江南造船胡可一：從船舶設(shè)計手段變遷，看船舶工業(yè)的發(fā)展

　　我是“文革”結(jié)束后恢復(fù)高考的第二屆大學(xué)生。1978年10月，我考入上海交通大學(xué)船舶工程系；1982年7月大學(xué)畢業(yè)后，我被分配至當(dāng)時的江南造船廠工作。在船廠工作36年，我見證了祖國的改革開放和船舶工業(yè)的快速發(fā)展。

 

　　令人難忘的手工設(shè)繪、計算的年代

 

　　1982年8月，我分配到江南造船后到船體車間放樣樓實習(xí)，在這半年的實習(xí)過程中，不僅深深體驗了勞動的艱辛，也對船體線型光順、外板展開和曲面構(gòu)件布置等的技能得以了解和掌握。

 

　　1983年3月，我被抽調(diào)到了設(shè)計研究所的各個專業(yè)設(shè)計室，從此開始了船舶設(shè)計生涯。那個年代的圖紙設(shè)繪完全靠手工，用細(xì)繩固定在0號圖板上的直尺、形狀各異的曲線板、樣條和壓鐵、三棱比例尺以及粗粗細(xì)細(xì)的鴨嘴筆是圖紙設(shè)繪的主要工具；計算的主要工具是計算器和算盤，一套德國產(chǎn)的ROTRING品牌的墨水筆和寫字板簡直是奢侈品。船舶制圖曾經(jīng)是我在大學(xué)里學(xué)得最好的一門專業(yè)課，再加上我在工業(yè)設(shè)計方面有一定的基礎(chǔ)、對船舶的濃厚興趣、較強(qiáng)的空間想象力和細(xì)節(jié)觀察能力，這些優(yōu)勢漸漸地在日后的設(shè)計工作中顯現(xiàn)出來了。在我的記憶中， 手工制圖那個時代一直是最令人難忘的。

 

　　首先是圖紙的韻味是現(xiàn)在計算機(jī)輔助設(shè)計（CAD）出的圖紙所不具備的。常言道：“圖紙是工程師的語言”“圖若其人”。每位技術(shù)人員所設(shè)繪的圖紙均有不同的風(fēng)格。其次是那個時代三級校審的嚴(yán)謹(jǐn)程度，校對審核是非常關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)，擔(dān)任校對審核的都是經(jīng)驗豐富的技術(shù)人員。正是他們的嚴(yán)格把關(guān)保證了圖紙質(zhì)量。手工制圖并非總是低效，當(dāng)時我和年輕同事們在“計件承包制”激勵下，就創(chuàng)造了“多人串聯(lián)制圖法”和“作圖法計算重量重心”等，對繪圖方法和程序進(jìn)行了優(yōu)化，把上層建筑結(jié)構(gòu)分段的繪制效率提高了5倍。盡管當(dāng)時船舶設(shè)繪、計算基本上靠手工，沒有現(xiàn)在CAD系統(tǒng)所具有的拓?fù)潢P(guān)系和干涉檢查，但老一輩設(shè)計工藝人員在圖紙質(zhì)量、建造工藝、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和技術(shù)功底方面給我們年輕一代技術(shù)人員留下了深刻的印象。

 

       HP9845臺式機(jī)

 

　　設(shè)計人員自己可編程的平臺

 

　　20世紀(jì)80 年代初，船廠配置計算機(jī)為國產(chǎn)的TQ-16型中型計算機(jī)，全部依靠專業(yè)人員指令操作，而且計算機(jī)的可靠性很差?？傮w性能計算通常由設(shè)計人員將數(shù)據(jù)填入規(guī)定的表格后再由計算機(jī)專業(yè)人員用穿紙帶的方式錄入數(shù)據(jù)。由于輸入的型值數(shù)據(jù)無法用圖形來檢驗，再加上設(shè)計人員很難檢驗紙帶上的錄入數(shù)據(jù)，因此常常出現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)的差錯導(dǎo)致計算結(jié)果出現(xiàn)偏差。當(dāng)時設(shè)計人員非?？释軌蚺渲每梢宰约壕幊滩⒂袌D形顯示的計算機(jī)。

