基于設(shè)計(jì)特征的FRIENDSHIP船型參數(shù)化方法及實(shí)現(xiàn)

黃金鋒 萬(wàn)松林

1中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北 武漢430064 2海軍駐上海江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司軍事代表室，上海201913

基于設(shè)計(jì)特征的FRIENDSHIP船型參數(shù)化方法及實(shí)現(xiàn)

黃金鋒1萬(wàn)松林2

1中國(guó)艦船研究設(shè)計(jì)中心，湖北 武漢430064 2海軍駐上海江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司軍事代表室，上海201913

船型設(shè)計(jì)是船舶總體設(shè)計(jì)中一項(xiàng)極其復(fù)雜且又重要的內(nèi)容，船舶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能計(jì)算、總布置等都要以船型為依據(jù)，因此，如何實(shí)現(xiàn)船型參數(shù)化設(shè)計(jì)尤為重要。FRIENDSHIP系統(tǒng)為船型設(shè)計(jì)提供了基于Feature特征和仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的參數(shù)化方法和實(shí)現(xiàn)機(jī)制。在對(duì)船型參數(shù)化基本理論——特征參數(shù)、特征曲線和曲面生成等進(jìn)行詳細(xì)闡述的基礎(chǔ)上，以某型船艉部裸船體為例，具體闡述了船型參數(shù)化的實(shí)現(xiàn)流程，以及以Feature、Curve engine和Meta surface為特征機(jī)制的船型參數(shù)化的具體步驟。以Feature特征為核心的船型參數(shù)化方法不僅能為船型曲面的快速建立提供技術(shù)支撐，還可以為性能分析和優(yōu)化提供基礎(chǔ)條件。

FRIENDSHIP；船型；參數(shù)化；設(shè)計(jì)特征

1 引言

在船舶方案設(shè)計(jì)和方案論證階段，需要頻繁修改船型設(shè)計(jì)方案，或快速生成多種可選設(shè)計(jì)方案。為確保方案論證工作過(guò)程中能擁有更準(zhǔn)確、更詳盡的技術(shù)數(shù)據(jù)，并直觀展現(xiàn)預(yù)期效果，需要在方案設(shè)計(jì)階段就建立三維的產(chǎn)品模型。但是在頻繁的方案修改中，如何能快速建立各方案所關(guān)聯(lián)的三維產(chǎn)品模型，并保證模型和方案的一致性，成為必須重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。而參數(shù)化技術(shù)正是通過(guò)約束關(guān)系，利用主要參數(shù)修改來(lái)快速進(jìn)行方案的修改并保證產(chǎn)品模型一致的最佳設(shè)計(jì)手段。因此在三維設(shè)計(jì)中進(jìn)行船型參數(shù)化建模，對(duì)于開(kāi)發(fā)新型船舶，船舶方案論證乃至定型產(chǎn)品前期研制開(kāi)發(fā)都具有深遠(yuǎn)的意義。

隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和數(shù)學(xué)方法的完善，國(guó)外在參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)方面已經(jīng)達(dá)到了較高的水平。Hareis［1］的博士論文中，給出了完整的船型參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，并依托德國(guó)GL公司開(kāi)發(fā)了基于仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)的船型參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)（FRIENDSHIP）［2］。

鑒于在國(guó)內(nèi)還沒(méi)有文獻(xiàn)詳細(xì)闡述FRIENDSHIP參數(shù)化基本理論和實(shí)現(xiàn)方法，本文將在詳細(xì)分析特征參數(shù)和特征曲線的基礎(chǔ)上，細(xì)致闡述船型參數(shù)化的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，從而將船型設(shè)計(jì)的主要工作轉(zhuǎn)變?yōu)檫M(jìn)行合理的特征參數(shù)與特征曲線設(shè)計(jì)。

