（中国舰船研究设计中心，武汉 430064）

0 引言

在舰船的总体设计中充分利用有限的空间合理地布置各系统和设备，以期达到各系统和设备的最优化组合，从而提高舰船的综合作战性能尤为重要。三维设计作为一种多专业协同设计工具，在船舶总体设计中得到了越来越广泛的应用，在三维立体环境下开展船体结构、设备、管路、电缆、附件等的建模及布置，基于可视化的平台开展多专业综合平衡，对于提高舰船总体设计质量，减少后期返工具有重要意义。船舶总体施工设计是在保证原理性、功能性的前提下，进行设备及管路电缆的具体布置，同时兼顾工艺可生产性。然而，不同专业之间的接口关系非常复杂，往往存在大量的协调和迭代过程，而实际施工设计的供图往往是分专业供图，因此，如何合理规划各专业的设计序列，对于提高施工设计质量和设计效率具有重要意义。目前对于船舶三维设计方面的研究大多集中在某专业的建库、建模等方法的介绍，对于流程优化的研究甚少，针对这一问题，本文结合具体产品应用情况，基于矩阵式三维工作梳理和分析，提出了相对优化的基于三维设计的船舶总体施工设计流程。

1 施工设计三维工作分析

施工设计三维工作内容主要包括总体型面三维设计、船体结构三维设计、设备建模、轮机附件库构建、管路布置、风管布置、电缆敷设、开口设计、设备布置、基座设计、综合平衡等工作。每项设计内容都与其他设计内容之间存在复杂的耦合关系，比如设备布置影响开口需求，开口设计又是船体结构设计的其中一项输入，船体结构又对开口设计有一定的约束，总之，各项设计内容之间不是简单的单向流。

图1 施工设计主要三维工作内容框图

基于三维环境完成的施工设计交付成果，占施工设计所有交付成果的75%以上。船体结构图、综合布置图、设备布置安装图、设备基座图、原理线路图等均来自三维设计成果的转换。而且基于三维协同环境开展的施工设计相比传统的基于二维环境的施工设计，在综合布置合理性、工艺建造可行性、维护保障方便性等方面具有更明显的优势，因此，三维设计已经逐渐成为舰船总体施工设计的重中之重。

2 施工设计三维工作流程优化

2.1 设计结构矩阵

Steward引入DSM来分析信息流，它的行与列中的元素体现了各个设计活动间的相互影响关系，在分析具有复杂输入输出关系的任务序列上具有显著效果。

如图2所示，DSM是一个n×n阶方阵，所有任务均以相同的顺序排列在矩阵的最左边和最上边。若任务i的执行需要j的输入信息，则矩阵中的第i行第j列的元素为1，否则为空（或者零）。在设计结构矩阵中，对角线上的元素不描述任务间的关系，不需要处理。

图2 DSM表示

2.2 三维工作矩阵构建

设计结构矩阵在描述和分析工作序列方面应用非常广泛，基于上述梳理的三维工作内容及交付成果，构建施工设计三维工作矩阵。横坐标和纵坐标依次为上述梳理的设计内容。横坐标和纵坐标交叉位置表达行与列之间的输入输出关系。比如第i行第j列的为值aij，aij的取值为离散值（0，1）。如果j列的工作为i行工作开展的基础，则aij取值为1，否则为0。该矩阵描述了每项工作内容对其他工作内容的影响关系，依次推出各项工作开展的先后顺序。

图3 三维工作矩阵

2.3 施工设计三维工作流程优化

基于上述构建的三维工作矩阵，结合以往产品的三维施工设计经验，梳理矩阵元素间的输入输出关系，优化各项工作内容的序列，进而提出优化的三维施工设计流程。具体优化过程如下：

1）将施工设计三维工作活动根据不同的责任主体和不同的工作内容进行分解，形成施工设计三维工作活动集合A{a1,a2,...,an}，集合中的每个元素代表一项施工设计活动，无重复活动。

2）将施工设计三维工作活动集合A{a1,a2,...,an}转换为一个n×n的矩阵，将设计活动元素排列在矩阵的第0行和第0列。

3）确定DSM中的元素，对角线上的元素一律为空或0，转4）确定对角线以外的元素。

4）从第1个设计活动开始，判断如果第i行设计活动需要依赖于第j列设计活动的输出，则将行、列交叉处的矩阵元素aij置1，否则置0，依次确定矩阵中其他元素，具体流程如图4所示。

图4 矩阵元素赋值过程

5）除主对角线以外的其他元素以4）中确定的aij填充，最后形成施工设计三维工作矩阵，根据矩阵中的元素取值，对矩阵进行下三角变换。

6）若某行除主对角线外其余元素全部为空或0，则表示该设计活动的执行不需要依赖于其他任务提供输入信息，该设计活动尽量提前开展，比如设备布置。

7）若某列除主对角线外其他元素全部为空或0，则其他任何设计活动的执行都不需要该活动的输出信息，该设计活动的优先级较低，可以推后开展，比如出图。

基于以上过程，提出优化的施工设计三维工作流程如图5所示。

3 结束语

1）从工作内容、交付成果不同维度梳理和分解三维设计活动，对于在协同设计环境中合理规划各专业的设计序列，对于提高施工设计质量和设计效率具有重要意义。

图5 施工设计三维工作流程

2）基于设计结构矩阵描述施工设计三维设计活动之间的输入输出关系，通过对设计活动序列的重组，优化施工设计三维工作流程，对于减少返工量和提高质量具有重要意义。

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