岑汉伦1 袁鹤 1 梁廷辉1
上海船舶研究设计院 上海市 201203
[摘 要]本文针对CADMATIC平台二、三维数据交互不完善的情况进行二次开发。开发基于CADMATIC脚本语言，实现将模型数据读取并处理后，自动写入二维原理图设计的属性卡中。将二维原理图里的管附件属性数据自动同步到对应的三维模型属性上，确保二三维数据实时同步，并以此建立标准数据模型库。从而提高船舶设计的三维一体化程度，缩短设计周期、提高设计精度。
[关键词]CADMATIC；二次开发；三维设计；船舶一体化设计
[中图分类号] [文献标志码] [文章编号]
Application of CADMATIC Secondary Development in Two-Three-Dimensional of Ship Integrated Design
CEN HAN-LUN1 YUAN HE1 LIANG TING-HUI1
(1 Shanghai Merchant Ship Design and Research Institute, Shanghai, 201203, China)
Abstract: This paper aim at imperfection Two-Three-Dimensional data interaction of CADMATIC platform to do some secondary developments. The developments based on CADMATIC scripting language, realized read and process model data and automatic write the data to property card of two-dimensional schematic diagram. Then automatically synchronize the data of diagram to three-dimensional Plant Modeller to insure real-time synchronization of two-three-dimensional data. So as to improve the three- dimensional integration degree of ship design, shorten the design cycle and improve the design accuracy.
Key words: CADMATIC; secondary development; three- dimensional design; ship integrated design
0 前言
当今时代计算机技术发展迅猛，三维技术在越来越多的行业设计中得到广泛的应用，船舶行业也是如此。1963年开始三维平台陆续进入国际船舶设计行业 [1]，其中FORAN平台、TRIBON平台、CATIA平台等在国内外得到了广泛的应用。世界造船强国如日本，韩国船厂已基本实现一体化设计方式，而我国船舶行业对三维平台的应用和研究起步较晚，仍然落后于国际先进水平[2]。
近年上海船舶研究设计院引进了用于三维一体化设计转型的重要工具——CADMATIC平台。为了使CADMATIC平台能更好的融入SDARI船舶设计。SDARI三维设计平台深化了标准化的设计理念，建立了一套船舶设计的标准化流程[6]；以数据库为中心，通过对数据模型的统筹管理，有效地横向串联船舶设计的各个专业 [7]；并通过接口整合系统资源，有效地纵向连接整个设计周期 [8]。
本文以实船项目（包括49,000 DWT化学品船、2750TEU箱船、120,000 DWT及85,000 DWT散货船等）为背景，应用CADMATIC平台，从三维报价设计、专业间横向协调设计、全项目周期一体化纵向设计以及CFD辅助计算等方面入手，研究三维一体化在船舶设计领域中的应用。
1 基于CADMATIC的三维报价设计
报价设计阶段多方案设计必不可少，在该阶段引入三维设计能更好地验证方案的可行性，提高设计准确性，更直观地展示设计方案，大大增加设计的说服力。
如下图为报价设计阶段对船舶排气系统进行建模，设计更合理，图面更直观。
