（轮机工程专业论文）船舶机舱送审设计系统数据库开发.pdf

明 师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了谢意。 签名：鎏筮日期：趋! 至堑丑! 星国： 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印，缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务o ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：阳粕导师( 签名) ：蒯日期：刈j 车芏f 习f ? 憎 ， 位论文 船舶机舱送审设计是船舶设计与建造的必经阶段，是船舶总体设计中的一 个重要内容，船舶设计的快速发展促使船舶辅助设计技术达到高度的集成化、 数字化、智能化、自动化。传统的方法是通过设计人员一部分使用c a d ( c o m p u t e r a i d e dd e s i g n ) 系统，较大部分通过人工反复设计、逐步改进，使得整个设计过 程计过程繁琐冗长，自动化程度低，设计人员对于机舱各个系统管系图的修改 和调用还在使用软件交互式精确定位，因此寻求新的设计方法和手段已经是非 常紧迫的。c a d c a m 软件的推广，替代了费时费力的人工劳动，对于减轻绘图 工作量、加快产品更新换代、和新型船舶开发，都有着重要的意义。 目前的主要送审工作是通过购买国外的昂贵软件来进行的，船舶企业的成 本就会高居不下，而且这些软件依据的船舶规范和标准各不相同，那么在c a d 二次开发技术的基础和我国实际情况上来建立船舶机舱送审设计软件，来提高 船舶送审设计的质量和效率，是十分有必要的。本文针对了当前船舶机舱送审 设计薄弱的现状，基于a u t o c a da c t i v e x 和批处理技术，用v b6 0 作为前端开 发工具以及s q l 2 0 0 0s e r v o r 作为后台管理数据库，结合我国轮机送审设计规范， 开发了船舶机舱送审设计软件，为寻求新的设计方法和探索自动化程度更高的 送审设计系统奠定了技术基础。 本文通过分析船舶机舱系统设计的特点，结合国内外研究现状，进行了船 舶机舱送审设计系统集成数据库的开发，建立了机舱各个系统数据库，机舱送 审系统主要可以完成轮机设备计算与选型、船舶轮机送审图纸自动输出和批处 理修改、计算书自动输出和打印等功能。本论文所讨论的船舶机舱送审设计系 统以及各个系统图纸、模型计算为后续的船舶整体设计提供了而准确的前期准 备，从而减少了重复性劳动，提高工作效率和质量，较大限度地发挥计算机的 综合效能，也为后续研究提供了一定的参考价值。 关键词：船舶送审、数据库、计算机辅助设计、机舱系统 武汉理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ea p p r o v a ld e s i g no fs h i pe n g i n er o o mi si n e v i t a b l ei nt h es h i pd e s i g na n d c o n s t r u c t i o ns t a g e , a n di t i sq u i t ei m p o r t a n ti ns h i po v e r a l ld e s i g n t h e r e f o r e ，t h e i n t e g r a t i o n , d i g i t a l i z a t i o n , i n t e l l i g e n t i z a t i o na n da u t o m a t i o ns h o u l db ea c h i e v e di nt h e w o r ko fm a r i n e a u x i l i a r yd e s i g nt e c h n i q u e s i n t h ec o n v e n t i o n a l m e t h o d s ， c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) s y s t e mi sp a r t i a l l yu s e db yd e s i g n e r s ，t h em a i n d e s i g n i n gw o r ki sd o n eb ya r t i f i c i a lr e p e a t e d l yd e s i g n sa n dg r a d u a l l yi m p r o v e m e n t s ， w h i c hm a k e st h et i m eo ft h ew h o l ed e s i g np r