船舶发展及应用软件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2.1 CAD/CAM软件
船舶设计软件大体上可分为三类，第一类只注重设计功能，我们称之为CAD（计算机辅助设计）软件；第二类只注重制造功能，我们称之为CAM（计算机辅助制造）软件；第三类则是既注重设计功能，又注重制造功能，我们称之为CAD/CAM软件，如Tribon、Foran、ISDP、CATIA等。因为第三类软件的用户群最大，也是船舶设计软件的发展趋势，所以这里只对这类软件，即CAD/CAM软件进行介绍。
组成的企业应用集成平台，并在此平台上开发PDM专用适配器和现有的制造（如CAM系统）和管理(如ERP系统)分系统专用适配器，新的制造和管理分系统则采用基于EAI的标准进行开发，通过EAI平台的消息管理机制实现设计信息与制造和管理信息的集成。
(2)造船CAX系统与PDM系统之间的集成。通过建立PDM管理平台，并开发TRIBON、ABAQUS等CAX系统与PDM之间的集成接口，建立船舶数字化设计集成平台，实现船舶产品数据结构化管理、版本控制管理、工作流程管理、数据安全和访问控制管理。
(3)PDM与造船企业数字化制造和管理系统之间的集成。建立由EAI（企业应用集成）中间件
2．各种软件在船舶工业中的应用
船舶工业的特点是船舶产品繁多、小批量多品种、工艺流程复杂、劳动力密集，这些都使得造船周期较长，管理复杂，这也是制约船舶行业信息化发展的主要因数，也由此造成船舶工业中所使用软件种类繁多，难以集成。以下对船舶工业中应用较为广泛的几类软件及其应用情况，作一个简单介绍。
1．引言
近年来，船舶工业两大造船集团及江苏、上海等地的大型造船企业积极开展信息化工作。以船舶信息化建设为核心，大力推动船舶信息化与工业化的融合。企业根据经营生产的需要，进行信息化改造，一大批信息化系统在各企事业单位陆续上线应用并取得了良好的效果，提升了我国船舶工业整体信息化水平。本文概述国内船舶工业中软件的使用情况，从船舶工业软件的角度，分析我国船舶工业信息化状况。
规划中也配置了该系统。
2.6 CAPP软件
CAPP（计算机辅助工艺过程设计）是利用计算机来进行零件加工工艺过程的制订，通过向计算机输入被加工零件的几何信息（形状、尺寸等）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的技术。
3．国内船舶工业软件状况分析
船舶工业中使用的软件除上面所述的CAD/CAM、CAE、PDM等软件以外，还有诸如MES(制造执行系统)、SCM（供应链管理）等很多不同类型的软件，在船舶设计、生产、管理等领域中发挥着重要的作用。由于笔者的认识有限，不能面面俱到，论述当中也不免有不妥与局限之处，欢迎批评指正。以下对船舶工业软件应用状况做一个浅显的分析：
TRIBON软件作为国内船舶设计领域的经典软件。该软件的特点在于用计算机建立船舶的生产信息数据，通过在计算机建立一个实船模型，不仅完成绘制生产用图纸，还能进行各种生产数据的计算、管理和统计。这些生产信息用于指导船厂生产，实现设计与生产的统一。在一定时期内TRIBON软件的大量使用提高了我国的船舶设计水平，使我国的船舶工业与国际接轨，能够参与到国际竞争当中。但TRIBON软件存在初始化数据不能共享、数据库维护及管理不便、开发环境落后、拓扑关系
CAE目前使用难度仍然较大。由于有大量CAE软件的存在，并且各CAE软件均要求设计者有很好的专业背景，要想使用好特定的CAE软件，使用人员必须具备相关领域的专业知识。故CAE软件目前仍停留在少数专业人员的使用范畴内。
2.3 PDM软件
