领先的 3d 造船软件 foran 及其应用

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1、领先的领先的 3D 造船软件造船软件 FORAN 及其应用 及其应用 作者：通力有限公司 宋英杰 提要：采用先进的 3D 造船软件并逐步深化其应用，已是国内造船行业的趋势，本文就大型 3D 造船软件 FORAN 的功能特点和应用价值进行了概括的阐述，并就国内船舶设计单位和 造船厂应用 FORAN 软件提出了初步建议。 主题词：FORAN 造船 设计 1. 当前船舶设计的发展趋势和软件应用中的主要问题 计算机辅助设计（CAD）技术可以提高船舶设计的效率和质量，已经成为国内造船行 业的共识， 国内多数骨干研究所和造船厂已经较大范围应用了国际先进水平的3D造船软件， 具有代表性的软件是 Tribon

2、 和 CADDS5，经过多年的经验积累和二次开发，应用水平达到 了一定的高度，获得了一定的效益，目前正在扩大应用范围；在许多尚未采用 3D 船舶设计 软件的设计单位和造船厂，也已经认识到 3D 软件的重要性，正在进行软件的策划和考察， 以期尽早升级到 3D 软件上，提高设计水平和竞争能力。 在国际造船业激烈竞争的环境下，我国造船业提出了用 15 年左右的时间成为世界第一 造船大国和造船强国的战略目标。但目前我国造船行业在设计能力、建造模式、船舶质量、 交船周期等方面还有差距，需要逐步提高，尽快赶上世界先进水平。 采用先进的造船模式无疑是实现以上目标的关键。国内造船业多年来推行的“转模”工作，

3、使船舶企业各级领导和管理者形成了一定要搞转模的共识， 先进的造船模式是提高造船竞争 力的必由之路，是科技进步的重要课题，也是实现制度创新和技术创新的切入点。 作为首要的支撑技术， 采用符合先进理念的设计软件、 提高设计水平则是保证转模工作 成功的极为重要的环节。 三维产品建模使多用户环境下的船舶设计与建造更加集成化， 这意 味着如下特征： ? 设计人员在一个完全交互的三维图形环境下工作； ? 结构和舾装可以平行设计； ? 船体外表面、甲板以及舱壁的信息能随时供正在使用该产品模型的设计人员调用； ? 在船上某个分段区域的设计人员， 可以了解到其他分段区域的信息， 不管相邻与否； ? 某个分段外舾

4、装的设计人员可以使用产品模型中船体结构中最新的信息； ? 最后制造出图时，比如平面制图、管道图以及透视图等，可以自动参照船体外板、 甲板、舱壁、框架形式以及任何船舶构件； ? 设计人员可以在船厂预先设定的工作目录中选择钢板、型钢以及舾装件； ? 设计人员之间可进行数据交换，远程用户之间可同时参与一条船的设计。 三维产品建模让设计者使用这条船的同一个模型， 从早期的初步设计一直到建造， 有助 于整个设计过程中数据的前后一致性。产品模型的优点有以下这些：减少设计时间、减少沟 通环节、增强效率、更早的干涉检查、更容易修改、设计错误的大量减少、设计信息的主要 来源以及给予产品的可利用性。这种技术还可以

5、包括专家系统以及人工智能。 在船舶设计中，当前的主要发展趋势为： ? 使设计模式满足现代造船模式的要求， 与生产模式保持一致， 提高船舶建造的生产 率和质量； ? 采用并行工程，缩短设计周期，从而加快交船周期； ? 提高设计质量，节约材料和工时，减少设计修改，从而提高质量、降低成本； ? 建立船舶产品的全 3D 数据库，为产品数据管理、生产管理、物流管理等系统提供完整的数据源，实现数字化造船。 目前国内已经采用的各种 3D 船舶设计软件，部分实现了上述的功能，也能够部分满足 现在造船模式的要求，但或多或少地存在下列问题： ? 不能覆盖船舶设计建造的所有专业， 或在某些专业领域功能较弱， 需要其