HP9845臺式機(jī)

 

　　1983年，船廠的一位工程師從丹麥留學(xué)歸來并帶回了一套總體計算和結(jié)構(gòu)計算軟件，為此船廠特意購置了一臺HP9845臺式計算機(jī)和與之配套的打印機(jī)和彩色繪圖機(jī)，以運行此套軟件。該機(jī)使用簡單易學(xué)、功能強(qiáng)大的擴(kuò)展型BASIC語言并有直觀的菜單和圖形顯示，因此很受設(shè)計人員的青睞，曾一度出現(xiàn)“上機(jī)兩班倒”的現(xiàn)象。當(dāng)時我利用這個程序完成了供應(yīng)船首制船的裝載手冊編制工作，并在第二艘船的裝載手冊編制過程中通過自己編程對程序進(jìn)行改進(jìn)，使計算效率提高了6倍。船廠的技術(shù)人員在這臺計算機(jī)上還開發(fā)了許多總體性能、結(jié)構(gòu)計算乃至管理軟件，確確實實成為技術(shù)人員自己可編程的平臺。

 

　　隨著計算機(jī)應(yīng)用逐步地開展和應(yīng)用骨干人員的成長，船廠先后在中型機(jī)和PC機(jī)平臺上開發(fā)出了一批各專業(yè)的應(yīng)用軟件。這一批軟件都是利用當(dāng)時計算機(jī)初步的圖形交互技術(shù)、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)共享技術(shù)開發(fā)，或移植后加以擴(kuò)充完善而成的。這些軟件經(jīng)過較長時間的使用和維護(hù)，都具有較高的可靠性和較強(qiáng)的適用性。

 

 

　　中國船舶工業(yè)總公司組織了計算機(jī)輔助船舶設(shè)計集成系統(tǒng)（CASIS）工程的開發(fā)。CASIS-Ⅰ期工程所取得的最有實用價值的成果是基于PC平臺的管系放樣PCPS系統(tǒng)，它的應(yīng)用使管系放樣計算機(jī)化。

 

　　80年代末，中船總又組織進(jìn)行目標(biāo)為船機(jī)電一體化的CASIS-Ⅱ期工程的開發(fā)，引進(jìn)了當(dāng)時較為先進(jìn)的圖形工作站和基礎(chǔ)CAD系統(tǒng)平臺?，F(xiàn)在回想起來，由于當(dāng)時參與開發(fā)的骨干是船舶設(shè)計專業(yè)人員，因此，在系統(tǒng)設(shè)計的理念上還是相當(dāng)貼近船舶設(shè)計實際的。經(jīng)過多年的努力，該系統(tǒng)在1994年通過了評審，初步完成了CASIS-Ⅱ期工程預(yù)定目標(biāo)。但由于采用高級語言編制的接口程序運行效率較低，CASIS-Ⅱ期工程僅有部分成果在實船設(shè)計中得到應(yīng)用，并未形成真正實用的設(shè)計集成系統(tǒng)。但不可否認(rèn)，CASIS工程的實施開創(chuàng)了自主開發(fā)船舶設(shè)計 CAD/CAM 的先河。在幾乎在同期，中船總下屬的六一一所也在 Apollo 工作站上開發(fā)了DFS二維CAD系統(tǒng)，艙室設(shè)計人員以此系統(tǒng)為平臺開發(fā)了艙室布置系統(tǒng)，在一些船廠設(shè)計建造船舶的艙室設(shè)計方面得到了廣泛地應(yīng)用。由于當(dāng)時參與系統(tǒng)設(shè)計的人里有經(jīng)驗豐富的設(shè)計人員，艙室設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計理念即便到現(xiàn)在還是有不少可圈可點之處的。

 

 

　　1995年，船廠從KCS公司引進(jìn)了KCS船舶設(shè)計軟件和20套MARS物資管理軟件，并于當(dāng)年派遣了技術(shù)人員前往瑞典馬爾默的KCS公司總部參加應(yīng)用性培訓(xùn)。以這些培訓(xùn)人員為核心，船廠首先進(jìn)行擴(kuò)展性培訓(xùn)并在散貨船的部分分段進(jìn)行試驗性應(yīng)用，同時進(jìn)行大量的配合船廠造船設(shè)備設(shè)施、工藝習(xí)慣接口的二次開發(fā)以及一些對 Tribon 系統(tǒng)的功能性補(bǔ)充程序，這些二次開發(fā)工作為Tribon系統(tǒng)的全面應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)。盡管KCS軟件在某些功能的實現(xiàn)上還有一些不盡人意之處，但在船舶設(shè)計的歷史上是具有里程碑式意義的。

