船体结构设计更改流程研究

摘要：简要介绍船体二维改图流程，以及基于3DE平台的CATIA软件的船体三维设计流程，明确传统的二维改图单已不再适用三维出图模式下的改图要求。通过介绍船体三维模式下三维设计及模型修改的流程，并对三维模式下改图单模式进行研究，得出一套满足现场施工的三维改图单流程。

关键词：二维改图单；CATIA；三维设计模式；三维改图单

三维设计模式有着表述直观、场景反应真实、多角度旋转可视化程度高等特点，目前广泛用于航空航天、汽车制造、建筑、电力与电子、通用机械制造等领域。近几年，在船舶领域也得到了快速的发展，其中，三维设计软件中比较有代表性的是法国达索（DassaultSystem）公司3DE平台下的CATIA软件，对于该软件的船舶设计模块来说，具有快速参数化的设计，服务船舶全生命周期的流程，以及生产信息通过MBD（三维中间产品）无纸化下车间等特点。船舶产品在设计建造过程中，由于设计状态改变、船东要求变化等原因不可避免的将进行设计更改。二维设计模式与三维设计模式之间在设计理念和设计方式存在着本质上的不同，传统的二维设计模式下船体结构设计及设计更改的流程，已不再适用于三维设计新模式。文中结合我公司近几年基于3DE平台下开展的三维设计工作实例和应用过程中积累的经验，针对CATIA三维设计模式下的船体结构设计更改流程进行简要研究及介绍。

一、传统二维设计更改流程

在传统的二维设计流程中，对于船体结构专业来说一般按如下流程进行：首先，由于内外部输入条件的变化，比如说设计更改或优化、其他专业的协作单要求更改、总体所或是设计院的设计修改等原因，引起了结构的更改；然后，根据修改的内容，在SPD、TRIBON等设计软件中进行模型的修改；接下来，修改完成后，开始相关图纸的修改，并将修改内容进行标记，最终将标记内容输出到改图单中，并加以描述，形成了一份改单图；同时，对涉及到材料修改的内容，在模型修改完成后，还需要进行加工资料的修改工作，完成后将部分或是整套加工资料随完成的改图单一起下发车间。归纳下来，传统的二维设计更改流程如图1所示。可以看出，二维设计改图主要是在模型修改完成后，通过改图单的形式对二维图纸进行相关标记以及修改。而与传统的纸质改图单不同，由于在CATIA三维设计的模式下，通过MBD三维模型下发车间，因此CATIA软件的改图流程与传统的二维改图单流程会有较大的不同。

二、三维设计流程

CATIA软件的三维结构设计过程与传统二维软件最大的不同点除了全三维的输入界面以外，主要在于需要进行SFD（StructureFunctionDesign，结构基础设计模块）建模及SDD（StructureDetailDesign，结构细节设计）建模两步操作，首先通过SFD进行快速建模，生成的不带厚度的面片结构，再通过结构转模生成带厚度的实体结构后，在SDD中进行精细化的设计，模型完成后添加零件编码、形成组立树，再开始三维标注，最终出图并完成相关工艺模型后下发现场。三维设计流程如图2所示。