目前，国外发达造船国家大力推行PDM（产品数据管理）技术的开发应用，已将PDM技术成功地应用到大型船舶产品全生命周期管理（PLM）系统中，对设计、制造、服役、维护等信息进行一体化的科学管理。相比国外PDM系统的应用状况
(5)船舶设计数据是船厂的核心数据，而国外的三维设计软件对数据的定义格式各有不同，进行数据抽取时难度较大，这也是阻碍船厂信息化进程的一个重要因素。
对于船舶工业软件的这些问题，可以从以下几个方面做一些工作，使情况有所改善。
(1)CAX软件间的信息传递。以统一的应用接口协议(STEP)和中性文件，开发TRIBON、CADDS5等不同CAD软件之间的接口程序以及CAD软件与ABAQUS、Fluent等CAE软件间的接口程序，解决不同CAD软件之间以及与CAD软件与CAE软件之间模型信息不能交换的问题。
目前通用的CAE软件，都采用多种高效的数值计算方法，大量线性、非线性问题均有解决方案。在船舶结构计算方面，CAE技术主要应用于船舶结构的强度计算、刚度计算、稳定性计算、振动计算、抗冲击计算、噪声分析等多个领域。不同CAE软件常常在功能方面侧重点不一样，如MSC/NASTRAN和ANSYS在有限元线性力学领域十分成熟；ABAQUS软件则在有限元非线性接触、摩擦领域有特长；ANSYS/LSDYNA、MSC/DYTRAN由于采用显示动力学算法，强于冲击穿甲相关的计算；SYSNOISE则是声振分析专业工程软件，它拥有声场有限元、无限元、直接/间接边界元法等多种声学解决方案；AUTOSEA软件是基于统计能量分析方法的结构振动、声学计算软件；HYPERMESH强于网格划分，并是目前很适合于做结构力学优化设计的软件。
(1)船厂三维设计系统的开发虽取得了相当的成绩，但还没有很好地与生产工艺和生产管理有机地结合起来。
(2)船舶设计自顶向下的全过程集成尚未实现。
(3)协同设计还不成熟，没有很好的应用案例。
(4)由于国外的造船工艺与我国并不完全相同，国外的软件应用到我国造船行业时，往往需要进行大量的二次开发来适应国内的生产环境，此过程存在诸多不便，且耗费很多的工时与费用。
不能动态更新等技术问题，也使TRIBON在与其他软件进行数据交换和系统集成时，产生诸多不便。
未来的CAD/CAM软件将更多的向支持计算机集成制造系统(CIMS)和产品全生命周期管理(PLM)的方向发展。此外，并行工程、精益制造、成组技术等先进的现代制造理论也要求未来的船舶CAD/CAM软件不仅要有强大的并行协同三维建模能力；还要有强大的面向装配和加工的设计能力；拥有一定的计算机辅助工程（CAE）能力或与通用的CAE软件有良好的接口；并能够与产品数据管理（PDM）系统和ERP系统有效集成，使数据交换顺畅。
，我国船舶企业的产品数据管理（PDM）系统的应用尚处于探索阶段。
在船舶产品设计信息管理过程中，较多企业使用了协同设计的模式。由于PDM要从CAD设计软件中提取数据，故配置PDM系统时要注意和三维设计系统的兼容问题。而国内船舶领域应用较广的TRIBON软件数据开放性较差，不利于进行软件二次开发和生产数据的提取，因此国内大多数造船企业，特别是中小型造船企业的生产设计数据管理工作还停留在靠人工管理或者局部数字化管理的层面上。在国内只有几家大型造船厂已开始使用PDM系统，据调查目前已有6家企业实施了PDM，另有10家准备实施PDM。使用的系统包括PTC公司的Winchill、UG公司的Teanlcenter、北京艾克斯特公司的Xtpdm等。目前主要对船舶设计计划、流程、设计图文档和产品BOM等进行管理。
2.2 CAE软件