o c e s sl o n g e r , a n dt h ee x t e n to f a u t o m a t i o nl o w e r a c c u r a t ep o s i t i o n i n go fs o f t w a r ei n t e r a c t i v ei sv e r yi m p o r t a n tf o r r e p a i r i n ga n dc a l l i n go fa l lp i p i n gs y s t e m si ne n g i n er o o m , s oi ti su r g e n tf o ru st o s e e ka f t e rt h en e wd e s i g nm e t h o d sa n dm e a n s t h ep r o m o t i o no fc a d c a ms o f t w a r e h a sr e p l a c e dt h et i m e - c o n s u m i n gl a b o r i tp l a y sa ni m p o r t a n tp a r ti nr e d u c i n gg r a p h i c s w o r k l o a d ，a c c e l e r a t i n gt h er e n e w a lo fp r o d u c t sa n dd e v e l o p i n gt h en e ws h i p a tp r e s e n t , t h em a i na p p r o v a lj o bi sf i n i s h e db yf o r e i g ne x p e n s i v es o f t w a r es o t h a tt h es h i p b u i l d i n ge n t e r p r i s e sc o s tw i l lb et o o h i g h ；f u r t h e r m o r es h i p p i n gs t a n d a r d s f o rt h es o f t w a r ea l ed i f f e r e n t t h e r e f o r ei ti se s s e n t i a lt h a tt h ea p p r o v a ld e s i g n s o f t w a r eo fs h i pe n g i n er o o ms h o u l db ee s t a b l i s h e da c c o r d i n gt ot e c h n o l o g y f o u n d a t i o no fc a d s e c o n d a r yd e v e l o p m e n ta n dt h ea c t u a ls i t u a t i o n i no u rc o u n t r yf o r i m p r o v i n gq 啪1 i t ) ra n de f f e c t i v e n e s so ft h ea p p r o v a ld e s i g na c c o r d i n gt ot h e w e a k n e s s o ft h ec u r r e n ta p p r o v a ld e s i g no fs h i pe n g i n er o o m , a u t o c a da c t i v e xa n d b a t c hp r o c e s s i n g , a n dt h em a r i n ea p p r o v a ld e s i g nr e g u l a t i o n , t h ea p p r o v a ld e s i g n s o r w a l eo fs h i pe n g i n er o o mi sd e v e l o p e db yu s i n gf r o n t - e n dd e v e l o p m e n tt o o l sv b 6 0a n db a c k g r o u n dm a n a g e m e n td a t a b a s es q l2 0 0 0 ，w h i c hs e t t l e st e c h n o l o g i c a l b a s i s f o rs e e k i n gf o rn e wd e s i g nm e t h o da n de x p l o r i n gm o r ea u t o m a t e da p p r o v a l d e s i g ns y s t e