袁作棟

摘要：招商局重工自2006年轉(zhuǎn)型進(jìn)入船舶及海洋工程制造領(lǐng)域以來，自行設(shè)計(jì)并建造完成了多型國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的海洋工程項(xiàng)目及高附加值船舶。3D數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)是一種基于3D軟件、互聯(lián)網(wǎng)的新技術(shù)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)的三維建模與仿真等方面有明顯的優(yōu)勢(shì)。本文結(jié)合3D數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件Solidworks，構(gòu)建了船舶3D設(shè)計(jì)與仿真平臺(tái)，并分析了船舶數(shù)字化設(shè)計(jì)的三維建模過程。

關(guān)鍵詞：3D技術(shù);船舶;內(nèi)裝設(shè)計(jì);應(yīng)用

一、導(dǎo)言

隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，人們開始追求舒適、自由的生活方式，人類工程學(xué)受到了越來越多的關(guān)注。此外，在船舶內(nèi)部設(shè)計(jì)中也可以看到人體工程學(xué)。在組織船舶內(nèi)部詳細(xì)設(shè)計(jì)的過程中，首先編制船舶內(nèi)部詳細(xì)設(shè)計(jì)的基本方案。然后，根據(jù)計(jì)劃的要求，設(shè)計(jì)人員應(yīng)逐步推進(jìn)整個(gè)設(shè)計(jì)過程，并根據(jù)項(xiàng)目管理計(jì)劃組織詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙的校對(duì)、審核和評(píng)價(jià)。

二、船舶3D曲面建模技術(shù)

眾所周知，曲面結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)與加工難度比平面工件要難得多，船舶上含有大量的曲面工件，包括具有復(fù)雜曲面的螺旋槳、船艙殼狀結(jié)構(gòu)等。為了提高船舶曲面工件的設(shè)計(jì)水平，采用3D數(shù)字化技術(shù)是有效的措施。船舶三維曲面設(shè)計(jì)的核心是利用二次樣條函數(shù)將數(shù)據(jù)點(diǎn)云連接成曲線，然后生成三維曲面結(jié)構(gòu)。船舶三維曲面設(shè)計(jì)流程。船舶三維曲面設(shè)計(jì)流程包括尺寸設(shè)計(jì)、靜水力計(jì)算、肋位設(shè)計(jì)、二維型線設(shè)計(jì)等，其中，型線設(shè)計(jì)時(shí)常采用比例變換的方法。假設(shè)船舶型線參數(shù)包括船體長(zhǎng)度L、寬度B和高度H，線型的比例變換函數(shù)如下式：

三、內(nèi)裝詳細(xì)設(shè)計(jì)的輸入

（1）總合同及整船技術(shù)規(guī)范要求（簽署版）

整個(gè)船舶的總合同和技術(shù)規(guī)范，作為本工程施工的一般技術(shù)要求，等同于本工程的“憲法性”文件。本工程設(shè)備選型、客艙布置、安裝工藝及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)完全符合規(guī)范要求。因此，任何客艙布置圖或設(shè)備安裝圖應(yīng)充分理解并充分響應(yīng)規(guī)范中的相應(yīng)內(nèi)容，以確保設(shè)計(jì)過程中不存在設(shè)計(jì)偏差和遺漏。

（2）了解各項(xiàng)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求

在詳細(xì)設(shè)計(jì)過程中，我們需要了解以下幾種規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)：①現(xiàn)行有效的國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范;②規(guī)范中的補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)（重點(diǎn)是分類符號(hào)對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)條款）;③船級(jí)社的要求和為本項(xiàng)目指定的船級(jí)社;④本項(xiàng)目船旗國(guó)海事組織的要求;⑤可能包括;交付后，項(xiàng)目應(yīng)符合在特殊海域工作的海事機(jī)構(gòu)的要求（如北海挪威標(biāo)準(zhǔn)等）。