6、它软件进 行补充； ? 功能不够完善或不符合中国造船业的特点， 需要各个船厂投入大量的人力物力进行 二次开发才能在实际项目中使用，也造成了低水平重复； ? 软件的设计理念相对陈旧，不符合先进造船模式，制约了转模工作的开展； ? 软件的底层架构和开发语言明显落后，有的软件只能在 UNIX 平台上运行，使得企 业采购和应用成本增加，特别是难以获得满足二次开发需要的人才； ? 软件内部管理多采用文件系统，与其他应用软件（如物流、ERP、PDM 等）系统 难以交换数据，不利于展开以“数字化造船”为标志的企业信息化建设。 2. FORAN 软件的特点 FORAN 软件由西班牙 SENER 集团开发， 该

7、公司以船舶设计起家， 已有 50 年的历史， 具有 40 多年的造船 CAD 软件开发和应用经验。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。FORAN 软件是世界上应用最为广泛的大型造船专业软件之一，全球用 户包括了 120 家以上的设计公司和造船厂，近年来更以较快的速度在全球推广。 图 1. FORAN 船体结构设计 2.1） FORAN 是由船舶设计师开发、为船舶设计师使用的软件，符合船舶设计师、船厂 的工作模式和生产特点； FORAN 软件可以用于各种船型的设计建造， 包括常规客轮、 货船、 非对称船、双体船等，各种军用舰船包括航空母舰、巡洋舰、驱逐舰、潜艇等，也可用于 F

8、PSO、海洋平台等。 2.2） FORAN 于 2000 年重新编写代码，基于 Windows、C+语言开发、OpenGL 图形 语言、NURBS 数据表达、Oracle 数据库等，形成了一整套先进的软件体系和友好的用户界面；用户可在 FORAN 环境中无障碍地使用中文；其二次开发环境非常便于掌握； 2.3） FORAN 覆盖了造船领域所有的专业，包括总体设计、船体结构、管路及 HVAC、 舾装、设备、电气、住舱设计等；同时，FORAN 可以满足初始设计、送审设计和详细生产 设计的全部需求。 2.4） 全 3D 的船舶产品模型建立在 Oracle 数据库基础上，数据管理自始至终由 Oracle

9、 完成， 确保了数据模型的统一， 同时也为与其他应用系统交换数据提供了方便的条件； 同时， FORAN 可以支持分布式数据存储和管理，支持并行工程，可以满足异地协同设计的要求， 不同专业的设计人员可以随时了解其他专业的设计进程、协调设计； 2.5） 全船的 3D 产品模型保证了设计的一致性和数据的精确度， 同时可随时进行干涉检 查，可在极大程度上避免设计错误、提高下料精度、减少切割和焊接的余量。这样可以大量 节约设计和生产的时间，节约原材料，为模块化生产、分段制造、壳舾涂一体化等提供了坚 实的技术基础； 图 2. FORAN 舾装管路设计 2.6） 在全船的设计中应用了 Topological

10、（拓扑化）技术，实现了船体结构、舾装、管 路、HVAC、电气、住舱等各种组件及其相互关系的相对位置定义，在某一足见修改时，系 统可以根据约束条件对相关组件自动修改， 解除了设计师修改设计时的顾虑， 极大地提高了 设计质量和设计效率； 2.7） FORAN 的“实时漫游检查”功能可以允许设计师随时通过漫游方式检查全船外观、 各个零部件， 对船上人员的活动、 维修维护、 烟雾流向、 灯光效果等进行仿真， 并随时修改； 2.8） FORAN 软件将设计和生产紧密联系在一起， 所有的设计可以随时根据需要进行套 料、管段制造和安装，并直接生成小票图、材料清单（BOM）、自动产生数控路径和程序； 每一分段

11、或模块可计算出重量和重心，为指导生产提供依据； 2.9） FORAN 提供了完整的、可定制的生产策略（建造方针）功能，针对一个项目可以 制定出若干种不同的生产策略， 生产组织和管理人员可根据船厂特点方便地定义分段、 模块、 中间产品及其生产流程，进行生产规划和准备； 2.10） FORAN 软件的 PDM 功能包括了船厂级的文档管理、工作流管理、版本管理、船东变更管理等； 2.11） FORAN 软件提供了一系列接口，用于与各种软件系统实现数据交换，其中包括常 用的 IGES、DXF、DWG、STEP、XML 等；其 Oracle 数据库完全向用户开放，可以根据 需要提取数据，实现与其他应用系