m i nt h i sp a p e r , t h ei n t e g r a t e dd a t a b a s ed e v e l o p m e n tf o rt h ea p p r o v a ld e s i g n s y s t e mo fs h i pe n g i n er o o mi sc a r r i e do u t ，a n dt h ed a t a b a s eo fa l ls y s t e m si ne n g i n e r o o ma l ee s t a b l i s h e db ya n a l y z i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so fs h i pe n g i n er o o ms y s t e m d e s i g na n dp r e s e n tr e s e a r c hs i t u a t i o na r o u n dt h ew o r l d t h ef u n c t i o n so fe n g i n er o o m 武汉理工大学硕士学位论文 a p p r o v a ls y s t e ma r et h a tc a l c u l a t i o na n dc h o o s eo fe q u i p m e n t sc a nb ef i n i s h e d ， a p p r o v a ld r a w i n gc a l lb eo u t p u ta u t o m a t i c a l l ya n dm o d i f i e di nc o n d i t i o no fb a t c h p r o c e s s i n g , a n dc a l c u l a t i o ns h e e t sc a nb eo u t p u ta u t o m a t i c a l l ya n dp r i n t e d ，e t c i nt h i s p a p e r , t h ea p p r o v a ld e s i g ns y s t e mo fs h i pe n g i n er o o m ，d r a w i n g so fa l ls y s t l 。i ：i i sa n d m o d e l i n gc a l c u l a t i o np r o v i d ea d v a n c e dp r e p a r a t i o n sf o rt h es u b s e q u e n to v e r a l ld e s i g n , t h e r e b yt h er e p e a t a b i l i t yl a b o ri sm u c hr e d u c e d ，w o r k i n ge f f i c i e n c ya n dq u a l i t ya l e m u c hi m p r o v e d ，t h es y n t h e t i cp e r f o r m a n c e sf o rc o m p u t e ra l em u c hd e v e l o p e d , a n d a l s oi to f f e r sc e r t a i nr e f e r e n c ev a l u ef o rf o l l o w - u ps t u d y k e y w o r d s ：m a r i n ea p p r o v a l ，d a t a b a s e , c o m p u t e ra i d e dd e s i g n , e n g i n er o o m s y s t e m 硕士学位论文 录 第l 章绪论l 1 1 选题背景及研究意义1 1 1 1 选题背景介绍1 1 1 2 研究目的及意义2 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 船舶工业发展现状。2 1 2 2 船舶设计软件发展现状。4 1 2 3 我国船舶送审设计发展现状6 1 3 本文结构8 第2 章船舶设计技术与规范要求9 2 1 船舶设计技术9 2 1 1 船舶设计模式介绍9 2 1 2 船舶送审设计介绍：o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o 0 0 1 2 2 1 3 船舶c a d 系统发展和应用。