船舶电气设备布置图数据生产化研究

邹智曦，姚 刚

0 引言

船舶电气设计具有复杂性和多专业协同性的特点，对于船舶电气详细设计来说，主要包含系统图和布置图的设计，不仅涉及配电、控制、通导、照明等纯电气专业图纸的设计，轮机、管装、通风、舾装等所有相关专业设备的供电及电气控制图都要在电气详设图中体现出来，电气详设图纸数量多，信息量大[1]。过去拿比例尺在油纸上逐根线条手工绘制的方法早已不能满足快速的现代造船节奏。要想高效、准确、可重复地开展船舶电气设计，必须借助各种先进的造船设计软件。在运用软件工具设计的过程中，不断发现不同软件呈现的设计信息通常很难不失真地传送到另一个软件中，电气设备布置图中的设备信息传送到生产设计中的情况亦是如此。

1 概述

目前，船舶电气详细设计大多采用操作简单、绘图方便的AutoCAD制图软件，而船舶电气生产设计建模以及出图则可以使用AM12或其他三维建模软件。

船舶电气详细设计方面，以船舶电气设备布置图的绘制为例，将船体结构、内装背景、各种设备作为背景图，在图面中添加配电板、起动器、分电箱、控制箱、灯具接插件、报警器、马达、仪表等所有需要提供电气连接的设备符号及设备代号。布置图绘制不断精细化的同时，生产设计设备信息与布置图的一致性反而越来越难以保证。使用AutoCAD设计平台绘制的图形信息难以识别提取，与数据库难以进行有效关联，因此，其再设计工作一动百动，严重影响了计算机辅助设计应该给船舶电气设计带来的效益[2]。

对船舶电气生产设计来说，AM12系列软件有着相当重要的意义。软件结合 Tribon以及 PDMS（plant design and management system）的优势，其模块化的结构设计给生产设计的组织工作带来了无限便利[3]。

AVEVA公司的三维船舶产品设计系统AM12系统是一个先进的船舶产品设计系统，船舶建造中的各专业都可以在这个统一平台上进行三维建模、协同设计，并可以输出施工过程中所需的大部分图纸[4]，有效地解决了因协调不充分引起的设计返工、修改等问题，既缩短了生产设计周期，又保证了综合放样质量，可直观地随时进行干涉检查、综合平衡。

在使用AM12进行三维建模时经常会出现：设备建模的实际设备代号与布置图中设备代号不一致；设备建模的完整性不高，却又难以核查缺漏项；设备定位位置与布置图位置的一致性不能得到保证；布置图中设备移位后生产设计建模没有随之更新位置等问题。船舶电气详细设计图纸与生产设计图纸中包含的信息之间有一定的继承关系，但却通过不同的媒介呈现，两者之间既有联系又相互独立，详细设计图纸修改后，涉及到生产设计需要进行的修改量巨大，而且不能自动更新到生产设计模型中，甚至很难逐一核查这些信息来保证各类图纸的一致性，反复的核查工作耗费大量人力，对设计进程产生了很大影响[1]。为了将详细设计布置图中的有效数据迅速且准确无误地输出到生产设计进程中，在图纸发生变更时加强过程管控，确保各类图纸的一致性，研究电气详细设计和生产设计过程中的使用数据的特征和传输方式，合理运用软件功能，在数据生成、数据采集、数据传输、数据输出等各个环节对信息进行处理和分析，可以成功解决这一瓶颈问题[1]。

充分考虑AutoCAD和AM12这两款设计软件的特点，有效地将布置图和三维模型中的设备信息在两款软件中打破界限，统一管理，在CAD布置图图纸基础上通过进行信息化处理将图纸中设备的代号、区域、位置等后道工序需要的信息提取出来，在信息输入输出的过程中进行跟踪处理，保证关键信息的一致性，对设计准确率和效率都有很大提升。

