試分析船體結構的三維設計

王斌

摘 要：對于船體結構設計而言，三維設計是重要方向。從專業角度講，船體結構設計與船舶安全息息相關，是關鍵性環節，在質量方面要求較高。本文針對船體結構的三維設計進行了深入剖析，探討了三維設計的實施方案，對結構設計中的三維設計技術進行了詳細的闡述，以期實現對船體結構設計環節的有力指導，為整個行業發展提供更大技術支撐。

關鍵詞：船體結構；三維設計；發展

在船舶制造領域，隨著CAD與CAM技術的不斷發展，三維設計技術得到更加廣泛的應用，加快船舶制造數字化進程。在三維設計方法的應用下，船舶制造質量顯著增強，生產效率得以提高，對整個船舶制造行業的發展意義深遠。

1 基于專業角度對三維設計方法的描述

（1）三維設計的概念及運用目的。

對于三維設計方法而言，其發展與應用主要以平面與二維設計技術為基礎，強化設計目標立體化的實現，是新型設計技術類型。鑒于三維設計較強的立體感特征，需要對設計平臺及相關軟件進行熟練掌握，增強操作技巧性，切實提升操作效率。

（2）三維設計軟件的主要特征。

首先，三維軟件能夠呈現直觀的效果。三維模式的突出特征就是直觀性較強，能夠全面與清晰地呈現結構設計。其次，在三維設計中，干涉檢查主要針對設備進行檢查。船舶結構設計內容復雜，設備類型多樣，不良問題很容易出現，一旦建造中出現設備干擾問題，直接影響船舶建造的順利性。而三維設計方法能夠對設計中存在的不合理進行有效避免。再次，存在設計多專業、多領域并行的情況。在船體線性設計完成之后，相關專業的設計處于同步進行的狀態，在計算機的支持下，能夠實現對設計的全面呈現，為船舶結構設計贏取更多時間，有效避免問題的發生。第四，數據流動表現為一致性。對于設計工作，將其置于三維模式，能夠在同一模型上進行數據任何變更，數據狀態具有一致性，同時，有效維護圖形與數據的統一性。三維設計的模型可以直接用于施工，結合成本管理掌握相關部件消耗情況，避免數據誤差的出現。第五，借助數據庫管理，強化設計信息的統一、集中管理，數據處理速度得到提高。

2 立足三維設計軟件TRIBON對船體結構三維設計與施工的介紹

（1）船體結構三維設計軟件概述。

在船體設計中，最為基礎的是軟硬件設施的應用。在進行船體三維設計的時候，軟件類型各不相同，不同國家也存在差異，我國常用的軟件包含CAD、EFSHD、CATIA以及TRIBON。一般，CAD屬于簡單的一種，操作靈活，EFSHD與CATIA專業性較強，對操作人員要求較高。TRIBON與我國船體結構建造發展相適合。

（2）遵循TRIBON軟件設計要求，合理設定相關參數與標準。TRIBON軟件在應用之前需要進行相關參數的合理設置。具體講，包含船舶設計所有參數與文件，從而形成設計標準。首先，要對船型進行明確與設計，確定船型參數指標，也就是說，以船型為基礎，明確參數基準、結構方式、鏈接模式等，同時，對坡口、套料、材質等數據進行確定。在結構建模之前，曲面文件不可或缺。TRIBON建模的首要任務就是船體線型的形成與光順。

（3）嚴格控制曲面建模的精度，為平面建模打下基礎。

對于曲面建模而言，主要是生成曲面板架以及外板型材。在建模過程中，TRIBON能夠結合需要進行零件的隨時查看，對其進行目的性分離與連接，實現對零件接口的有效校對。曲面建模的目的是為平面建模做基礎，尤其是為外板骨切口與外板板縫的焊接提供支持，同時，保證各個環節處于相互關聯的狀態。在船體結構建造中，基礎部分是曲面造型。在曲面設計的過程中，船體精度是重要指標，影響力較大，需要將偏離誤差控制在1毫米以內，同時，維持三面光滑的狀態，保證連接要具有一階導數的連續性。曲面連接的順滑性可以通過約束條件的約束以及曲面計算來實現，同時，將相鄰曲面的誤差需要控制在合理范圍之內。整個曲面設計精度較高。

（4）重點進行平面建模，強化細節處理。

立足整個建模工作，平面建模是核心。首先，在船體結構建造中，船體通常被分為幾個部分，基礎為平鍵模型。在建模的過程中，要明確速度與質量的關系，保證建模順序的合理性，及時進行調整，有效提升建模效率。建模完成之后，需要對強構件與散裝構件進行處理。在進行平面構建的時候，要對邊界進行定義，有效提升建模的精準度，加快建模速度。對于邊界，可以進行拷貝，發揮參照的作用。在完成參照版修改之后，邊界修改完成，建模準確性得以增強，錯誤率被降低。在完成建模操作之后，借助渲染形成的立體效果強化對建模質量的檢查。在TRIBON繪圖命令的支持下，實現對模型角度與文件形式的轉換，再借用CAD軟件進行圖紙的細化處理。

（5）模擬船體裝配與焊接環節，強化對不足之處的改進。

在裝配環節，要對船體構建方法進行明確，結合部件類型與大小，實現對裝配過程的模擬。具體講，模擬的過程就是借助計算機進行船體零件裝配的模擬，一旦發現模型或者裝配中的問題，可以提醒建模人員進行修改。TRIBON功能強大，強化對裝配信息的全面反映。另外，焊接也是重要內容，借助TRIBON軟件曲面與平面模型的信息，能夠準確掌握焊接信息，有效設置焊接的高度等相關參數。

（6）生產信息與套料界面為船體結構設計提供綜合性信息，有效發揮軟件優勢。

對于生產信息提取界面，支持信息提取需求。整個界面信息較多，能夠進行多類信息的生產。TRIBON界面能夠進行多種設計。首先，能夠進行零件與型材數據的生產設計，便于下料設計的指導。其次，能夠生成零部件表。再次，提供型材樣箱與外板加工樣板數據。第四，生產重量中心，為船體結構起吊提供支持，同時，便于進行運輸等費用的核算；在套料界面，主要是結合信息切割材料進行零部件的制作，強化對套料、切割以及生產設計的操作。在TRIBON生產信息的影響下，形成以其為主、CAD為輔的船體結構設計體系，強化優勢的發揮，對船體設計意義重大。

3 對船體結構三維設計核心技術的分析

立足船體結構設計，曲面光滑度不容忽視，主要借助光彈法進行曲率徑的明確，同時，也可以結合使用高斯曲率法與光照法。高斯曲率法通過曲面上顏色的過度情況來確定曲面光滑度。光照法利用光的反射進行判斷。另外，船體結構建模離不開結構庫支撐。結構庫借助文件進行文件大小與形式的表達，更顯建模的智能化水平。

4 結語

綜上，鑒于船舶結構設計的復雜性與系統性，三維設計十分關鍵，需要重視三維軟件的合理選擇。要結合船舶建造實際，進行軟件的針對性選擇，強化船體信息的明確，準確掌握建模方法，全面發揮三維設計對船體結構設計的作用，有效增強船體質量，提高建造效率，推動船舶制造業的有序發展。

參考文獻：

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