船舶三維生產(chǎn)設(shè)計課程建設(shè)探討

鄧軍林，杜 波，湯華林，石南輝，涂雯羚

（北部灣大學(xué)，廣西 欽州 535011）

0 引言

“船舶三維生產(chǎn)設(shè)計”是船舶與海洋工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)企業(yè)崗位能力、工程實踐能力的實踐核心課程。在數(shù)字化造船過程中，船舶三維生產(chǎn)設(shè)計是船舶建造過程中的第一步，也是最重要的一步，直接面向數(shù)控生產(chǎn)實際，決定了造船企業(yè)的技術(shù)設(shè)計水平。許多學(xué)校在不斷探索“船舶三維生產(chǎn)設(shè)計”課程建設(shè)，以提高學(xué)生的就業(yè)競爭力。文獻(xiàn) [1]介紹了利用SketchUp軟件搭建三維船體模型，文獻(xiàn)[2]介紹了國內(nèi)外相關(guān)高校利用三維軟件進(jìn)行船舶生產(chǎn)設(shè)計課程的教學(xué)活動情況。本文引進(jìn)三維數(shù)字化軟件HDSPD（Hu Dong Ship Product Design，簡稱 HDSPD），豐富課程教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計貼合船舶生產(chǎn)的實踐教學(xué)項目，采用利于提高學(xué)生動手能力的教學(xué)手段，提升“船舶三維生產(chǎn)設(shè)計”實踐課程的教學(xué)效果。

1 船舶三維生產(chǎn)設(shè)計流程

1.1 船體型線光順

船體建造對船體曲面光順性和精度要求高，故船體型線光順處理在船體建造施工中至關(guān)重要。對船體型線進(jìn)行交互三向光順，是船舶生產(chǎn)設(shè)計的第一道工序，也是船體生產(chǎn)設(shè)計中不可或缺的一步。船體三向光順是一項非常重要而繁雜的工作，船體型線光順質(zhì)量的好壞將直接影響三維建模工作質(zhì)量［3］。在實際教學(xué)中，應(yīng)用HDSPD軟件的通用設(shè)計系統(tǒng)來光順船體型線，通過建立新工程項目，定義水線、甲板線、縱剖線、橫剖線，進(jìn)行局部修正調(diào)整，最后可得到光順的肋骨型線圖。某船光順后的三維肋骨型線圖，如圖1所示。

1.2 船體三維建模

在完成船體光順后，才能進(jìn)行三維建模。HDSPD系統(tǒng)包含船體、鐵舾、管系、電氣、通風(fēng)、涂裝等各專業(yè)，涉及各設(shè)計階段［4］，其型線系統(tǒng)為船舶產(chǎn)品的設(shè)計和建造提供滿足要求的船體型線。

圖1 某船光順后的三維肋骨型線圖

船舶三維建模把二維的設(shè)計圖紙轉(zhuǎn)換為三維可視化的計算機(jī)船體三維模型。船舶三維模型建好后可以用來進(jìn)行船舶結(jié)構(gòu)的動態(tài)分析、船舶建造的虛擬仿真等。通過對船體型線進(jìn)行定義，建立相互關(guān)聯(lián)的三維船體結(jié)構(gòu)模型，一旦在設(shè)計過程中進(jìn)行某些修改，不僅圖形信息發(fā)生改變，與模型相應(yīng)的所有相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)都隨之改變。此外，可通過船體三維模型生成完整的加工制造信息，為實現(xiàn)船舶“設(shè)計、制造、管理”三者一體化奠定基礎(chǔ)。

2 課程特點及建設(shè)理念

“船舶三維生產(chǎn)設(shè)計”課程是應(yīng)用型本科與高職院校的船舶與海洋工程、海洋工程與技術(shù)以及船舶工程技術(shù)等專業(yè)的一門專業(yè)核心實踐課程，包括艦船舾裝生產(chǎn)設(shè)計概念、設(shè)計準(zhǔn)備、設(shè)計內(nèi)容、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計編碼和現(xiàn)代造船模式以及對生產(chǎn)設(shè)計的要求等基礎(chǔ)知識。