2 船舶电气设备布置需要的设备信息

船舶电气设备布置图中需要输出到生产设计的信息主要包括：电气设备代号、电气设备区域代号、电气设备定位位置。布置图主要信息以及信息使用情况如下文所述。

2.1 电气设备代号

船舶上安装的所有电气设备，包括纯电气专业设备以及一切需要进行电气连接的机械设备等。电气设备有其设备名称，并通过一个全船唯一的识别号来进行设备区分，这个代号叫做电气设备代号[1]。

电气设备布置图和AM12模型中都要用到电气设备代号，这些设备代号不能各自自成体系，而是要按照统一的规则一 一对应，电气设备代号的存在价值就像每个人都有一个独一无二的身份证 ID一样，作为每个电气设备的身份识别码，不能重复。所以电气设备代号是将电气设备布置图与AM12建模对应起来的连接纽带，布置图与AM12建模模型中电气设备代号完全一致是保证生产设计准确性的核心因素。

2.2 电气设备区域代号

开展船舶电气生产设计前，根据不同的空间位置以及区域类型，将全船按照三维空间结构分割划分为十几到二十余个区域，每个区域按照区域命名规则以两位英文字母命名，这个代号就是电气设备区域代号。典型电气区域划分图见图1。

图1 典型的电气区域图

电气设备区域代号是设备分区的依据。判断一个设备的定位区域是否正确，能有效防止设备虽然在几何空间定位位置误差很小，但区域划分错误的情况发生。

2.3 电气设备定位位置

电气设备具体需要安装在什么位置，这个重要信息需要在布置图中体现出来，在电气设备布置图中，通过使用标准化的设备符号，将设备符号和设备代号放置在布置图中，生产设计根据布置图中的设备符号位置来进行设备的建模和定位。

随着船舶设计技术的不断进步，电气设备布置图的精细程度越来越高，设备位置早已不仅是以一个简单代替符号，象征性地放在某个房间或某个区域内，现在的设备布置图已经进化到基本按照实际设备尺寸，放置在误差不超过半米的范围以内。这个相对准确的定位点就是电气设备的定位位置。

2.4 电气设备信息的使用

电气设备开始建模之前，区域生产设计人员需要将自己区域相关的电气系统图、电气布置图、设备资料等图纸文件都整理好，核对并根据图纸信息列出自己区域需要建模的电气设备代号清单，同时结合外形尺寸和安装要求信息，按照布置图中的设备位置开始设备建模。

在船舶电气生产设计过程中，设备建模作为电缆设计的第一个重要控制节点，假如出现电气设备信息错误而不加以及时更正，会影响到后续节点建模，以及设备与节点的连接，更进一步会影响到最终的电缆路径生成，对整个设计流程产生巨大的影响。

3 电气设备布置图数据生产化方案

3.1 方案的提出

以113 000 DWT的原油轮项目为例，该项目大约有80余个大小系统，十几份不同的布置图，3 000余个电气设备，全船按空间位置划分为15个不同区域。由于设备建模相关工作都是由生产设计人员手工完成，在处理这么庞大的多类型数据的过程中容易出现一些由于人为疏忽造成的错误，比如设备代号错误、设备遗漏、设备区域错误、设备位置错误等各种各样的错误。

按照传统设计模式，设计人员在无法明确错误发生的位置和错误类型时，只能手动把所有的图面信息全部重新核查一遍到两遍，针对3 000个设备，每个设备找到相应的几份系统图和布置图，核对设备代号、设备区域、设备位置等信息的正确性。相当于所有设计人员额外增加1倍～2倍的工作量，耗费大量的时间。同时由于人的思维惯性，同一个设计人员在不清楚错误点及原因的情况下有很大的几率再次忽略已有的错误。如此，反复的人为检查并不能保证完全排除人为因素造成的错误。另外，校审人员在进行模型和图纸校审时，同样无法简单判断出设计人员建模的准确性，假如校审人员也要把所有的图纸全部逐一检查，耗费大量的工时，按照一般的项目人员配置也是无法满足要求的。

