AutoCAD三維技術(shù)在船體放樣課程教學(xué)中應(yīng)用

趙潔 葉姍

摘要：針對(duì)船體放樣理論課程中的理論性、空間概念性強(qiáng)的難題，通過(guò)采用AutoCAD平臺(tái)的二維與三維建模相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)，降低課程的學(xué)習(xí)難度，提高教學(xué)質(zhì)量。并以縱向結(jié)構(gòu)線的放樣和展開(kāi)為例，說(shuō)明在教學(xué)中引入AutoCAD三維實(shí)體建模的好處。

Abstract： Contrary to the theoretical and spatial conceptual problems in the hull lofting course， teaching is carried out by using the combination of two-dimensional and three-dimensional modeling of the AutoCAD platform to reduce the learning difficulty of the course and improve the quality. And take the lofting and marking of the longitudinal structure line as an example to illustrate the benefits of introducing AutoCAD 3D solid modeling in teaching.

關(guān)鍵詞：三維建模;船體放樣;教學(xué)應(yīng)用

Key words： 3D solid modeling;hull lofting;teaching application

中圖分類號(hào)：G642.0? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）12-0232-03

0? 引言

目前，計(jì)算機(jī)放樣系統(tǒng)和軟件不斷更新升級(jí)，船舶放樣軟件的功能也越來(lái)越豐富，操作也越來(lái)越人性化，利用計(jì)算機(jī)放樣大大縮短了放樣時(shí)間，提升船體放樣的速度。但是單純的計(jì)算機(jī)放樣不利于鞏固學(xué)生的理論知識(shí)，不利用學(xué)生對(duì)船體放樣內(nèi)涵的提升。

船體放樣是高職船舶工程技術(shù)專業(yè)的核心課程，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生能進(jìn)行船體理論型線放樣、船體外板和構(gòu)件的展開(kāi)，并能制作和使用樣板樣箱、進(jìn)行船體零件的套料及號(hào)料等，為以后從事船體放樣工、船體加工裝配人員、船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)技術(shù)工程師及精度控制管理人員等工作崗位打下堅(jiān)實(shí)的專業(yè)知識(shí)。

船體放樣理論課程銜接專業(yè)課《船舶結(jié)構(gòu)與識(shí)圖》與《船體加工與裝配》課程，學(xué)生對(duì)船體結(jié)構(gòu)不太熟悉，三維空間想象不足，并且大型船體三維軟件未涉足，而船體放樣課程專業(yè)性、理論性、實(shí)踐性、空間概念性強(qiáng)，學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不濃，教學(xué)效果不理想。

1? AutoCAD技術(shù)

目前，船舶的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、建造可采用專用的船體三維設(shè)計(jì)軟件如Napa、TRIBON、PTC CADDS5、CATIA、HD-SPD等，這些專用設(shè)計(jì)軟件功能強(qiáng)大，使用費(fèi)用高，仍有許多船舶設(shè)計(jì)部門在使用AutoCAD軟件進(jìn)行船舶的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、建造。同時(shí)，AutoCAD繪圖是船舶工程技術(shù)專業(yè)學(xué)生所必須掌握的一項(xiàng)職業(yè)技能，也是船舶工程技術(shù)職業(yè)崗位培訓(xùn)要求的技能考證之一[1]。

AutoCAD建模技術(shù)包括線框模型、網(wǎng)格模型、實(shí)體模型。線框模型使用閉合的空間線來(lái)反映構(gòu)件的實(shí)形，內(nèi)部的線、面空間位置，相互關(guān)系均可直接或間接測(cè)得;網(wǎng)格模型建模使用多邊形網(wǎng)格創(chuàng)建鑲嵌面，近似于曲面;實(shí)體模型將使構(gòu)件整體完全數(shù)據(jù)化，如實(shí)直觀地反映從設(shè)計(jì)到建造成型的全過(guò)程[2]。