在“船舶三維生產(chǎn)設(shè)計”課程建設(shè)工作中，通過到相關(guān)船舶企業(yè)一線進(jìn)行調(diào)研，聽取行業(yè)專家建議，確定相應(yīng)的教學(xué)工作任務(wù)，參照 “船舶三維生產(chǎn)設(shè)計”所必需掌握的知識和專業(yè)能力［5］，對船舶生產(chǎn)設(shè)計課程的教學(xué)方法進(jìn)行探討。按照“課程設(shè)置服務(wù)于工作崗位、工作任務(wù)、理論聯(lián)系實踐”的教學(xué)理念，確定課程相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容，構(gòu)建基于實際船體生產(chǎn)設(shè)計工藝過程、專業(yè)能力和實踐為一體的課程體系，并以校企合作為橋梁，培養(yǎng)學(xué)生用理論知識解決實際問題的能力，提高學(xué)生綜合素質(zhì)。

3 課程建設(shè)的思路

課程學(xué)習(xí)內(nèi)容圍繞實際船體三維生產(chǎn)設(shè)計的過程，結(jié)合企業(yè)船舶生產(chǎn)設(shè)計崗位的要求，提煉多個實踐教學(xué)項目。以這些項目為教學(xué)載體，將理論教學(xué)和實踐操作相結(jié)合，由低難度到高難度來開展教學(xué)，使學(xué)生獲得相關(guān)專業(yè)所需要的知識和技能，從而提高學(xué)生的職業(yè)能力。

3.1 確定課程的典型工作任務(wù)

以就業(yè)能力為導(dǎo)向進(jìn)行典型教學(xué)任務(wù)設(shè)計。船舶生產(chǎn)設(shè)計過程主要分為初步設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計和生產(chǎn)設(shè)計3個階段。船舶生產(chǎn)設(shè)計包括船體放樣、加工、裝配、船體總裝等船體結(jié)構(gòu)施工的所有設(shè)計工作［6］，其流程如圖2所示。現(xiàn)代造船過程的顯著特點是數(shù)字化，三維生產(chǎn)設(shè)計與企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)施、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)管理密切相關(guān)，多為高技能人才從事的職業(yè)崗位。

圖2 船舶生產(chǎn)設(shè)計流程圖

在課程設(shè)計時，按職業(yè)崗位能力需要及實際船舶的生產(chǎn)設(shè)計要求來組織教學(xué)內(nèi)容，以36000DWT多用途船為載體，形成與實際工作內(nèi)容相匹配的教學(xué)項目。其中，課程的主要內(nèi)容包括型線光順、三維建模、船體生產(chǎn)設(shè)計施工圖、零件套料、型材下料加工圖、外板加工圖6個項目，如圖3所示。按照船舶生產(chǎn)設(shè)計的工作過程將每個項目分解為若干個子項目，以職業(yè)崗位工作任務(wù)為依據(jù)，以學(xué)生為中心，教師為主導(dǎo)，共同進(jìn)行課程學(xué)習(xí)。結(jié)合實際造船工藝流程制定船舶焊接工藝、裝配流程、編制生產(chǎn)設(shè)計零件編碼、運用船體建造工藝符號及造船質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實際船體生產(chǎn)設(shè)計，完成實踐鍛煉。

圖3 36000DWT多用途船教學(xué)內(nèi)容

3.2 強(qiáng)化動手能力培養(yǎng)

在該課程開課前組織學(xué)生到合作企業(yè)的船廠進(jìn)行參觀學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步了解船舶主體建造相關(guān)知識，并對船舶實體產(chǎn)生初步印象，為開展課程的學(xué)習(xí)和實踐打好基礎(chǔ)。結(jié)合船體設(shè)計，以合作船廠36000DWT多用途船的圖紙為教學(xué)資源，按照船廠實際的生產(chǎn)設(shè)計要求建立該船舶的三維模型。注重以實際工程項目激發(fā)學(xué)生興趣，通過實際建模使學(xué)生認(rèn)識船體生產(chǎn)設(shè)計在船舶建造過程中的作用，加強(qiáng)對學(xué)生實際動手能力的培養(yǎng)。

3.3 豐富課程教學(xué)內(nèi)容

結(jié)合船廠參觀過程中所了解的知識，引入企業(yè)生產(chǎn)要素，如成本控制、質(zhì)量控制、現(xiàn)場管理、安全環(huán)保節(jié)能意識等，豐富課程教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生能更全面了解企業(yè)崗位工作要求。結(jié)合船舶生產(chǎn)設(shè)計實際工作過程，將零件加工、材料制作、數(shù)控切割和材料管理等多方面的內(nèi)容引入課程教學(xué)。根據(jù)畢業(yè)生跟蹤調(diào)查的反饋信息，豐富船舶生產(chǎn)設(shè)計課程的需求和內(nèi)容，如將船舶 CAD繪圖、三維建模、船體外板及型材加工等多方面的內(nèi)容融入教學(xué)過程中［7］。

