基于HD－SHM 船體放樣一體化教學(xué)的研究與實踐

張遠(yuǎn)雙

（武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430050）

“船體放樣”是我院國家示范性重點專業(yè)——船舶工程技術(shù)專業(yè)的一門專業(yè)核心課程，該課程具備一定的理論性和較強(qiáng)的實踐性，直接關(guān)系到本專業(yè)后續(xù)課程的教學(xué)和人才培養(yǎng)目標(biāo)的實現(xiàn)，關(guān)系到我院高職教育的辦學(xué)特色，影響著船舶工程專業(yè)學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展。以教高【2006】16 號文件精神為指導(dǎo)，基于滬東中華造船有限公司開發(fā)的HD－SHM 軟件平臺，深入開展船體放樣一體化教學(xué)的研究與實踐意義重大。

1 教學(xué)整體目標(biāo)

通過船體放樣的典型工作項目，采用手工放樣和數(shù)學(xué)放樣相結(jié)合，基于HD－SHM 實施數(shù)學(xué)放樣教學(xué)做一體化，強(qiáng)化學(xué)生能力的培養(yǎng)，使學(xué)生進(jìn)一步掌握船體放樣相關(guān)的專業(yè)知識和實際操作技能、具備操作專業(yè)軟件進(jìn)行實船數(shù)學(xué)放樣的能力。

2 實船數(shù)學(xué)放樣一體化教學(xué)的研究與實踐

2.1 典型工作項目的選取

結(jié)合教學(xué)目標(biāo)選取5000噸江海直達(dá)貨船的數(shù)學(xué)放樣作為典型工作項目。該船線型典型，有較強(qiáng)的代表性，垂線間長102米、型寬17.5米、設(shè)計吃水4.5米、梁拱0.25米、雙機(jī)雙槳、方尾、球鼻首、有平行中體。針對一體化教學(xué)的實際情況，本文重點介紹基于HD－SHM 線型系統(tǒng)本船艏半艘數(shù)學(xué)放樣的研究與實踐。

2.2 型線的生成

HD－SHM 型線系統(tǒng)的一般操作流程如圖1所示。

2.2.1 繪制格子線

打開線型系統(tǒng)，進(jìn)入【交互型線三向光順】，取艏半艘船名為“101”，由于本船有平行中體，開始站號取為10站（當(dāng)船沒有平行中體時，為了前后半艘的對接，要疊加一個站距）。在【設(shè)置型線】界面內(nèi)，設(shè)置本船艏半艘的10～20號站格子線及相關(guān)船型信息，運行軟件得艏半艘格子線。

2.2.2 繪制船體型線

在【交互型線三向光順】中，選取【編輯型值表】，填寫【站線水線交點表】、【站線縱剖線交點表】和【縱剖線水線交點表】等表格的各型值數(shù)據(jù)，對型線設(shè)置控制點和邊界條件等，即可在三視圖上生成船體型線圖，如圖2所示。

2.2.3 型線的修整及其處理方法

直接根據(jù)型值表等已知條件所得到的船體型線并不光順或彎曲程度不符合要求，甚至可能出現(xiàn)凌亂，在三向光順之前要對生成的型線進(jìn)行修整。型線的修整和處理較為繁瑣，根據(jù)不同的情況可采用不同的方法，但總的原則是通過增加和修改控制點、插值網(wǎng)格線、光順前處理等手段來達(dá)到修改型線曲度與光順的目的。

（1）增加和修改控制點

圖1 操作流程

圖2 船體型線圖

增加和修改控制點可改變曲線的彎曲形狀及其長短延伸范圍等，使型線符合實際情況，從而達(dá)到光順的目的。

如圖3（a）所示，舷墻頂線增加兩個控制點A（54256.30，1736.85，11318.11）和B（54856.07，818.614，11327.92）改變其彎曲形狀，使曲線端部在半寬水線圖的投影修改成R2400的首圓弧。

圖3（a） 增加控制點

如圖3（b）所示，舷墻頂線增加兩個控制點C（46900，5278.29，10139.71）和D（49300，4635，11165），且將D 控制點類型修改為“折角”，可將舷墻頂線在縱剖線圖的投影從E點延伸至C點。

圖3（b） 增加控制點

值得注意：控制點可通過“對象捕捉”的方式獲得，但一般只能得到點的二維坐標(biāo)，應(yīng)在控制點表中補(bǔ)齊第三維坐標(biāo)；另外，控制點的數(shù)目結(jié)合實際需要而定，一般來說點數(shù)越少越好，特別是中縱剖線與水線、甲板線的交點不能設(shè)置為控制點，最好定義為“縱剖線與水線交點”和“縱剖線與甲板線交點”，否則將影響型線的光順效果。

