SHM軟件在船舶建造工藝學課程教學中的應用

田玉芹，孫 偉

（青島黃海學院，山東青島266427）

0 引言

型線光順是船舶建造的首要條件，型線光順的好壞直接決定船舶的建造質(zhì)量。在船舶專業(yè)教學過程中，通過計算機對船舶進行仿真建造可節(jié)省大量的人力、物力、財力，同時可加強學生對船舶軟件的使用能力。本文結合近幾年船舶建造工藝學的教學經(jīng)驗，介紹了利用船舶建造軟件SHM進行1 000 t沿海貨船型線光順的過程，為提高教學質(zhì)量，提升學生的職業(yè)能力，提供了理論支撐。

1 SHM軟件簡介

SHM軟件是滬東中華造船集團計算機研究所結合本廠的生產(chǎn)實際研究開發(fā)出的，具有國內(nèi)先進水平的船體建造集成系統(tǒng)的軟件。該軟件分為線型、結構和外板三大系統(tǒng)，它們彼此獨立又相互聯(lián)系且彼此影響，利用該軟件可進行數(shù)學放樣、外板展開、結構零件生成、人機交互套料、樣板以及材料的管理等生產(chǎn)活動，該軟件的線型光順系統(tǒng)可對船體型線進行生成與光順，光順后生成的三個樣條型線文件可導入船體結構設計軟件SPD中進行船體結構設計，對兩個系統(tǒng)的兼容起著至關重要的作用。

2 型線光順過程

以1 000 t沿海貨船為例，根據(jù)系統(tǒng)要求先進行船體前半部分（船舯到船艏） 型線的生成與光順，后半部分的生成與光順與此相同。

2.1 定義型線

通過“交互三向光順”進入“定義編輯型線”對格子線進行生成處理。根據(jù)1 000 t沿海貨船的型線數(shù)據(jù)，先對型線進行設置，編輯站線時，不是填寫站號也不是填寫站距，而是填寫該站距船舯的距離，以船舯為起始點，分別以船艏與船艉為正方向；然后再分別對水線、縱剖線、站線、設計水線進行編輯，點擊接受后通過系統(tǒng)顯示功能可得到格子線圖，下一步就是對各型線進行數(shù)據(jù)輸入，生成相應型線。

2.2 編輯型線

進入“編輯型值表”，表中兩根“0”號水線分別表示底平線和邊平線。底平線是指船底和船體舭部相切點的半寬值；邊平線是指舷側(cè)和船體舭部相切點的半寬值。從1 000 t沿海貨船型值表中獲得相應數(shù)據(jù)，分別進行“站線水線交點表”（半寬值）、“站線縱剖線交點表”（高度值） 數(shù)據(jù)的輸入；B0.0000指的是0號縱剖線，10～19站其高度值都為0，20站（距舯27 981） 的高度值為3 600，通過填寫縱剖線控制信息表來形成艏輪廓線。

2.3 生成艏輪廓線

選擇“縱剖線控制信息表”，將艏輪廓線的型值填入。該輪廓線除了站線型值外，還有11個控制點，分別是端點（距舯27 981，高度0）、400水線處點（距舯28 756）、800水線處點（距舯28 952）、1 600水線處點（距舯29 103）、2 400水線處點（距舯29 249）、3 600水線處點（距舯29 500）、4 000水線處點（距舯29 624）、4 800水線處點（距舯值29 938）、上甲板邊線與0號水線交點處（距舯30 305，高度5 600），艏樓甲板邊線與0號水線交點處（距舯32 032，高度7 936） 和端點值（距舯33 010，高度8 854）。在填寫各控制點時第一點和第二點填寫首末兩點，中間的點從第二個控制點依次填寫，否則就可能會出現(xiàn)曲線“折回來”的現(xiàn)象，也可以直接從第三點開始輸入，這樣就不用考慮順序問題了[1]，如圖1所示。

2.4 編輯空間線

在“定義編輯型線”菜單中，選擇“空間線”，在“新空間線”欄中輸入1，這只是一個標號，在操作時只要記住1表示的是什么空間線，輸入數(shù)據(jù)時輸入對應空間線的數(shù)據(jù)就可以，如上甲板邊線用1表示，舷墻頂線用2表示，在“類型”中選擇折角類型。定義1號為上甲板邊線，2號為舷墻頂線，3號為折角線，4號為艏樓甲板邊線，5號為艉封板。

在“選擇編輯型值表”中選擇“空間線站線交點表”進入“編輯型值表KST”。將型值表中空間線的半寬值和高度值輸入。

2.5 顯示控制

接受上面的輸入，點擊返回，回到“交互三向光順”系統(tǒng)主菜單。點擊“顯示控制”選項，可將輸入數(shù)據(jù)生成的船體型線全部顯示出來，但每種型線還都不完整，像水線沒有到舯，也沒有生成水線圓頭，縱剖線沒有到頂，空間線也只到20站的位置就沒有數(shù)據(jù)了，下面分別進行處理：

2.5.1 空間線端點處理

舷墻頂線、艏樓甲板邊線、上甲板邊線在20站以后還是存在的，但是這些型值在型值表中并沒有給出，其型值數(shù)據(jù)可在型線圖上加以標注。為了完整地描述該空間線的端部情況，必須將形成這些型線的型值追加到相應型線上去，這項工作稱為空間線端點處理。以舷墻頂線為例，其他空間線端點型線的生成方法與此相同。

