基于EFSPD的船首建模研究

魏 斌，馬 娟

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院無(wú)錫交通分院船舶工程系，無(wú)錫 214151）

0 引 言

目前，中國(guó)船舶行業(yè)應(yīng)用較多的CAM（Computer Aided Manufacturing）軟件系統(tǒng)，其中，東欣船舶產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)（EFSPD）擁有中國(guó)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。EFSPD-H船體設(shè)計(jì)系統(tǒng)根據(jù)船體設(shè)計(jì)要求（包括：船體總布置圖、基本設(shè)計(jì)圖、分段劃分圖、技術(shù)規(guī)格書(shū)、有關(guān)規(guī)范規(guī)則、建造方針、施工要領(lǐng)，以及由HDSHM船體線(xiàn)型三向光順系統(tǒng)生成的船體型線(xiàn)等），采用圖形交互的方式，進(jìn)行三維的船體結(jié)構(gòu)產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的建模，在計(jì)算機(jī)中先模擬出這艘船[1]。

利用EFSPD-H模塊對(duì)10500dwt油船的船首建模進(jìn)行探討研究并給出了船首（特別是艏柱板）建模的過(guò)程及方法。

1 實(shí)船選取

船舶類(lèi)型：10500dwt油船，全船劃分為180個(gè)理論站；

主尺度： 總長(zhǎng)：125.675m ，垂線(xiàn)間長(zhǎng)：118.100m，型寬：19.800m，型深：10.800m；

艏部分段模型：F1～F5分段組成（FR156～FR180），艏部分段劃分見(jiàn)圖1。

2 船首三維建模

根據(jù)實(shí)船船體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知，該船首由曲面板、艏柱板以及支撐曲面板和艏柱板的骨架構(gòu)成。具體來(lái)講，由外板、甲板板、平面板架以及艏柱板組成，而構(gòu)成外板和甲板板的列板可看成由縱縫和端縫所圍成的曲面板架。

圖1 艏部分段劃分

整個(gè)建模過(guò)程可以先進(jìn)行外板、甲板板及艏柱板的建模，隨后再創(chuàng)建支撐曲面板和艏柱板的骨架。

2.1 創(chuàng)建外板及甲板板

由于船體外板是由許多塊曲面板通過(guò)焊接拼裝而成，所以建模過(guò)程中應(yīng)該考慮這些板縫的位置。而板縫位置根據(jù)船廠(chǎng)常用板材尺寸確定。

創(chuàng)建的過(guò)程如下：

1) 創(chuàng)建曲面板縫；

2) 根據(jù)創(chuàng)建好的曲面板縫創(chuàng)建曲面板；

3) 創(chuàng)建曲面型材（同時(shí)創(chuàng)建曲面型材邊界孔及內(nèi)孔）。

2.2 創(chuàng)建艏柱板

艏柱板柱縫是一根空間曲線(xiàn)，他無(wú)法采用“平面截交線(xiàn)”等常用的曲面板縫的定義方法。

通過(guò)“柱面截交線(xiàn)”的方法創(chuàng)建艏柱板柱縫。步驟如下：

在應(yīng)用型本科院校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的過(guò)程中，企業(yè)的支持是必不可少的。因此，應(yīng)用型本科院校會(huì)與地方的龍頭企業(yè)或是行業(yè)代表性企業(yè)建立長(zhǎng)期的校企合作關(guān)系，定期定向培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)技能型人才。電子商務(wù)課程改革在利用校企合作機(jī)制，為學(xué)生提供真實(shí)的實(shí)踐環(huán)境，增強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)效果的同時(shí)，也將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念完美地整合到教學(xué)過(guò)程中。

1) 在“板縫定義”窗口中，“板縫類(lèi)型”選擇柱縫；

2) 在“板縫定義”窗口中，“板縫曲線(xiàn)”選項(xiàng)中點(diǎn)擊“柱面截交線(xiàn)”，并彈出“拉伸柱面定義”窗口；

3) 在“拉伸柱面定義”窗口中，“方向U”中的“X分量”填寫(xiě)“1”，“方向V”中的“Z分量”填寫(xiě)“1”，所填寫(xiě)的數(shù)據(jù)“1”表示正向，“-1”表示負(fù)向；

