淺談船體結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計

孫志軍

摘 要：對于船體結(jié)構(gòu)設(shè)計而言，三維設(shè)計是重要方向。從專業(yè)角度講，船體結(jié)構(gòu)設(shè)計與船舶安全息息相關(guān)，是關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，在質(zhì)量方面要求較高。本文針對船體結(jié)構(gòu)的三維設(shè)計進(jìn)行了深入剖析，探討了三維設(shè)計的實施方案，對結(jié)構(gòu)設(shè)計中的三維設(shè)計技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，以期實現(xiàn)對船體結(jié)構(gòu)設(shè)計環(huán)節(jié)的有力指導(dǎo)，為整個行業(yè)發(fā)展提供更大技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：船體結(jié)構(gòu);三維設(shè)計;發(fā)展

在船舶制造領(lǐng)域，隨著CAD與CAM技術(shù)的不斷發(fā)展，三維設(shè)計技術(shù)得到更加廣泛的應(yīng)用，加快船舶制造數(shù)字化進(jìn)程。在三維設(shè)計方法的應(yīng)用下，船舶制造質(zhì)量顯著增強(qiáng)，生產(chǎn)效率得以提高，對整個船舶制造行業(yè)的發(fā)展意義深遠(yuǎn)。

一、基于專業(yè)角度對三維設(shè)計方法的描述

1.三維設(shè)計的概念及運用目的。對于三維設(shè)計方法而言，其發(fā)展與應(yīng)用主要以平面與二維設(shè)計技術(shù)為基礎(chǔ)，強(qiáng)化設(shè)計目標(biāo)立體化的實現(xiàn)，是新型設(shè)計技術(shù)類型。鑒于三維設(shè)計較強(qiáng)的立體感特征，需要對設(shè)計平臺及相關(guān)軟件進(jìn)行熟練掌握，增強(qiáng)操作技巧性，切實提升操作效率。

2.三維設(shè)計軟件的主要特征。首先，三維軟件能夠呈現(xiàn)直觀的效果。三維模式的突出特征就是直觀性較強(qiáng)，能夠全面與清晰地呈現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計。其次，在三維設(shè)計中，干涉檢查主要針對設(shè)備進(jìn)行檢查。船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計內(nèi)容復(fù)雜，設(shè)備類型多樣，不良問題很容易出現(xiàn)，一旦建造中出現(xiàn)設(shè)備干擾問題，直接影響船舶建造的順利性。而三維設(shè)計方法能夠?qū)υO(shè)計中存在的不合理進(jìn)行有效避免。再次，存在設(shè)計多專業(yè)、多領(lǐng)域并行的情況。在船體線性設(shè)計完成之后，相關(guān)專業(yè)的設(shè)計處于同步進(jìn)行的狀態(tài)，在計算機(jī)的支持下，能夠?qū)崿F(xiàn)對設(shè)計的全面呈現(xiàn)，為船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計贏取更多時間，有效避免問題的發(fā)生。第四，數(shù)據(jù)流動表現(xiàn)為一致性。對于設(shè)計工作，將其置于三維模式，能夠在同一模型上進(jìn)行數(shù)據(jù)任何變更，數(shù)據(jù)狀態(tài)具有一致性，同時，有效維護(hù)圖形與數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性。三維設(shè)計的模型可以直接用于施工，結(jié)合成本管理掌握相關(guān)部件消耗情況，避免數(shù)據(jù)誤差的出現(xiàn)。第五，借助數(shù)據(jù)庫管理，強(qiáng)化設(shè)計信息的統(tǒng)一、集中管理，數(shù)據(jù)處理速度得到提高。

二、立足三維設(shè)計軟件TRIBON對船體結(jié)構(gòu)三維設(shè)計與施工的介紹

1.船體結(jié)構(gòu)三維設(shè)計軟件概述。在船體設(shè)計中，最為基礎(chǔ)的是軟硬件設(shè)施的應(yīng)用。在進(jìn)行船體三維設(shè)計的時候，軟件類型各不相同，不同國家也存在差異，我國常用的軟件包含CAD、EFSHD、CATIA以及TRIBON。一般，CAD屬于簡單的一種，操作靈活，EFSHD與CATIA專業(yè)性較強(qiáng)，對操作人員要求較高。TRIBON與我國船體結(jié)構(gòu)建造發(fā)展相適合。

2.遵循TRIBON軟件設(shè)計要求，合理設(shè)定相關(guān)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)。TRIBON軟件在應(yīng)用之前需要進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的合理設(shè)置。具體講，包含船舶設(shè)計所有參數(shù)與文件，從而形成設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。首先，要對船型進(jìn)行明確與設(shè)計，確定船型參數(shù)指標(biāo)，也就是說，以船型為基礎(chǔ)，明確參數(shù)基準(zhǔn)、結(jié)構(gòu)方式、鏈接模式等，同時，對坡口、套料、材質(zhì)等數(shù)據(jù)進(jìn)行確定。在結(jié)構(gòu)建模之前，曲面文件不可或缺。TRIBON建模的首要任務(wù)就是船體線型的形成與光順。