上述標(biāo)準(zhǔn)涉及多種類別。在設(shè)計(jì)過程中，必須考慮標(biāo)準(zhǔn)的有效性（何時(shí)和何時(shí)實(shí)施、所涵蓋的設(shè)備類型等）、實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)先順序（以何種標(biāo)準(zhǔn)和何種規(guī)范為優(yōu)先順序）以及實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的合法性（是否有海事機(jī)構(gòu)、工作海域和船級(jí)社要求之間的矛盾或沖突）。對(duì)特定標(biāo)準(zhǔn)的敏感性（即使不熟悉在項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工中涉及更大風(fēng)險(xiǎn)的標(biāo)準(zhǔn)，也必須保持高度的警覺性和敏感性，或?qū)で髱椭蜃晕覚z查，以盡可能避免技術(shù)缺陷和風(fēng)險(xiǎn)）。

（3）選用的設(shè)備、材料必須參數(shù)準(zhǔn)確，資料齊全

經(jīng)過設(shè)備選型、技術(shù)談判、技術(shù)協(xié)議發(fā)布、廠家業(yè)務(wù)確認(rèn)、圖紙資料獲取、認(rèn)可回復(fù)、認(rèn)可意見關(guān)閉、工作圖紙?zhí)峁┑纫幌盗羞^程，設(shè)計(jì)人員應(yīng)獲得DET所需的各種設(shè)備、材料信息。在組織詳細(xì)設(shè)計(jì)工作之前，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分考慮設(shè)備信息的準(zhǔn)確性和可靠性，滿足技術(shù)協(xié)議和商務(wù)合同的嚴(yán)肅性，以及接口要求、安裝過程、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和維護(hù)空間。在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)考慮必要的設(shè)計(jì)手段（計(jì)算或三維建模等），將安裝布置信息如實(shí)反映在詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙上。

四、3D技術(shù)在船舶內(nèi)裝設(shè)計(jì)平臺(tái)的應(yīng)用

（一）3D船舶設(shè)計(jì)平臺(tái)

Solidworks軟件是基于Windows系統(tǒng)開發(fā)的一款三維CAD軟件，Solidworks不僅具有強(qiáng)大的二維繪圖功能，還具有強(qiáng)大的三維實(shí)體建模功能，在三維模型動(dòng)畫演示和有限元分析等方面表現(xiàn)出色。近年來，在各大車企、船企有廣泛的應(yīng)用?；赟olidworks軟件的3D實(shí)體建模流程。

模型顯示功能是3D技術(shù)的基礎(chǔ)，基于Solidworks軟件平臺(tái)的不僅具有點(diǎn)的定義、標(biāo)注和顯示功能，還可以顯示三維模型的配準(zhǔn)，保證用戶能夠隨時(shí)隨地的修改和編輯建模結(jié)果。在Solidworks的顯示界面，用戶的每一個(gè)指令都能迅速得到反饋，保證了用戶對(duì)三維模型的更改效率。

3D技術(shù)在建立裝配模型時(shí)，往往需要生成和處理海量的數(shù)據(jù)，且在模型的定義和編輯時(shí)會(huì)生成大量的中間數(shù)據(jù)。因此，3D技術(shù)需要具有良好的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，配置大容量、高性能的存儲(chǔ)設(shè)備。在3D技術(shù)中，用戶界面是系統(tǒng)與用戶之間連接的紐帶，Solidworks具有友好的用戶界面，保證了用戶建模效率與建模水平。

（二）船舶的Solidworks三維建模

對(duì)基于Solidworks軟件的船舶三維建模過程進(jìn)行介紹，建?？梢苑譃榧装迳蠈咏ㄖ！褰：拓浥摫诮?、肋骨圍板建模等。

（1）甲板上層建筑建模

船舶的甲板上層建筑根據(jù)船舶類型的不同有多種形式，為了簡(jiǎn)化基于3D技術(shù)的船舶數(shù)字化設(shè)計(jì)過程，本研究簡(jiǎn)化了甲板上層建筑的多個(gè)細(xì)節(jié)，只采用拉伸曲面函數(shù)和填充曲面的命令建立上層建筑的3D模型。