（2）插值網(wǎng)格線

插值網(wǎng)格線可達(dá)到“水線到中”、“縱剖線到頂”、增加縱剖線與水線的交點等作用。根據(jù)型值數(shù)據(jù)2000縱剖線、4000縱剖線和6000縱剖線在插值前如圖4（a）所示，通過縱剖線插值后運行結(jié)果如圖4（b）所示。

另外，通過插值網(wǎng)格線，還可得斜剖線，任意水線、縱剖線和站線等。

（3）光順前處理

船體型線不僅與通過的型值點有關(guān)，端點條件的確定也至關(guān)重要。這些端點都在船體的邊界線上，在型線三向光順之前必須進(jìn)行光順，稱之為光順前處理。光順前處理可進(jìn)行邊界線（包括邊平線、輪廓線和底平線）光順、站線和水線的二向光順，以及水線圓頭切點線的光順等，是型線三向光順前的預(yù)處理工作。

圖4（a） 縱剖線插值

圖4（b） 縱剖線插值

水線圓頭的處理，必須在【水線控制信息表】中合理設(shè)置C1R、C1L 和C1B 等的數(shù)值，根據(jù)本船的已知條件，經(jīng)過光順前處理，可得到如圖5所示的水線圓頭。

圖5 水線圓頭

本船有平行中體，特別要注意邊平線和底平線的光順前處理工作，才能保證站線與型寬線和基線的切點位置的準(zhǔn)確性，為線型的三向光順打下基礎(chǔ)。

2.3 型線的光順

2.3.1 理論型線的三向光順

船體放樣時，最主要的是理論型線的三向光順。在HD－SHM 線型系統(tǒng)中，三向光順分為“交互三向光順”和“自動三向光順”，其中單根型線的光順方法是圓率序列法。

圓率序列的符號反映型線的彎曲方向，其絕對值（圓率棒的長短）則表示型線的彎曲程度。三向光順的方法有“增加一個控制點”、“修改一個控制點”、“修改控制點類型”、“自動粗光順整根型線”、“自動精光順整根型線”等等。

型線的三向光順是一項專業(yè)性很強(qiáng)、任務(wù)繁重、過程復(fù)雜的專業(yè)工作。如圖6 所示，本船17號站線經(jīng)過光順處理，已較好地達(dá)到型線的粗、精光順性要求，同時滿足了型線的三項光順性。

圖6 型線的光順

2.3.2 肋骨型線的生成與光順

本船4～137號肋骨線肋距為0.7米，其它肋距為0.6米，艏半艘起始肋骨線為75號，且距離10號站線600 毫米。根據(jù)HD－SHM 的規(guī)定，肋骨線定義為：“75600.00”、“137700.00”、“155600.00”。通過【生成肋骨型值表】等操作，得到艏半艘船體的肋骨型線圖，如圖7所示。

圖7 肋骨型線圖

3 數(shù)學(xué)放樣一體化教學(xué)的幾點思考

HD－SHM 船體建造系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，是國產(chǎn)化船體放樣等方面的旗艦性軟件平臺，基于HD－SHM 船體放樣一體化教學(xué)的研究與實踐大有可為。盡管我院對本課程的教學(xué)研究比較成熟和深入，但針對軟件學(xué)習(xí)和使用的實際需要，進(jìn)一步通過廣泛的調(diào)查研究，根據(jù)企業(yè)需求、職業(yè)分析和行業(yè)意見，結(jié)合學(xué)生的實際情況，必須確立船體放樣一體化教學(xué)的個性化針對性內(nèi)容，進(jìn)行課程標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步完善及其優(yōu)化論證、課程整體設(shè)計和單元設(shè)計、評價體系的研究和改革、教學(xué)方法改革與嘗試等。

3.1 根據(jù)HD－SHM 船體建造系統(tǒng)的需要進(jìn)一步修訂和完善課程標(biāo)準(zhǔn)

課程標(biāo)準(zhǔn)是規(guī)范一門課程的課程性質(zhì)、課程目標(biāo)、內(nèi)容目標(biāo)、實施建議的教學(xué)指導(dǎo)性文件。通過課程標(biāo)準(zhǔn)的重新修訂，重點突出了實際工作崗位中有關(guān)船體數(shù)學(xué)放樣方面的知識、能力和專業(yè)素質(zhì)方面的要求。

在船體放樣一體教學(xué)過程中，不少學(xué)生對放樣得到的船體型線由若干段圓弧組成、圓率的概念及圓率棒的方向和大小等相關(guān)知識不理解，從而較大程度地影響一體化的教學(xué)效果，難以做到理論和實踐相結(jié)合。筆者認(rèn)為，在現(xiàn)有內(nèi)容目標(biāo)的基礎(chǔ)上，增設(shè)計算機(jī)輔助船體建造方面的理論知識。例如：船體型線的數(shù)值表示、船體型線光順的數(shù)學(xué)描述等等。