2 船型參數(shù)化軟件比較

目前，國(guó)內(nèi)主流的船型設(shè)計(jì)軟件主要以型值數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)型值點(diǎn)來(lái)構(gòu)建船體曲面。例如Maxsurf、NAPA、CADDS5 以及 TRIBON 等（表 1）。為了進(jìn)行船型性能綜合優(yōu)化研究，需要有一種靈活有效的辦法來(lái)描述和修改船體的幾何形狀。定義船體形狀的數(shù)字模型應(yīng)當(dāng)便于修改，并擁有大量的備用幾何外型，能以較少的設(shè)計(jì)變量控制不同的船型生成，且生成的船型要保證曲面的光順性。因此很有必要發(fā)展一種全參數(shù)化的船型建模方法，以適應(yīng)船型快速設(shè)計(jì)及多性能綜合優(yōu)化的需要。目前船型參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)FRIENDSHIP能滿足要求，可應(yīng)用于船舶水動(dòng)力性能的優(yōu)化［3］。

表1 船舶設(shè)計(jì)軟件比較Tab.1 Comparisons among different ship design software

船舶的水動(dòng)力性能是船舶設(shè)計(jì)領(lǐng)域的重點(diǎn)，是新船型開(kāi)發(fā)的基礎(chǔ)技術(shù)和著眼點(diǎn)。本文所討論的船型參數(shù)化設(shè)計(jì)主要側(cè)重于考慮船型具有優(yōu)秀的水動(dòng)力性能，而未考慮船體的布置、結(jié)構(gòu)性能等約束。而特征參數(shù)與特征曲線對(duì)船舶的水動(dòng)力性能起決定性作用，是參數(shù)化設(shè)計(jì)最重要的環(huán)節(jié)，是船型設(shè)計(jì)的精髓。

3 船型的參數(shù)化設(shè)計(jì)理論

FRIENDSHIP船型參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了以特征參數(shù)和特征曲線為基礎(chǔ)，能快速設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)出具有優(yōu)良的性能且光順的船體曲面，并將船型與特征參數(shù)和特征曲線密切聯(lián)系在一起，令船型設(shè)計(jì)的主要工作集中于設(shè)計(jì)合理的特征參數(shù)與特征曲線。設(shè)計(jì)人員根據(jù)已有經(jīng)驗(yàn)，確定合理的特征參數(shù)，依據(jù)光順曲線的參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，就可以得到縱向曲線，進(jìn)而生成橫剖面曲線，并最終得到船體曲面，即船型參數(shù)化設(shè)計(jì)方法包括：特征參數(shù)的選擇與確定；縱向曲線的設(shè)計(jì)與建模；橫剖面曲線的設(shè)計(jì)與建模；船體曲面的建立。

3.1 特征參數(shù)

特征參數(shù)對(duì)于船舶總體要求和水動(dòng)力性能的影響巨大，在船型參數(shù)化設(shè)計(jì)中，特征參數(shù)決定了設(shè)計(jì)船型的縱向曲線、橫剖面曲線，并最終決定船體曲面，直接影響設(shè)計(jì)船舶的質(zhì)量，因此選擇與確定特征參數(shù)尤為重要［4］。特征參數(shù)可分為3類：

1）第1類：船體主要要素、球艏參數(shù)、艏部參數(shù)和艉部參數(shù)等，如船長(zhǎng)、型寬、設(shè)計(jì)吃水、主甲板高、棱形系數(shù)、方形系數(shù)等。這類參數(shù)表征了船型的主要特征，也被稱為全局參數(shù)。

2）第2類：生成縱向曲線所需的局部特征參數(shù)，主要為構(gòu)建縱向曲線，如平底線、平邊線，甲板邊線等的切向、端點(diǎn)以及豐滿度等的局部參數(shù)。這類參數(shù)主要是對(duì)特征曲線進(jìn)行參數(shù)化控制。

3）第3類：生成橫剖面曲線所需的特征參數(shù)，即構(gòu)建橫剖面曲線所需要的特征參數(shù)。這類參數(shù)與橫剖面的形狀密切相關(guān)，也稱為局部參數(shù)。

