广东中远船务工程有限公司 523146
摘要：以某货船机舱分段结构设计为例，把SolidWorks、AutoCAD和EXCEL相结合进行机舱分段结构三维建模、二维出图、自动化计算，从而探讨计算机三维设计技术在船舶结构设计方面的应用。
关键词：三维建模；曲面；实体；零件
机舱是船舶的心脏，在舱内装有主辅机、泵等各种设备及通风、排气等各种管系和油柜，为了增加机舱结构的刚度，机舱内一般还设有支柱。传统的二维平面图，尽管能表达出每个剖面，但缺少一个与空间相关的概念。计算机三维设计技术使机舱结构设计突破平面的限制，进行空间全方位的结构设计，使设计人员更方便地检查各种设计效果，可实现较大结构范围的直接计算与优化设计，使结构材料使用更合理，结构更安全。船体结构质量、重心、涂装面积都可直接从三维模型中计算求得。三维设计便于多个设计人员相互协作，共享数据，同步修改，也便于同其他专业技术人员交流、协调，实现船舶设计的同步作业。本文的研究从中小型造船企业实际情况出发，把Solid-Works、AutoCAD和EXCEL相结合进行三维设计，设计思路见图1。
1.国内外概况及发展趋势
AVEVA MARINE软件最大的优点就在于它的外挂程序都是开放性的，只要是pml语言写的程序通过外部加载都可以实现你对模型或者制作图信息的更改，pdms作为轮机管系的集大成者，几乎可以根据船厂的需要定制任何一种出图模式
沪东中华的东欣公司为其SPD量身打造符合车间加工的出图模式。广船国际的红帆电脑，也为龙穴造船的PDM实际应用提供强大支持。包括文冲船厂在内的广州附近的大型国企，管子小票的加工信息模式基本上都是：送进——旋转——弯角——管点长——点间距——切割补长量。据车间反映，这样的弯管模式是最直接有效的，而我们中小船企大多数出的小票制作图却不符合他们的工作流程和生产习惯，而且小票信息不足：无补足前后夹头的切割量，无管点长，无支管坐标，进给量模式不符合他们的习惯流程（弯管时造成很多手工计算）。这样的小票拿在手里，从弯管到焊接管附件再到校管，生产效率非常低下，设计工具都差不多，除了价格的差异，唯一的制约瓶颈却来自我们的设计输出的图纸。
但是，如何找到一种适合中小船企更经济省钱的方式来做生产设计呢，所以应该从生产方面来考虑提取信息的合理性，重新布局生产加工的信息，使之更适合车间加工的生产流程和习惯，这样才能做到生产设计服务于生产，做到经济性高效性。
所以，我们拟采用新的更快捷的建模出图方法为中小船企生产设计铺平道路。
2.机舱分段结构三维建模
2.1概述
机舱分段结构采用自底向上的设计模式，这个过程与船舶的建造过程十分相似。其实质是在计算机中模拟造船。本文按照机舱分段设计的一般习惯把主、辅机座与机舱分段分开单独设计。建模过程见图2。
三维建模的类型主要有两种:实体和曲面。实体是我们最终需要的模型，而生成曲面也是为了以该曲面为基准面生成需要的零件实体。船体结构的建模采用了特征建模的技术，主要有以下三种方法:“加厚”，以相应的基准面建立面的模型，再加厚为实体，如图4所示;“扫描”，以端部的横截面轮廓为草图，以走向为轨迹，“扫描”成实体，如图5所示;“放样”，以各站上的剖面轮廓为草图，“放样”成实体或曲面，如图6所示。
当整个分段建模完成后，在零部件之间进行干涉检查，这样可以使设计人员更好地掌握设计的效果。使用类似的方法，再结合其它船体分段的特点，比如高速船首部分段的线型比较尖瘦，客船上层建筑分段具有流线型等，能够进行其它分段的三维设计。
3.机舱分段二维结构图
机舱分段模型建模完成后，把此模型调进工程图文件中，在需要表达的位置加剖面线，并用“尺寸”准确控制剖面线的位置，即可得到所需的二维剖面图。在这些剖面图中加上相应的件号和标注尺寸，再插入用EXCEL制定材料明细表的模板，即可得到包含数量、重量、涂装面积、重心横向位置、重心垂向位置、重心纵向位置的分段材料明细表(BOM表)。最后同过＊.DWG或＊.DXF文件接口，在AutoCAD中作进一步的深化处理，增加一些船体制图所需的信息。
4.设计要点
船体结构的空间定位是三维建模中的一个要点。应当指出，从建立船体型表面到装配体设计，这整个过程都应该选用同样的坐标系。只要坐标系相同，坐标原点重合，各个SolidWorks零件就可准确定位。由于船体部件具有外形相同或相似，而空间位置不同的特点，应充分利用SolidWorks中的“方程式”、“配置”和“系列零件设计表”，把这些具有相同性质的零件建立约束关系，达到修改方便、重复使用已经建立的三维模型的效果。还应注意，在大型装配体中，由于零件多，计算机需要进行处理的任务重，设计人员往往会感到计算机处理的速度慢，操作效率低。因此需要细分子装配体，减少顶层零件，轻化不重要的零部件，建立一个高效的装配体。
5.结束语
1)机舱分段结构设计与轮机、管系、电气之间有密切的相互配合、协调关系，在三维环境中，这方面能实现得更好。
2)用SolidWorks、AutoCAD、EXCEL相结合进行三维设计的方案，对中小型造船企业和设计单位而言，具有较好的经济性。
3)SolidWorks三维设计具有参数化的特征，便于修改，十分适合于螺旋式进行的船舶设计。
参考文献
1 曾隆杰.船舶CAD.北京:人民交通出版社，2016.12.
2 何煜琛，何达，朱红军.SolidWorks2001Plus基础及应用教程.北京:电子工业出版社，2015.12.
3 SolidWorks著.生信实维编译.SolidWorks高级装配体建模.北京:清华大学出版社，2015.5.
论文作者:肖付林
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第19期
论文发表时间:2017/12/15
标签：机舱论文; 建模论文; 船体论文; 结构论文; 剖面论文; 零件论文; 曲面论文; 《建筑学研究前沿》2017年第19期论文;