l3 2 2 船舶机舱设计主要设备规范要求及公式：1 4 2 2 1 船舶设计检验和审核机构1 4 2 2 2 船舶机舱送审设计中的主要公式及要求1 4 2 3 本章小结2 0 第3 章船舶机舱系统送审软件方案实现2 2 3 1 总体设计思路和方案2 2 3 1 1 总体思路介绍2 2 3 1 2 总体设计方案2 3 3 1 3 机舱系统具体计算实例2 3 3 1 4 系统开发工具的选择2 5 3 2 软件设计思路。2 6 3 3 本章小结2 7 第4 章船舶机舱系统数据库应用及开发。2 8 4 1 数据库系统2 8 武汉理工大学硕士学位论文 4 1 1s q l 数据库特点2 8 4 1 2s q l 数据库在v b 中的存储调用过程3 1 4 1 3s q l 数据库管材数据存储3 2 4 1 4s q l 数据库设计优化：3 4 4 1 5s q l 数据库数据类型3 5 4 1 6 创建s q ls e r v e r 数据源3 5 4 2 数据库系统设计过程3 6 4 2 1 数据库设计结构3 6 4 2 2 用户登录界面3 7 4 3 关键代码实现3 8 4 4 本章小结4 3 第5 章船舶机舱系统图纸、计算书生成及系统实施4 4 5 1 机舱图纸生成及批处理4 4 5 1 1 机舱系统图纸设计与调用生成4 4 5 1 2 图纸批处理4 7 5 1 3 模块化生成4 8 5 2 计算书生成和文件管理、合并4 8 5 2 1 计算书自动生成4 8 5 2 2 文件管理与合并5 0 5 3 船舶机舱送审设计系统的实施与特点5 0 5 4 本章小结5 3 第6 章结论与展望5 5 6 1 结论。5 5 6 2 创新点5 5 6 3 展望。5 6 参考文献5 7 蜀e 谢6 0 攻读硕士期间参加的科研项目与发表的论文6 l v 武汉理工大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 选题背景及研究意义 1 1 1 选题背景介绍 近些年来，世界造船中心正从欧美国家向亚洲国家转移，我国船舶行业正在 面i 临良好的发展机遇和巨大的挑战。在这一大环境下，依靠我国完善的工业基 础和强大的综合国力以及政府的大力扶植，我国的船舶工业飞速发展，并且已 经具有了非常成熟的国际市场竞争经验，成为了世界造船大国【1 1 。但我国的船舶 工业现在存在着“大而不强”的种种问趔2 1 ，主要包括：船舶行业产品技术含量不 高、主动创新能力较弱和附加值较低等。为使我国的船舶行业向更高的目标而 迈进，我国必须充分利用现代船舶产品研发技术，提升船舶产品科技研发和建 造的技术水准，大力增加产品附加值，提高劳动效率和整个行业的竞争力【3 4 1 。 伴随着计算机技术的发展，船舶设计正向数字化方向大步迈进，从前很多生 产设计任务是通过手工来完成的，而如今大量设计工作使用计算机来完成，不 仅提高了生产率，而且降低了错误率，缩短了生产时间【5 捌。 现代化的管理水平，是造船强国的又一特征。最突出的特点就是把造船作为 一个系统工程，并通过科学的方法，在时间和空间上，对企业各种生产要素实 现最佳配置和优化，来达到消耗少、速度快、高质量地建造船舶的目的，从而 提高企业的竞争力【m 】。面对目前能源日益枯竭的现实，中国的船舶企业需要在 实现高产、高效、低耗、绿色、安全造修船等各个方面都有所突破，然而传统 造船模式已经在众多船厂中沿用了4 0 多年，成为了一套固定的企业管理模式。 目前的这种管理模式，严重地制约着中国船舶工业的发展。因此以信息化推动 工业化的发展已成为提升我国传统制造业的一项重大战略决策。信息化是现代 化的核心，造船企业信息化更是提高造船生产效率的重要途径【9 - l l 】。随着计算机 技术的高度发展，船舶设计和实际制造过程结合越来越紧密，船舶设计呈现集 成化、面向制造、灵活的新特点【1 2 以引。基于多媒体计算机系统和通信网络的数 字化制造技术的发展为现代制造系统的并行作业、分布式运行、虚拟协作、远 程操作与监控等提供了可靠的保证，数字化制造技术将成为制造业的主导制造 手段【l 5 1 ，用数字化来管理造船的信息一体化综合管理系统只是数字化造船的 武汉理工大学硕士学位论文 逐步进入数字化制造时代是发展的大趋势1 6 1 。 通过对船舶机舱送审系统的分析，利用v b a ( v i s u a lb a s i cf o r a p p l i c a t i o n s ) 和a u t o c a d 对其进行二次开发，完成适合该系列船舶轮机送审 设计中图纸和计算书管理的v i s u a lb a s i c 应用软件系统中集成数据库的开发。 课题研究的意义：根据船舶入级与建造规范进行船舶结构设计时，规范要 求条目繁琐，计算量庞杂，结构计算说明书也需要进行整理。为此，利用v i s u a l b a s i c 与数据库技术，结合w o r d 、a u t o c a d 的v b a 功能，编制船舶规范法设 计软件系统【1 7 l 。