船舶三维设计系统的自主开发和应用

船舶三维设计系统(SPD)的自主开发

苏文荣

（中国船舶工业集团公司沪东中华造船(集团)有限公司,上海,200136）

一、船舶三维设计系统的自主开发的背景

改革开放以来20多年，我国造船工业得到了发展迅速。至新世纪初我国造船产量名列世界第三。但我国造船要成为世界第一造船大国和强国还面临着十分繁重的技术和管理上的创新，还有一段艰巨的路程要走。因为日、韩等国家的造船技术和管理水平已从第四阶段集成制造向造船发展的第五阶段敏捷制造过渡。我国主要骨干船厂现在的造船技术和管理水平都处于第三阶段的分道制造，沪东中华当时也只处于第三阶段，准备向第四阶段集成制造方向发展。

我国作为世界第三造船大国。造成如此差距的主要问题在于以下几方面：建造周期长、制造返工量大，质量难以控制和成本难以控制。我国要成为第一造船大国和强国，沪东中华要成为一流的造船企业，必须解决上述问题，变革造船的模式，走数字化造船之路，实现集成制造。

1.深化设计，为建立现代造船模式提供支撑

现代造船模式是以中间产品为导向，按区域组织生产，壳、舾、涂、作业在空间上分道，时间上有序，实现设计、生产、管理一体化连续总装造船。造船总装化、管理精细化、信息集成化是现代造船模式的主要实现形式。

推行现代总装造船模式，首先要改变原串行设计为各专业的平行设计，以利于加强专业协调和缩短设计周期;变按功能系统设计为按区域设计、以中间产品为导向的设计为总装造船提供技术基础。要树立不仅要解决“造怎样船”还要解决“怎样造船”的面向生产、管理的设计理念。设计要贯彻壳、舾、涂一体化：设计生产管理一体化的原则为总装造船提供大量的制造、工程管理等信息。设计模式的转变，设计的深化是实现总装造船的必要条件。

2.三维设计技术是实现集成制造的基础

设计模式的转变、设计的深化离不开三维设计技术的应用。三维设计技术符合人的设计思维习惯，整个设计过程各专业可以平行进行并在三维模型上讨论，直观形象。在设计时，能够随心所欲地构建或随意修改，能够在显示器上构造出三维立体的设计模型，进行各专业的技术协调，而且保留每一个中间结果，以备反复设计和优化设计。并可进行应力/应变分析、质量属性分析、空间运动分析、装配干涉分析、工装设计、NC编程及可进行加工性、装配性分析、二维自动出图，设计效果评价等工作。这样在设计时可及时发现制造中可能产生的问题，予以及时在设计中提前解决。

三维设计所建立的产品模型可生成以中间产品形式生成产品装配树，以及相应中间产品的物量、工时和加工、制造、管理信息，为壳、舾、涂CAD/CAPP/CAM/MES集成提供正确的信息，是完现集成制造的基础。

3.以我为主发展数字化造船是造船跨越式发展的重要战略措施

新世纪初沪东中华提出了数字化造船，要建立以船舶产品三维建模、建立以产品数据库为中心，由数字化设计、设计管理、物流管理、资源配置管理、制造执行系统、综合管理六个系统组成的设计、制造、管理一体化的数字化造船平台，其中数字化设计是整个造船平台的信息源头和基础。

在90年代中期，我国大、中型造船企业先后引进了国外计算机辅助设计系统。但随着深化生产设计的需要和造船模式的转换，也暴露出这些引进系统得一些弱点和不足。一些国外软件技术垄断系统开放性差，难以进行二次开发以及和其它应用系统集成；软件的垄断造成价格不断上升；军品保密需要；国外软件不适合国内工艺要求需要大量二次开发工作。

1998年公司在CIMS实施中，难以解决设计和生产、管理的集成。当时请国外软件商配合解决接口和集成问题，但均以因商业保密或技术上难以实

现予以拒绝，这样促使我们走自主开发船舶数字化设计系统，以确保数字化

造船实施的主动权。在新世纪初，在国防科工局和中船集团的支持下，沪东

中华造船集团在积卅余年CAD 、CAM 开发应用经验基础上，开始研发船舶产

品设计系统（SPD ），至2003年在完成船舶舾装三维设计系统，开始应用于

我公司军品产品设计，至2005年又完成了具有三维船体设计软件，基本完

成了一个有自主版权的造船三维CAD/CAM 设计系统——船舶产品设计系统

（SPD ）。至今SPD 在应用中不断发展，从而使我公司掌握数字化造船的技术

创新主动权。

二、船舶产品设计系统(SPD)

系统是在Windows 操作系统下，基于OpenGL 图形库进行开发的CAD 基

础平台，开发的能满足船体结构、机装、电装、居装、甲装等专业设计的三

维全数字化船舶产品模型软硬平台。通过三维模型对舰船产品进行性能、结

构强度分析、工艺合理性和制造可行性分析，是整个船舶数字化制造集成系

统的基础。

设计系统具有如下功能：

·船体结构设计系统

船体结构设计系统是涉及船舶技术设计、详细设计、生产设计全过程的

三维建模系统。系统进行船体型线

定义、结构布置、板材和型材零部

件定义、建立具有拓扑关系的三维

船体结构模型。该模型具有船体结

构的几何、物理、工艺等属性。从

模型中可分解全船结构的板材和型

材零件，建立产品结构树，生成满足生产所需的各类安装制造图册和生产管理表册。

图1 船体三维建

模

·管系设计系统

管系设计系统是以船舶管系设

计以及其他行业的管路设计为对象

进行开发的，提供交互管系布置界

面，建立三维管系模型，具有很强

的实用性，系统涵盖了管路设计的

全过程，有管系原理设计、设备布

图2 管系三维建模

置、管路布置、另件分割、安装图、

另件图到有关托盘表、管附件表等生产管理信息生成等功能。

·风管设计系统

风管设计系统是一套面向船舶通风管系的三维设计系统，针对通风管系的特点，风管规格多变，接头形式多样，利用参数化的设计方法，进行个性化的风管布置、接头生成和拼接，建立方风管和螺旋风管的三维实体模型。

·船舶电气设计系统

电气设计系统的开发贯穿于电气详细设计和电气生产设计整个过程，采用交互设计的操作界面，实现电气三维模型设计，生成电气系统图设计、电气设备布置、主干电缆走向布置，主干电缆表册编制，电缆导架安装图，电缆开孔图，中小型电气设备，基座安装图、电缆支承件制造图册，照明灯架制造图册以及托盘管理表、材料定额表等图册。

·铁舾件设计系统

船舶铁舾件设计系统是处理船舶设计各个专业的对各类设备、管子、风管、电缆等系统的定位和船舶各舱

室畅通行走的辅助装置和设备，如：

管子支架、电缆导架、风管吊架、

基座、窗、梯、护栏等铁舾装件的