第1、2類特征參數(shù)分別決定了縱向曲線的全局特性與局部特性。設(shè)計(jì)縱向曲線時(shí)，首先要根據(jù)第1類特征參數(shù)，設(shè)計(jì)縱向曲線的全局特性，再將縱向曲線分為去流段、平行中體、進(jìn)流段3部分，對(duì)每一段分別設(shè)計(jì)滿足第2類特征參數(shù)的曲線。第2類特征參數(shù)與相應(yīng)的第1類特征參數(shù)間存在一定的邏輯換算關(guān)系。

3.2 縱向曲線

由特征參數(shù)的分類可知，特征曲線主要包括縱向曲線和橫剖面曲線，此外還有一些是由性能計(jì)算產(chǎn)生的曲線，如橫剖面面積曲線，通常也將這類曲線劃歸到縱向曲線［5－6］。

顧名思義，縱向曲線是沿船長(zhǎng)方向、生成橫剖面曲線、船體曲面必須的曲線，是最主要的特征曲線，涉及到橫剖面曲線的位置特性、積分特性、微分特性等。縱向曲線設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，直接關(guān)系到船體曲面和流體性能的優(yōu)劣，因此縱向曲線的設(shè)計(jì)是船型參數(shù)化設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)?？v向曲線分為位置曲線、積分曲線和微分曲線3類。

3.2.1 縱向位置曲線

縱向位置曲線主要組成如表2所示。

表2 縱向位置曲線Tab.2 Longitudinal positional curves

3.2.2 縱向積分曲線

縱向積分曲線主要組成如表3所示。

表3 縱向積分曲線Tab.3 Longitudinal integral curves

3.2.3 縱向微分曲線

縱向微分曲線主要組成如表4所示。

表4 縱向微分曲線Tab.4 Longitudinal differential curves

對(duì)于這些縱向曲線，不僅要求各自在沿船長(zhǎng)方向是光順連續(xù)函數(shù)，而且彼此間也應(yīng)該相互協(xié)調(diào)。其中，設(shè)計(jì)水線DWL和橫剖面面積曲線SAC是船型參數(shù)化設(shè)計(jì)中最重要的縱向曲線。

SAC表達(dá)排水體積沿船長(zhǎng)的分布，是一條很重要的曲線，它的形狀變化不僅影響到船體曲面形狀，而且與阻力性能有著密切的關(guān)系。

SAC的特征主要由進(jìn)流段、去流段、平行中體長(zhǎng)度和浮心縱向位置等特征參數(shù)表達(dá)，設(shè)計(jì)時(shí)主要按快速性要求確定。正確選取與平行中體和浮心縱向位置相關(guān)聯(lián)的進(jìn)流段、去流段長(zhǎng)度以及處理好前、后肩的形狀可明顯改善船舶的阻力性能。

SAC決定之后，設(shè)計(jì)水線形狀最為重要，它對(duì)剩余阻力影響很大。決定其形狀的主要因素為設(shè)計(jì)水線面的面積，設(shè)計(jì)水線平行中段，設(shè)計(jì)水線首尾端的形狀以及設(shè)計(jì)水線首端半進(jìn)角等。

設(shè)計(jì)縱向特征曲線時(shí)，可根據(jù)具體情況，決定設(shè)計(jì)全部或一部分縱向曲線。

3.3 橫剖面曲線

橫剖面曲線的形狀對(duì)水動(dòng)力性能至關(guān)重要，首尾附近橫剖面曲線的形狀不僅對(duì)阻力性能有影響，而且對(duì)船的推進(jìn)性能、耐波性等都有一定的影響。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中，橫剖面曲線的設(shè)計(jì)主要依靠設(shè)計(jì)人員完成，因此會(huì)受到設(shè)計(jì)人員的主觀因素影響。經(jīng)驗(yàn)豐富的船舶設(shè)計(jì)師可以通過(guò)橫剖面曲線來(lái)初步判斷設(shè)計(jì)船舶的流體性能。因此橫剖面曲線的質(zhì)量是衡量利用FRIENDSHIP實(shí)現(xiàn)船型參數(shù)化設(shè)計(jì)成功與否的標(biāo)志。

