李日明 赵志敏 赵裕华 杨霭欣

摘 要：本文介绍基于FORAN软件的船舶电气三维设计的流程和方法，理清船舶電气的框架结构及设计思路，总结利用FORAN软件进行船舶电气三维设计的优点和特点。

关键词：FORAN;三维设计;同步性;关联性

中图分类号：U662.2

文献标识码：A

1 前言

我国造船行业经过多年的快速发展，已经具备了一定的设计和建造水平。但相比欧、美、日、韩等发达国家的水平，在核心技术、高技术船舶设计建造的核心能力方面，仍存在一定差距。

目前国际主流的船舶三维设计软件主要有：瑞典KCS公司的TRIBON，该软件的数据开放性不够，数据系统白成一套，与常用的数据库缺少接口;法国Dassault System公司的CATIA，其突出的优点主要集中于航空航天;芬兰的NAPA和美国PTC公司的CADDS5，也是各有优缺点。

国内白主开发的三维软件，主要有上海申博的SB3DS，但该软件在国际上的知名度不高。本文通过对FORAN电气部分的三维设计流程、框架结构等进行分析研究，希望对国内的三维软件开发有借鉴的作用。

本公司前年为深圳友联船厂建造的由加拿大Rohert Allan设计的两艘32m拖轮“海鹏”和“海鲲”，应用FORAN三维设计软件，轮机、电气和舾装各专业协作三维放样，使各种机械和电气设备布置合理、整齐美观，同时缩短工期、节约成本，赢得了船东的好评。

FORAN软件电气部分的三维设计流程和基本框架

2 电气建库

FORAN自身不设置任何附件库，需要根据实际要求白行建库，也可以从其它项目导入，Fdefine模块只提供简单规则模型的模板。对于简单规则的电气设备，只需要找到对应的模型，再输入相应的尺寸，即可快速建立模型，修改也很方便;有时为了所建立的模型更加形象和美观，一个设备往往需要各种形状的模型来进行拼接完成，操作起来还算方便;至于那些形状不规则的设备，则可以通过在某一平面上绘制闭合曲线，进行拉伸或者旋转来生成模型，但修改不方便。

FORAN支持其它格式（如：DWG、DXF等）的三维模型的直接导入，同时在建立模型的时候可以预设设备的维修或更换等操作所需要的空间，如果该预留空间被占用，在干涉检查时会发出干涉提示。

3 电气三维设计

（1）电气标准库

包括基础信息表（如：电缆屏蔽属性、导线横截面积、电缆材质、托架和穿舱件尺寸等）和电缆规格、芯数、直径、单位长度、重量等详细信息;同时细分不同导线的性能和电气参数，以便在电缆敷设时加入约束条件（如：电力电缆和雷达等射频电缆分开敷设等）。

（2）电缆托架和穿舱件

根据船厂的实际情况，按照电缆托架和穿舱件的各种尺寸和规格，通过开放式的宏文件配置电缆托架和穿舱件标准模型，生成模板;使用的时候只需指定电缆通道的托架的尺寸规格，就可以调用生成托架。

（3）电气设备的支架和底座

通过宏文件来配置对于形状规则的支架和底座，先在Lihrary创建目录，然后通过编辑宏文件生成模板以供调用;对于不规则的支架和底座，可以直接调用船体的板材来拼接生成;调用的时候只需要选择适当的角铁长度和调节好安装位置就可以了，方便快捷。

（4）区域划分

根据实际需要分成若干个大区域，每个大区域再细分成若干个子区域;对全船电气设备进行分类，即创建Class;再在Class里面创建组件，把组件关联到前面介绍的某个模型，即该组件就有了对应的实体模型。组件只有重量重心和一些基本的电气参数等信息，此时可以为组件预设接线端子，为后续的接线工作做准备。

（5）电气设备

将相对应的部件关联起来。有了部件预设的所有属性，包括接线端子、重量和基本电气参数等信息，还要指定该设备属于哪个系统，安装在船舶的哪个区域;完成上述工作之后，就可以进行电气设备布置操作了。

（6）电缆通道

根据船体的实际情况细分成多个子电缆通道，子电缆通道之间有专门的连接方式。电缆通道是由各个电气节点连接而成的曲线;电缆托架是沿着该曲线建立的;穿舱件则是建立在节点上。这里要强调说明一点，电缆托架和穿舱件的建立，只是使电缆通道形象化，电缆敷设与托架和穿舱件没有直接联系，当电缆敷设完毕也不会形象的看到有电缆敷设在某条电缆托架或者电缆通道上。当然，如有需要的话，可以查询得到每一条托架或者穿舱件具体有多少根电缆及占用多大空间。把电缆通道首尾两个节点分别和相应的设备关联起来，就构成了一个简单的电气系统。图3是电气放样的效果图，包括电气电箱及其底座、电缆托架及其吊架。