该系统不仅可以提高船舶设计和审图部门的工作效率，还可以 提高船舶设计质量，降低船舶设计劳动量，减少使用规范过程中的人为差错， 提高对规范的理解和使用的正确性，加快新型船舶研制开发、加速产品更新换 代，提高造船企业适应及参与国际竞争的能力。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 船舶工业发展现状 我国船舶工业克服了全球金融危机的困难，继续保持快速发展。造船完工量、 新接订单量实现大幅增长，主要经济指标保持两位数增长【1 8 l ，如下表1 1 所示。 表1 - 1 我国造船业的三大指标 造船完工量新承接订单量 指标 2 0 1 0 年2 0 0 9 年同比2 0 l o 年2 0 0 9 年同比 累计累计 增长 累计 累计增长 万载重吨万载重吨万载重吨万载重吨 l 2 月9 1 83 4 21 6 85 7 26 67 6 7 l 3 月 1 4 5 76 3 61 2 88 2 67 99 4 6 1 4 月1 8 6 09 5 49 51 2 7 7 9 91 1 9 0 l 5 月 2 3 6 51 2 1 69 41 9 “1 1 81 5 6 4 l “月2 9 6 31 5 8 78 72 3 7 85 8 8 3 0 4 l 7 月 3 5 2 01 8 7 88 73 3 3 27 8 73 2 3 l 8 月 4 0 3 72 3 3 87 34 4 5 11 0 9 83 0 5 l 棚月 4 5 8 22 7 7 86 55 0 7 11 6 9 22 0 0 l 1 0 月 5 0 8 0 3 2 0 8 5 85 4 6 21 9 1 l1 8 5 2 武汉理工大学硕士学位论文 总体经济运行情况良好。虽然我国造船企业的制造设备、工厂条件与国际先 进水平差距并不大，但信息化技术和管理水平依然有较大差距，导致生产效率 相对低下。具体表现为： ( 1 ) 造船企业间的竞争更趋激烈，全球造船格局面临新一轮调整。对于造 船企业而言，最大的压力在于产能过剩，未来十年造船市场会处于激烈竞争状 态。 ( 2 ) 国际造船规范和新的节能减排标准升级带来的风险。国际机构近年来 制定了一系列技规范和节能减排指标将对我国船舶工业产生较大影响。影响表 现在两个方面：一方面是我国船舶行业的设计能力、工艺条件、管理水平能否 尽快适应新规范、新标准的要求【1 9 1 ，这些都给我国船舶工业带来了新的挑战。 另一方面是近期出台的新规范新标准必然导致成本的增加，那么这就给众多的 造船企业带来了成本的压力。 ( 3 ) 人力资源紧缺带来的风险。近年来随着我国造船规模的迅速扩大和新 兴造船业的不断涌入，对人力资源的需求日趋迫切。船舶设计、管理、生产等 关键人才均出现短缺，同时，船舶工业的发展也面临着不少机遇。比如经济的 全球化、世界造船业向中国的转移以及我国对船舶工业发展的大力支持，这都 为中国的船舶工业提供了非常良好的发展机遇。 ( 4 ) 我国船舶工业努力应用新技术，已经取得了阶段性成果，在提高造船 制造生产率、缩短造船周期方面等方面都发挥了较好作用 2 0 l 。但就造船的总体 技术而言，我国与造船技术比较先进的国家差距仍然很大。 总的来说，从国际造船行业的竞争格局来看，世界造船业加速向中国转移的 大趋势依然没有改变。我国劳动力成本优势较发达国家仍比较明显，随着我国 生产效率的不断提高，与日韩相比，整体的成本优势在较长时期内仍然存在。 中国的造船业有着巨大国内市场，我国工业基础和科技自主创新能力不断增强， 造船业技术创新能力同样也在快速提升。为了向更高的目标迈进，我国船舶工 业必须充分利用现代产品研发技术，提升产品的科技附加值，提高船舶行业的 产品研发能力和建造的技术水平，完善船舶设计技术和降低产品能耗。随着计 算机软、硬件技术日新月异的飞速发展，船舶数据库技术也不断完善和更新， 大大提高了船舶设计的质量，缩短了设计周期。把设计工作推向自动化和智能 化已逐渐形成一个极有研究意义的课题【2 l 铡。 3 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 2 船舶设计软件发展现状 当前的船舶工业设计软件发展由于市场的紧张，许多船舶企业客户纷纷开 发自己的软件，特别是平台型软件持续不断的升级，不断给客户造成新的经济 压力，而新增加的通用功能大多没有专用价值，使很多人热衷于“量身定做”的船 舶软件。 制造业中，对a u t o c a d 软件的使用大致分为直接使用和二次开发两种方式。 当在a u t o c a d 软件本身所提供的功能能够满足行业的设计需求时，大多采用直 接使用的方式。a u t o c a d 在某些具体情况下功能满足不了行业的要求，这时需 借助a u t o c a d 的开发接e l - - 次开发来使用 2 4 - 2 5 。 结合当前计算机技术向造船行业的渗透带来的影响和我国当前船舶设计建 造方面存在的共性问题，那么可以了解到船舶设计及建造软件技术的发展趋势。 