犀牛軟件在郵輪生產設計中的應用

顏金永，李海亭

（招商局重工（江蘇）有限公司，江蘇南通 226100）

0 引言

近年來，隨著國民生活水平的不斷提高，對郵輪旅游的需求越來越強。為掌握郵輪制造的核心技術，國家鼓勵與扶持郵輪相關產業的布局與完善。目前國內主流船舶生產設計軟件有AVEVA Marine（AM）、TRIBON（TB）和東欣（SPD）3款軟件。經過多年的更新發展，此3款軟件均能獨立地完成常規船舶的生產設計。

相較于常規船舶，郵輪更加注重整體的美觀度，更具藝術感和現代感。郵輪的上層建筑增加了各種形狀的吊檐板、線型玻璃幕墻、線型煙囪和線型雷達桅等結構。如果僅僅采用常規軟件來設計這些構件，則會大大增加生產設計周期，同時也會影響上建的板縫布置，進而導致整體美觀度不足。為能高質量地完成郵輪的曲面建模，可在郵輪曲面建模中，合理地利用犀牛軟件（Rhino）加以輔助。文章對Rhino在郵輪曲面生產設計中的具體應用方法進行介紹。

1 曲面建模內容

曲面建模工作主要包括：劃分外板板縫（Seams and Butts）、布置外板型材（Profiles）、創建外板（Shell Plates）、創建曲面板架（Curved Panel）和添加零件所需的生產加工信息。

常規船舶的曲面建模通常包含主船體外殼、艏樓舷墻、錨臺、錨穴、側推喇叭口和掛舵臂等常規曲面構件。郵輪的上建在此基礎上增加了線型玻璃幕墻、線型雷達桅、線型煙囪、吊檐板、按摩浴缸和泳池等構件。

2 使用犀牛軟件的必要性

在曲面建模的過程中，板縫的劃分尤為重要。這不僅涉及到后期曲面板的加工難易程度及成型效果，還會影響全船外板的整體美觀度。因此，設計人員在曲面建模過程中需格外關注對板縫進行合理布置。在對曲面板縫進行建模時，需要先構建空間面與曲面相交得到交線，在此基礎上構建曲面板縫。在做線型光順時，可把一些特殊線（折角線和舷墻頂線等）保存釋放到工程里，以供建模時提取。

在常規船舶的建模中，曲面大部分情況下都很光滑，設計人員更多的是考慮避免板縫與構件相交或者太近，在板縫建模時很少會出現分支情況，建模過程整體比較順暢。由于造型特殊，郵輪的上建曲面會有很多曲面疊加的情況（見圖1），這會導致按照常規方法對板縫建模特別耗時。

圖1 曲面疊加示意圖

在使用AM或TB軟件對郵輪進行建模時，設計人員只能根據樣式，將上建曲面劃分成若干個單獨的部分。對簡單的區域，用常規方法進行板縫建模；對復雜繁瑣的區域，需使用 Surface &Compartment模塊，逐條提取2D線，再將2D線組合成3D線，最終將各個曲面與相關的3D線釋放到工程里供提取建模。AM或TB軟件的建模方式容易出現遺漏與錯誤，此外，由于曲面不連續，無法在平面建模時進行參考，只能用劃線的形式做邊界。Rhino可很好地解決曲面疊加的問題，將整層的曲面導入看成一個整體，然后根據建模需要，直接提取該層的板縫線，最終再以IGS的形式返到AM或者TB里。這樣在建模時，就可直接提取板縫，大大縮短了設計周期。

3 犀牛軟件應用實例

實例為一觀光郵輪項目，整體采用AM軟件進行建模。主船體為1條雙體船，上建結構采用了帶燈槽的線型吊檐、線型圍壁和穹頂等各種造型設計。吊檐與圍壁采用組合的L型的形式、內部艙室的圍壁接頭處采用各種彎頭形式（見圖2），這樣會大大增加曲面建模的難度與工作量。

圖2 吊檐與圍壁

實例的上建模型中有很多曲面疊加在一起，初步的建模思路是將曲面單獨命名分開，然后再導到AM里構建板縫。考慮到吊檐與圍壁大都是L型結構且板厚均在4 mm～6 mm之間，為保證結構的完整性及減少后期的焊接變形，工法要求圍壁與吊檐L型轉圓處盡量采用板子壓折的方式來替代管子連接。

在實際建模中，主要存在以下4點困難：

1）曲面太多，建模過程需要頻繁切換。

2）前期曲面劃分不合理處需要返回重新劃分。

3）由于1個曲面里往往有幾處造型，這就導致構建每一根板縫都需要限定范圍，才能進行后續操作。L型結構在進行邊縫建模時，總是提示出現分支（Branches），不得不將限制范圍縮小。

4）平面建模人員反饋曲面數量太多，無法參考做邊界。

考慮到該項目設計周期短、任務重，必須改變上建曲面板縫的建模方法，才可能滿足計劃要求。下面考慮將犀牛軟件（Rhino）引入到板縫建模的過程中。

Rhino早期一直應用于工業設計，特別是產品外觀造型建模。Rhino能導出絕大多數軟件可識別的文件格式（如igs、sat、dwg等），其操作方法簡單、操作界面可視化程度高，故深受廣大設計師的青睞。此外，Rhino的快捷鍵可參照CAD快捷鍵進行編寫，操作步驟也可根據命令行提示進行，故較易快速掌握。

利用Rhino進行板縫建模主要包括6點步驟：

1）通過工具選項卡里的選項功能，將基礎單位設置成mm（工具→選項→文件屬性→單位）。

2）通過文件選項卡里的導入功能，導入一層的上建曲面，曲面格式為之前保存的igs格式（文件→導入）。

3）為了方便后期平面與曲面建模，建議將該層中不同區域的曲面在Perspective窗口通過編輯選項卡里的刪除功能進行簡單的整理和拆分（編輯→刪除/修剪）。

4）根據AM 建模需要，使用曲線選項卡中的復制邊緣及相交等功能，提取所需板縫線并逐一命名。將可合并的線進行合并，適當減少板縫的數量。命名時要嚴格按照阿拉伯數字順序有序命名，若有重名，導出后會出現重名線丟失一根的情況（曲線→從物件建立曲線→復制邊緣/相交→得到板縫線；面板→物件屬性→命名提取板縫線）

5）將曲面與提取線另存為igs格式，以igs的形式通過AM里Surface Manager模塊返到AM軟件里。這樣在AM建模時，就可直接提取板縫（見圖3）。同時，平面建模人員也可根據需要選擇相應的曲面做邊界參考，這會顯著縮短設計周期（文件→另存為→保存類型選 igs格式；打開 Surface Manager→Hull Surfaces→Import from File→選擇Rhino剛導出的igs文件→Release Surface）。

圖3 Rhino提取的板縫線

6）進入AM 軟件的曲面建模模塊，選擇好相對應的曲面，開始構建曲面板縫。此時，直接從庫里調取之前在Rhino中提取的板縫線即可，無需任何范圍限制（Curved Hull→Default→Surface；Curved Hull→Model→Create Seam/Butt→Advanced→Get curve from External Source）。

設計成果的正確性在后期的生產過程中得到驗證，通過Rhino提取的板縫圍成的板件，下料零件尺寸均正確，且外板加工成型效果較好（見圖4）。

圖4 外板成型效果

4 結論

郵輪設計與制造目前在國內處于剛起步階段，對于其復雜的上建造型建模，國內可借鑒的案例不是很多。本文希望通過目前一艘已完工的郵輪經驗，供后續相關船舶設計參考。