結(jié)合HD－SHM 的使用要求，學(xué)生掌握雙圓弧樣條函數(shù)和船體型線光順的圓率序列法等意義重大，不僅有利于學(xué)生掌握HD－SHM2005等專業(yè)軟件的實際操作方法和技巧，更有利于學(xué)生了解數(shù)學(xué)放樣的本質(zhì)、增強(qiáng)對專業(yè)軟件的理解和掌握程度，更好地分析和解決數(shù)學(xué)放樣中所遇到的專業(yè)問題。

同時，在內(nèi)容目標(biāo)中體現(xiàn)和重視數(shù)學(xué)放樣領(lǐng)域的新理論、新方法和發(fā)展趨勢，為學(xué)生提供職業(yè)生涯發(fā)展的空間，努力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和職業(yè)能力，對船舶工程專業(yè)學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展大有裨益。

3.2 以典型項目任務(wù)為導(dǎo)向，進(jìn)行教學(xué)做一體化教學(xué)改革

以崗位職業(yè)能力培養(yǎng)為核心，通過教學(xué)做一體化的“項目訓(xùn)練法”培養(yǎng)學(xué)生的“專業(yè)能力、方法能力和社會能力”。

在教學(xué)設(shè)計中，選用實船數(shù)學(xué)放樣的典型實例為載體，結(jié)合實際工作任務(wù)或工作項目相關(guān)的實船圖紙，教師講授和學(xué)生能力訓(xùn)練互動，建立以培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力為核心的教學(xué)體系，突出工作過程與學(xué)習(xí)過程結(jié)合，以學(xué)生為教學(xué)主體，學(xué)生提問與教師解答、學(xué)生訓(xùn)練和教師指導(dǎo)有機(jī)結(jié)合，強(qiáng)調(diào)分析和解決問題的方法，讓學(xué)生在教學(xué)做的過程中，培養(yǎng)和提高學(xué)生的分析和解決問題的能力，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的成就動機(jī)。

在典型實船項目任務(wù)的選取過程中，必須重點考慮所選船舶船型的典型性、尺度大小的正常性等因素。筆者認(rèn)為：目前普遍采用的150噸冷藏船無論從船型、尺度、圖紙資料等方面稍顯不足。相比較而言，5000 噸江海直達(dá)貨船線型典型、雙機(jī)雙槳、方尾、球鼻首、有平行中體，是目前具有普遍代表意義的船舶，而且圖紙資料齊備，更有利于一體化教學(xué)的組織和實施，從而有效保證教學(xué)效果。

3.3 進(jìn)一步改革一體化教學(xué)評價體系

職業(yè)能力作為高職教育目標(biāo)，不僅是本課程教學(xué)的核心，也是檢驗教學(xué)效果的基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的期末卷面考試方式使學(xué)生處于被動學(xué)習(xí)狀況和陷入考前突擊的誤區(qū)，而且無法對學(xué)習(xí)過程和職業(yè)能力作出檢查與評定。因此，我們對傳統(tǒng)的教學(xué)評價體系進(jìn)行改革，采用階段評價、目標(biāo)評價、項目評價、理論和實踐一體化評價模式。注重學(xué)生動手能力和分析、解決問題能力的考核，對在學(xué)習(xí)和應(yīng)用上有創(chuàng)新的學(xué)生應(yīng)予特別鼓勵，綜合評價學(xué)生能力。

4 結(jié) 語

積極推進(jìn)“與船同行，融學(xué)于做”的船舶類專業(yè)人才培養(yǎng)模式改革，基于HD－SHM 船體放樣一體化教學(xué)的研究與實踐大有可為。同時，也是一個艱巨而長期的任務(wù)，只有與時俱進(jìn)，不斷改革與創(chuàng)新，才能切切實實提高人才培養(yǎng)質(zhì)量，達(dá)到課程建設(shè)的后示范性建設(shè)要求，為我院人才培養(yǎng)工作做出積極的努力和貢獻(xiàn)。

1 張海泉.以項目導(dǎo)向建設(shè)船體放樣省級精品課程的實踐［J］.武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2001（6）.

2 杭小平.HD－SHM 船體線型系統(tǒng)使用說明書［M］.上海：滬東造船廠計算機(jī)所，2000.

3 劉桂香.基于HD－SHM 8000t貨船數(shù)學(xué)放樣中型線光順的研究［J］.船舶工程，2011（1）.