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胡可一:从船舶设计手段变迁看船舶工业的发展

TAG:胡可 胡可一 船舶工业    时间:2018-12-08    点击:764
我是“文革”结束后恢复高考的第二届大学生。1978年10月,我考入上海交通大学船舶工程系;1982年7月大学毕业后,我被分配至当时的江南造船厂工作。在船厂工作36年,我见证了祖国的改革开放和船舶工业的快速发展。
令人难忘的手工设绘、计算的年代
1982年8月,我分配到江南造船后到船体车间放样楼实习,在这半年的实习过程中,不仅深深体验了劳动的艰辛,也对船体线型光顺、外板展开和曲面构件布置等的技能得以了解和掌握。
1983年3月,我被抽调到了设计研究所的各个专业设计室,从此开始了船舶设计生涯。那个年代的图纸设绘完全靠手工,用细绳固定在0号图板上的直尺、形状各异的曲线板、样条和压铁、三棱比例尺以及粗粗细细的鸭嘴笔是图纸设绘的主要工具;计算的主要工具是计算器和算盘,一套德国产的ROTRING品牌的墨水笔和写字板简直是奢侈品。船舶制图曾经是我在大学里学得最好的一门专业课,再加上我在工业设计方面有一定的基础、对船舶的浓厚兴趣、较强的空间想象力和细节观察能力,这些优势渐渐地在日后的设计工作中显现出来了。在我的记忆中, 手工制图那个时代一直是最令人难忘的。
首先是图纸的韵味是现在计算机辅助设计(CAD)出的图纸所不具备的。常言道:“图纸是工程师的语言”“图若其人”。每位技术人员所设绘的图纸均有不同的风格。其次是那个时代三级校审的严谨程度,校对审核是非常关键的一个环节,担任校对审核的都是经验丰富的技术人员。正是他们的严格把关保证了图纸质量。手工制图并非总是低效,当时我和年轻同事们在“计件承包制”激励下,就创造了“多人串联制图法”和“作图法计算重量重心”等,对绘图方法和程序进行了优化,把上层建筑结构分段的绘制效率提高了5倍。尽管当时船舶设绘、计算基本上靠手工,没有现在CAD系统所具有的拓扑关系和干涉检查,但老一辈设计工艺人员在图纸质量、建造工艺、严谨的工作作风和技术功底方面给我们年轻一代技术人员留下了深刻的印象。
设计人员自己可编程的平台
20世纪80 年代初,船厂配置计算机为国产的TQ-16型中型计算机,全部依靠专业人员指令操作,而且计算机的可靠性很差。总体性能计算通常由设计人员将数据填入规定的表格后再由计算机专业人员用穿纸带的方式录入数据。由于输入的型值数据无法用图形来检验,再加上设计人员很难检验纸带上的录入数据,因此常常出现输入数据的差错导致计算结果出现偏差。当时设计人员非常渴望能够配置可以自己编程并有图形显示的计算机。
HP9845台式机
1983年,船厂的一位工程师从丹麦留学归来并带回了一套总体计算和结构计算软件,为此船厂特意购置了一台HP9845台式计算机和与之配套的打印机和彩色绘图机,以运行此套软件。该机使用简单易学、功能强大的扩展型BASIC语言并有直观的菜单和图形显示,因此很受设计人员的青睐,曾一度出现“上机两班倒”的现象。当时我利用这个程序完成了供应船首制船的装载手册编制工作,并在第二艘船的装载手册编制过程中通过自己编程对程序进行改进,使计算效率提高了6倍。船厂的技术人员在这台计算机上还开发了许多总体性能、结构计算乃至管理软件,确确实实成为技术人员自己可编程的平台。
随着计算机应用逐步地开展和应用骨干人员的成长,船厂先后在中型机和PC机平台上开发出了一批各专业的应用软件。这一批软件都是利用当时计算机初步的图形交互技术、数据处理和数据库数据共享技术开发,或移植后加以扩充完善而成的。这些软件经过较长时间的使用和维护,都具有较高的可靠性和较强的适用性。
自主开发 CAD/CAM 的先导
中国船舶工业总公司组织了计算机辅助船舶设计集成系统(CASIS)工程的开发。CASIS-Ⅰ期工程所取得的最有实用价值的成果是基于PC平台的管系放样PCPS系统,它的应用使管系放样计算机化。