这其中国内已开发的相关软件主要有：基于a c c e s s 数据库的船舶动力装置故障 诊断专家系统【2 刀，基于v b 和a c c e s s 软件技术的船舶振动评价系统【2 8 】，华中 科技大学开发的基于o r a c l e 数据库的船舶油漆涂装设计系统等船舶数据库系统 【冽。大连理工大学纪卓尚教授主持研制开发的船舶设计咨询专家系统 d e c e s 0 0 ，该系统具有计算方法咨询、存储及查阅资料、设计参数运算、设计 要求及结果检验等多种功能，从而使设计周期缩短，达到设计完全自动化。另 外通过v b 编程语言和a c c e s s 数据库开发的船体振动评价系统可直接输出三 轴诺模图和振动评价报告，各测点振动评价的表格、诺模图的查询，具有可靠 性和效率均较高的特点研弓2 】。这些都是针对船舶设计及建造软件技术的新的尝 试和探索。 在这些探索中船舶规范化设计软件系统对于设计人员的具体工作是尤其有 帮助和节省人力的，因为船舶规范要求条目繁琐，计算量庞杂，计算说明书和 图纸也需要较多的人力来进行整理，而通过该系统操作简单和实用性强的软件 界面，可以明显提高设计人员的效率。 目前，国际上比较流行的船舶设计软件主要有以下几种： 1 t r i b o n t r i b o n 系统是一款集船舶辅助设计和建造的各个过程于一体的综合软件系 统，t r i b o n 有着较好的软件集成制造系统的功能【3 3 1 。通过应用统一的船舶数字 模型，能够实现在船舶设计的各个阶段各专业之间的信息共享，因此可以通过 网络来实现并行设计，降低各个设计领域间的协调成本，从而减少设计和制造 4 武汉理工大学硕士学位论文 中的工作修改量，不仅能够提高船舶设计质量，还可以缩短设计周期和提高设 计效率。该系统提供了产品模型数据库和信息交换平台，可以储存整艘船的设计 和建造方案，并通过外部产品数据管理系统进行信息交换，使参与同一项目设 计建造的所有人员实现信息共享。该软件具有许多其他系统所不具备的优点。 t r i b o n 推出的新版本较过去添加了很多新的功能，如在设备选择、合同设计等方 面的功能对我国的用户来说，该软件存在的缺点有：数据开放性不够，数据库 系统自成一套与常用的数据库缺少接口等。 2 f o r a n f o r a n 是世界上应用非常广泛的3 d 造船软件，使用f o 黜蝌可以使设计 人员在较短时间内迅速完成结构初步设计和重量、成本计算，并生成可供送审 的技术文件和图样，还可以根据实际需要生成结构有限元计算所需的网格模型。 f o r a n 覆盖了造船领域中的所有专业，其中包括：总体设计、船体结构、管路 及h v a c 、设备、舾装、电气、住舱设计等；同时，f o r a n 可以满足初始设计、 送审设计以及详细生产设计的全部需求。f o r a n 都是赖以降低成本、提高生产 效率的主要工具。f o r a n 可以应用在各种船型的设计建造，并且不受船舶尺寸 的限制，同时还可以根据不同用户的特定需求进行客户化定制。f o r a n 的“实 时漫游检查功能”可以使设计师随时对设计情况进行模拟仿真并作出相应的修 改。目前在进行软件开发和应用的同时，仍然承接船舶设计项目。近些年来， f o r a n 更是非常快的速度在全球广泛推广【3 4 1 。 3 c a d d s c a d d s 是在船舶、航空、航天行业应用的产品，各个知名企业集团大约 数千个客户已经成功地通过这套软件解决各自的应用方案。c a d d s 在世界造船 行业中占得比例大约为1 5 ，c a d d s 软件是通过模块化来进行船舶辅助设计， 模块包括：管系、电力、船体结构、空调等，其中管系模块提供了包括3 d 管系 布置在内的设计和制造的各种工具，电力系统模块则支持船舶电气系统结构和 开发的功能，可以完成布线示意图、3 d 布线、电缆通道的支撑结构等，空调通 风模块支持大型h v a c 系统及结构示意的功能，因此在国内船厂可以通过使用 n a p a 来进行详细的设计，t r i b o n 来作为生产设计，使用c a d d s 来与其它软件 很好的相互沟通，当前，该软件已在我国各大船厂和设计院使用。 4 s a f e h u l le x p r e s s s a f e h u l le x p r e s s 软件是由n a p a 公司与美国船级社依据a b s 规范共同开发 出，该软件主要应用于设计与检验船体结构，而软件的电子功能通过n a p a 公司 5 武汉理工大学硕士学位论文 的技术得以实现。软件也将非常完整的船舶结构强度分析与船厂的生产过程有 机地结合在一起，软件将单一的3 d 船型融合到设计、生产、检验等各个环节， 使得初步设计到生产过程真正实现一步到位。在软件中将n a p a 的结构设计功能、 a b s 规范和有限元分析集成在一起，在一个操作平台上，实现了各个功能的平 稳切换，设计周期明显地缩短了。 