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美军用虚拟现实技术设计新一代航母 全程无图纸
中国网 china.com.cn  时间: 2010-01-14  发表评论>>

图中所示,在诺思罗普·格鲁曼造船公司的一次可视化会议上,该公司工作人员托莎·瑞弗尔利用快速运作虚拟现实系统向观众展示“吉拉德·R·福特”号核动力航空母舰上2号泵室的海水管道系统。

图中所示,在诺思罗普·格鲁曼造船公司的一次可视化会议上,该公司工作人员托莎·瑞弗尔利用快速运作虚拟现实系统向观众展示“吉拉德·R·福特”号核动力航空母舰上2号泵室的海水管道系统。

一种不同的视角

诺思罗普·格鲁曼公司正在使用虚拟现实软件来设计下一代航空母舰。

·诺思罗普·格鲁曼公司已经将法国达索(Dassault)公司开发的计算机辅助设计软件应用到其舰船设计最具挑战性的工作中;

·该公司使用三维可视技术进行空间展示,并排除相互干扰;

·工作人员在进行船舶装备工作时也借助三维可视技术。

“吉拉德·R·福特”级核动力航空母舰不仅是美国海军40多年以来设计的唯一一级航空母舰,还是第一种全程使用计算机软件而非图纸进行设计的航空母舰。

该级航空母舰首舰“吉拉德·R·福特”号,排水量为10万吨,长为1092英尺,计划于2015年进入美国海军舰队服役。2000名诺思罗普·格鲁曼公司的工程师使用一种三维可视软件来设计和修正这种航空母舰。船舶装配人员在装配舰船之前就可以看到以三维立体图像呈现的舰船成品。

“吉拉德·R·福特”号航空母舰并不是美国海军中第一种使用计算机辅助设计技术的舰船。“圣安东尼奥”级两栖船坞登陆舰和“弗吉尼亚”级潜艇都使用了计算机辅助设计技术。诺思罗普·格鲁曼造船公司位于弗吉尼亚州纽波特纽斯的造船厂,曾经建造过10艘“尼米兹”级核动力航空母舰,在航空母舰设计上拥有丰富的经验。该造船厂在设计新航空母舰的过程中积极运用计算机辅助设计,希望达到好的效果。

为了设计建造“吉拉德·R·福特”号航空母舰,诺思罗普·格鲁曼造船公司选择了由法国达索系统公司开发的计算机辅助三维交互式运用软件,即CATIA(Computer Aided 3D Interactive Analysis)软件。达索在美国与IBM公司合作销售这款软件。诺思罗普·格鲁曼造船公司的网站上介绍说:“CATIA软件可以模拟所有的设计过程,从项目前阶段,到细节设计、分析、模拟,一直到组装和维护。”CATIA软件最初是在20世纪80年代用于飞机的设计。20多年以来,该软件经过了多次升级,为工业界所广泛运用。

诺思罗普·格鲁曼造船公司的网站上还介绍说,该公司选用了计算机辅助虚拟环境(CAVE Computer Aided Virtual Environment)软件来看到“吉拉德·R·福特”号航空母舰CATIA产品模型的特定区域,以便随时调整建造策略。

该公司选用三个以上的大屏幕显示器,向包括项目官员、设计工程师、系统供应商和其它感兴趣人员在内的观众展示舰船三维立体图像。

诺思罗普·格鲁曼造船公司发言人玛格丽特·米切尔·琼斯(Margaret Mitchell Jones)表示,从2005年10月以来,该公司就一直使用一种被称为“快速运作虚拟现实(ROVR Rapidly Operational Virtual Reality)”的计算机辅助虚拟环境软件,在一个显示器上呈现三维立体图像。她并没有披露快速运作虚拟现实软件的费用。

纽波特纽斯造船厂使用了两种快速运作虚拟现实系统。戴维·罗奇(David Rockey)是纽波特纽斯造船厂快速运作虚拟现实系统的工程监督人员。他告诉我们,一种快速运作虚拟现实系统正用于工程设计工作。

他还说:“第二种快速运作虚拟现实系统用在了终端装备平台的设计上,在那里,舰船的各个部分正在进行组装。这种快速运作虚拟现实系统还将用于建造工艺,以便工程人员获得对产品模型的直观体会。”

米切尔·琼斯说:“包括快速运作虚拟现实系统在内的滨水可视化中心(The Waterfront Visualization Center)将于3月份开始运作。”

最近,《海上力量》杂志特约记者前往诺思罗普·格鲁曼造船公司采访,该公司向《海上力量》展示了快速运作虚拟现实系统的情况,展示了该公司是如何从设计阶段、解决问题到工人训练阶段利用CATIA软件的。在那里,人们需要借助3D眼镜才能看到效果图。