.png)
图1 排气系统的报价设计
与传统设计方式相比较，三维设计能直观表现出SCR等设备所占用的位置以及可能影响到的其他相关系统及专业，在方案确定后能及时给出相关专业及系统设计的注意要点，提高设计效率。此外，随着模型库的不断完善报价设计的耗时将大大缩短，且后期设计可在报价方案上继续完善，减少设计耗时。
2 基于CADMATIC的专业间横向协调设计
相比较于传统设计工具三维设计平台将各专业的设计统一到公共服务器上完成，修改设计时只需上传服务器其他专业就能获得修改信息，并进行相关调整，从而大大提高设计协调的效率。此外使用CADMATIC平台各专业在同一模型上进行建模、布置及放样，在设计过程中，能实时发现各专业间设备、管路、结构件等相关模型的布置冲突，使整体布置更加合理，提高设计效率。
下图为利用CADMATIC平台完成的船舶分油机间设计，其风管设计可以方便有效的避开灯管，吊梁，结构加强等模型，同时风管的布置也会更加合理，对减小风管阻力起到良好的作用。此外，三维设计平台对于人孔盖的布置与设备、维修空间及通道的调协，舱壁开孔、梯道布置与船体结构的协调，设备管路及电缆布置与相关专业的协调等众多方面都发挥着非常重要的作用。
.png)
图2 分油机间布置
对于设计修改或不直观的设计影响等工程师可通过Work Request菜单创建修改通知单，修改通知单可以添加位置信息、说明信息、设备信息等等并可针对项目组或个人发送至CADMATIC平台的各个模块中。
3 基于CADMATIC的全项目周期一体化纵向设计
3.1 设计阶段一体化
船舶设计的全项目周期一般包含基本设计、详细设计、生产设计等阶段
基础设计阶段设计院所需要确定设计方案以及方案对应主要参数，该阶段可利用模型库中的储备模型进行建模，必要时可将模型导出至计算软件进行核算，从而确保设计前期的各参数更加准确，设计更加合理。
一体化设计中详细设计与生产设计几乎可以并行开始。随着设计条件逐渐成熟，设备等资料逐渐齐备，详细设计完成原理设计以及设备、部件的建模与布置，对较大管路进行初步放样，确保设计准确合理。而生产设计则可在平台对模型进行细化。必要时可通过接口将模型导入各计算软件，由计算反馈指导原理设计，使布置更加合理。
三维设计的累计和细化使得生产设计阶段的设计时间以及错误返工量大大降低。后期生产设计仅需完成较小管路的放样，进行局部调整，即可在一体化设计平台上完成船舶的整体施工设计。
三维一体化项目的所有设计阶段至始至终共用同一模型，从合同设计的粗模到生产设计的精模不断细化和完善，将原本集中在生产设计阶段完成的全船建模工作，分成多个模块分散到整个设计周期中完成。不仅能增加图纸深度，而且能提高设计余量的精细化控制程度，从而实现对建造成本的精准把握，提升设计合理性及效率。同时生产设计中产生的调整与修改可直接反馈在数据库中并对合同设计和详细设计进行指导，提升整体设计质量。
3.2 二三维设计一体化
通过CADMATIC平台的DIAGRAM模块完成原理图设计，并利用CADMATIC平台自带的二三维校验机制，可以实现船舶设计二三维一体化。即通过二维原理图驱动三维布置放样，提高生产设计的准确性和效率，同时生产设计中产生的修改也可以直接反馈至原理图中，便于详细设计进行及时调整。
下文以泵管路放样为例简要展示了二三维一体化设计基本流程。
首先在Diagram中完成原理图设计，并完成对设备、阀、附件等组件的模型映射，之后将原理图图纸发布至三维空间中。
在Plant Modeller模块中进行相应的布置时，对于设备布置只需要选定对应系统下的设备编号，系统就可以通过Diagram中的模型映射关系自动找到对应的三维模型，从而快速完成设备模型布置；而对于管系布置，当选定某个设备的出口法兰时，系统将自动根据原理图中的管路逻辑关系生成管路走线示意。只需要参考管路走向示意即可以轻松完成管路放样。如图4为基于原理图生成的管路走向示意，图5为布置完成的管路，两者的逻辑关系是完全一致的。
在阀附件放样时，系统基于当前插入阀附件的管线号与Diagram原理图进行比对并自动将Diagram原理图上对应的阀门及附件插入至管路当中，如图6。
图4 泵管路放样二三维校验 图5 泵管路放样二三维校验 图6 泵管路放样效果图
.png)
4 基于CADMATIC模型的CFD计算