CAE（计算机辅助工程）是在有限元法、有限差分法、有限体积法等数学理论的基础上发展起来的数值模拟分析技术，越来越受到科技界和工程界的重视。由于采用有限元法的CAE软件是当前发展的主流，故这里只针对通用的有限元类软件进行介绍。在船舶工业中பைடு நூலகம்通用的有限元求解软件包括：ABAQUS、SYSNOISE、ANSYS、ANSYS/LSDYNA、AUTOSEA、MSC/NASTRAN、MSC/DYTRAN、HYPERMESH等。此外，由于船舶在水上工作的特点，也出现了一批专用的船舶流体力学分析软件。典型的包括FLUENT和SHIPFLOW软件等，其中前者的开发公司––FLUENT公司被公认为全球最大的计算流体力学软件供应商。
CAD/CAM软件在船舶行业的发展不像在汽车、航空等行业中的发展那么迅速，厂商那么众多，竞争那么激烈。国内主要造船CAD/CAM软件除了传统的Tribon、CADDS5、NAPA等几个知名软件系统外。近期，西班牙Sener公司的FORAN、法国达索公司的CATIA、美国intergraph公司的intelliship等软件也先后进入中国市场。虽然这些软件在性能上并不逊色，但由于造船设计软件的专业性过强，而且还要考虑系统兼容性及企业使用习惯等问题，因此目前设计的配置还是以TRIBON和CADDS5为主。国内的中小船厂因受投资限制，目前可选择的国内造船软件有沪东东欣软件公司的三维设计软件和上海船舶工艺研究所与上海船厂联合开发的SB3DS三维造船软件。
2.5 VR软件
为加强船舶设计开发中VR（虚拟现实）技术的应用，在产品的设计阶段充分考虑可装配性、可制造性、可维护性等问题，目前一些科研院所和船厂正在开展VR技术的试验和研究。虚拟现实系统在船厂的应用主要有：(1)虚拟模型；(2)虚拟制造；(3)辅助设计修改；(4)操作模拟和训练。所采用的系统主要包括Vega、ADAMS、Division、Delmia等。国内使用过和正在配置VR系统的主要单位有武昌造船厂、渤海重工有限公司、沪东中华造船集团公司和708研究所，长兴岛的信息化
4．结语
目前船厂的信息化建设正如火如荼的展开着，面临的一个重大问题是各个软件系统的集成，信息的共享和同步。明确各应用部门之间的信息交流方式、数据接口格式及内容是顺利实现跨接各种应用平台，实现信息互通的基础。船舶工业信息化全面改造的过程，也是船舶工业中各种软件的一次深刻变革。
因为船舶工业工艺复杂、涉及面广、多品种小批量等特点，因而，专门针对船舶建造CAPP研究的进展比较缓慢。目前所知的CAPP软件有韩国釜山大学的HYCAPP系统、日本三菱重工ACIM计划中的CAPP模块，国内的有北京艾克艾特公司的XTCAPP软件和武汉开目公司的KMCAPP软件等。目前国内虽有一些船舶企业在尝试CAPP软件在生产中的应用，但大部分船厂仍然是采用人工编制工艺文件。
2.4 ERP软件
ERP（企业资源计划）系统是为企业生产服务的，在造船企业其目的是把企业的人力资源、物资资源、财务资源、信息资源、生产计划等，在企业的生产经营过程中进行合理配置，使其高效地周转，以取得最佳经济效益。
ERP系统的应用和研究在国内外其他行业的发展十分迅速。但造船业由于具特有特殊性和复杂性，致使ERP在国内造船企业还没有得到广泛的应用。目前，德国IMG公司的生产计划管理软件、韩国的汉拿ERP系统、丹麦Logimatic公司的企业资源管理软件MARS，以及韩国大宇重工集团的ERP软件BES／MARINE都已进人中国船舶市场。国内的一些研究院所和公司（如沪东东欣软件公司、上海船舶工艺研究所等）也开发了一些针对于船舶的ERP软件。但国内实施并应用了ERP系统的船舶企业，大多数除在财务、人力资源、库存等单项管理方面局部应用外；在最核心和最复杂的管理领域如生产、成本管理和控制等方面，应用不够深入，多数船企还处在简单的人工管理状态；而对于ERP系统中的主生产计划、物料需求计划、能力需求计划等大部分模块国内船舶企业还没有涉足。使用起来的少数ERP系统模块之间，数据彼此独立、尚不能实现模块集成与内部数据共享。