12、统（PDM、ERP、物流管理等）的集成。 图 3. 俄罗斯 Severnoya 建造的舰艇 3. 应用 FORAN 软件的成功案例 FORAN 软件在全球各地的应用中，以其上述先进的设计理念和功能特点，为船厂建立 现代造船模式、 提高质量、 降低成本发挥了积极的作用。 西班牙 IZAR 造船公司利用 FORAN 完成了众多舰船的设计建造，包括了航空母舰在内的各种水面和水下舰艇，以及 138,000 立方米的液化天然气船 igo Tapias 等；俄罗斯 Severnoya 造船厂利用 FORAN 为中国海 军建造了驱逐舰等。 以下通过一个小型造船厂 Astilleros Zamakona 的实

13、例，说明应用 FORAN 所带来的效 益。 3.1） 船厂简介 1914 年成立的 Astilleros Zamakona 船厂位于西班牙北部， 成立初主要建造蒸汽船和帆 船。船厂位于比斯开湾的 Santurce，距离毕尔巴鄂市 10 公里。1928 年，船厂建造了第一 条铆接船。船厂有 300 人（包括雇员和外包人员）。1978 年，Zamakona 开始对建造系统 进行现代化改革，1994 年船厂进行了一次大规模的设备更新。 过去十年中，Zamakona 交付了大约 80 条各种类型的船舶，包括拖轮、海洋供应船、 渔船、渡船、挖泥船、泥舱船、巡逻艇、引航艇等。 图 4. Astillero

14、s Zamakona 造船厂鸟瞰 图 5. Astilleros Zamakona 40 m 冷冻拖网渔船 为了压缩船舶建造周期，Zamakona 船厂布置时考虑到了较大的材料流以及工作机构。 船厂有三个建造平台， 分别是 120X20 米、 80X14 米以及 80X11 米。 装配码头有 110 米长， 10 米吃水。 两台 15 吨的动臂起重机为建造平台工作， 一台 8 吨的动臂起重机则在装配码头 作业。建造平台上移动的起重机能起吊最多 60 吨重的分段。船厂有一个 1300 平方的钢料 场地、2100 平方的分段预装配区域以及 3300 平方的分段预舾装区域。该船厂拥有数控氧 气切割机

15、、卷板机、型材弯曲机以及管子弯曲机各一台。Zamakona 的内部设计团队有 15 人。 3.2） 以前使用的方法 在实现三维产品建模以前， Zamakona 一般都用传统的、 不借助计算机的画图技术来进 行设计。入级图纸通过外包，室内进行 1:1 的放样。能够传递给车间的信息非常少，特别缺 乏机械和舾装专业的信息。 船体结构预先焊接， 管系和空调管道则只能在船体结构建造完成 后由建造师决定。 3.3） 使用三维建模产品以后 1993 年， 为了在质量以及交船洲其方面能同其他西班牙以及欧洲船厂竞争， Zamakona 船厂决定实施 CAD/CAM/CIM 系统。经过评估以后，选择了 FORAM

16、。刚开始实施时，只 选用了线性优化以及船体结构模块，1995 年实施了另外两个机械和舾装模块。 船厂的设计所有 8 台 FORAN 工作站及两台 AutoCAD 工作站。由于所有成员必须从原 有的 1:1 手工放样转变为现代化的 3D 造船模式，这种转变过程中必然需要培训，并转换设 计思想。 每个模块的培训包括四个星期。在应用该系统以后的第一条船（海洋工程供应船）的设 计过程中，两位 Zamakona 的设计人员在 SENER 公司借助工程技术支持（Technical Assistance）工作了两个月。接下来的设计在船厂进行，而且没有出现差错。由于设计人员 已经习惯了三维设计模式，后续的机械和舾装模块就不再需要这种直接的技术支持。 升级到三维产品建模以后获得了以下提高： ? 节省 35%的材料成本 ? 节省 35%的人力成本 ? 建造周期缩短 25% ? 节省 30%的设计人员开支 ? 建造产品质量提高 ? 如今每年交船 10 条，而 1980 年时一年交船