探索舰船三维数字化设计的关键技术

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1 引言
　　自1990 年代中期以来，随着世界船舶市场的快速发展，船舶设计技术发生了重大变化，现代舰船设计技术随着市场的需要和数字技术及计算机技术的发展而发展起来。当前，以建立一体化的三维数字模型为核心，电子样船技术、虚拟仿真设计、并行协同设计等现代设计方法也已经越来越为设计者所接受。本文根据现代造船模式的要求，结合实际应用及与先进造船国家的比较，对舰船数字化设计中的关键技术、发展方向和对策作了初步的探索。
　　2 数字化舰船设计关键技术
　　2. 1 现代舰船设计技术
( e8 x) n9 c" U' M2 t6 W: ~　　现代设计是传统设计的深入、丰富和完善，也是传统设计适应新时代技术特征和新设计理念的全新设计方法。目前，现代舰船设计是在信息技术的支持下，以建立一体化的三维数字模型为核心，采用电子样船技术、并行设计、虚拟设计、数值仿真分析、精细设计、产品全寿命管理等现代舰船设计技术，建立舰船设计三维数字化产品模型的研制过程。该产品模型不仅包括设计信息，同时包括管理、建造、使用、维护等产品全寿命的信息。
　　2. 1. 1 信息技术对舰船设计的影响
　　信息技术是现代设计的主要特征，对舰船设计产生巨大影响，表现为以下几方面：
; w8 d, L; w  U) I4 j4 O+ J　　(1) 舰船设计手段的更新
　　计算机技术推动了设计手段从“手工”向“自动”的转变。传统设计以图板、直尺、铅笔等作为工具，效率低、工作强度大。CAX技术的出现和发展，使得“无纸设计”和协同仿真分析已作为现代设计的主流，显著提高了设计效率。当前，又开始新一轮的更新换代，即向三维数字化、智能化、虚拟设计技术的更新。
　　(2) 舰船产品表示方法的改变
　　计算机技术推动了舰船产品表示方法从“二维”向“三维”的转变。传统舰船设计利用投影原理和船舶制图表示产品结构，这种二维表示的产品设计，数据简单，信息含量少，缺乏关联性，不便于产品的进一步分析和制造。随着CAD 技术的发展，三维“产品模型”越来越得到广泛应用。它不仅包括反映产品形状和尺寸的几何信息，还可包括分析、加工、材料、特性等数据，从而可直接用于制造和决策管理。
; M* n7 S8 K; Q+ q　　(3) 舰船设计方法的发展
+ r4 D' D& E  _: ~, q' f+ m) r' p　　高性能的计算机技术，促进了一些新设计方法的出现。如：工程分析、优化、虚拟仿真等都涉及大量复杂计算，只有计算机技术的发展才能推动这些方法的进步和应用。新的设计方法如并行协同设计、虚拟设计、协同数值仿真、价值工程、绿色设计等现代舰船设计方法也正在发展和推广应用之中。
　　(4) 工作方式的变化
6 w9 g% |; z  I* \2 j, j　　传统设计过程采用串行方式进行，设计任务按时序从一个环节传入下一环节，即从概念设计→报价设计→合同设计→基本设计→详细设计→生产设计→...这一垂直、串联的过程。随着CAX 技术、数据库技术和网络技术的发展，并行协同设计正得到广泛应用。它要求各相关机构和各设计小组异地、同时、并行地参与设计，并最大限度地交流信息，以缩短设计周期及有助于将各种新思想、新技术、新方法融入到舰船的产品设计中。
5 U4 c+ {2 C; Y' X; g: h$ S% O　　(5) 舰船设计与制造信息一体化
　　前期在研究院所设计的舰船产品数字模型，可直接进入造船厂的生产设计和管理系统，进行计划、工艺规划和NC 编程，进而加工代码可直接传入NC机床、加工中心进行加工。产品数字模型加强了设计与制造两个环节的连接，提高了舰船产品开发的效率。
3 h8 W% @( n' @+ o+ C　　(6) 设计管理水平的提高
　　舰船产品设计是一个复杂的系统工程，设计过程中涉及大量设计数据和设计行为的管理。数据库技术的发展改变了传统的手工管理模式，各种MIS、PDM 系统的广泛应用大大提高了舰船设计的科学管理水平，保证了设计过程的高效、协同和安全。
　　(7) 组织模式的开放
+ r$ h2 B! W* b$ a　　网络技术的发展加快了数据通信速度，缩短了设计院所与船东及制造厂之间的距离。传统的局限于设计院所内部的封闭设计正在变为不受相关约束的、多方共同参与的、异地协同设计的现代造船模式。为完成一种设计任务形成的虚拟企业或动态联盟将实现优势互补和资源共享，极大地提高设计效率和水平。

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