船舶仿真系統在船體結構與制圖課程的應用探索

杜兆陽，曹玉娟，石 曉

（青島黃海學院，山東 青島 266000）

0 引言

船體結構與制圖是船舶工程技術專業最重要的基礎課之一，學生通過學習，建立起較系統的工程思想，掌握船體結構的認知、圖樣的識讀、繪制等知識。其教學可分為船體結構與船體制圖。隨著CAD 系統的發展，為了滿足當今時代對人才和基礎教學的要求，是否將三維幾何建模等仿真系統引入制圖相關課程一直是討論的熱點，在教學過程中引入船舶建造仿真系統，通過系統內不同的結構模型，能讓學生更直觀地認識不同船體結構[1]。

1 船體結構與制圖課程教學現狀

在船體結構部分的教學中，學生對這部分知識的學習情況、掌握情況，將直接影響到后續其他專業課程是否能夠順利地學習、接受。但是在教學過程中，從學生的學習情況反饋來看，即使在船體結構相應課程學習結束，仍有較多學生對諸多船體構建理解不清晰，對部分復雜知識的理解不到位，在去船舶企業等實踐基地的實踐過程中，無法認出船體構件的名稱。這不得不引起我們對該門課程現有教學方式的思考。綜合考慮，主要有以下問題[2]。

1）船體是一個復雜而龐大的結構體。在整個船體結構中，各種構件的布置錯綜復雜，不同類型的構件與構件之間的連接更是多種多樣。傳統的教學方法難以在課堂上將各種構件表達清楚，不僅難以讓學生清晰地理解整船空間形象、模型概念，而且會使學生對所學知識產生混淆，挫傷學習興趣。

2）船體結構中存在大量曲面結構。部分曲面結構較獨特，與常見構件不同，無法用類比的方法進行類比推理。

3）教學過程中，多注重理論。教學過程中多采用課堂講授的方法，學生難以使理論聯系實踐，不能獲得對船體結構的感性認知。由于多種原因，難以獲得較多機會去船企參觀學習，難以從視覺等感官層面，準確認知具體的船體結構。即使有相關的見習機會，學生在參觀過程中也無法面面俱到，這直接影響了這門課的教學質量。

在上述情況下，亟需探索一種新的教學模式和方法，力爭解決已發現的問題，達到相對滿意的教學效果。隨著CAD軟件的發展，三維設計軟件逐漸應用到教學過程中，這有力地促進了教學內容和教學手段的改革，為解決船體結構與制圖這門課所發現的問題提供了新思路。我院建設有船舶制造仿真實驗室，是船舶與海洋工程專業的專業實驗室，配置專業船舶虛擬仿真平臺，具有逼真的三維顯示功能[3]。

2 船舶制造仿真實驗室簡介及優點

我院船舶制造仿真實驗室是船舶與海洋工程專業的專業實驗室。該實驗室配有61 臺電腦，并且每臺電腦都裝有專業船舶虛擬仿真平臺。該平臺從功能上分為兩部分：

1）船舶結構與建造工藝部分。以典型船舶建造主流程為核心，可視化展示材料預處理、零部件加工、分段建造、分段總組、搭載、下水、試航等建造工藝過程，形成仿真視頻；同時提供主流三大船型（散貨船、集裝箱船、油船）、高技術船舶及海工平臺整體模型，使學生通過交互瀏覽，學習船舶結構特征、組成，對船型結構有清晰的了解。

2）船舶建造交互實訓部分。可以完成船型結構展示、小組立結構建造工藝實訓、中組立結構建造工藝實訓、分段建造交互式實訓、總段裝配交互式實訓。通過交互的形式加深學生對船舶建造工藝過程的認識。

仿真平臺突出建造過程、工藝路線，培養學生綜合技能的提高。堅持整體性、系統性、開放性、交互性原則，實現項目式教學，切實提高學生的動手操作能力和綜合素養。

3 課程教學過程改革創新應用實例

3.1 教學模式多樣

在教學過程的不斷摸索中，現階段各大高校都在對傳統教學模式進行補充，或去船廠進行參觀學習，或請企業高工入校講座等，但由于現實情況，這類機會一般都較少。企業出于對學生安全的考慮，往往諸多車間、場所都禁止學生參觀，并且參觀過程，往往只是走馬觀花，學生對于新鮮事物都很好奇，在參觀過程難以管理，難以與教學進度相一致，無法達到相應的教學目標；請企業高工入校講座更是機會難得，企業工作人員一般都較忙，并且講授內容多與培養目標相異[4]。

再者即是培訓基地的建設，但由于基地建設并不是每個高校都允許的條件，故此探索軟件在教學過程的應用。

3.2 VR 平臺在仿真系統的應用

在船體結構與制圖課程的教學過程中，結構部分很抽象，在普通的填鴨式教學模式中，學生難以全面了解不同結構的特點，教學效果難以真正體現出優勢。船體結構與制圖結構部分主要分為船舶類型和船體結構的形式、外板和甲板板、船底結構、舷側結構等，圖片等二維形式的展示難以在直觀給人留下深刻印象。在此以第四章舷側結構部分章節知識為例，介紹此平臺在教學過程的應用。

在傳統教學中，對于主肋骨鏈接形式的講解知識講授+識圖，而在新的教學過程中，引入仿真系統，學生利用軟件的操作過程中，可以形象地認識到主肋骨的不同連接方式。如圖1 為課本中主肋骨3 種連接方式的截圖，但是若僅以二維圖片形式展示該結構組成，不能很好地從圖中觀察出各結構連接方式，雖然在講授過程中，給學生灌輸圖1(a)為肋骨端部削斜，與舭肘板搭接；1(b)中的連接方式為舭肘板開切口，肋骨不削斜；1(c)中表示的是，當肋骨腹板高度大于200 mm 時，采用對接方式。強行灌輸知識，部分三維想象能力好的學生能很快理解，但對于三維想象能力差的學生，就難以跟上進度，導致學習效果大打折扣。特別對于?？茖W生，他們的基礎差，三維感官能力有所不足。圖2 為軟件系統中同一結構不同方向的三維視圖展示。其展示的是主肋骨削斜，與舭肘板搭接，很好地解釋了圖1(a)的主肋骨與舭肘板的連接方式，感官效果優劣一眼即可看出。

圖1 船體結構制圖過程

圖2 船體細化結構

4 結語

《船體結構與制圖》是船舶工程技術專業最重要的基礎課，是造船人必須掌握的一門基礎課程，只有學好這門課，才能更好地去學習其他的船舶類課程。該門課的教學只有更形象，學生才能更好地接受，同時更好地提高學生的綜合素質。