設(shè)計(jì)橫剖面面積曲線應(yīng)先確定縱向棱形系數(shù)、浮心縱向坐標(biāo)、最大橫剖面面積等第一類特征參數(shù)，其對(duì)應(yīng)于橫剖面面積曲線的幾何含義分別為：面積、形心的X坐標(biāo)、橫剖面面積曲線的Y坐標(biāo)最大值。橫剖面曲線的設(shè)計(jì)要與縱向曲線的設(shè)計(jì)聯(lián)系在一起。

3.4 船體曲面生成

為了生成理想的船體曲面，廣泛采用單一NURBS曲面表達(dá)整個(gè)船體曲面，即蒙皮法。采用蒙皮法生成船體曲面，可形象地看成為給一簇橫剖面曲線構(gòu)成的骨架蒙上一張光滑的曲面。

船型曲面參數(shù)化過(guò)程中，F(xiàn)RIENDSHIP提供了曲面快速建立的方式，即元曲面（Meta surface）建立法，類似于蒙皮法。Meta surface是FRIENDSHIP中最靈活的一種曲面，它使使用者基于復(fù)雜的曲線進(jìn)行參數(shù)化曲面設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)。目前，曲面變形已具有高光順性特征，并且已經(jīng)有強(qiáng)大的工具為設(shè)計(jì)者提供了功能性曲面［7］。

4 FRIENDSHIP船型參數(shù)化實(shí)現(xiàn)

FRIENDSHIP為船型參數(shù)化提供了便捷的方式，主要設(shè)計(jì)過(guò)程如圖1所示：

1）定義全局特征參數(shù)，提供全局特征參數(shù)的類型和數(shù)值；

圖1 FRIENDSHIP Framework參數(shù)化船型設(shè)計(jì)過(guò)程Fig.1 FRIENDSHIP Framework hull form design process

2）根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和船舶設(shè)計(jì)要求，確定縱向曲線，完成主要特征曲線的構(gòu)建以及與全局參數(shù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系；

3）依據(jù)全局特征參數(shù)和縱向曲線，利用Feature Definition建模特性，將橫剖面曲線進(jìn)行分析，以Feature建立輸入和輸出方式，以程序代碼的方式建立基準(zhǔn)橫剖面曲線；

4）構(gòu)建各站橫剖曲線，有了基準(zhǔn)橫剖面曲線，再利用全局特征參數(shù)和縱向曲線，以Curve Engine來(lái)驅(qū)動(dòng)創(chuàng)建各站橫剖面曲線；

5）曲面的構(gòu)建，主要是在Curve Engine構(gòu)建的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)曲面的生成，相當(dāng)于已有了骨架，以蒙皮法構(gòu)建曲面；

6）曲面構(gòu)建完成后，應(yīng)進(jìn)行橫剖面線的構(gòu)建，主要為靜水力計(jì)算做準(zhǔn)備；

7）完成靜水力計(jì)算。

此外，也可完成基于商業(yè)軟件如SHIPFLOW等的集成和優(yōu)化工作。下面，以某型船的艉部裸船體為例進(jìn)行實(shí)際的參數(shù)化船型創(chuàng)建。

4.1 全局特征參數(shù)

全局特征參數(shù)主要是對(duì)影響艉部裸船體的主要參數(shù)進(jìn)行定義，全局特征參數(shù)的確定要反映船舶的主要尺度等要素，也應(yīng)考慮對(duì)船舶主要性能的影響因素。在本例中主要確定了船寬、型深、吃水和位置因素，其他具體的特征參數(shù)在縱向特征曲線和橫剖面曲線中進(jìn)行考慮，定義如表5所示。