三、三维改图模式研究

在CATIA三维交付物（如三维作业指导模型文件及工艺信息）等相关信息正式下发车间后，由于内、外部输入条件的修改，如设计更改或优化、协作单、总体所设计修改、设计优化等各方面的原因，会造成之前下发的资料需要更新，如何用简单有效的流程完成修改的过程，是接下来讨论的主要内容。1．三维模型修改流程首先，需要进行三维模型的修改，流程如下：（1）进行结构模型的修改，涉及SFD及SDD的修改，在完成SFD以及SDD结构模型的修改后，重新分板，计算重量，对新增的零件以及部分修改较大的零件进行重新编号。模型修改完成后，开始校对工作，若无问题，开始进行下一步工序的操作，若有问题，继续回到模型的修改工作，直到修改完成。（2）更新修改部分对应的三维指导模型中的三维标注，并更新对应的装配流程，目前装配流程是在SDD中完成三维标注模型后，输出3DXML模型到CATIAComposer软件（达索公司基于现有三维数据，创建和更新产品交付成果的3D设计软件）中进行更新，最终完成更新后的三维作业指导。此部分完成后开始三维作业指导的校对工作，校对通过后开始下一步工作。（3）在三维作业指导更新工作完成后，就可以开始进行STG（工艺模型）的更改工作，通过重新计算焊接，更新零件尺寸，增加工艺信息等操作，完成STG模型的修改，完成后进行校对工作。特别注意STG模型零件及工艺信息直接影响加工的正确性，需要把控模型质量，确保加工信息、数据的正确传递。以上为模型修改的主要流程，而为了将修改内容精简并有效的传递到现场，则需以船体三维改图单的方式进行呈现了。2．三维改图单研究传统的二维改图单可以在需要修改更新的二维图纸中标记修改的内容，现场可通过打印的纸张进行直观的查看，而三维设计是使用MBD三维模型以电子文件的形式下发现场，并使用专用PAD查看三维立体模型的形式指导现场的施工，因此，需要将修改的内容通过简洁有效的手段精准的传递给现场，并且方便使用专用PAD查看相关的修改内容。在三维修改初期，也曾想尝试使用修改云线等进行修改标注，但发现立体图中标记云线不便，并且容易出现旋转后标注变形等情况，表达不够清楚，通过比较，最终选取了使用不同颜色在模型中进行修改标注的方法。经过多个版本的更新及研讨，目前我公司使用的船体三维改图单编制流程如下：（1）首先梳理改图的主要原因，根据引起修改的原因，勾选设计修改（A）类（A1-A7）或配合修改（B）类（B1-B9）。（2）描述修改内容。首先，列出输入内容，如改图单号、协作单号、传真号以及其它的修改原因等。再依据模型修改内容列出删除、新增、修改的零件件号及对应的三维作业指导模型（修改版）页码，并根据外部输入列出相应的修改原因，以便后期查找。（3）根据修改模型（在CATIA完成修改），输出至Composer制作现场使用的修改模型。为方便现场查看，改图单附页视图1为分段总览（如图3所示）。修改模型将没有改动部分设置为黑白色模型，再按照三种不同的颜色标记修改模型，其中，红色表示删除零件（如图4所示），绿色表示新增零件，黄色表示修改零件（如图5所示）。对于新增部件标注位置信息（所有零件在三维作业指导模型都已经改好更新，此处单独标出为方便现场分段或船台坞修改查找）。并单独输出修改模型（3DPDF）为改图单附页。（4）根据上述修改内容，将修改的对应页次列在封面中对应每一项修改内容的后方。（5）完成后，对改图单内容进行核对校验，无问题后，将改图单以及更新的三维作业指导模型录入系统并按要求发放各部门。（6）完成对应STG模型修改，并将必要的加工资料更新下发现场。归纳下来，三维设计更改流程如图3所示。最终，按照本流程，现场根据三维改图单使用专用PAD进行修改的照片如图7所示。

四、结束语

基于3DE平台的CATIA软件作为国内船舶行业新运用的三维设计软件，以其可视直观的界面及MBD三维模型下车间的流程，使得修改相比以往的二维出图模式修改有较大的不同，针对CATIA软件的特点，建立的适用于该软件的改图单及相应的改图模式如上述所示，在该模式下，以三维的展示，以及颜色区分，方便现场查看修改的内容，最终保证精准的传递修改内容。通过对船体三维改图单模式的研究，形成一种适用于三维设计模式的改图模式，为完善三维设计的流程打下坚实的基础。

参考文献

[1]卢永进，林锐.CATIAV6船舶三维设计实例[M].哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2016.

[2]高长银.CATIAV5R21基础教程：机械实例版[M].北京：化学工业出版社，2018.

[3]卢永进，宋一淇，吴盛.CATIAV6船舶三维设计关键技术研究[C].2017年数字化造船学术交流会讨论文集，2017.

作者：张全钢 奚健 张韶华 单位：沪东中华造船