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中国造船的数字化进程
作者:中国船舶科学研究中心研究员 谢懋纲
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起步阶段

1956年3月至6月底,国家编制十二年长期科学规划。这次科学规划最后确定十二年国家重要科学技术任务共计57项,其中电子计算机的研制和应用被作为紧急任务提了出来。1962年12月,出席编制十二年长期科学规划的时任六机部第702研究所副所长的方文均先生拟文上报时任国防部第七研究院院长的刘华清,请购103电子计算机。当时,国内生产的电子计算机只有这一型号,很快即蒙批准,于1963年到货。与此同时,方先生在702研究所组织了中国造船界的第一个计算中心,开创了中国造船界应用电子计算机的先河。

这个计算中心由电子计算机机器组、计算数学组、应用数学组和模拟电子计算机组构成。在1963年至1970年期间,开始先模仿手工计算,编制船舶静力学程序,然后编制螺旋桨设计等程序,供中国船舶工业第七研究院有关设计所及上海地区船厂使用。

在此期间,由于使用计算机机器代码编制程序,程序的编制完全被计算数学组的工作人员所垄断。直到进入上世纪六十年代后期和七十年代初期,计算机编译系统ALGOL60开始应用,各科室工作人员才逐渐开始能够编制程序。与此同时,上海第611船舶工艺研究所、第708研究所、江南造船厂和沪东造船厂等单位先后配置了计算机。

作为船舶设计所、工艺所和船厂,除了模仿手工计算编制船舶静力学等程序之外,首当其冲的是希望解决船体放样问题。以611所为首的几个单位,从七十年代初期开始从事这一研究。这项工作进行了大约十年,许多研究人员、设计人员提出了不少方法,例如回弹法等等,但是最值得注意的是当时在江南造船厂和沪东造船厂协助研究工作的苏步青教授和他的弟子们所提出的B样条方法。在这段时期,包括上海、大连、青岛等地在内,全国大约有十来所大学的数学系与十来家船厂合作完成了“船体数学放样”。

国产CAD系统阶段

从上世纪八十年代开始,中国船舶工业总公司用了十余年的时间组织江南造船厂、沪东造船厂、708所、上海船舶设计院和611所等单位研制CASIS系统——计算机辅助造船集成系统。系统的研制共进行了三期,这三期工程总的特点是使用自主开发的国产造船软件,利用引进的图形支撑软件和数据库管理系统,研制一个具有自主版权的船舶CAD系统。1997年,随着中国船舶工业总公司改组为中国船舶工业集团公司和中国船舶重工集团公司,这项研制工作在完成CASIS第三期工程后宣告结束。

CASIS工程原本的设想是很好的。中国船舶工业总公司希望参加工作的国内具有影响力的五家船舶设计、工艺、制造单位能够开发出一个五单位共用的计算机辅助造船集成系统,然后推广应用到其他船舶设计院所和工厂中去。但是,由于管理上的原因,这个目标并没有完全达到。

到了上世纪九十年代,另外一些设计院所也开展了船舶CAD系统的研制。他们也是使用自主开发的国产造船软件,利用引进的图形支撑软件和数据库管理系统,希望研制出一个具有自主版权的、适用于船舶设计院所的CAD系统。与CASIS不同的是,前者着重于船舶的初设计阶段,而后者则着重于船舶的施工设计和制造阶段设计。

八十年代中期至上世纪末研制的这些自主版权造船软件系统,从技术上来看重点主要在于系统的集成性,而非个别程序的改进或提高。在这段时间,708所又重新提起应用B样条。

引进、消化、吸收阶段

从1990年开始,大连造船厂引进了瑞典TRIBON系统的前身STEERBEAR船舶CAD/CAM系统。在此之前,中国船厂使用的都是自主开发的国产造船软件,并且这些软件大多单独使用,集成性很差。上世纪九十年代中期,江南造船厂、沪东造船厂等单位也引进了瑞典的TRIBON系统。而稍早时候,一些设计单位由于历史的原因,作为图形支撑系统引进了美国的CADDS软件。自此,中国几大骨干船舶设计院所和骨干船厂基本转而使用两大系统——TRIBON系统和CADDS系统。

直到现在,还常常可以听到某些同仁认为TRIBON系统好用,而另一些则认为CADDS系统好用。其实,TRIBON和CADDS是二个功能不同的系统。TRIBON是瑞典一家船厂开发出的造船CAD/CAM系统,适合于船厂使用,而CADDS则是美国PTC公司研制的通用图形支撑软件,使用到船舶设计上要投入较多的二次开发工作。两者供不同对象使用,各有利弊,无从谈谁优谁劣。

对于中小船厂而言,不可能在计算机应用方面有太多的投入,比较普遍使用的还是在AutoCAD基础上开发出来的小型船舶CAD/CAM系统。

无论TRIBON系统,还是CADDS系统,出于商业利益,它们数据库系统构造的开放性都很差,也许,相对而言,比起TRIBON系统来,CADDS系统要稍好些,因为设计院所引进它的主要目的是作为图形支撑系统,要进行必要的二次开发。

上世纪八十年代后期以前,国内船用软件虽然没有集成化或正处于集成化过程之中,但全都是国产的。从八十年代后期开始引进国外造船软件系统和图形支撑软件系统起,大部分单位都进入消化、吸收和应用国外软件系统的阶段,停止开发国产软件的单位不在少数。

