基于EFSPD的船首建模研究

魏 斌，馬 娟

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術學院無錫交通分院船舶工程系，無錫 214151）

0 引 言

目前，中國船舶行業(yè)應用較多的CAM（Computer Aided Manufacturing）軟件系統(tǒng)，其中，東欣船舶產品設計系統(tǒng)（EFSPD）擁有中國的自主知識產權。EFSPD-H船體設計系統(tǒng)根據(jù)船體設計要求（包括：船體總布置圖、基本設計圖、分段劃分圖、技術規(guī)格書、有關規(guī)范規(guī)則、建造方針、施工要領，以及由HDSHM船體線型三向光順系統(tǒng)生成的船體型線等），采用圖形交互的方式，進行三維的船體結構產品數(shù)據(jù)模型的建模，在計算機中先模擬出這艘船[1]。

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

1 實船選取

船舶類型：10500dwt油船，全船劃分為180個理論站；

主尺度： 總長：125.675m ，垂線間長：118.100m，型寬：19.800m，型深：10.800m；

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

2 船首三維建模

根據(jù)實船船體的結構特點可知，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成。具體來講，由外板、甲板板、平面板架以及艏柱板組成，而構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

整個建模過程可以先進行外板、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焊接拼裝而成，所以建模過程中應該考慮這些板縫的位置。而板縫位置根據(jù)船廠常用板材尺寸確定。

創(chuàng)建的過程如下：

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（同時創(chuàng)建曲面型材邊界孔及內孔）。

2.2 創(chuàng)建艏柱板

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

通過“柱面截交線”的方法創(chuàng)建艏柱板柱縫。步驟如下：

在應用型本科院校創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育的過程中，企業(yè)的支持是必不可少的。因此，應用型本科院校會與地方的龍頭企業(yè)或是行業(yè)代表性企業(yè)建立長期的校企合作關系，定期定向培養(yǎng)專業(yè)技能型人才。電子商務課程改革在利用校企合作機制，為學生提供真實的實踐環(huán)境，增強實踐教學效果的同時，也將創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)理念完美地整合到教學過程中。

1) 在“板縫定義”窗口中，“板縫類型”選擇柱縫；

2) 在“板縫定義”窗口中，“板縫曲線”選項中點擊“柱面截交線”，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“1”，“方向V”中的“Z分量”填寫“1”，所填寫的數(shù)據(jù)“1”表示正向，“-1”表示負向；

4) 在“拉伸柱面定義”窗口中，“準線樣條”選擇“給定樣條點”，所填寫的數(shù)據(jù)格式為：

(1) “U”艏柱板柱縫所在的每一個肋位；

(2) “V”艏柱板柱縫所在的每一個肋位所對應的高度值，具體的數(shù)據(jù)需根據(jù)已進行艏柱放樣的圖紙中獲得，對于本例，具體的參數(shù)填寫見圖2、3；

圖2 “準線樣條”參數(shù)（1）

圖3 “準線樣條”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 平面板架建模過程

2.4 創(chuàng)建錨鏈筒

根據(jù)錨鏈筒的特點，其主要形式為一個曲面柱形，因此其曲面板縫無法采用“平面截交線”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，后采用曲面拉伸方法。步驟如下：

1) 創(chuàng)建一曲線C1，“在船體曲線定義”窗口中，“曲線類型”中點擊“空間曲線”，彈出“空間曲線”定義窗口；

2) 根據(jù)柱形截面的形式，在“樣條點列”中填寫“X、Y、Z”的坐標值及“節(jié)點類型”，本例的參數(shù)填寫見圖5；

3) 創(chuàng)建完柱形截面曲線后，點擊“直紋面定義”按鈕，進入下一菜單后點擊“邊界延伸曲面”按鈕，彈出“邊界延伸曲面定義”窗口，“曲線”選項中選擇之前創(chuàng)建的曲線“C1”，其余根據(jù)圖紙信息填寫各個參數(shù)見圖6；

圖5 “樣條點列”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)建方法同常見曲面板的創(chuàng)建。

通過對上述四種類型的板架及構件的創(chuàng)建，該船的艏部即創(chuàng)建完成，創(chuàng)建完成的效果見圖7。

圖7 完工效果

3 結 語

以具體實船船首為例，詳細地描述了如何利用東欣船舶產品設計系統(tǒng)中的EFSPD進行船首各個部位的建模，特別是艏柱板及錨鏈筒的建模。完成對該船船首計算機輔助生產設計的前期工作——船首三維建模。

實踐證明：利用 EFSPD可以高效地完成對船首的三維建模，包括較復雜的艏部結構的建模。系統(tǒng)通過顯示的船體三維實體模型進行交互建模，將傳統(tǒng)CAD的平面二維建模升級為三維立體空間建模，使得生產設計人員能更好地進行船首的數(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]。

擁有我國自主知識產權的 EFSPD軟件，其操作流程較國外軟件更適合國人。本設計結果對船體三維結構建模中較復雜結構建模有參考意義。

[1] 東欣船舶產品設計系統(tǒng)使用說明書[Z]. 2008.

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