摘要：随着我国船舶工程项目的快速发展，对于船舶产品的三维设计及仿真验证技术的应用研究也变得更加深入，本文将针对这种技术的需求以及特点展开分析，并且将其更好地应用在船舶产品的三维设计仿真验证中。
关键词：船舶产品；三维设计；仿真验证技术
前言：为了能够更好地提高船舶产品以及船体结构的完整性和平衡性，进而提高船舶产品的可靠性和安全性，在虚拟环境下，可以展开多层综合评估，使得船舶产品可以在各专业、各生产系统中协调平衡发展，实现对设计数据的重用，突破大模型数据的处理能力，提升设计的检查深度。
一、船舶产品三维设计仿真验证技术需求及特点
（一）需求分析
根据我国船舶工程领域船舶产品的三维设计仿真验证技术的发展现状，为了能够实现船舶产品的整体三维设计模型与数据信息的快速检查，需要在船舶工程生产中多个部门之间建立起协同直观的可视化工作环境，也就是可以让船舶工程设计的业主、设计人员、建造施工者以及相关配套服务等各方面人员都参与到船舶产品的三维仿真设计中，有条不紊地开展船舶舱室的操作、维修、装配空间的科学合理化设计，目的是为了保证船舶工程船体结构、栖装设计的整体结构布局能够适应船舶规范化设计要求，满足业主船东的生产需求，更好地完成船舶工程产品的建造，产品的安装以及产品维修，因此对当代船舶工程产品的三维设计仿真验证技术提出了非常高的技术要求[1]。
目前我们国家国内的船舶产品产业所应用的三维设计系统，主要拥有能够处理海量的三维模型和数据的能力，不过在设计检查方面的技术手段比较弱，评估效率水平不高。相对来说，船舶设计的建造周期比较短，所以需要更高效率的设计评估系统。要求船舶产品设计评估系统能够突破三维模型轻量化要求、设计出各种几何模型，使得产品属性可以和工艺信息重用，还要有实时渲染技术，这样在全船工作环境下，可以对数字化船舶展开舱室布局、管系走向布置，对船体结构开孔进行设计评估，从而完成船体结构设计的分段划分、区域划分以及托盘划分工艺的结构设计效果评估。
（二）特点
对于船舶产品的三维设计仿真验证技术特点来说，主要体现在以下几点上面。1.实现对设计数据的重用
目前，我国船舶生产和设计单位主要使用的是Tribon、SPD 以及 CADDS5三维设计软件，应用范围比较广的商品化虚拟仿真验证软件主要是Delmia，Division mockup以及 NX软件。但是这些所使用的船舶工程设计软件和仿真验证软件并不属于我国船舶公司自己独立研发的产品，因此在产品的设计系统性能上开放性非常差，这样就会使得产品的设计模型以及产品数据的重用性比较差，而且仿真系统只能是对几何模型重用，具体的模型颗粒度要由设计系统来确定，如果设计工艺信息不能实现重用，就不能满足下现代化三维设计仿真技术的验证要求。
2.突破大模型数据的处理能力
随着现代化舰船产品逐渐向着大型复杂化发展，产品的信息全面化覆盖设计与制造管理要求也越来越高，要求商品化的虚拟仿真软件中的三维模型和数据处理能力都要比设计系统好一些，不过船舶产品模型的数据规模还是很庞大的，设计系统中输出格式有许多冗余的信息，对于产品模型本身不能采用轻量化的处理，使得整船三维设计仿真验证的效率降低[2]。
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3.提升设计的检查深度
当前船舶产品的三维设计仿真技术中，缺少对仿真船型、结构树的设计，只能是对船体布局的合理性进行检查。因为船体零部件、舾装零部件数额很庞大，所以人工交互设计工艺视图、输人设计以及工艺属性信息量非常大，会阻碍到三维仿真验证技术的工程化发展进程，所以迫切要求能够提高设计的检查深度，在详细设计中及时地发展问题，解决问题。