4.2 縱向曲線

在艉部裸船體中，考慮到艉部母型線型的縱向走向和橫剖面的具體形式，縱向曲線分為3類：

1）站線，主要包括平底線（FOB）、設(shè)計(jì)水線（DWL）、平邊線（FOS）、甲板邊線（DSL）以及龍骨線（KEEL）；

表5 特征參數(shù)Tab.5 Characteristic parameters

2）積分線，主要指橫剖面曲線（SAC）；

3）微分線，一般包括設(shè)計(jì)水線外漂（DWLflare）、甲板外漂（DSLflare）和球艏外漂（flareOfBULB）。在本例中沒(méi)有涉及第3種特征線。

4.3 橫剖面曲線定義

橫剖面曲線的設(shè)計(jì)與全局特征參數(shù)、縱向曲線密切關(guān)聯(lián)，即橫剖面曲線的設(shè)計(jì)受全局參數(shù)、縱向曲線的控制 （橫剖面曲線的主要節(jié)點(diǎn)、位置向量、連續(xù)性等要與全局參數(shù)、縱向曲線一致）。在本例中，橫剖面曲線比較規(guī)則，主要分為3段，包括bottom（船底）、bilge（舭部）和 side（船側(cè)）。

1）bottom是由A、B兩點(diǎn)創(chuàng)建的直線段，一般用 FRIENDSHIP的“l(fā)ine”來(lái)創(chuàng)建；

2）bilge是由B、C兩點(diǎn)創(chuàng)建的平面曲線，曲線的形狀與船底、船側(cè)相切，一般用FRIENDSHIP的“fsplinecurve”來(lái)創(chuàng)建。此外，除了在首末兩端的切向進(jìn)行控制外，還對(duì)其面積進(jìn)行了控制，設(shè)定了控制參數(shù)——豐滿度“fullness”，通過(guò)面積對(duì)曲線的形狀進(jìn)行控制；

3）side是由C、D兩點(diǎn)創(chuàng)建的直線段，一般用FRIENDSHIP 的“l(fā)ine”來(lái)創(chuàng)建。

以上創(chuàng)建由Feature Definition來(lái)完成的，最后，由bottom、bilge和side以 FRIENDSHIP的“polycurve”形式連接成section，如圖3和圖4所示。

圖4 面積豐滿度示例Fig.4 Area fullness

面積控制：設(shè)舭部的面積為AreaB，而由B、C兩點(diǎn)所構(gòu)成的長(zhǎng)方形面積為AreaA，則

fullness＝AreaB／AreaA；AreaA＝（halfbeam－fob）×（fos－keel）

所 以 ，AreaB＝（halfbeam－fob）×（fos－keel）×fullness。

在Feature Definition中，包含3項(xiàng)內(nèi)容：輸入項(xiàng)（Argument）、程序?qū)崿F(xiàn)（Create Function）和輸出項(xiàng)（Attribute）。輸入項(xiàng)是實(shí)現(xiàn)橫剖面曲線創(chuàng)建的數(shù)據(jù)源，在輸入項(xiàng)中體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)思路和參數(shù)入口。程序?qū)崿F(xiàn)是調(diào)用FRIENDSHIP的系統(tǒng)函數(shù)進(jìn)行橫剖面曲線的程序設(shè)計(jì) （FRIENDSHIP系統(tǒng)中提供了大量的系統(tǒng)函數(shù)，包括各種實(shí)體的建模、屬性和配置）。在完成了程序?qū)崿F(xiàn)后，系統(tǒng)在輸出項(xiàng)（Attribute）中可以自動(dòng)生成輸出參數(shù)，輸出參數(shù)會(huì)直接與Curve Engine的輸入?yún)?shù)相關(guān)聯(lián)。為了說(shuō)明輸入項(xiàng)、程序?qū)崿F(xiàn)、輸出項(xiàng)以及橫剖線具體樣式之間的關(guān)系，在圖5中用框圖的形式進(jìn)行了詳細(xì)描繪，并指出了其中的參數(shù)對(duì)應(yīng)關(guān)系。在代碼編制的過(guò)程中，最后的橫剖面輸出要注意使用“.set-Parametrization（“unit speed”）”命令，這樣可保證輸出的曲線變換均勻，不會(huì)出現(xiàn)凹凸拐點(diǎn)。