（7）放线准备工作

电缆敷设最重要的一个参数就是电缆长度，如果短了很可能浪费整根线，如果太长又会造成浪费，总原则是宁可长一米不能短一寸。FORAN计算的长度只是电缆通道达到的地方，在电缆通道到进入设备的时候，一定要按照实际的进线方式进入到设备的最远点才算准确;另外，考虑到电缆在布线的过程中转弯等带来的长度损耗，系统自动为电缆总长度乘以一个预设的长度系数，同时也提供了额外的首尾电缆长度设置。

（8）接线

首先要定义好设备和电缆的接线端子形式，还要对每一个接线端子和每一条线芯进行编号，之后就可以进行接线了;电气部分也可以直接用轮机设备例如马达等来定义接线端子进行接线;接完线之后，如果要删除该设备则需要先拆除接线。

在完成全船的电气三维设计之后，通过FORAN的命令菜单就可以方便快捷查询到全船电气部分所需要电缆托架、扁铁、穿舱件、底座和吊架等的总用料;还可以查询到全船电气设备的总重量、重心等信息;电气三维设计还提供了强大的导进和导出功能，可以把旧项目里的电缆通道、电缆托架、穿舱件、电气设备三维模型及其定位和电缆等全部一次性导进到新项目，非常方便，只是在进行导进操作时注意别把轮机部分的设备覆盖掉。

4 电气系统图

（1）电气系统图有电气符号和电气系统两种电气工作模式：电气符号和三维模型相对应;电气系统则和电缆线路相对应;它们只是平面和三维的环境和模式的不同;

（2）电气符号主要是绘制各种设备的电气标准符号、图框，以及根据船厂的实际情况制作的各种统计表等配置文件，以便在绘制好系统图之后通过拖拽配置文件就可以简单快捷的完成各种统计数据;

（3）电气系统则是绘制电气系统图，其基本理念和三维放样是一样的，也是先定义再使用;对于已经在三维放样中定义好的设备和电缆就不需要再重复定义，直接找到该设备和电缆就可以制作系统图了;反之，对于已经在电气系统图定义好的设备和电缆，再回到三维放样中就可以直接找到该设备和电缆，而不需要重复定义;如果电缆和设备在三维放样上已经完成接线，再在系统图上定义好接线样式，就可以利用系统图简单方便的完成接线出图;

（4）关于电气三维设计和电气系统，看个人的喜好，有的人喜欢先制作系统图，再建立三维模型布线来得到电缆长度等信息;而我则倾向于在电气三维设计图中完成设备的布置和电缆的布线及接线等丁作，再制作电气系统图、统计设备的数量及接线出图。

5 电气三维出图

电气三维设计内嵌ThinkDesign软件，作为电气部分三维设备的出图丁具。其基本理念和大多数的放样软件一样，都是电气设备模型结合船體结构，通过投影来出图;也可以先只投影电气设备模型，再在模型的平面图上调取船体的切割平面，通过参考基点把两者结合起来生成平面图;接着配置标注模板，提取所需要标注的属性参数和各种有用数据生成模板，就可以对电缆托架和电气设备快速标注了，操作方便;如果出图过程中遇到电气符号中三维模型有修改，则只要在三维和平面图上点击刷新就可以白动更新。

由于电气设备的底座或者支架等的建模及出图和舾装专业的操作基本一样，这里就不缀述了。

6 电缆出图

电缆出图有Documents和Spreadsheets两种模式：Documents对应pclf.而Spreadsheets则对应Excel。两种出图模式都要先配置好模板，通过模板的约束条件来选择电缆出图;约束条件可为区域、系统名称、日期等。由于Spreadsheets容易修改，而且更易于二次开发操作，所以被普遍采用。

电缆的路径是由电缆通道节点来决定的，但按照现场工人的反映，如果遇到所经节点多的长电缆，现场工人很难有时间去一个个节点的查找，所以单纯的电缆节点图并不便于放线，需要对全船主电缆通道进行编号，通过Excel的二次开发把主电缆通道的编号加入到电缆所经节点里面，就可以让工人快速知道电缆的主要路径，节省看图时间。

7 总结

FORAN软件系统基于Windows系统平台、OraCle关系型数据库、C++开发环境进行开发，代表了目前最新的软件工程开发技术，其主要特点是：

（1）专注于船舶与海洋工程的新一代CAD/CAM系统：软件体系是围绕船舶与海洋丁程设计建造的需求进行规划和开发的，其操作界面、功能配备、专业划分、设计流程、数据管理等均按照船舶设计的习惯设置;利用FORAN系统进行船舶设计的用户，可在短时间内适应软件的思想、充分利用软件提供的各种专业功能，获得较高的设计效率;

（2）基于全三维、全船的协同设计与信息管理：利用FORAN系统，可以从始到终在全三维环境下完成设计工作;

（3）优良的数据共享与二次开发环境：FORAN采用了一系列最新技术，为系统的设计应用、二次开发和系统本身的不断改进，提供了坚实的基础。

参考文献

[1]卢永进，华志刚.基于FORAN的船舶管路三维设计研究[J].船海工程，2012.4l（5）.