基于SPD,的双体船分段生产设计协同

潘政中，阮芳菊，宋林芸

（广西中船北部湾船舶及海洋工程设计有限公司，南宁530029）

SPD（Ship Product Design）是我国自主研发的船舶工业软件。SPD 基于OpenGL 图形库，能满足船体结构、管系、电气、铁舾件、涂装等专业三维全数字化设计的需求，为产品制造提供完整的设计图表和数据。

常规双体船，是由两个平行且对称布置的片体以及在水线以上的连接桥组成。其典型横剖面结构，一般由连接桥结构、片体內舷结构、片体底部结构、片体外舷结构以及甲板结构等组成，与常规单体船典型横剖面结构差异较大。

基于SPD 的分段生产设计，是在SPD 系统中船体结构设计系统进行三维建模，通过二维出图平台和数据输出模块，为产品制造提供完整的设计图表和数据，目前广泛应用的是SPD 4.6 和SPD 5.0 版本。近年来国内在结构建模方面的研究取得了一些成果。

但以主要侧重于利用SPD 软件完成常规单体船分段结构设计，且侧重于设计人员独立完成一个分段生产设计图纸的设计流程。

双体船分段结构不同于常规单体船，存在外板曲线多值、零件数量多、设计周期短等特点，本文从缩短分段生产设计周期出发，基于SPD 软件，提出了一种多人同时协同进行分段生产设计的工作流程。

2.1 工作任务分解

在项目管理中，工作任务分解定义为工作分解结构 （WBS），它是项目团队为实现项目目标、创建交付成果而实施的全部工作范围的层级分解（见图1）。工作分解结构，归纳和定义了项目的整个工作范围，从项目目标开始分解，逐层下降，每下降一层,代表对项目工作更详细的定义，将项目涉及的全部工作任务组成一个层次化的树形结构。

图1 分解技术图示

工作分解结构的目的，是把工作分解成较小、易于管理、可执行的小任务。通过工作任务分解，可以把需要一个人串行处理的工作，转变成多人协同并行处理的多个小任务，其好处是能够缩短分段建模及出图的周期，且分段完成的进度条明确，每完成一个任务就是一个小里程碑，每完成一个层级结构就是一个大里程碑。

但是，把串行处理的工作转变成并行处理的多个任务带来的缺陷，就是整体的协调性有所欠缺。在实际工作流程中，主要通过两方面的措施来最大限度地降低整体协调性欠缺对施工图纸的协调性影响：一方面是基于SPD 系统的支撑，特别是分段、分段数据、图册、当前模型四者之间的联系；
另一方面也依赖于建模过程中的流程控制、协同人员之间的信息流对等和顺畅沟通。

2.2 基于SPD 系统的支撑

在使用相同的超级用户权限登录SPD 系统时，系统中分段、分段数据、图册、图册模型四者之间的联系，如图2 所示：（1）每一个图册对应一个当前图册模型。如果强制另一个图册对应当前模型，则原图册模型就自动失效；
（2）在图册中作操作改动，则当前图册模型就随之变动；
（3）保存图册至分段数据文件(***.HULL)，并以所定义的分段名进行保存；
在其他图册及，可以通过“刷新船体模型”命令对话框，从分段数据文件(***.HULL)刷新分段实体模型到图册中。这样，就保证了分段数据的统一，即使在不同的图册也可以达成对同一分段数据的统一。

图2 SPD 系统各平台要素之间联系

2.3 肋骨框快速建模方法

肋骨建模，在进行內舷肋骨与甲板横梁转圆过渡边界定义时，用外板曲面偏移所得曲线和甲板偏移曲线不能得到目标转圆定义；
常规的建模方法是使用ACAD 曲线定义边界，如此又产生了一项重复性的工作——每个肋骨框的类似边界都需要分别重新定义；
由于平面曲线依附于肋骨框定位面上，肋骨框定位面发生改变外板曲面的型线随之变化，但是ACAD 曲线是以船体绝对坐标系型值点进行定义，不会随着肋骨框定位面的改变发生改变。