4) 在“拉伸柱面定義”窗口中，“準(zhǔn)線(xiàn)樣條”選擇“給定樣條點(diǎn)”，所填寫(xiě)的數(shù)據(jù)格式為：

(1) “U”艏柱板柱縫所在的每一個(gè)肋位；

(2) “V”艏柱板柱縫所在的每一個(gè)肋位所對(duì)應(yīng)的高度值，具體的數(shù)據(jù)需根據(jù)已進(jìn)行艏柱放樣的圖紙中獲得，對(duì)于本例，具體的參數(shù)填寫(xiě)見(jiàn)圖2、3；

圖2 “準(zhǔn)線(xiàn)樣條”參數(shù)（1）

圖3 “準(zhǔn)線(xiàn)樣條”參數(shù)（2）

5) 創(chuàng)建艏柱板柱縫后，即可創(chuàng)建艏柱板，其方法同常見(jiàn)曲面板的創(chuàng)建。

2.3 創(chuàng)建支撐曲面板和艏柱板骨架

圖4 平面板架建模過(guò)程

2.4 創(chuàng)建錨鏈筒

根據(jù)錨鏈筒的特點(diǎn)，其主要形式為一個(gè)曲面柱形，因此其曲面板縫無(wú)法采用“平面截交線(xiàn)”等常用的曲面板縫的定義方法。

為解決該柱面的創(chuàng)建，先創(chuàng)建柱形截面曲線(xiàn)，后采用曲面拉伸方法。步驟如下：

1) 創(chuàng)建一曲線(xiàn)C1，“在船體曲線(xiàn)定義”窗口中，“曲線(xiàn)類(lèi)型”中點(diǎn)擊“空間曲線(xiàn)”，彈出“空間曲線(xiàn)”定義窗口；

2) 根據(jù)柱形截面的形式，在“樣條點(diǎn)列”中填寫(xiě)“X、Y、Z”的坐標(biāo)值及“節(jié)點(diǎn)類(lèi)型”，本例的參數(shù)填寫(xiě)見(jiàn)圖5；

3) 創(chuàng)建完柱形截面曲線(xiàn)后，點(diǎn)擊“直紋面定義”按鈕，進(jìn)入下一菜單后點(diǎn)擊“邊界延伸曲面”按鈕，彈出“邊界延伸曲面定義”窗口，“曲線(xiàn)”選項(xiàng)中選擇之前創(chuàng)建的曲線(xiàn)“C1”，其余根據(jù)圖紙信息填寫(xiě)各個(gè)參數(shù)見(jiàn)圖6；

圖5 “樣條點(diǎn)列”參數(shù)

圖6 “邊界延伸曲面定義”參數(shù)

4) 創(chuàng)建拉伸柱面后，即可創(chuàng)建錨鏈筒曲面，創(chuàng)建方法同常見(jiàn)曲面板的創(chuàng)建。

通過(guò)對(duì)上述四種類(lèi)型的板架及構(gòu)件的創(chuàng)建，該船的艏部即創(chuàng)建完成，創(chuàng)建完成的效果見(jiàn)圖7。

圖7 完工效果

3 結(jié) 語(yǔ)

以具體實(shí)船船首為例，詳細(xì)地描述了如何利用東欣船舶產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)中的EFSPD進(jìn)行船首各個(gè)部位的建模，特別是艏柱板及錨鏈筒的建模。完成對(duì)該船船首計(jì)算機(jī)輔助生產(chǎn)設(shè)計(jì)的前期工作——船首三維建模。

實(shí)踐證明：利用 EFSPD可以高效地完成對(duì)船首的三維建模，包括較復(fù)雜的艏部結(jié)構(gòu)的建模。系統(tǒng)通過(guò)顯示的船體三維實(shí)體模型進(jìn)行交互建模，將傳統(tǒng)CAD的平面二維建模升級(jí)為三維立體空間建模，使得生產(chǎn)設(shè)計(jì)人員能更好地進(jìn)行船首的數(shù)字虛擬建造。從而有效地生成建造系統(tǒng)所需的零件文件及必要的數(shù)據(jù)文件和船體分段圖等[2]。

擁有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 EFSPD軟件，其操作流程較國(guó)外軟件更適合國(guó)人。本設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)船體三維結(jié)構(gòu)建模中較復(fù)雜結(jié)構(gòu)建模有參考意義。

[1] 東欣船舶產(chǎn)品設(shè)計(jì)系統(tǒng)使用說(shuō)明書(shū)[Z]. 2008.

[2] 彭 輝. 船體CAD/CAM[M]. 北京：人民交通出版社，2007.