船舶设计软件大体上可分为三类，第一类只注重设计功能，我们称之为CAD（计算机辅助设计）软件；第二类只注重制造功能，我们称之为CAM（计算机辅助制造）软件；第三类则是既注重设计功能，又注重制造功能，我们称之为CAD/CAM软件，如Tribon、Foran、ISDP、CATIA等。因为第三类软件的用户群最大，也是船舶设计软件的发展趋势，所以这里只对这类软件，即CAD/CAM软件进行介绍。
组成的企业应用集成平台，并在此平台上开发PDM专用适配器和现有的制造（如CAM系统）和管理(如ERP系统)分系统专用适配器，新的制造和管理分系统则采用基于EAI的标准进行开发，通过EAI平台的消息管理机制实现设计信息与制造和管理信息的集成。
(2)造船CAX系统与PDM系统之间的集成。通过建立PDM管理平台，并开发TRIBON、ABAQUS等CAX系统与PDM之间的集成接口，建立船舶数字化设计集成平台，实现船舶产品数据结构化管理、版本控制管理、工作流程管理、数据安全和访问控制管理。
(3)PDM与造船企业数字化制造和管理系统之间的集成。建立由EAI（企业应用集成）中间件
2．各种软件在船舶工业中的应用
船舶工业的特点是船舶产品繁多、小批量多品种、工艺流程复杂、劳动力密集，这些都使得造船周期较长，管理复杂，这也是制约船舶行业信息化发展的主要因数，也由此造成船舶工业中所使用软件种类繁多，难以集成。以下对船舶工业中应用较为广泛的几类软件及其应用情况，作一个简单介绍。
1．引言
近年来，船舶工业两大造船集团及江苏、上海等地的大型造船企业积极开展信息化工作。以船舶信息化建设为核心，大力推动船舶信息化与工业化的融合。企业根据经营生产的需要，进行信息化改造，一大批信息化系统在各企事业单位陆续上线应用并取得了良好的效果，提升了我国船舶工业整体信息化水平。本文概述国内船舶工业中软件的使用情况，从船舶工业软件的角度，分析我国船舶工业信息化状况。
规划中也配置了该系统。
2.6 CAPP软件
CAPP（计算机辅助工艺过程设计）是利用计算机来进行零件加工工艺过程的制订，通过向计算机输入被加工零件的几何信息（形状、尺寸等）和工艺信息（材料、热处理、批量等），由计算机自动输出零件的工艺路线和工序内容等工艺文件的技术。
3．国内船舶工业软件状况分析
船舶工业中使用的软件除上面所述的CAD/CAM、CAE、PDM等软件以外，还有诸如MES(制造执行系统)、SCM（供应链管理）等很多不同类型的软件，在船舶设计、生产、管理等领域中发挥着重要的作用。由于笔者的认识有限，不能面面俱到，论述当中也不免有不妥与局限之处，欢迎批评指正。以下对船舶工业软件应用状况做一个浅显的分析：
TRIBON软件作为国内船舶设计领域的经典软件。该软件的特点在于用计算机建立船舶的生产信息数据，通过在计算机建立一个实船模型，不仅完成绘制生产用图纸，还能进行各种生产数据的计算、管理和统计。这些生产信息用于指导船厂生产，实现设计与生产的统一。在一定时期内TRIBON软件的大量使用提高了我国的船舶设计水平，使我国的船舶工业与国际接轨，能够参与到国际竞争当中。但TRIBON软件存在初始化数据不能共享、数据库维护及管理不便、开发环境落后、拓扑关系
CAE目前使用难度仍然较大。由于有大量CAE软件的存在，并且各CAE软件均要求设计者有很好的专业背景，要想使用好特定的CAE软件，使用人员必须具备相关领域的专业知识。故CAE软件目前仍停留在少数专业人员的使用范畴内。
2.3 PDM软件
目前，国外发达造船国家大力推行PDM（产品数据管理）技术的开发应用，已将PDM技术成功地应用到大型船舶产品全生命周期管理（PLM）系统中，对设计、制造、服役、维护等信息进行一体化的科学管理。相比国外PDM系统的应用状况