 

　　1999 年，船廠在1236TEU無艙口蓋集裝箱船進(jìn)行了全船性的三維建模。通過在1236TEU無艙口蓋集裝箱船上全面試用，船廠更加堅定了全面推進(jìn)Tribon軟件的應(yīng)用的信心和決心，經(jīng)過后續(xù)幾年的努力，船廠在設(shè)計過程中的三維建模范圍從船體結(jié)構(gòu)、管系逐步擴(kuò)展到現(xiàn)在的設(shè)備、電纜和鋼制舾裝件，并于2004年在16500立方米液化氣船基本設(shè)計階段實現(xiàn)了三維建模。這是對傳統(tǒng)的船舶設(shè)計流程的革命性創(chuàng)新。

2004年，江南造船在16500立方米液化氣船基本設(shè)計階段實現(xiàn)三維建模

 

　　2008年，江南造船搬遷到長興島后，船廠設(shè)計的船舶不僅實現(xiàn)了全船三維建模，而且在設(shè)計深度上也大大加深，完全可滿足現(xiàn)代造船模式區(qū)域化、總裝化和精度造船的出圖要求。297000噸VLCC是采用全船三維建模、按照現(xiàn)代造船模式出圖的典型例子。Tribon 軟件成為江南長興島新廠船舶設(shè)計的中堅力量。

 

 

　　90年代末期，船廠從美國的MSC公司引進(jìn)了Nastran有限元分析軟件并從瑞典的 Flowtech公司引進(jìn)了計算機(jī)輔助流體計算軟件（Shipflow CFD）以及軸系對中軟件，這些軟件的引進(jìn)使江南造船的計算分析能力大大加強(qiáng)。設(shè)計人員不僅將Nastran有限元分析軟件應(yīng)用于船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計，而且將其應(yīng)用于建造過程中的總段吊裝分析、船體下水時的受力分析等； 同時應(yīng)用CFD分析軟件進(jìn)行船體線型設(shè)計和優(yōu)化，提高了船模試驗的成功率，節(jié)約了試驗費用。

應(yīng)用CFD分析進(jìn)行船體線型設(shè)計和優(yōu)化

 

　　此外，船廠還為總體設(shè)計人員配置了 NAPA 總體性能計算軟件。這個軟件是開發(fā)、設(shè)計人員在前期的方案設(shè)計優(yōu)化和完工時總體完工文件計算的得力助手，大大提高了工作效率。

 

 

　　隨著復(fù)雜船舶的承接，設(shè)計、建造和管理效率提升的迫切性，船廠原有的Tribon軟件無法滿足現(xiàn)代化造船模式對三維電子模型的需求。

 

　　2015年，江南造船引進(jìn)了法國達(dá)索公司的CATIA 3DEXP軟件。經(jīng)過3年努力，江南造船不僅將CATIA 3DEXP軟件應(yīng)用到了船舶研發(fā)設(shè)計，而且還拓展應(yīng)用建造流程模擬、建造工法、內(nèi)裝體驗式設(shè)計等。

 

　　從上述我的親身經(jīng)歷不僅可以看出船舶設(shè)計手段的變遷和發(fā)展，同時這些船舶設(shè)計手段的變遷和發(fā)展也見證了中國船舶工業(yè)的發(fā)展歷程。確實，改革開放40多年來，特別是近20年，中國船舶工業(yè)得到了飛速發(fā)展，已經(jīng)躋身國際造船業(yè)的第一方陣。在這飛速發(fā)展的歷程中，雖然造船能力設(shè)施的建設(shè)對船舶工業(yè)發(fā)展起到了強(qiáng)烈的助推作用，但設(shè)計手段的改善特別是計算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用也是非常重要的一個方面。