（2）船舶圍板建模

船舶圍板是典型的曲面建模，本研究利用Solid-works軟件的曲面拉伸函數(shù)進(jìn)行建模。此外，由于船舶圍板與主甲板相交的地方有開口，本文采用特征切除函數(shù)獲得開口。

（3）貨艙壁建模

船舶貨艙壁的形狀受限于貨艙的形狀，因此在建立模型時(shí)需要先建立一個(gè)平面區(qū)域，然后利用裁剪函數(shù)對(duì)該平面進(jìn)行剪裁。

（三）詳細(xì)設(shè)計(jì)的組織管理

在準(zhǔn)備好詳細(xì)設(shè)計(jì)的輸入后，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)劃書的要求，組織人力資源配置，編制設(shè)計(jì)軟件，依次按設(shè)計(jì)計(jì)劃推進(jìn)相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作。船舶內(nèi)部的詳細(xì)設(shè)計(jì)、組織和管理一般應(yīng)按以下要求進(jìn)行：

（1）根據(jù)技術(shù)中心管理文件中的設(shè)計(jì)編碼要求編制詳細(xì)的設(shè)計(jì)目錄，根據(jù)工程總體設(shè)計(jì)和施工進(jìn)度要求，編制相應(yīng)的圖紙計(jì)劃和圖紙負(fù)責(zé)人。（2）清晰的三維設(shè)計(jì)軟件，充分考慮二維設(shè)計(jì)圖紙和三維造型檢驗(yàn)相結(jié)合的設(shè)計(jì)先進(jìn)性。在二維圖形的基礎(chǔ)上，組織人力資源對(duì)本專業(yè)進(jìn)行三維建模，并以建模和布局過程中的干擾檢查和空間優(yōu)化作為二維圖形的補(bǔ)充和驗(yàn)證，確保二維輸出圖形的信息（CAD版本sion）相對(duì)準(zhǔn)確。（3）盡量選用必要的圖紙管理軟件，作為管理載體，實(shí)現(xiàn)對(duì)本工程整個(gè)詳細(xì)設(shè)計(jì)工作的監(jiān)控和管理，并通過檢查表嚴(yán)格執(zhí)行圖紙的自檢、驗(yàn)證和標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)工作。（4）在進(jìn)行相應(yīng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)修改時(shí)，必須明確修改的原因。特別是在考慮業(yè)主的修改意見時(shí)，如果與商務(wù)合同和整艘船的技術(shù)規(guī)格有任何差異，則應(yīng)充分考慮向業(yè)主提交設(shè)計(jì)變更單的簽字。（5）在推進(jìn)室內(nèi)深化設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮對(duì)其他專業(yè)的連鎖效應(yīng)，特別是在本專業(yè)設(shè)計(jì)修改后可能影響其他專業(yè)的聯(lián)合和多次修改。因此，專業(yè)之間的內(nèi)部聯(lián)系清單是必不可少的。

結(jié)論：

為了提高船舶設(shè)計(jì)的數(shù)字化水平，越來越多的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法應(yīng)用于船舶設(shè)計(jì)過程中。因此，從整體上考慮詳細(xì)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)設(shè)計(jì)，結(jié)合船廠實(shí)際造船管理模式，以造船成本控制為指導(dǎo)，以商業(yè)績(jī)效為核心，詳細(xì)船舶設(shè)計(jì)的過程和方法研究將是船舶設(shè)計(jì)發(fā)展的主要方向。在未來。研究了船舶內(nèi)部設(shè)計(jì)的詳細(xì)設(shè)計(jì)過程和方法，以提高我國(guó)船舶內(nèi)部設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)水平，這是今后進(jìn)入豪華郵輪內(nèi)部設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重要依據(jù)。

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