(5)船舶设计数据是船厂的核心数据，而国外的三维设计软件对数据的定义格式各有不同，进行数据抽取时难度较大，这也是阻碍船厂信息化进程的一个重要因素。
对于船舶工业软件的这些问题，可以从以下几个方面做一些工作，使情况有所改善。
(1)CAX软件间的信息传递。以统一的应用接口协议(STEP)和中性文件，开发TRIBON、CADDS5等不同CAD软件之间的接口程序以及CAD软件与ABAQUS、Fluent等CAE软件间的接口程序，解决不同CAD软件之间以及与CAD软件与CAE软件之间模型信息不能交换的问题。
目前通用的CAE软件，都采用多种高效的数值计算方法，大量线性、非线性问题均有解决方案。在船舶结构计算方面，CAE技术主要应用于船舶结构的强度计算、刚度计算、稳定性计算、振动计算、抗冲击计算、噪声分析等多个领域。不同CAE软件常常在功能方面侧重点不一样，如MSC/NASTRAN和ANSYS在有限元线性力学领域十分成熟；ABAQUS软件则在有限元非线性接触、摩擦领域有特长；ANSYS/LSDYNA、MSC/DYTRAN由于采用显示动力学算法，强于冲击穿甲相关的计算；SYSNOISE则是声振分析专业工程软件，它拥有声场有限元、无限元、直接/间接边界元法等多种声学解决方案；AUTOSEA软件是基于统计能量分析方法的结构振动、声学计算软件；HYPERMESH强于网格划分，并是目前很适合于做结构力学优化设计的软件。
(1)船厂三维设计系统的开发虽取得了相当的成绩，但还没有很好地与生产工艺和生产管理有机地结合起来。
(2)船舶设计自顶向下的全过程集成尚未实现。
(3)协同设计还不成熟，没有很好的应用案例。
(4)由于国外的造船工艺与我国并不完全相同，国外的软件应用到我国造船行业时，往往需要进行大量的二次开发来适应国内的生产环境，此过程存在诸多不便，且耗费很多的工时与费用。
不能动态更新等技术问题，也使TRIBON在与其他软件进行数据交换和系统集成时，产生诸多不便。
未来的CAD/CAM软件将更多的向支持计算机集成制造系统(CIMS)和产品全生命周期管理(PLM)的方向发展。此外，并行工程、精益制造、成组技术等先进的现代制造理论也要求未来的船舶CAD/CAM软件不仅要有强大的并行协同三维建模能力；还要有强大的面向装配和加工的设计能力；拥有一定的计算机辅助工程（CAE）能力或与通用的CAE软件有良好的接口；并能够与产品数据管理（PDM）系统和ERP系统有效集成，使数据交换顺畅。
，我国船舶企业的产品数据管理（PDM）系统的应用尚处于探索阶段。
在船舶产品设计信息管理过程中，较多企业使用了协同设计的模式。由于PDM要从CAD设计软件中提取数据，故配置PDM系统时要注意和三维设计系统的兼容问题。而国内船舶领域应用较广的TRIBON软件数据开放性较差，不利于进行软件二次开发和生产数据的提取，因此国内大多数造船企业，特别是中小型造船企业的生产设计数据管理工作还停留在靠人工管理或者局部数字化管理的层面上。在国内只有几家大型造船厂已开始使用PDM系统，据调查目前已有6家企业实施了PDM，另有10家准备实施PDM。使用的系统包括PTC公司的Winchill、UG公司的Teanlcenter、北京艾克斯特公司的Xtpdm等。目前主要对船舶设计计划、流程、设计图文档和产品BOM等进行管理。
2.2 CAE软件