4.4 各站橫剖面線生成

前面只是建立了一條橫剖面曲線的生成方式（圖6），在船舶設(shè)計(jì)中要用到一組沿縱向曲線從船艉到船舯的橫剖面曲線，所以還要有生成其他站線的橫剖面曲線的機(jī)制和方式。

圖5 輸入項(xiàng)、輸出項(xiàng)和函數(shù)的關(guān)聯(lián)關(guān)系Fig.5 Relation of argument attributes function

圖6 各站橫剖面曲線生成示例Fig.6 Sectional curve creation in all positions

橫剖面線各點(diǎn)的控制軌跡是以龍骨線、平底線、平邊線和甲板邊線為趨勢(shì)，沿船長(zhǎng)縱向延伸的。 其中 A（x，0，keel）點(diǎn)和 B 點(diǎn)（x，fob，keel）中參數(shù) keel沿龍骨線（KEEL）變化；B 點(diǎn)（x，fob，keel）中參數(shù) fob沿平底線 （FOB） 變化；C點(diǎn)（x，halfbeam，fos）中參數(shù) fos 沿平邊線（FOS）變化；D 點(diǎn)（x，halfbeam，height） 中參數(shù) halfbeam 和 height與甲板邊線（DSL）的寬度和高度一致，都來(lái)自于全局參數(shù)。

為了說(shuō)明橫剖面曲線、全局參數(shù)、縱向曲線的數(shù)據(jù)和流程關(guān)系，本文建立了邏輯關(guān)系圖（圖7）。具體的功能驅(qū)動(dòng)以Curve Engine為核心，在Curve Engine中既體現(xiàn)了全局參數(shù)、縱向曲線，還包括了橫剖面曲線的輸入對(duì)應(yīng)關(guān)系。在Curve Engine中要十分注意坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇，坐標(biāo)系統(tǒng)的選擇要與縱向特征曲線的平面坐標(biāo)系統(tǒng)一致，否則，生成的曲面將會(huì)扭曲變形，甚或無(wú)法生成曲面。

圖7 橫剖面曲線、全局參數(shù)、縱向曲線邏輯關(guān)系Fig.7 Relations among sectional curves，characteristic parametersandlongitudinal curves

4.5 曲面生成

在已經(jīng)建立了各站橫剖面曲線以后，就可以依據(jù)蒙皮法，建立曲面。在FRIENDSHIP中實(shí)現(xiàn)的方式是Meta surface。Meta surface譯為元曲面，其基本原理是將橫剖面曲線融合在一起生成曲面的過(guò)程。多數(shù)情況下，橫剖面曲線的蒙皮都會(huì)產(chǎn)生滿意的結(jié)果，但在過(guò)渡的地方也有例外情況出現(xiàn)，為此FRIENDSHIP中引入了優(yōu)化處理機(jī)制。

建立Meta surface曲面時(shí)，首先確定曲面的過(guò)渡方式，在本例中選擇“smooth endings”；然后，確定Meta surface的起止位置和引擎，在本例中，首端點(diǎn)為“xTransom”，末端點(diǎn)尾“xMainFrame”，驅(qū)動(dòng)引擎（Engine）為上面建立 CurveEngine“forBare-Hull”（圖 8）。

確定曲面的首末位置時(shí)，要注意與縱向特征曲線矢量方向一致，并選擇合適的“Blending”。

圖8 Meta surface用戶界面Fig.8 Meta surface interface

4.6 基本性能計(jì)算

船型參數(shù)化設(shè)計(jì)建立了船型與特征參數(shù)、特征曲線之間的聯(lián)系，從而將船型的設(shè)計(jì)與優(yōu)化轉(zhuǎn)化為影響船舶水動(dòng)力性能的、少量的特征參數(shù)與特征曲線的設(shè)計(jì)與優(yōu)化。特征參數(shù)與特征曲線數(shù)據(jù)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于確定船體曲面的型值數(shù)據(jù)。運(yùn)用CFD技術(shù)優(yōu)化特征參數(shù)、特征曲線，可以快速有效地尋找最佳船型方案［8-10］。