3.嚴(yán)格控制曲面建模的精度，為平面建模打下基礎(chǔ)。

對于曲面建模而言，主要是生成曲面板架以及外板型材。在建模過程中，TRIBON能夠結(jié)合需要進(jìn)行零件的隨時查看，對其進(jìn)行目的性分離與連接，實現(xiàn)對零件接口的有效校對。曲面建模的目的是為平面建模做基礎(chǔ)，尤其是為外板骨切口與外板板縫的焊接提供支持，同時，保證各個環(huán)節(jié)處于相互關(guān)聯(lián)的狀態(tài)。在船體結(jié)構(gòu)建造中，基礎(chǔ)部分是曲面造型。在曲面設(shè)計的過程中，船體精度是重要指標(biāo)，影響力較大，需要將偏離誤差控制在1毫米以內(nèi)，同時，維持三面光滑的狀態(tài)，保證連接要具有一階導(dǎo)數(shù)的連續(xù)性。曲面連接的順滑性可以通過約束條件的約束以及曲面計算來實現(xiàn)，同時，將相鄰曲面的誤差需要控制在合理范圍之內(nèi)。整個曲面設(shè)計精度較高。

4.重點進(jìn)行平面建模，強(qiáng)化細(xì)節(jié)處理。立足整個建模工作，平面建模是核心。首先，在船體結(jié)構(gòu)建造中，船體通常被分為幾個部分，基礎(chǔ)為平鍵模型。在建模的過程中，要明確速度與質(zhì)量的關(guān)系，保證建模順序的合理性，及時進(jìn)行調(diào)整，有效提升建模效率。建模完成之后，需要對強(qiáng)構(gòu)件與散裝構(gòu)件進(jìn)行處理。在進(jìn)行平面構(gòu)建的時候，要對邊界進(jìn)行定義，有效提升建模的精準(zhǔn)度，加快建模速度。對于邊界，可以進(jìn)行拷貝，發(fā)揮參照的作用。在完成參照版修改之后，邊界修改完成，建模準(zhǔn)確性得以增強(qiáng)，錯誤率被降低。在完成建模操作之后，借助渲染形成的立體效果強(qiáng)化對建模質(zhì)量的檢查。在TRIBON繪圖命令的支持下，實現(xiàn)對模型角度與文件形式的轉(zhuǎn)換，再借用CAD軟件進(jìn)行圖紙的細(xì)化處理。

5.模擬船體裝配與焊接環(huán)節(jié)，強(qiáng)化對不足之處的改進(jìn)。在裝配環(huán)節(jié)，要對船體構(gòu)件方法進(jìn)行明確，結(jié)合部件類型與大小，實現(xiàn)對裝配過程的模擬。具體講，模擬的過程就是借助計算機(jī)進(jìn)行船體零件裝配的模擬，一旦發(fā)現(xiàn)模型或者裝配中的問題，可以提醒建模人員進(jìn)行修改。TRIBON功能強(qiáng)大，強(qiáng)化對裝配信息的全面反映。另外，焊接也是重要內(nèi)容，借助TRIBON軟件曲面與平面模型的信息，能夠準(zhǔn)確掌握焊接信息，有效設(shè)置焊接的高度等相關(guān)參數(shù)。

6.生產(chǎn)信息與套料界面為船體結(jié)構(gòu)設(shè)計提供綜合性信息，有效發(fā)揮軟件優(yōu)勢。對于生產(chǎn)信息提取界面，支持信息提取需求。整個界面信息較多，能夠進(jìn)行多類信息的生產(chǎn)。TRIBON界面能夠進(jìn)行多種設(shè)計。首先，能夠進(jìn)行零件與型材數(shù)據(jù)的生產(chǎn)設(shè)計，便于下料設(shè)計的指導(dǎo)。其次，能夠生成零部件表。再次，提供型材樣箱與外板加工樣板數(shù)據(jù)。第四，生產(chǎn)重量中心，為船體結(jié)構(gòu)起吊提供支持，同時，便于進(jìn)行運輸?shù)荣M用的核算;在套料界面，主要是結(jié)合信息切割材料進(jìn)行零部件的制作，強(qiáng)化對套料、切割以及生產(chǎn)設(shè)計的操作。在TRIBON生產(chǎn)信息的影響下，形成以其為主、CAD為輔的船體結(jié)構(gòu)設(shè)計體系，強(qiáng)化優(yōu)勢的發(fā)揮，對船體設(shè)計意義重大。

三、對船體結(jié)構(gòu)三維設(shè)計核心技術(shù)的分析

立足船體結(jié)構(gòu)設(shè)計，曲面光滑度不容忽視，主要借助光彈法進(jìn)行曲率徑的明確，同時，也可以結(jié)合使用高斯曲率法與光照法。高斯曲率法通過曲面上顏色的過度情況來確定曲面光滑度。光照法利用光的反射進(jìn)行判斷。另外，船體結(jié)構(gòu)建模離不開結(jié)構(gòu)庫支撐。結(jié)構(gòu)庫借助文件進(jìn)行文件大小與形式的表達(dá)，更顯建模的智能化水平。

四、結(jié)語

綜上，鑒于船舶結(jié)構(gòu)設(shè)計的復(fù)雜性與系統(tǒng)性，三維設(shè)計十分關(guān)鍵，需要重視三維軟件的合理選擇。要結(jié)合船舶建造實際，進(jìn)行軟件的針對性選擇，強(qiáng)化船體信息的明確，準(zhǔn)確掌握建模方法，全面發(fā)揮三維設(shè)計對船體結(jié)構(gòu)設(shè)計的作用，有效增強(qiáng)船體質(zhì)量，提高建造效率，推動船舶制造業(yè)的有序發(fā)展。

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