人们看到该设计图以色彩来区别各个系统。在泵室展示中,人们可以看到紫色部分是喷气式战机燃油管道系统,而绿色部分则是海水管道系统。

罗奇说:“我们的舰船设计工作要经过三个阶段——概念、编排和细节。在设计工作推进的过程中,我们首先通过设计工具确定相关的模块,然后随着我们从供应商那里获得越来越多的信息,随着系统评估的不断推进,我们就可以获得相关的细节,不断推进系统的调整发展。”

他说:“在编排阶段,我们可以把所有大小型管道都配置好。”

在细节阶段,他们开始把特征加入到元数据(metadata)中。

罗奇说:“可视化工具的优点在于‘协作’。我们在这个房间可以让很多的观众坐着看虚拟舰船空间,我们可让每个人的思想火花输入到早期的设计方案中去。”

他说:“舰船产品模型的好处在于,你可以把所有部件都‘拆’下来,你的工作是‘实实在在’的,而不是停留在头脑中。”“在过去,我们的供暖通风与空气调节(HVAC heating ventilation and air conditioning)设计师们往往都不知道电子工程师做些什么事情。既然我们在这个一体化的舰船产品模型上工作,我们就必要对系统和空间有整体的感觉。”

苏珊娜·贝克斯托弗(Suzanne Beckstoffer)是纽波特纽斯造船厂计算机辅助虚拟环境的工程总管,他说:“所有的电子设备、管理、机械设备和通风设备都在里面了,你可以很直观地看到,这样的话在预留空间的时候方便很多。”

设计工程师负责检查他们的系统,防止这些系统启用之后出现兼容性问题或者接口问题。当他们在向某个部位加装部件的时候,他们也是在为计算机辅助设计做贡献,把即将安排的系统的特征放到了设计方案之中。

罗奇说:“我们使用可视化工具,让每个人输入有关这一部分是如何运作和维护的内容。”“我们会进行评估,我们会让舰队的代表加入进来,听取他们的建议。随着设计的深入,我们不会把设计方案丢给下一个团队去处理,无论是在设计环节、建造环节还是行动环节都是如此。我们会把所有人集合在一起对设计方案进行评估,把他们的合理建议放到设计当中,所以所有利益相关者的兴趣和建议都会反映到设计方案当中。”

贝克斯托弗说:“如果他们看到了他们不喜欢的东西,并希望我们改变,这种想法的合理性就需要通过三维立体图像软件来进行分析。”“当你要和海军人员一起做设计评估的时候,三维立体图像和二维截图相比,更清晰、直观,视野更宽广。”

减少舰船在服役寿命中的维护负担是计算机辅助设计的目标之一。罗奇展示了移去一个泵进行维护的方法。

他说:“当我们在做那些模拟的时候,我们希望确保里面是没有燃油的。”“如何才能让移去泵的同时不干扰到其它部分呢?唯一方法是确保泵里面没有燃油,我们为就此进行调整。如果不能让里面没有燃油,那么我们就要重新设计系统,进行调整,确保以后维护的便利。”

通过计算机辅助虚拟环境,设计者们可以确定机械和控制面板的位置是否可行。设计者把一名虚拟典型舰员放到的设计方案中,以衡量舰船设计方案中的人的因素的影响,包括可达性、视线等, 确保舰员可以在不受干扰的情况下在舰船工作里移动、作业。

贝克斯托弗指出,让供应商看看计算机辅助虚拟环境的电子显示图,了解未来他们的产品安装的位置,他们就可以更好地避免产品缺陷。

她说:“他们比我们更了解机器设备的具体细节,看到模拟演示之后,他们会提出中肯的意见。”

罗奇指出,一旦供应商通过计算机辅助虚拟环境系统看到了他们产品的具体用处,他们会提出自己的观点,更好地设计其产品,以适应舰船的需要。

计算机辅助虚拟环境系统还可以让设计者合理安排安装的进度。这样做就避免了由于进行一项安装拆除某些部件带来的舰船建造进度的后延,以及人力时间的浪费。对新的设计工程师来说,计算机辅助虚拟环境系统也可以作为教学工具使用。

诺思罗普·格鲁曼造船公司希望通过滨水可视化中心,可以向公司下属的造船工厂发布开工的简报,告诉他们要建造的舰船的具体情况。这样工人们会对即将进行的工作有更清楚的认识。

贝克斯托弗说:“一位领班和他手下的工人会来看新舰的模拟三维立体图,他们会清晰地了解未来的工作任务,更好地完成建造工作。”

她说:“除了他们日常工作需要的图片外,我们还会给他们配备一个彩色打印机,以便随时获得工程图片。简单和清晰,是描述他们工作最恰当的两个词语。”

作者:里查德·R·伯吉斯(Richard R. Burgess)

编译:知远/战舰

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文章来源: 中国网 责任编辑: 罗琪
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