在FRIENDSHIP中可以直接進(jìn)行靜水力的相關(guān)計(jì)算，此外，還可以與其他商業(yè)計(jì)算分析軟件（如SHIPFLOW）結(jié)合，進(jìn)行性能分析與優(yōu)化。FRIENDSHIP內(nèi)嵌了與SHIPFLOW的集成，但需要通過(guò)程序開(kāi)發(fā)進(jìn)行剖面數(shù)據(jù)的提取，才能利用FRIENDSHIP本身提供的優(yōu)化算法進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化的自動(dòng)迭代。限于篇幅，本文沒(méi)有涉及CFD分析方面的內(nèi)容。

5 結(jié)語(yǔ)

船型設(shè)計(jì)作為船舶總體設(shè)計(jì)中一項(xiàng)內(nèi)容，在很大程度上影響了所設(shè)計(jì)船舶的總體性能，如浮態(tài)、穩(wěn)性、快速性、抗沉性等。而且，船型曲面設(shè)計(jì)也是開(kāi)展總布置設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)。

基于設(shè)計(jì)特征（Feature）的建模方式具有較強(qiáng)的靈活性和自由性。Feature建?？杀灰暈閹缀谓５耐卣?，它不僅具有幾何信息，在同一項(xiàng)中還存儲(chǔ)了關(guān)聯(lián)函數(shù)信息。Feature是高級(jí)功能，能夠提供成型的參數(shù)化單元，這與現(xiàn)在的點(diǎn)、線和面的構(gòu)成方法不同，除了可以生成幾何體和單元，F(xiàn)eature還能實(shí)現(xiàn)特殊的工作流程。在建模環(huán)境中使用Feature可將完整的設(shè)計(jì)任務(wù)和重復(fù)步驟融入到一個(gè)獨(dú)立的項(xiàng)中，這樣就能在設(shè)計(jì)流程中為用戶提供支持，實(shí)現(xiàn)更高級(jí)的用戶和模型系統(tǒng)之間的交流。而且，可重復(fù)利用性是在設(shè)計(jì)流程中節(jié)約大量時(shí)間的關(guān)鍵。因?yàn)橐A(yù)見(jiàn)用戶需求的設(shè)計(jì)特征十分困難，在系統(tǒng)中隨時(shí)引入新的特征就非常重要。用戶可以定義、存儲(chǔ)和整理自己創(chuàng)建的Feature。

Feature還可作為特殊曲面類型Meta surface的基礎(chǔ)。曲面任何方向的截面都可以在Feature定義中進(jìn)行拓?fù)涿枋?。通過(guò)Curve Engine（曲線引擎）功能可以創(chuàng)建參數(shù)化曲線用來(lái)描述該截面輸出參數(shù)沿曲面的分部，并連接Feature定義。然后Meta surface會(huì)在給定域中調(diào)用Curve engine，于是獲得每個(gè)曲面的截面形狀，得出關(guān)于曲面的完整數(shù)學(xué)描述，不需要插值。此外，該曲面描述完全采用參數(shù)化表達(dá)，所以能很好地適應(yīng)系統(tǒng)性變形。

FRIENDSHIP系統(tǒng)為船型參數(shù)化提供了強(qiáng)大的實(shí)現(xiàn)功能，初學(xué)者對(duì)其的掌握和理解還較為困難，尤其對(duì)于復(fù)雜曲面的船型而言，參數(shù)的選取、縱向曲線和橫剖面曲線的定義也十分關(guān)鍵，有時(shí)也需要采用Coons Surface和Ruled Surface等其他曲面形式。