这种软件的特点在于：可在设计的最初阶段，可以通过建立三维模型来缩 短设计周期；更可以简便地使用模板，可创建主要结构件的几何形状和尺寸， 自动生成三维模型；不需任何人工输入，并可将生成的三维结构模型转化为有 限元分析模型；可在很短时间内建成大型有限元模型；可以帮助设计师完成满 足规范的设计。 5 c a t i a c a t i a 的产品开发商法国达索公司成立于1 9 8 1 年。而如今其在 c a d c 胱a m 以及p d m 领域内的领导地位。c a t i a 是达索公司的 c a d c a e c a m 一体化软件，居世界计算机辅助设计领域的领导地位，广泛应 用于造船、汽车制造、消费品、机械制造、电子电器、航空航天等行业，它的 集成解决方案覆盖所有的产品设计与制造领域，c a t i a 可以实现对设计对象混 合建模，其特有的多模型链接的工作环境更是推动着企业生产力的提高。c a t i a 提供方便的模拟解决方案，迎合各种工业领域的大、中、小型企业缩短生产周 期和提高效率的需求。 此外，比较常用的船舶设计软件还有：挪威d n v 公司的n a u t i c u s 、劳氏的 p o s e i d o n 等。国内各大船厂在进行船舶设计时通常采用以上的一些国际上常用的 船舶设计软件。但通常因使用设计人员的个人习惯和数据转换接口等问题，国 内各大船厂在使用这些软件时都需要进行二次开发【3 5 】。 1 2 3 我国船舶送审设计发展现状 近年来，我国船舶设计软件技术的开发和应用取得了长足的发展，除对许 多国外软件进行了汉化和二次开发以外，还推出了不少具有自主版权的船舶软 件系统。由于国内软件价格较低，而且比较满足我国船舶行业的实际需求和设 计标准，这种软件因此有着相当大的需求量。但是，我国船舶送审设计软件产 品无论是从产品研发水平方面还是从市场化程度方面都与技术力量较强的发达 国家存在不少的差距，目前还不能适应国内市场日益扩大的需求 3 6 - 3 7 1 。 目前我国的民用产品设计阶段虽然有所简化，但是，各个设计单位或者造 6 武汉理工大学硕士学位论文 船厂对于各个设计阶段划分仍然十分模糊，并且对于设计阶段划分的命名也各 有不同。一般来说，设计阶段的划分应该以三个阶段来作为基本模式。在面向 客户目标的设计当中，应分为合同设计和送审设计两个阶段。 我国目前大多数船舶设计单位和船厂仍然对送审设计投入技术开发力量较 为薄弱主要是由于以下几个原因：一方面是多数总装造船企业因为集中精力保 证产品的生产效率，而对设计开发力量较为忽视，多数企业只能通过外来的船 舶设计单位来完成送审前的一系列设计内容。因此在接受外来单位的送审审计 时，需要进行自身的转换设计来解决生产设计输入数据不充分的问题，以便使 外来的送审设计能够完全适合船厂的实际生产和工艺特点。而另一方面，绝大 多数的船厂的有关生产设计方面的不足导致了无法完全满足企业实际的需要， 因此需要对一部分的传统设计内容来进行保留，以补充生产设计的不完整。国 际上先进造船国家与我国无论是传统设计还是当今造船设计方面，送审设计技 术的差别还是很大的，先进国家的送审设计的特点是主要针对客观的描述技术 形态，并且国外的送审设计向生产设计的过渡中，主要通过综合布置图来实现 其图纸的转换。而我国则是通过详细设计来进行相应的补充设计。而送审设计 通常与主要的船舶建造技术有着密切的联系【3 引。 而我国船舶设计建造的主要技术有： 1 并行设计 并行工程的核心内容是并行设计。而船舶的并行设计方法是基于网络来实 现的，通过计算机网络，各类专家将统一的产品数据模型进行分类，并对船舶 造型、可靠性、可装配性、经济性、可制造性等进行分析，通过网络将不同的 意见进行反馈，那么设计人员根据反馈的意见来修改数据模型，同时专家在异 地工作与新的数据模型修改就可同步进行，最终来完成所有的设计【3 9 1 。 ( 1 ) 建立企业网和工程数据库，初步实现辅助设计的交换平台； ( 2 ) 进行信息集成，推行产品数据管理技术、特征建模技术，逐步形成一 个c a d c a m 的集成系统； ( 3 ) 在设计、工艺等部门建立一个统一的产品模型，初步实现并行工程； ( 4 ) 进一步将设计管理方面与c a d c a m 系统进行集成，实现全部设计范 围内的信息集成，全面实现并行工程。 2 p d m 技术 p d m ( 产品数据管理) 技术通常被用来对设计的数据、文档和与产品相关 的过程进行管理，这样可以有效地集成设计资源并与其它系统集成设计，它在 企业范围内实现了产品协同设计和全生命周期的数据管理，实现了数据、资源 7 武汉理工大学硕士学位论文 和过程一体化的集成管理。 