淺談空間線在HD-SHM線型光順系統(tǒng)中的應(yīng)用

吳健林

（廣州船舶及海洋工程設(shè)計研究院, 廣州 510250）

1 引言

船殼線型光順直接影響到船舶建造進度及質(zhì)量，如船殼外板的放樣、零件、胎架等的制作，因此需對線型光順予以重視。滬東HD-SHM船體建造系統(tǒng)是目前使用最廣泛的船體生產(chǎn)信息制作系統(tǒng)之一，它主要包含有線型系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、外板系統(tǒng)等幾個模塊，利用該系統(tǒng)可以完成船體線型精光順、外板和結(jié)構(gòu)零件生成、加工、裝配等全部生產(chǎn)信息制作。

2 線型光順及原理

船體型線的光順是一項十分復(fù)雜的工作。船體型線要求有三向光順，單單調(diào)整某一個剖面型線是達不到三向光順的目的，在實際操作中要統(tǒng)籌兼顧、相互協(xié)調(diào)、迂回進行。

滬東HD-SHM船體線型系統(tǒng)是建造系統(tǒng)的一個子模塊，與手工放樣相同，在利用該系統(tǒng)進行線型三向光順時，也是從橫剖面開始，然后調(diào)整水線面，最后是縱剖面。先利用設(shè)計院提供的型線或型值構(gòu)建初步光順模型，再在此模型基礎(chǔ)上進行型線三向光順，然后在光順后的水平面和縱剖面上插值生成肋骨型線，最后進行肋骨光順生成肋骨樣條文件。

在光順過程中，主要是利用型值點的圓率和圓率一次差來對型值點進行光順性判別。對于每一樣條曲線應(yīng)盡量使其具有良好的光順精度，使曲線上的曲度成規(guī)律地均勻變化，故在輸入每種型線后均應(yīng)對其光順度進行調(diào)整。在遇到曲度變化較大或精度不夠時，應(yīng)適當(dāng)?shù)卦谠撎幵黾有途€，如增加水線、縱剖線、橫剖線等，通過調(diào)整這些增加線型的光順度來改善整船光順精度，達到全船光順的目的。

除上述增加的水線、縱剖線、橫剖線外，在光順過程中，還有一種曲線值得注意并重視，這就是空間曲線。空間曲線是控制船型的主要曲線，它作為三向光順時的控制曲線，也可以稱之為輔助線，它不參與三向光順，但對控制型線的走向有很大作用。

空間線主要有折角線、切點線、平面輪廓線、側(cè)面輪廓線、橫向輪廓線等，此外還有甲板線。除甲板線可用空間線定義外，諸如船體圓頭切點線、底平、底切點線、龍骨折角、尾封板線、尾軸出口端面、軸包板線、舷墻頂線等均可直接用空間線定義。

本文以某近海救助拖船線型光順為例，著重介紹如何定義空間線及描述空間線，從而控制三向型線，達到光順型線的目的。

3 構(gòu)建初步光順模型

根據(jù)型線圖，可構(gòu)建首、尾半艘的初步光順模型。以本船為例，船中在10號站線，則首半艘起點應(yīng)定義在9號站線，尾半艘起點應(yīng)定義在11號站線。首半艘以向首為正方向，尾半艘以向尾為正方向。為了定出船體的整個范圍，必須輸入船體離基線最高的水線和離船舯最遠的站線及最大的縱剖線，這些值要能夠能把所有的型線圍起來，以便后續(xù)型值輸入。

構(gòu)建初步模型，一般采取手工輸入型值和直接轉(zhuǎn)換樣條曲線相結(jié)合的方法進行。除型值輸入外，還可直接將型線圖轉(zhuǎn)化成光順的原始型線。如果型線是用樣條曲線繪制的可以直接轉(zhuǎn)換，對于直線和圓等圖線是不能直接轉(zhuǎn)換的，要先將其轉(zhuǎn)換成多義線或樣條曲線后才可以進行轉(zhuǎn)換。根據(jù)上述方法，一般可快速構(gòu)建出用于后續(xù)光順的首、尾半艘船的初步線型，而對于本船，由于型線上折角及切點較多，不適宜完全用線型轉(zhuǎn)換方式生成原始型線，而宜采用手工輸入型值、部分線型轉(zhuǎn)換相結(jié)合的方式進行初始光順模型的構(gòu)建。如圖1為根據(jù)型值表輸入及線型轉(zhuǎn)換后的首半艘初始線型。

圖1 首半艘初始線型

4 空間線定義、描述及應(yīng)用

從圖1可以看出，首半艘的初始線型不完整，主要體現(xiàn)在線型的首、末端點上，這是因為還沒有定義空間線及輸入水線、縱剖線的首尾端點坐標(biāo)，該端點坐標(biāo)可以直接從型線圖上量取后按系統(tǒng)提示輸入，而空間線則可根據(jù)系統(tǒng)提供的功能進行定義。需要注意的是，系統(tǒng)默認最多只能定義50根空間線，且所定義的空間線與同一根站線或肋骨線、水線、縱剖線等必須且只能有一個交點，若交點多于一個，需將該空間線分成2段或以上來定義，否則容易出錯。

對首半艘，從縱剖面圖（圖2）上可以看出，需將圖上的第二、第三折角線、舷艢頂線、第三折角線與舷艢頂線圓弧過渡線、過渡線趾端等定義為空間線，其空間線的類型均為折角線。完成后進入空間線控制點表，對所定義的空間線進行賦值。在填寫空間線各控制點的值的時候一般是先填寫空間線的首尾兩點型值，再填寫中間點型值，否則就可能會出現(xiàn)曲線“折回來”的現(xiàn)象。