船體主要結(jié)構(gòu)都可以用二維輪廓來(lái)表示，所以在進(jìn)行船體結(jié)構(gòu)實(shí)體建模時(shí)，可以使用三維建模中的拉伸、旋轉(zhuǎn)，放樣、掃掠等命令創(chuàng)建三維實(shí)體模型。

2? 船體放樣

船體放樣是船體建造的第一道工序，會(huì)影響到后續(xù)工藝的質(zhì)量，因此放樣時(shí)必須確保很高的精度。

船體實(shí)尺放樣按1：1的比例在放樣間地板上繪出光順的型線圖，進(jìn)而繪出包括結(jié)構(gòu)線在內(nèi)的肋骨型線圖，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行各種船體構(gòu)件的展開(kāi)，并釘制樣板和繪制草圖等;為后續(xù)工序提供放樣資料，以便船體車間號(hào)料、加工、裝配、焊接、檢驗(yàn)時(shí)使用[3]。實(shí)尺放樣是一種手工放樣方法，也是傳統(tǒng)的工藝方法，并且是其他放樣方法的基礎(chǔ)。

根據(jù)完成放樣工作實(shí)際所需用的知識(shí)、能力、素質(zhì)要求，將教學(xué)內(nèi)容序化為三大項(xiàng)目和若干個(gè)工作任務(wù)[4]。以實(shí)船12500t貨船為教學(xué)載體，根據(jù)本船的主尺度、型值表及相關(guān)的結(jié)構(gòu)圖，完成船體放樣課程的理論型線和結(jié)構(gòu)線放樣、船體構(gòu)件展開(kāi)、造船資料等教學(xué)。

3? 教學(xué)建模船舶特征概述

3.1 船型

本船為單甲板，雙底雙殼，艉機(jī)型，單槳，單舵，單機(jī)，采用縱橫骨架式的鋼質(zhì)全焊接結(jié)構(gòu)的帶風(fēng)雨密艙口蓋的貨船，主要裝運(yùn)煤炭、谷物、雜件等貨物，也可裝運(yùn)20ft集裝箱。本船總裝箱數(shù)為550TEU。

3.2 船舶主尺度

4? AutoCAD三維建模技術(shù)在船體放樣教學(xué)中的具體應(yīng)用

以12500t散貨船縱向結(jié)構(gòu)線放樣展開(kāi)為例說(shuō)明使用AutoCAD在船體放樣教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

結(jié)構(gòu)線放樣，就是根據(jù)設(shè)計(jì)部門提供的各種結(jié)構(gòu)圖，在肋骨型線圖上繪出縱線向構(gòu)件與船體型表面及各肋骨剖面相交的投影，特別是縱向構(gòu)件與船體外板的交線的投影。可參考的圖紙有基本結(jié)構(gòu)圖、分段結(jié)構(gòu)圖、肋骨型線圖、外板展開(kāi)圖、首尾柱結(jié)構(gòu)圖等。

4.1 典型縱向構(gòu)件分析

縱向構(gòu)件沿船長(zhǎng)布置，有甲板、平臺(tái)、內(nèi)底板、縱艙壁、中桁材（中內(nèi)龍骨）、旁桁材（旁內(nèi)龍骨）、舷側(cè)縱桁、各種縱骨、舭龍骨等。

現(xiàn)選取12500t多用途貨船#142～#152處的間斷舷側(cè)縱桁進(jìn)行放樣展開(kāi)。

該處舷側(cè)縱桁的位置、方向、尺寸參看#142～#152貨艙結(jié)構(gòu)圖等結(jié)構(gòu)圖紙。圖1為#143貨艙橫剖面圖，該舷側(cè)縱桁的尺寸為⊥。