船型參數(shù)化已成為快速設(shè)計(jì)、分析與優(yōu)化的必備條件。本文采用參數(shù)化定義方法，采用特征參數(shù)、縱向曲線、橫剖面曲線定義船型曲面，利用FRIENDSHIP參數(shù)化機(jī)制實(shí)現(xiàn)了船型設(shè)計(jì)的參數(shù)化，并且用業(yè)界公認(rèn)的NURBS技術(shù)來(lái)建立曲面模型，以便精確地表達(dá)船型曲面。本文僅嘗試了該方法的基本應(yīng)用，未來(lái)工作中還應(yīng)充分考慮水動(dòng)力性能等其他方面，并進(jìn)行船型的優(yōu)化設(shè)計(jì)，以便選擇較優(yōu)的方案。

［1］HARRIES S.Parametric design and hydrodynamic optimization of ship hull forms［D］.Berlin：Institut für Schiffsund Meerestechnik，Technische Universit?t Berlin，1998：10-30.

［2］ABT C，HARRIES S.FRIENDSHIP Framework integrating ship design modeling simulation and optimization ［J］.The Naval Architect， 2007（1）：33-35.

［3］HARRIES S.Investigating multi-dimensional design spaces using first principle methods［C］//Seventh International Conference on High-Performance Marine Vehicles Melbourne.Florida， USA，2010：57-59.

［4］ZHANG P，ZHU D X，LENG W H.Parametric approach to design of hull form［J］.Journal of Hydrodynamics，2008，20（6）：804-810.

［5］HARRIES S，ABT C.Parametric curve design applying fairness criteria［C］//International Workshop on Creating Fair and Shape-Preserving Curves and Surfaces，Network Fairshape.Berlin ／Potsdam，Germany，1998.

［6］FRIENDSHIP SYSTEMS.Imaging functionality for flexible shapes［J］.The Naval Architect， 2007（4）：166-167.

［7］BIRMINGHAM R W， SMITH T A G.Auto hull form generation， a practical tool for design and research［C］//Practical Design of Ships and Mo bile Units， PRADS’98.Hague， Netherland，1998.

［8］邱遼原，謝偉，姜治芳，等.基于參數(shù)化CAD模型的船型阻力 ／耐波性一體化設(shè)計(jì)［J］.中國(guó)艦船研究，2011，6（1）：19-20.

QIU L Y，XIE W，JIANG Z F，et al.Integrated ship resistence／seakeeping optimization based on parametric CAD model［J］.Chinese Journal of Ship Research，2011，6（1）：19-20.

［9］張萍.船型參數(shù)化設(shè)計(jì)［D］.江南大學(xué)，2009：41-47.

ZHANG P.Ship hull form parametric design［D］.Jiangnan University，2009：41-47.

［10］BRENNER M，ABT C，HARRIES S.Feature modeling and simulation-driven design for faster processes and greener products［C］//ICCAS.Shanghai，China，2009.

The Parametric Method of FRIENDSHIP Hull Form Based on Design Feature

Huang Jin－feng1Wan Song-lin2

1 China Ship Development and Design Center，Wuhan 430064，China 2 Naval Military Representative Office in Jiangnan Shipyard（Group） Co.， Ltd， Shanghai 201913， China

The hull form design is a very complicated and critical content in ship＇s overall design.The hull form is the basis of structure design， hydrodynamic performance and general arrangement， thus the realization of parametric design is important.FRIENDSHIP system provides parametric method and application mechanism based on feature of the ship hull and parametric driving design.Based on the hull form parameterized theories-characteristic parameters， characteristic curves and surface modeling， we introduced a hull form parametric method by Feature，Curve engine and Meta surface with the application in a real ship model.Hull parametric method provides technical support for hull surface quick modeling， and establishes advantaged elements for performance analysis and optimization.

FRIENDSHIP；hull form；parametric method；design feature

U662.9

A

1673－3185（2012）02－79－07

10.3969/j.issn.1673-3185.2012.02.015

2011-08-30

國(guó)家部委基金資助項(xiàng)目（×××01010201）

黃金鋒（1979－），男，碩士，工程師。研究方向：艦船CAD技術(shù)和和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。E-mail：howardhjf＠163.com

萬(wàn)松林（1974－），男，工程師。研究方向：艦船總體與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

黃金鋒。

［責(zé)任編輯：喻 菁］