現(xiàn)方式為：一次定義→重復(fù)使用→

圖3 電氣3D一體化設(shè)計流程

不斷細化。

3）與設(shè)備廠商內(nèi)裝并行設(shè)計。通過開放應(yīng)用接口，使設(shè)備廠商能直接在平臺上建模，或?qū)胪ㄓ酶袷降脑O(shè)備文件（STP或IGS格式），參與一體化協(xié)同設(shè)計。

4 結(jié) 語

本文對全流程3D船舶設(shè)計進行了深入研究，介紹了3D一體化船舶設(shè)計平臺的基礎(chǔ)層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、數(shù)據(jù)分析層和輔助模塊（運行管理和數(shù)據(jù)安全）的構(gòu)建過程，以及該平臺在實船上的應(yīng)用。目前該平臺已完全實現(xiàn)對設(shè)計全流程中各設(shè)計單位的3D一體化船舶設(shè)計，導(dǎo)出3D輕量化模型供客戶審核，生成2D圖紙送船級社審核。目前正在推進3D模型送審測試，以進一步拓展平臺應(yīng)用，實現(xiàn)全流程3D數(shù)字化船舶設(shè)計。