利用CADMATIC平台设计好的三维模型可以根据需要导出至CFD计算软件，再通过简单的修剪调整，即可用于CFD模拟计算，省去了以往设计中CFD建模的环节，使CFD计算更加方便快捷，尤其对于风管阻力计算，排气管阻力计算，管路溢流阻力计算等常用流体计算有显著作用。未来CFD计算与设计出图相结合，将从根本上提升出图的效率和计算精度。
下图演示了船舶风管阻力CFD计算及优化风管设计的流程，首先将CADMATIC设计模型导出至三维DXF等中性通用数据，然后使用前处理软件生成计算网格，将网格导入CFD软件计算，再根据计算结果调整风管布置，不断优化设计，得到最优设计方案。
导出文件 生成网格导入计算
优化设计
图7 辅助计算过程及优化
.png)
5 结语与展望
相比较船舶传统设计而言三维一体化设计的优势明显：
1）在报价设计阶段其给出更准确、更合理、更直观的展示方案，大大增加了报价设计的深度，提升了设计实力，也对船东船厂有更好的说服力；
2）在专业间横向协调设计方面各专业在同一模型上进行建模、布置及放样设计冲突能及早发现，设计修改也能及时发布，整体布置更加合理，设计效率大大提高；
3）一体化设计将全船建模分散到整个设计周期，大大压缩了设计耗时；而且一体化设计的图纸深度要远远高于传统设计，设计余量的精细化控制程度以及对建造成本的精准把握也大大提升；
4）与CFD计算软件的模型交互既增加了平台模型的利用率，又减少了优化成本，使设计更加合理。
现阶段三维一体化设计还依然处于验证阶段，还存在着许多没有解决的问题，例如国内的生产设计通常是由船厂完成，详细设计是由设计院完成，而大部分船厂目前并未转到三维一体化设计平台上来，这势必导致详细设计的一体化设计模型到生产设计阶段无法重用而无法将三维一体化设计覆盖项目全周期；再如一体化设计的周期一般需要6个月以上，而现阶段设计合同留给详细设计的时候多为4个月，这将导致完全按三维一体化设计流程操作将无法满足船厂的供图结点问题。此外CADAMTIC软件本身还存在诸多使用不便的功能，导致用户上手较慢等等。
随着三维一体化设计项目的不断增多，未来将继续在设计中不断解决遇到的问题，通过对CADMATIC平台的优化及自主二次开发等手段，不断提升三维一体化的设计效率，逐步引导传统设计向三维一体化设计转变，并积极与船厂的下游生产设计环节沟通，打通关节，最终实现所有实船项目的三维一体化设计，从根本上提升设计院的设计质量和设计能力。
[参考文献]
[1] 苏琳芳.计算机辅助船舶设计系统研究[J].科教文汇（上旬刊）,2014（6）：108，116.
[2] 刘鑫.三维建模在船舶管系放样中的应用[J].中国水运,2010,10（6）：5-7. [3] 谢子明.国产化船舶制造三维设计软件的开发与应用[J].造船技术,2004（3）：122-125.
[3] 刘鑫.CADMATIC船舶建模与标准化[J].中国水运,2011（4）：30-31.
[4] 鲁鼎. CADMATIC在管系设计中的应用［J］. 船舶设计通讯，2018（增刊2）： 16-18.
[5] 袁俊.船舶三维一体化设计的探索和尝试[J].船舶设计通讯,2013（增刊2）：24-27.
[6] 谢子明.国产化船舶制造三维设计软件的开发与应用[J].造船技术,2004（3）：122-125.
[7] 杨安海.基于SPD的船舶三维设计与虚拟仿真数据重用技术[C].北京：中国造船工程学会，2013：165-171.
[8] 卢永进.基于 CATIA V6 的船舶管路三维设计研究[J].舰船科学技术,2016，38（12）：83-86.
[9] 郭涛.船舶管系建模与虚拟装配应用研究[J].机电工程技术,2015,44（11）：29-32.
[10] 冯佰威.船舶CAD/CFD一体化设计过程集成技术研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版）,2010,34（4）：649-651.
[11] 朱书峰.浅谈船体详细设计对船舶建造的影响[J]. 中国水运,2015,11（11）：6-7,10.
[12] 朱春林.浅谈船舶三维设计平台关键技术[J].科技与企业，2016 (1)：266-268.
［作 者 简 介］
岑汉伦（1989—），男，工程师，从事船舶轮机设计工作。