由于空間線均為曲線，其與三向型線均有相交，有時僅填首末端點坐標(biāo)不足以體現(xiàn)空間線形狀，還需填寫空間線其它型值。一般情況下，如果空間線與站線有真實的交點就填寫“空間線站線交點表”，如果沒有交點時填寫“空間線控制點表”，其余空間線與縱剖線、水線交點類似。還可用系統(tǒng)自帶的前處理功能來對已定義首、末端點的空間線進行光順，光順結(jié)束后自動插值所有水線、縱剖線與空間線的交點。這樣完整表達這些空間線后，才能得到與原始線型較為接近的首半艘光順模型（圖3）。當(dāng)然，該模型也不是最終的，仍需對其進行水線、縱剖線的加密，甚至站線的加密等，再進行以站線為基準(zhǔn)的型線三向光順、插值肋骨，最后進行肋骨光順，這樣才能得到最終的首半艘光順線型（圖4）。

圖2 縱剖面圖原始型線

圖3 定義空間線后的首半艘橫、縱剖面圖

圖4 完成光順后的首半艘橫剖面及三維型線圖

同理，可根據(jù)上述方法定義部分簡單空間線(如龍骨折角等)后得到如圖5所示的尾半艘初步光順模型，但該模型還不是最終的光順線型，還需繼續(xù)對一些復(fù)雜空間線，如尾部舷墻頂線，尾部軸包線等進行定義。因該船尾部有尾滾筒，其縱剖線在尾滾筒處有拐點，在系統(tǒng)中需定義多條空間線來表示，其中有切點線，也有折角線。

此外，在給定的原始型線圖中，對于尾軸出口即軸包部分的線型沒有表示，因為這個地方過于復(fù)雜，無法精確表達。但我們做的工作是放樣，放樣的重要任務(wù)就是要準(zhǔn)確表達在型線圖中無法精確表達的內(nèi)容，所以我們必須準(zhǔn)確表達軸包區(qū)域線型。首先根據(jù)結(jié)構(gòu)圖紙上的尺寸作出軸包線的示意圖，再在示意圖上將軸包線的對應(yīng)切點線連接，得到需要定義的空間線切點型值。定義空間線后，根據(jù)前述方法對空間線的首末端點賦值，并光順空間線或輸入空間線與站線、水線、縱剖線的交點。此外，有時為了更好地表達軸出口處的空間線及線型，需加密該區(qū)域的水線及縱剖線，以達到更好的光順效果。

圖5 定義了部分空間線的尾半艘光順模型

圖7 完成光順后的尾半艘橫剖面及三維型線圖

除了上述軸包線型需用空間線定義外，對于單機單槳的船型，尾軸出口是一個圓形的孔，該尾軸線在縱剖線和水線圖上顯示為直線，在橫剖線圖上顯示為圓。對于這種情況下的尾軸，我們?nèi)匀蛔鳛榭臻g線處理，但它是一個封閉的圓，空間線是無法表示出來的，因此須將該圓等分為4段，每一段圓弧定義成一根空間線，因船型對稱，在系統(tǒng)中僅需定義2根空間線即可，特征為折角線。對定義的折角線進行賦值（首末端點及中間控制點），再進行空間線與水線、縱剖線插值得出尾軸出口線型。

此外，甲板邊線作為一種空間線，也需在光順時定義，該近海拖船甲板基本為平直甲板，甲板邊線可不用在光順系統(tǒng)中定義。但對于其它具有非平直甲板的船型，需在光順系統(tǒng)中定義這些空間線，如甲板邊線、甲板中心線等，該曲線可采用系統(tǒng)提供的甲板線功能而非空間線來定義。定義甲板線后，需根據(jù)甲板的類型填寫相應(yīng)的甲板拋勢樣條表，還需根據(jù)型值表輸入甲板邊線與站線型值，根據(jù)所輸甲板邊線型值及甲板拋勢翻出甲板中心線。需要注意的是，無論是甲板邊線還是甲板中心線，均需從型線圖上量取其首尾端點坐標(biāo)，并將坐標(biāo)填進甲板線控制信息表中，以此得到完整的甲板線及相關(guān)型線。

空間線不僅在光順過程中起到重要作用，在后續(xù)外板板縫布置中也起到一定作用。如光順完成后的空間線可在線型系統(tǒng)中定義成擬縱縫，而擬縱縫又可在外板系統(tǒng)中直接被定義成縱縫，定義成縱縫后可直接在外板描述文件中使用，從而生成外板展開零件。需注意的是，由于系統(tǒng)的局限性，目前只能定義三根擬縱縫。擬縱縫的使用可大大縮短定義特殊縱縫線(如縱向折角線、舷墻頂線等)時所需的手工輸入坐標(biāo)時間，也能保證縱縫坐標(biāo)值的準(zhǔn)確度。

5 結(jié)束語

因限于篇幅，本文僅介紹幾種典型的空間線的定義、描述及初步應(yīng)用，其余橫剖線、縱剖線等的光順過程未作深入介紹，具體可參照軟件說明書。通過對近海救助拖船線型光順結(jié)合筆者以往光順經(jīng)驗，發(fā)現(xiàn)空間線對大部分船型的線型光順均有很大幫助，特別是一些特殊船型，如拖船、小水線面快艇、帶折角線型的公務(wù)船、雙體船、海損船等的線型光順，若在光順過程中能充分利用這些空間線的特征，定義出各種正確的空間線，不僅能節(jié)省光順時間，還能提高光順精度，從而提高建造質(zhì)量。