3 虚拟技术 虚拟设计是一种新兴的多学科交叉技术，以产品为对象，把设计人员与多 维信息环境进行交互，虚拟设计技术是以计算机辅助设计为基础，可以大量减 少实物模型，利用信息技术和计算机技术对现实产品制造的各种信息及其整个 制造过程进行仿真，可以发现在产品制造过程中的问题和不足，通过很强的针 对性措施，来缩短整个的产品研发过程，同时降低产品设计的成本，虚拟技术 是基于产品数据管理技术系统的设计、制造一体化过程，并在这个过程中实现 并行协同设计与制造，虚拟技术发展的趋势是贯穿于整个的产品设计、分析、 仿真、模拟等过程，并实现计算机辅助设计与制造的网络化，使得各个环节在 同一的模拟信息化平台来进行设计【饿m 】。 1 3 本文结构 第一章，介绍了本文的研究背景、目的和意义，我国造船业的现状以及送 审设计的国内外研究现状，并针对了当前需要解决的问题，最后给出本文的主 要工作和章节安排。 第二章，介绍和说明船舶设计技术当前的发展，介绍了船舶设计技术尤其 是送审设计的相关内容，以及船舶送审设计规范中的要求与设计需注重的方面。 第三章，描述了机舱系统送审软件的总体设计思路、方案和开发软件的环 境，介绍系统开发工具选择及其基本可视化程序界面显示，最后对于软件的设 计流程作出了说明。 第四章，介绍了系统数据库设计和选择的过程，介绍了几种数据库的不同 性能，详细介绍了s q l 数据库的特点和v b 当中的调用过程，并说明了在相关 数据库设计过程中，数据库的合理设计是有效信息管理的基础，最后摘录了数 据库应用中的关键代码。 第五章，提出机舱送审系统的图纸生成和批处理修改技术，对于系统的管 系原理图分类和原理图在调用生成时关联标注的使用，以及送审系统的各个计 算书生成和合并作出介绍，最后对于整个送审系统的操作流程进行展示。 第六章，对本论文进行总结和展望，总结了本文的主要工作并对于送审系 统辅助设计的发展作出了展望。 8 武汉理工大学硕士学位论文 第2 章船舶设计技术与规范要求 2 1 船舶设计技术 在现代造船模式下，船舶设计阶段的划分和各阶段的主要工作内容已经摆 脱了传统造船模式的束缚，并要满足船舶企业生产主流程的需要。 2 1 1 船舶设计模式介绍 船舶设计是从特定要求导致与所有相关信息的产品限定的船的评估性能和 生产的决策过程。船舶设计可以被简化为以下的过程，如图2 1 所示。 图2 1 船舶设计流程图 在船舶设计当中，首先考虑船舶营运的经济性和各项性能指标，设定船型 及基本参数，应使船舶既满足船级社要求，又应使整个动力装置的经济性设计 得最好，并配合船舶总体性能要求提高全船营运能力，综合考虑设计中的各个 9 武汉理工大学硕士学位论文 变量和参数；然后设计时应使设备和管系的成本降低，振动和噪声方面符合相 关的规定，进行初步设计，与船东洽谈规范并绘制送船级社审核的正式文件和 图纸；最后，进行详细设计并根据施工时的需要来将各部分的设计细化，需根 据实际发展需要的标准化建造体系，包括：数据结构、信息编码和存取方法标 准化；建立相应通用性的数据库；建立起研究船舶建造信息和数据交换平台， 在此基础上，实现各个体系合作、沟通和交流的高效运行环境，实现自动化、 虚拟化船舶建造【4 2 】。 目前我国船舶设计的模式即：一般将设计任务分解成一个个按照时间序列来 进行排列的子任务，而设计任务由粗到细，一般来说，船舶设计划分为三个阶段， 分别为：初步设计、送审设计、生产设计【4 3 l 。 在船舶设计的过程中，首先对于船的设计是根据船东要求确定设计任务书， 并通过定单方式来确定船舶的大体设计方案，在船舶合同设计的过程中，主要包 括船舶主尺度的确定，总布置草图，初步造价估算，船型选择，工期预算等等。 在得到船东认可后，然后就可以进行初步设计，并提出供船级社初步审核计算书 及图纸等【4 4 j 。这种设计模式的特点在于各个过程责任明确，各个环节按部就班的 工作。而这种模式的缺点在于【4 5 】：由于每个阶段都会重复上个阶段的部分劳动， 效率底下，而且各个阶段是依次来进行，设计的方案得不到反馈，这种传统的方 式不可取。 随着船舶设计的迫切需要以及各种先进造船工艺的发展，信息化数字化技术 已经引导整个船舶行业的发展。 图2 - 2 协同式船舶设计过程模型 l o 。协同 这种协同式设计过程是确定总体设计为核心，并通过各个环节来不断开展 来实现，包括轮机设计、电气设计、结构设计以及舾装设计。 数据库层 协同服务层 协同管理层 设计工作层 图2 3 船舶协同设计体系 船舶协同设计系统分成了四个层次，有数据库层、协同服务层、协同管理 层和设计工作层，整个协同设计过程可以共享设计信息，并将相对独立的设计 工作过程并行起来，将相互之间关联的工作联系起来。而这种将前期工作继承 下来的方法能够准确地掌握船舶设计的进度，从而减少设计中的错误率、提高 整体效率。并行协同设计是当前最为广泛应用和研究的一种设计技术，更是未 来船舶产品设计的一个非常具有研究价值的课题方向湖。 而数字化设计技术目前正成为设计制造技术的趋势，主要应用于产品设计、 工艺管理等过程的数字化，其主要特点分别是： ( 1 ) 船舶数字化设计具有统一的