舷墻頂線屬于三維空間線，某一點的確定需要三個方向的坐標值。舷墻頂線在水線上的投影為圓弧，由于系統(tǒng)中沒有生成圓弧的功能，我們需要利用輔助圓增加控制點完成空間線圓弧的生成。[2]具體過程是先在縱剖線圖上找出與艏柱中心線的交點（高度為8 854），過交點作垂線與水線圖上的基準線相交，此點為輔助圓最前端，輔助圓半徑等于舷墻頂線圓弧半徑；然后點擊“選擇型線樣條”，在水線圖上選擇舷墻頂線，再點擊“增加一個控制點”，在選擇的舷墻頂線上通過輔助圓增加控制點。對增加的控制點量取其高度值、距舯值和半寬值分別填入到對應空間線控制信息表內(nèi)的相應點處。

點擊接收后，再分別對上甲板邊線、折角線、艏樓甲板邊線進行編輯，方法相同。編輯完成后顯示控制，空間線圓弧生成。

對沒有給定端點圓弧半徑的空間線，可利用船舶建造工藝學課程中首柱放樣的方法進行繪制，只要將數(shù)據(jù)輸入系統(tǒng)相應表格中就能自動生成并交互光順。通過這種操作生成的空間線可三向控制，即改動一個點的位置，在其他兩個視圖中相應的點也會改動，節(jié)省了高速光順的時間。

2.5.2 水線、縱剖線處理

在“水線控制信息表”中，對水線圓頭進行編輯，將各水線圓心坐標、半徑等相關信息數(shù)據(jù)填入到對應水線每列的最下面四個編輯格，這四個值分別為Dy1E、C1R、C1L、C1B，分別表示末點導數(shù)、圓心半徑、圓心距舯值、圓心半寬。

在光順前處理中選擇水線圓頭切點線光順中的二向光順，系統(tǒng)即自動生成水線圓弧，如圖2所示。如果水線圓頭數(shù)據(jù)不全或生成水線圓頭時提示缺少型值點，可通過系統(tǒng)的交互功能進行型值點的添加，只要保證添加點的三個坐標都填入即可。

圖2 生成水線圓頭

2.5.3 縱剖線到頂

選擇交互三向光順中的“插值網(wǎng)格線”，用鼠標分別在半寬水線圖和橫剖線圖中選取1 500縱剖線，然后點右鍵，系統(tǒng)會提示“選好了嗎”，點擊確定后，1 500縱剖線自動到達頂部。同樣的操作可使3 000縱剖線、4 500縱剖線到達頂部。

3 光順處理

前面生成的型線不能滿足工程光順的要求，需要進行調(diào)整。在“交互三向光順系統(tǒng)主菜單”中選擇“自動三向光順”，先粗光順再精光順，如果還有不光順的型線，則需進行手工光順，通過選擇一個型值點手動調(diào)動，使曲率棒的長短變化有規(guī)律，達到所需要的光順效果[3]。

通過以上操作，1 000 t沿海貨船前半部分型線圖就生成了，用同樣辦法生成船體后半部分型線圖后，利用后處理功能可得到完整的型線圖，添加肋骨數(shù)據(jù)后可得到肋骨型線圖，通過樣條轉(zhuǎn)換可生成SPD系統(tǒng)進行結構設計需要的三個樣條文件。

4 模型制作

根據(jù)生成的型線圖及肋骨型線圖，按照船舶建造工藝學課程中的船舶建造流程進行模型制作，主要涉及的內(nèi)容為理論型線放樣、肋骨型線放樣、構件設計及展開、構件號料與裝配。

主要流程如下：第一步是1 000 t沿海貨船總布置圖及結構圖識讀。通過識讀總布置圖及基本結構圖，可對船體的分段位置及結構有清晰的了解，為模型的制作奠定基礎。第二步是模型制作任務劃分。按照船體的總布置圖進行分段，將學生按照分段分組進行分段模型制作。第三步是模型制作過程（按照1：20的比例）。模型的制作過程以船艉分段為例進行闡述。首先，選取SHM軟件光順的艉部分段的型線圖及肋骨型線圖（船艉～#9），并在此基礎上進行橫船構件的結構尺寸設計及縱向構件的設計與展開；其次，要按照型線圖中的艉封板視圖進行艉封板的展開；然后是號料，號料是將展開后的構件實形精確地畫在平直的鋼板上，標注上相關符號后將其與鋼板分離的一個過程，我們根據(jù)船艉上構件的展開實形，在樣板上進行號料；最后是裝配，將船艉號料后的構件：肋骨、中內(nèi)龍骨、甲板縱桁、舷側(cè)縱桁按照裝配方法進行裝配。裝配過程如圖3所示。

圖3 裝配過程

5 結論

SHM軟件在進行型線光順過程中，可將中縱剖線、底平線、邊平線設置為空間線，這樣站線可在斜升的船底板折角處生成折角，可減少型線光順的調(diào)整時間，有利于將SHM生成的樣條文件導入SPD系統(tǒng)進行結構設計。

在船舶建造工藝學教學過程中，利用SHM系統(tǒng)對1 000 t沿海貨船進行型線光順，可為課程的后續(xù)教學提供參考，將船舶建造利用計算機、模型制作進行模擬，使學生能夠?qū)⑺鶎W建造工藝的理論知識加以綜合應用，達到培養(yǎng)技能型應用人才的目的。[4]