外板曲面是由SPD 型线光顺模块光顺曲线后生成的曲面，这些光顺曲线是由许多型值点拟合连接而成的；
甲板曲面则是通过甲板定义命令，在肋骨框定位面中截取为圆弧线、直线或圆弧与直线的组合。假如外板曲面偏移所得曲线和甲板曲面偏移曲线不能得到目标转圆定义，这是因为SPD 不能自主选择外板曲面偏移所得曲线许多型值点中的某点进行转圆定义，而是引用端点作为转圆定义造成的；
如果把外板曲面偏移所得曲线的端点指定为许多型值点中的目标点，就可以避免使用ACAD 曲线定义边界，不必每个肋骨框的类似边界都需要分别重新定义。

首先定义一根名为CB1 的曲线， 定义为SHELL,M1=X，并分别选取CB1 曲线中间某型值点为起始点和终止点；
再定义另一根名为CB2 的曲线，进行分段定义：第一根线段为CUR=CB1，第二根线段为DECK=1D,M1= -Y，R=R1。如果第一根线段与第二根线段不相交，则需要在两根线段增加辅助线段，再用CB2 曲线去进行肋骨框结构边界的定义，可以得到边界目标转圆定义，且曲线CB1 和CB2 的定义可以使它们能随着肋骨框定位面的改变发生改变。

综上所述，肋骨框快速建模方法总结如下：借助已定义平面曲线的二次调用嵌套到新曲线定义中，再去定义肋骨框结构的边界。其中，曲线起始点和终止点，可以借助拓扑点进行变量定义，曲线的二次调用使用“平面曲线/样条曲线”命令。

2.4 工作流程

（1）双体船分段结构特点

某双体船的H1 分段结构1 是由外板、外板纵骨、片体中龙骨、甲板、甲板纵骨、肋骨框结构及连接肘板组成（见图3）。其纵向构件基本是贯穿过结构，肋骨框结构之间相互不干涉，故仅需建立一档肋骨框结构作为母型模板，就可进行其他肋骨框结构的复制。

图3 某双体船H1 分段典型横剖面

基于SPD 系统进行构件建模：片体中龙骨、肋骨框结构及扶强材连接肘板，主要使用平面建模和肘板命令建模；
外板、外板纵骨、甲板、甲板纵骨，使用曲面建模命令建模。曲面建模跨度大，涉及范围广，对设计人员要求高。

（2）分段工作任务分解

分段的工作分解结构WBS，如图4 所示。

图4 H1 分段的WBS

表1中，人员A为分段主负责人，其他为协同人员，这样的匹配方式对分段主负责人的要求较高。其不仅需要完成本身工作，更需要对分段任务的分解和协同人员的胜任等。

表1 人员与可执行任务的匹配

在工作流程顺序设计上，体现了在建模过程中为弥补可能存在的整体协调性不足进行的相关设置。如：人员A 负责涉及范围广的曲面建模和出图任务；
进行分段建模结果和图纸的校对；
进行整体协调性的把控；
进行典型肋骨框结构母型模板的建模，在肋骨框结构复制源头上统一相关肋骨框结构的相关节点；
前半段肋骨框结构及连接肘板建模和前半段肋骨框结构及详剖图这两个同区域任务，是同一个协同人员负责等。

（1）基于SPD 的双体船分段生产设计协同是可行的，且能有效缩短分段生产设计周期；

（2）相较于使用ACAD曲线进行肋骨框边界定义，使用快速建模方法建立肋骨框结构木星模板，方便进行肋骨框的复制建模，有效减少不必要的重复性工作，节省大量的建模时间；

（3）基于SPD 进行多人同时协同一个分段生产设计的理论依据充分，并总结出工作流程，具备在分段生产设计扩大推广并进一步改进的基础，有利于培养新设计人员和团队骨干人员。