综上所述，纯手工设计模式无法满足现代高节奏高精度要求的船舶设计需要。如果能将布置图中的信息参数化，将AM12模型里的设备信息也提取出来，在同一个平台上进行统一数据处理，以上的问题就能够很好地得以解决。

3.2 布置图信息的参数化

要想将电气设备布置图中的信息参数化，首先需要对布置图中的几个重要设备信息进行集成处理。具体来说，需要以每个设备作为数据源，以AutoCAD作为载体媒介，利用AutoCAD的属性块功能，将电气设备代号、电气设备区域代号、电气设备定位位置信息都存储在一个一个的设备信息属性块中，如图2和图3所示。

图2 设备信息属性块

图3 设备信息属性块详情

3.3 布置图设备信息的提取

使用AutoCAD自带块属性提取功能，将电气设备信息提取到EXCEL表格中。

提取出的数据表格文件如图4所示。

图4 布置图设备信息

数据表格中包含了设备代号，所在布置图图号、图名、区域代号、设备定位坐标等信息。其中对于设备定位坐标信息，由于CAD布置图中的坐标系基点难以控制在0,0,0位置，通过在布置图中选取一个基准肋位坐标，然后根据各设备位置与基准肋位坐标的偏差值，计算出每一个设备的实际坐标值。

对于肋位信息，由于每个肋位值并不是一个准确的X值，在换算时需要有一个肋位参照，列出每个肋位点对应的X值，如图5所示。

图5 肋位参照

3.4 AM12模型中设备信息的提取

利用AM12中的数据筛选和提取功能，将电气设备模型按照命名名称特性以及元素类型进行筛选设置[4]。

设置好筛选条件之后，点击搜索，得出需要的所有设备，在设备信息选项中添加需要的特性，如设备描述、设备定位坐标等，将搜索结果导出到EXCEL表格中，详见图6。

根据AM12模型中的设备定位坐标，结合图7，判断设备在模型中的实际所在区域。

3.5 布置图与AM12模型中设备信息处理

按照以上第3.3节和第3.4节中的处理方法，将布置图和AM12模型中的设备代号、设备区域、设备定位位置分别提取出来存储到数据表格中，可以简单使用EXCEL二次开发程序对两个表格中的设备代号、设备区域、设备定位位置进行差异化对比，通过对比将布置图和AM12模型中的设备信息不对称情况找出来，供详设人员以及各个区域生产设计人员使用，并更正模型或修改布置图。

图6 导出设备信息

图7 AM12模型中的设备分区表

4 自动纠错功能

对于电气设备在详细设计图纸和生产设计模型中的对应关系，由于受生产设计进度影响或设计疏忽的影响，可能出现设备代号不对应，设备区域不对应，或者设备位置偏差太多的问题。将布置图以及AM12模型的数据进行比对分析，总结出错误类型以及处理方法，见表1。

表1 设备相关信息错误类型及处理办法

5 结论

船舶电气设计过程中，对电气设备信息一致性的控制难度虽大，但通过数据提取比对寻找错误点，并对错误点进行消除的方法，布置图中设备信息与AM12模型中的设备信息最终能达成一致。这样，就顺利完成了电气设备布置图的数据准确输出到生产设计模型中的工作，船舶电气生产设计的效率和准确性都有了极大的提高。

不同的船厂，使用的软件各不相同，但是其中的原理大同小异，都可以使用类似的办法完成电气设备布置图的信息输出。同时，针对遇到的问题继续对软件进行深度二次开发还能进一步提高设计效率，找到最适合自身发展的处理模式和方法。

[1]邹智曦.对船舶电气设计数据对接技术的研究[J].科技与企业, 2014(3): 301-302.

[2]曾芬芳, 赵建立.基于参数化的舰船自动绘图系统[J].造船技术, 1995(5): 42-45.

[3]吕泓博, 薛巍.AM12 软件电气建模优化方法探讨[J].船电技术, 2010(8): 49-52.

[4]宁建江, 梁润标.基于AM系统的船舶产品数据管理[J].广东造船, 2010(4): 27-30.