4.2 舷側(cè)縱桁放樣

根據(jù)舷側(cè)縱桁的結(jié)構(gòu)布置，在縱剖線圖的肋骨線上繪出舷側(cè)縱桁與外板的交線，即外口線，將外口線投影到放樣好的肋骨型線圖上，從圖1貨艙橫剖面圖可知，此舷側(cè)縱桁的肋骨剖線平行于基線，在肋骨型線圖作出肋骨剖線，在肋骨剖線上以350mm截得腹板與面板的交點(diǎn)并光順連接，放樣過(guò)程如圖2所示。

4.3 舷側(cè)縱桁展開(kāi)

根據(jù)圖2舷側(cè)縱桁放樣圖可知，舷側(cè)縱桁的理論面是一個(gè)垂直于V面的柱面，肋骨剖線是柱面的素線，可采用柱面的平行線法展開(kāi)。

由于舷側(cè)縱桁在肋骨型線圖中的投影形狀類似一個(gè)平面四邊形，一條正斷線不能和所有的素線都相交，故采用分段正斷線。

過(guò)縱桁外口線與各肋骨線交點(diǎn)作橫向高度線的垂線（即正斷線），求出各段正斷線的實(shí)長(zhǎng)，以正斷線作為柱面展開(kāi)的基準(zhǔn)，利用垂足到各交點(diǎn)的距離作出舷側(cè)縱桁的展開(kāi)真形，展開(kāi)過(guò)程如圖3所示。

4.4 舷側(cè)縱桁的三維放樣

在AutoCAD的三維建?？臻g中，把#142～#152肋骨線繪制出來(lái)，根據(jù)縱剖線圖上的外口線，利用高平齊，將外口線投影到相應(yīng)的肋骨線上，得出肋骨型線圖上的外口線，使用拉伸命令，將外口線沿著某一肋位肋骨剖線拉伸，選擇真實(shí)視覺(jué)模式，得到舷側(cè)縱桁的真實(shí)形狀（不考慮板厚）。如圖4所示。圖5為AutoCAD中舷側(cè)縱桁展開(kāi)后的模型。

在肋骨型線投影圖中，作分段正斷線，將之投影到三維圖形中，如圖5所示，采用自由動(dòng)態(tài)觀察，可清晰理解舷側(cè)縱桁放樣展開(kāi)圖的作法。

5? 結(jié)論

通過(guò)對(duì)12500t多用途貨船#142～#152的舷側(cè)縱桁放樣，可以看出，二維放樣要求學(xué)生擁有熟練的畫法幾何的空間投影知識(shí)和空間想象能力，而AutoCAD三維放樣形象直觀，不需要太高的空間想象能力，“所見(jiàn)即所得”，作為教學(xué)的輔助工具，降低學(xué)生對(duì)空間想象能力的要求，降低了課程學(xué)習(xí)難度，從而降低了學(xué)習(xí)的畏難心理，提升了對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度，提高了學(xué)生對(duì)船體放樣的理解力，增加了學(xué)習(xí)興趣。

所以，利用AutoCAD二維與三維建模結(jié)合進(jìn)行教學(xué)，給學(xué)生直觀感受，加強(qiáng)船體結(jié)構(gòu)認(rèn)知，彌補(bǔ)學(xué)生對(duì)船體三維空間想象力不足的缺陷，從而有效解決學(xué)生在學(xué)習(xí)船體放樣課程中的實(shí)踐性、空間概念性強(qiáng)的難題，并熟練掌握AutoCAD軟件，為以后從事船舶設(shè)計(jì)建造崗位打下堅(jiān)實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]周啟學(xué)，等.船舶工程技術(shù)“職業(yè)培訓(xùn)包”的開(kāi)發(fā)研究[J].武漢交通職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2019，21（1）：85-89.

[2]咸屹.“船體放樣”課程教學(xué)改革與實(shí)踐[J].船海工程，2011，40（4）：65-68.

[3]徐兆康.船體建造工藝學(xué)[M].北京：人民交通出版社，2000：29.

[4]張祥瑞，嚴(yán)家文.基于AutoCAD平臺(tái)的船體三維建模研究[J].船舶，2007，8（4）：56-61.