3D技術在船舶內裝設計平臺的應用

袁作棟

摘要：招商局重工自2006年轉型進入船舶及海洋工程制造領域以來，自行設計并建造完成了多型國內領先的海洋工程項目及高附加值船舶。3D數(shù)字化設計技術是一種基于3D軟件、互聯(lián)網(wǎng)的新技術，在機械結構的三維建模與仿真等方面有明顯的優(yōu)勢。本文結合3D數(shù)字化設計軟件Solidworks，構建了船舶3D設計與仿真平臺，并分析了船舶數(shù)字化設計的三維建模過程。

關鍵詞：3D技術;船舶;內裝設計;應用

一、導言

隨著人們物質生活水平的提高，人們開始追求舒適、自由的生活方式，人類工程學受到了越來越多的關注。此外，在船舶內部設計中也可以看到人體工程學。在組織船舶內部詳細設計的過程中，首先編制船舶內部詳細設計的基本方案。然后，根據(jù)計劃的要求，設計人員應逐步推進整個設計過程，并根據(jù)項目管理計劃組織詳細設計圖紙的校對、審核和評價。

二、船舶3D曲面建模技術

眾所周知，曲面結構件的設計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，包括具有復雜曲面的螺旋槳、船艙殼狀結構等。為了提高船舶曲面工件的設計水平，采用3D數(shù)字化技術是有效的措施。船舶三維曲面設計的核心是利用二次樣條函數(shù)將數(shù)據(jù)點云連接成曲線，然后生成三維曲面結構。船舶三維曲面設計流程。船舶三維曲面設計流程包括尺寸設計、靜水力計算、肋位設計、二維型線設計等，其中，型線設計時常采用比例變換的方法。假設船舶型線參數(shù)包括船體長度L、寬度B和高度H，線型的比例變換函數(shù)如下式：

三、內裝詳細設計的輸入

（1）總合同及整船技術規(guī)范要求（簽署版）

整個船舶的總合同和技術規(guī)范，作為本工程施工的一般技術要求，等同于本工程的“憲法性”文件。本工程設備選型、客艙布置、安裝工藝及質量標準應完全符合規(guī)范要求。因此，任何客艙布置圖或設備安裝圖應充分理解并充分響應規(guī)范中的相應內容，以確保設計過程中不存在設計偏差和遺漏。

（2）了解各項規(guī)范和標準的要求

在詳細設計過程中，我們需要了解以下幾種規(guī)范和標準：①現(xiàn)行有效的國際通用標準和規(guī)范;②規(guī)范中的補充標準（重點是分類符號對應的標準條款）;③船級社的要求和為本項目指定的船級社;④本項目船旗國海事組織的要求;⑤可能包括;交付后，項目應符合在特殊海域工作的海事機構的要求（如北海挪威標準等）。

上述標準涉及多種類別。在設計過程中，必須考慮標準的有效性（何時和何時實施、所涵蓋的設備類型等）、實施標準的優(yōu)先順序（以何種標準和何種規(guī)范為優(yōu)先順序）以及實施標準的合法性（是否有海事機構、工作海域和船級社要求之間的矛盾或沖突）。對特定標準的敏感性（即使不熟悉在項目設計和施工中涉及更大風險的標準，也必須保持高度的警覺性和敏感性，或尋求幫助或自我檢查，以盡可能避免技術缺陷和風險）。

（3）選用的設備、材料必須參數(shù)準確，資料齊全

經(jīng)過設備選型、技術談判、技術協(xié)議發(fā)布、廠家業(yè)務確認、圖紙資料獲取、認可回復、認可意見關閉、工作圖紙?zhí)峁┑纫幌盗羞^程，設計人員應獲得DET所需的各種設備、材料信息。在組織詳細設計工作之前，設計人員應充分考慮設備信息的準確性和可靠性，滿足技術協(xié)議和商務合同的嚴肅性，以及接口要求、安裝過程、質量標準和維護空間。在設計過程中，應考慮必要的設計手段（計算或三維建模等），將安裝布置信息如實反映在詳細設計圖紙上。

四、3D技術在船舶內裝設計平臺的應用

（一）3D船舶設計平臺

Solidworks軟件是基于Windows系統(tǒng)開發(fā)的一款三維CAD軟件，Solidworks不僅具有強大的二維繪圖功能，還具有強大的三維實體建模功能，在三維模型動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、船企有廣泛的應用。基于Solidworks軟件的3D實體建模流程。

模型顯示功能是3D技術的基礎，基于Solidworks軟件平臺的不僅具有點的定義、標注和顯示功能，還可以顯示三維模型的配準，保證用戶能夠隨時隨地的修改和編輯建模結果。在Solidworks的顯示界面，用戶的每一個指令都能迅速得到反饋，保證了用戶對三維模型的更改效率。

3D技術在建立裝配模型時，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會生成大量的中間數(shù)據(jù)。因此，3D技術需要具有良好的數(shù)據(jù)存儲功能，配置大容量、高性能的存儲設備。在3D技術中，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

對基于Solidworks軟件的船舶三維建模過程進行介紹，建模可以分為甲板上層建筑建模、圍板建模和貨艙壁建模、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，為了簡化基于3D技術的船舶數(shù)字化設計過程，本研究簡化了甲板上層建筑的多個細節(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，因此在建立模型時需要先建立一個平面區(qū)域，然后利用裁剪函數(shù)對該平面進行剪裁。

（三）詳細設計的組織管理

在準備好詳細設計的輸入后，根據(jù)設計計劃書的要求，組織人力資源配置，編制設計軟件，依次按設計計劃推進相應的設計工作。船舶內部的詳細設計、組織和管理一般應按以下要求進行：

（1）根據(jù)技術中心管理文件中的設計編碼要求編制詳細的設計目錄，根據(jù)工程總體設計和施工進度要求，編制相應的圖紙計劃和圖紙負責人。（2）清晰的三維設計軟件，充分考慮二維設計圖紙和三維造型檢驗相結合的設計先進性。在二維圖形的基礎上，組織人力資源對本專業(yè)進行三維建模，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充和驗證，確保二維輸出圖形的信息（CAD版本sion）相對準確。（3）盡量選用必要的圖紙管理軟件，作為管理載體，實現(xiàn)對本工程整個詳細設計工作的監(jiān)控和管理，并通過檢查表嚴格執(zhí)行圖紙的自檢、驗證和標準檢驗工作。（4）在進行相應的詳細設計修改時，必須明確修改的原因。特別是在考慮業(yè)主的修改意見時，如果與商務合同和整艘船的技術規(guī)格有任何差異，則應充分考慮向業(yè)主提交設計變更單的簽字。（5）在推進室內深化設計時，應重點考慮對其他專業(yè)的連鎖效應，特別是在本專業(yè)設計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)之間的內部聯(lián)系清單是必不可少的。

結論：

為了提高船舶設計的數(shù)字化水平，越來越多的計算機輔助設計方法應用于船舶設計過程中。因此，從整體上考慮詳細設計和生產(chǎn)設計，結合船廠實際造船管理模式，以造船成本控制為指導，以商業(yè)績效為核心，詳細船舶設計的過程和方法研究將是船舶設計發(fā)展的主要方向。在未來。研究了船舶內部設計的詳細設計過程和方法，以提高我國船舶內部設計的設計水平，這是今后進入豪華郵輪內部設計領域的重要依據(jù)。

參考文獻：

[1]忻剛明.船舶設計中人體工程學的應用[J].造船技術，2002（04）.

[2]曹文君，嚴俊.三維技術在船舶結構生產(chǎn)設計中的應用[J].船海工程，2004（3）：7-9.