二、船舶产品三维设计仿真验证技术设计方案
（一）实时处理技术
在应用实时处理技术对系统中数据分析进行重用轻量化技术时，需要分析模型中数据的组织形式及存储方式，制作出结构树，设计好工艺信息提取方案，建立产品设计与工艺设计的仿真数据库，同时剔除多余信息，还需要成立含有产品结构树，产品设计信息以及产品工艺信息的三维的集成模型。实现三维显像模型轻量化技术，以特征模型以及三角片模型为视角，对设计系统中的数据进行导出，再调整好弧长与弦高参数值，控制好特征模型，提高输出精度，使其可以支持不同要求精度的三维设计模型，适应不同场景的变化需求，让重叠面发生识别与合并，还要做收缩简化，让船体内部结构模型可以和小尺寸模型一起剔除，进而完成三角面片模型的轻量化设计。进一步提出三维模型实时渲染技术，应用视锥体剪裁手段，剔除视锥外不可见模型，采用小物体剔除技术，剔除视觉上面的微小物体，应用LOD技术，根据观察点的远近以及包围球的大小来划分三维设计模型的级别精度，降低实际渲染的三角形数量[3]。
（二）多规则干涉检查技术
对于海量的船舶产品信息，应当使用多规则干涉检查技术，根据系统的托盘区域展开检查。有粗略检查与精细检查，如果是以包围盒或包围球进行的就是粗略检查，用面片模型的就是精确检查。在粗略检查时，要对包围盒层次树进行快速粗略检查，然后剔除大多数的非干涉物体，再用面片式的精确干涉检查，依据区域造船原理，把舾装部件按照区域化、专业化、系统化和托盘的方式来划分，从而有效地减少干涉检查的计算量。
（三）虚拟评估技术
在实施虚拟评估技术时，需要评估规则的知识化，收集好评估规则，将规则转化成计算机结构化语言，完成基于知识的三维设计仿真验证，对托盘舾装零部件进行明细，同时收集整个船舶制造公司的资源，加工、起重以及运输能力，了解船舶工程的资源配置，船舶产品的材料规格，船体的结构强度数据，从而展开分段和总段的划分评估。船舶工程有着总体设计尺度大，舱室设备尺度小，船舶产品精细度高的设计要求，在进行三维设计仿真验证时，需要对特定分段展开精细化检查，对船型数据合理化配置，在船舶肋位、水线高度以及船宽方向上分别展开基于工艺信息的三维剖切检查，然后实施三维空间标注，在虚拟的验证环境下，对存在的问题标注，也就是在视点中，以图形、文字的方式展开标注说明，使得图形和文本在位置上、大小上以及颜色上都可以进行修改，让修改信息能够单独地被保存在标注文件当中，从而方便对问题的评估分析。
结论：综上所述，目前三维设计仿真验证在我国的船舶工程领域已经获得了巨大的发展和应用，同时也为船舶产品的设计提供了更为先进的设计平台，可以很好地避免在船舶产品制造、产品使用以及船舶结构维修中会遇到的各种问题，大大提高了我国船舶工程项目的生产效率。
参考文献：
[1]程庆和，龚成刚.基于全三维数字样船的船舶产品信息集成应用研究[J].船舶与海洋工程，2015，（02）：68-73.
[2]陈伟.船舶制造三维设计系统SB3DS在船舶动力管系生产设计中的应用探讨[J].中国水运（下半月），2014，（02）：122-125+127.
[3]洪伟宏，韦乃琨，徐东，杨安海.船舶产品三维设计仿真验证技术研究与应用[J].造船技术，2013，（05）：48-52+56.
论文作者:熊俊
论文发表刊物:《基层建设》2017年第27期
论文发表时间:2018/1/7
标签：船舶论文; 产品论文; 模型论文; 技术论文; 三维设计论文; 船体论文; 系统论文; 《基层建设》2017年第27期论文;