CAE（计算机辅助工程）是在有限元法、有限差分法、有限体积法等数学理论的基础上发展起来的数值模拟分析技术，越来越受到科技界和工程界的重视。由于采用有限元法的CAE软件是当前发展的主流，故这里只针对通用的有限元类软件进行介绍。在船舶工业中பைடு நூலகம்通用的有限元求解软件包括：ABAQUS、SYSNOISE、ANSYS、ANSYS/LSDYNA、AUTOSEA、MSC/NASTRAN、MSC/DYTRAN、HYPERMESH等。此外，由于船舶在水上工作的特点，也出现了一批专用的船舶流体力学分析软件。典型的包括FLUENT和SHIPFLOW软件等，其中前者的开发公司––FLUENT公司被公认为全球最大的计算流体力学软件供应商。
CAD/CAM软件在船舶行业的发展不像在汽车、航空等行业中的发展那么迅速，厂商那么众多，竞争那么激烈。国内主要造船CAD/CAM软件除了传统的Tribon、CADDS5、NAPA等几个知名软件系统外。近期，西班牙Sener公司的FORAN、法国达索公司的CATIA、美国intergraph公司的intelliship等软件也先后进入中国市场。虽然这些软件在性能上并不逊色，但由于造船设计软件的专业性过强，而且还要考虑系统兼容性及企业使用习惯等问题，因此目前设计的配置还是以TRIBON和CADDS5为主。国内的中小船厂因受投资限制，目前可选择的国内造船软件有沪东东欣软件公司的三维设计软件和上海船舶工艺研究所与上海船厂联合开发的SB3DS三维造船软件。
2.5 VR软件
为加强船舶设计开发中VR（虚拟现实）技术的应用，在产品的设计阶段充分考虑可装配性、可制造性、可维护性等问题，目前一些科研院所和船厂正在开展VR技术的试验和研究。虚拟现实系统在船厂的应用主要有：(1)虚拟模型；(2)虚拟制造；(3)辅助设计修改；(4)操作模拟和训练。所采用的系统主要包括Vega、ADAMS、Division、Delmia等。国内使用过和正在配置VR系统的主要单位有武昌造船厂、渤海重工有限公司、沪东中华造船集团公司和708研究所，长兴岛的信息化
4．结语
目前船厂的信息化建设正如火如荼的展开着，面临的一个重大问题是各个软件系统的集成，信息的共享和同步。明确各应用部门之间的信息交流方式、数据接口格式及内容是顺利实现跨接各种应用平台，实现信息互通的基础。船舶工业信息化全面改造的过程，也是船舶工业中各种软件的一次深刻变革。
因为船舶工业工艺复杂、涉及面广、多品种小批量等特点，因而，专门针对船舶建造CAPP研究的进展比较缓慢。目前所知的CAPP软件有韩国釜山大学的HYCAPP系统、日本三菱重工ACIM计划中的CAPP模块，国内的有北京艾克艾特公司的XTCAPP软件和武汉开目公司的KMCAPP软件等。目前国内虽有一些船舶企业在尝试CAPP软件在生产中的应用，但大部分船厂仍然是采用人工编制工艺文件。
2.4 ERP软件
ERP（企业资源计划）系统是为企业生产服务的，在造船企业其目的是把企业的人力资源、物资资源、财务资源、信息资源、生产计划等，在企业的生产经营过程中进行合理配置，使其高效地周转，以取得最佳经济效益。
ERP系统的应用和研究在国内外其他行业的发展十分迅速。但造船业由于具特有特殊性和复杂性，致使ERP在国内造船企业还没有得到广泛的应用。目前，德国IMG公司的生产计划管理软件、韩国的汉拿ERP系统、丹麦Logimatic公司的企业资源管理软件MARS，以及韩国大宇重工集团的ERP软件BES／MARINE都已进人中国船舶市场。国内的一些研究院所和公司（如沪东东欣软件公司、上海船舶工艺研究所等）也开发了一些针对于船舶的ERP软件。但国内实施并应用了ERP系统的船舶企业，大多数除在财务、人力资源、库存等单项管理方面局部应用外；在最核心和最复杂的管理领域如生产、成本管理和控制等方面，应用不够深入，多数船企还处在简单的人工管理状态；而对于ERP系统中的主生产计划、物料需求计划、能力需求计划等大部分模块国内船舶企业还没有涉足。使用起来的少数ERP系统模块之间，数据彼此独立、尚不能实现模块集成与内部数据共享。