80年代末,中船总又组织进行目标为船机电一体化的CASIS-Ⅱ期工程的开发,引进了当时较为先进的图形工作站和基础CAD系统平台。现在回想起来,由于当时参与开发的骨干是船舶设计专业人员,因此,在系统设计的理念上还是相当贴近船舶设计实际的。经过多年的努力,该系统在1994年通过了评审,初步完成了CASIS-Ⅱ期工程预定目标。但由于采用高级语言编制的接口程序运行效率较低,CASIS-Ⅱ期工程仅有部分成果在实船设计中得到应用,并未形成真正实用的设计集成系统。但不可否认,CASIS工程的实施开创了自主开发船舶设计 CAD/CAM 的先河。在几乎在同期,中船总下属的六一一所也在 Apollo 工作站上开发了DFS二维CAD系统,舱室设计人员以此系统为平台开发了舱室布置系统,在一些船厂设计建造船舶的舱室设计方面得到了广泛地应用。由于当时参与系统设计的人里有经验丰富的设计人员,舱室设计系统的开发设计理念即便到现在还是有不少可圈可点之处的。
船舶设计手段进入了一个新时代
1995年,船厂从KCS公司引进了KCS船舶设计软件和20套MARS物资管理软件,并于当年派遣了技术人员前往瑞典马尔默的KCS公司总部参加应用性培训。以这些培训人员为核心,船厂首先进行扩展性培训并在散货船的部分分段进行试验性应用,同时进行大量的配合船厂造船设备设施、工艺习惯接口的二次开发以及一些对 Tribon 系统的功能性补充程序,这些二次开发工作为Tribon系统的全面应用打下了坚实的基础。尽管KCS软件在某些功能的实现上还有一些不尽人意之处,但在船舶设计的历史上是具有里程碑式意义的。
1999 年,船厂在1236TEU无舱口盖集装箱船进行了全船性的三维建模。通过在1236TEU无舱口盖集装箱船上全面试用,船厂更加坚定了全面推进Tribon软件的应用的信心和决心,经过后续几年的努力,船厂在设计过程中的三维建模范围从船体结构、管系逐步扩展到现在的设备、电缆和钢制舾装件,并于2004年在16500立方米液化气船基本设计阶段实现了三维建模。这是对传统的船舶设计流程的革命性创新。
2004年,江南造船在16500立方米液化气船基本设计阶段实现三维建模
2008年,江南造船搬迁到长兴岛后,船厂设计的船舶不仅实现了全船三维建模,而且在设计深度上也大大加深,完全可满足现代造船模式区域化、总装化和精度造船的出图要求。297000吨VLCC是采用全船三维建模、按照现代造船模式出图的典型例子。Tribon 软件成为江南长兴岛新厂船舶设计的中坚力量。
船舶设计人员“如虎添翼”
90年代末期,船厂从美国的MSC公司引进了Nastran有限元分析软件并从瑞典的 Flowtech公司引进了计算机辅助流体计算软件(Shipflow CFD)以及轴系对中软件,这些软件的引进使江南造船的计算分析能力大大加强。设计人员不仅将Nastran有限元分析软件应用于船舶结构设计,而且将其应用于建造过程中的总段吊装分析、船体下水时的受力分析等; 同时应用CFD分析软件进行船体线型设计和优化,提高了船模试验的成功率,节约了试验费用。
应用CFD分析进行船体线型设计和优化
此外,船厂还为总体设计人员配置了 NAPA 总体性能计算软件。这个软件是开发、设计人员在前期的方案设计优化和完工时总体完工文件计算的得力助手,大大提高了工作效率。
船舶设计手段再次腾飞
随着复杂船舶的承接,设计、建造和管理效率提升的迫切性,船厂原有的Tribon软件无法满足现代化造船模式对三维电子模型的需求。
2015年,江南造船引进了法国达索公司的CATIA 3DEXP软件。经过3年努力,江南造船不仅将CATIA 3DEXP软件应用到了船舶研发设计,而且还拓展应用建造流程模拟、建造工法、内装体验式设计等。
从上述我的亲身经历不仅可以看出船舶设计手段的变迁和发展,同时这些船舶设计手段的变迁和发展也见证了中国船舶工业的发展历程。确实,改革开放40多年来,特别是近20年,中国船舶工业得到了飞速发展,已经跻身国际造船业的第一方阵。在这飞速发展的历程中,虽然造船能力设施的建设对船舶工业发展起到了强烈的助推作用,但设计手段的改善特别是计算机技术的应用也是非常重要的一个方面。

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