引进潮流中的自主开发

但是,无论是TRIBON系统,还是CADDS系统,它们都不能完全适合中国国情。为此,一部分单位,例如沪东中华造船集团,一方面应对造船市场环境的需要,不得不使用TRIBON系统,并对在使用过程中遇到的各种问题与软件供应商协商,而另一方面,则继续努力组织力量,研制自己的造船CAD/CAM。

在当今中国船舶行业中,上海沪东中华造船集团信息中心和611所的信息中心应该被认为是始终坚持国产船用软件研制并得到领导高度重视的单位。

2005年,上海沪东中华造船集团研制成功自主版权的三维船体设计系统,这个系统建立了具有拓扑关系的船体结构模型数据库、内置开放的船体标准和编码体系、提供专业化的建模工具和校验手段、提供船体结构从设计到生产的完整数据,同时给出了船舶各部件的正确定义、生成了各种表册,掌握了三维建模的技术。现在国家正在对这一系统进行重点投资,进一步开发和完善系统功能,其前途看好,相信有可能部分或完全替代引进船舶CAD/CAM系统。

611所、上海船厂和708所联合开发的船舶制造三维设计系统是国产化船用CAD/CAM系统成功研制的又一例子。这个系统包括船体和舾装两部分。船体部分包括型线处理、结构线生成、外板展开、套料、加工计算及船体快速背景生成等模块;舾装部分包括管系三维建模与数据处理、设备三维建模等模块。

整个系统利用标准的商用数据库进行数据管理,有利于数据的安全性和一致性,但是,这一系统是基AutoCAD系统开发的。

沪东中华造船集团的三维船体设计系统,以及611所等单位联合开发的船舶制造三维设计系统商业前景良好,已被国内数十家船舶设计、制造单位和院校接受并使用,其中611所等单位联合开发的船舶制造三维设计系统还于今年出口至越南和印度。

链接:如何解决企业间的数据交换接口问题

评价一个软件系统,这个系统除需具备众多的功能外,还应具备友好的用户界面,以及标准的和方便的数据交换接口。

由于船厂的上家是设计院所,而设计院所中的一部分使用TRIBON系统,另一部分使用CADDS系统,因此,船厂就需要配置两个系统,并且对两个系统的数据实现转换。

这是2001年至2005年间,一些大型主干船厂必须要做的工作。这种转换,对某个特定船厂来说,是实现与特定设计院所二者之间的数据转换,但他们之间转换的结果却并不能被第三方所识别。

事实上,在提出造船模式转换的背景下,应该对整个行业中的不同单位进行通盘考虑。例如,随着生产过程的进化,必定会遇到异地设计、异地制造的问题,这就要求两个处于不同地点的造船单位彼此实现数据交换。但是,目前在不同船舶设计院所和船厂之间缺乏统一的数据接口,致使我国船舶行业企业成为一个个CAD/CAM系统的孤岛。

1995年,中国船舶工业总公司的一部分造船软件工作人员,已经意识到不同船用CAD/CAM系统缺乏统一数据交换接口问题的严重性,曾经组织过一个计算机应用技术专家组,下决心采用STEP解决数据交换接口问题。但是,随着船舶总公司的改组,这一愿望最终没有实现。

而这正是阻碍中国造船软件技术发展的一个重要屏障。

1 9 8 0 年, 正当中国进入船舶CAD系统集成阶段的前夕,美国发表了IGES l.0(草案)。IGES标准实现了不同计算机系统间的几何图形数据交换。由于对于制造业产品,其数据表达形式不仅只限于几何图形数据,因此,1984年IGES组织设置了一个被称为PDES的研究计划。PDES计划的目标是为产品数据交换规范的建立开发一种方法。

1983年12月,ISO TC184/SC4负责制订STEP国际性产品模型数据交换标准,它以 PDES计划为基础,于1988年把PDES文本作为STEP标准的建议草案公布,PDES计划的制定工作也并入STEP计划,PDES的工作则转向STEP标准的建立和应用。

现在STEP已经成为产品制造数据表达和交换的国际标准。中国造船界现在面临的问题是应该尽快接纳和采用STEP标准。

STEP对于船舶制造过程中的数据都有明确的定义,例如,对于船体光顺和放样,采用非均匀B-样条函数。本文在前面曾经提到,苏步青教授和他的弟子们,以及708所都使用过B样条,确认了B-样条的有效性。其后,苏教授和刘鼎元进一步研究了B-样条的理论属性,并把研究成果编撰成《计算几何》一书,在国际上得到很高评价。

STEP这条路在中国造船界是非走不可的,这在611所、沪东中华造船集团等单位发表的有关文章及他们的课题工作中已经可以证明,现在的问题是由谁牵头组织。联系中国造船行业计算机应用工作人员的机构现在有二个,一个是中国造船工程学会计算机应用学术委员会,另一个则是官方的国防科工委。计算机应用学术委员会是个松散性的组织,它不同于西方国家的商业性学术组织,不能领导建立或执行某个标准。在现在中国船舶行业有两个领导公司的情况下,看来,只能由国防科工委的有关部门来组织实施STEP标准了。 (end)
文章内容仅供参考 (投稿) (2007-8-11)
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