4 教學(xué)方法與課程評價

4.1 注重“教學(xué)做”結(jié)合

在生產(chǎn)設(shè)計軟件使用、型線圖設(shè)計及船舶分段生產(chǎn)設(shè)計等內(nèi)容的教學(xué)過程中，可使用船舶行業(yè)廣泛應(yīng)用的HDSPD軟件進(jìn)行建模，按照實際船體生產(chǎn)設(shè)計流程，開展項目教學(xué)訓(xùn)練，使學(xué)生掌握船體生產(chǎn)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的繪制方法；按照船廠實際生產(chǎn)設(shè)計出圖標(biāo)準(zhǔn)繪制圖紙，將型線光順、三維建模和生產(chǎn)設(shè)計出圖相結(jié)合，使學(xué)生掌握船體生產(chǎn)設(shè)計所需要的基本知識和基本能力，逐步達(dá)到專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求。結(jié)合現(xiàn)場項目管理看板、產(chǎn)品工藝流程圖、工藝卡片、現(xiàn)場設(shè)備操作規(guī)程以及QC改善計劃等，為學(xué)生設(shè)計合適的項目作業(yè)以便于進(jìn)行“教學(xué)做”實踐強(qiáng)化訓(xùn)練。

4.2 應(yīng)用專業(yè)軟件開展虛擬教學(xué)

生產(chǎn)設(shè)計軟件應(yīng)用、型線圖設(shè)計及船舶分段生產(chǎn)設(shè)計等內(nèi)容是該課程的教學(xué)重點，可開展項目教學(xué)。應(yīng)用船舶專業(yè)軟件HDSPD，根據(jù)船舶設(shè)計圖紙和船廠實際要求，進(jìn)行三維建模，并在三維模型的基礎(chǔ)上輸出零件的加工信息、施工設(shè)計圖紙、技術(shù)工藝等，進(jìn)行船舶生產(chǎn)的虛擬仿真設(shè)計。應(yīng)用船舶專業(yè)設(shè)計軟件進(jìn)行虛擬仿真教學(xué)，既生動又容易理解，可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；開展虛擬教學(xué)，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)道德，提高專業(yè)技能［8］；豐富了“船舶三維生產(chǎn)設(shè)計”課程的實踐教學(xué)內(nèi)容，提高了該課程的實踐教學(xué)效果。

4.3 靈活多樣的評價方式

“船舶三維生產(chǎn)設(shè)計”課程評價包括平時成績、船體項目設(shè)計效果及答辯。其中，平時成績通過學(xué)生的課堂表現(xiàn)、互動、回答問題等綜合評定；船體項目設(shè)計效果主要通過學(xué)生的設(shè)計效果圖、工藝流程的合理性、成本質(zhì)量、相關(guān)管理的融入等綜合評定；答辯主要考核學(xué)生對船體設(shè)計知識的理解程度、掌握情況及對軟件的應(yīng)用情況。此外，對該專業(yè)的畢業(yè)生在相關(guān)企業(yè)的職業(yè)能力發(fā)展情況進(jìn)行跟蹤調(diào)研，以便及時修正課程。

5 結(jié)語

“船舶三維生產(chǎn)設(shè)計”課程建設(shè)是在引入船舶專業(yè)軟件HDSPD基礎(chǔ)上，與船廠合作，利用船廠的實際圖紙、實際造船流程，采用“教學(xué)做”的虛擬實踐教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)能力。課程建設(shè)需要與企業(yè)緊密協(xié)作，在了解當(dāng)前的先進(jìn)技術(shù)和企業(yè)實際需求的基礎(chǔ)上不斷完善，才能更好地為社會、企業(yè)培養(yǎng)急需的人才。

通過對畢業(yè)一年以上的船舶與海洋工程專業(yè)學(xué)生跟蹤調(diào)研的反饋效果看，該課程的教學(xué)實踐效果顯著，畢業(yè)生在相關(guān)企業(yè)的適應(yīng)期明顯縮短，能在較短時間適應(yīng)實際工作崗位，工程實踐能力和職業(yè)能力得到提升，增強(qiáng)了學(xué)生的就業(yè)競爭力。