浅谈船舶三维设计平台关键技术

2016-07-01 05:43朱春林
决策与信息·下旬刊 2016年5期
关键词:平台关键技术

朱春林

【摘要】计算机技术一直以来就被广泛应用于船舶设计领域,其有着较多的软件,且在各大造船厂的应用历史也比较广泛。这些软件包括TRIBON、NAPA、CATIA与CADDS5等,每个软件都有自己独特的优势,但是却由于各个系统之间的封闭性,导致它们之间数据交换的不通顺。鉴于此,本文就针对船舶三维设计平台的技术进行了研究,并得出了自己的一些见解和建议。

【关键词】船舶设计;三维技术;平台;关键技术

船舶设计是一项大型而又复杂的系统工程,在计算机技术未出现之前,船舶设计主要以螺旋上升的设计方式为主,而再产生了计算机技术之后,设计周期不断缩短,而且设计流程也更加规范,但是船舶的结构也越来越复杂了,因此如何能够更好的在较短时间内完成符合标准的设计,依旧是船舶设计中比较严峻的问题。

一、计算机技术在船舶三维设计中的价值性

在整个船舶企业的设计制造当中,船舶企业必须要依赖一个设计平台。来管理整个设计过程,并进行数据交换与数据共享。因此为了提高船舶的建造质量,并且降低船舶的建造成本,必须要重视船舶三维设计的重要意义。

首先,船舶三维设计平台可以对系统的资源进行整合,因为软件是多样性的,所以企业需要利用平台对软件系统进行整合,让每个软件系统都发挥自己的优势,这样就会加快设计的效率。

其次,这个平台可以管理模型的数据信息。在船舶的开发与设计过程中,需要产生大量的数据,而这些数据证实船舶制造的关键信息,但问题是每个软件生成的信息不是统一的,这样一来就增加了信息管理的难度,且软件的不断更新、更换或者升级,又有可能会造成数据丢失。因此利用三维平台可以让数据进行统一规整与管理,提升效率,保护数据。

最后,三维设计平台有利于船舶一体化的设计。船舶设计软件设计的结果是环环相扣的,修改一个数据机会牵扯到其他数据,因此采用三维设计平台,通过统一管理数据,可以避免很多因为数据修改而产生的错误,并且对船舶一体化的设计有着非常重要的作用。

二、船舶三维设计平台的技术方案探析

船舶的设计是多方面的,分为较多部分,其中依次是概念的设计、总体的规划设计、深化设计以及生产深化设计几个部分。且这个几个部分相互关联相互影响,呈螺旋上升的过程。因此在三维设计平台设计船舶的外形及结构设计过程中,因此需要通过平台对进行资源与数据整合。

(一)系统的架构分析

CATLA作为三维平台的核心系统,具有相当重要的意义,其通过Automation技术开发船体外形,实现船体的基本机构设计。通过XML中间格式文件,实现系统集成。而整个船舶设计功能模块,是分为5个部分的,但是船舶设计表达通用模型是整个平台的核心。

(二)核心平台分析

船舶三维设计平台在前期的研究中,也是做了比较多的测试与对比的,因此最终选择的是CATLA作为核心平台。主要是原因是:首先,其实一款通用的CAD软件,船舶设计的几个造型功能非常强大,且操作简单,精度也是比较高的。在转换软件时也能保证完整的模型精度。其次,CATLA软件提供了比较多的二次开发接口,资料较为丰富,这也为软件的开发降低了难度。其接口能够提供标准的文件格式,且还可以输出标准的文件格式。其三,CATLA软件可以建立船舶的型材库、板材库与设备库等,这样就能提升设计效率,降低建模时的难度。最后比较重要的一点就是,CATLA软件具有比较强大的发展空间,其收购了许多家公司,因此可以预测其再将来的一段时间之内,仍将是船舶设计中的比较主流的一款软件,这样就能保证船舶设计三维平台的生命力与反发展力。

(三)模型的接口方案分析

船舶三维设计平台,有很重要的一个功能就是数据交换功能,实现模型共享,因此其CAX系统的数据接口主要有三种主要方式:专用、通用以及统一模型的数据交换。

专用格式数据交换是为了实现三维模型的映射与转化,其针对的主要特性系统有CAD的DWG格式、CATLA软件的CATpart与CATprodurct等。而通用的数据标准则是由DXF、STEP、LGES、VRML、X3D等,这些数据格式是中性的,不依赖与任何系统。统一产品模型数据交换是不同的系统采用相同的数据管理软件。因此,由于船舶设计的三维平台有着跨平台的优越性,因此其具体图(1)示如下:

图(1)船舶通用模型数据信息示意图

三、船舶设计的表达通用模型分析

船舶设计是牵扯到的因素是方方面面的,其本身就是一个复杂的综合物体,所以对其进行设计其方案也必定拥有较为复杂的综合性特点,这些问题包含了流体静力学、水动力以及结构等多方面的知识。只有把这些学科高度优化与融合在一起,才能完整的设计船舶,因此,对于船舶的设计而言,其设计问题是具有综合性的特点的。因此,在船舶设计到建造施工的过程中,涉及到的设计者、船厂与船检方等,都需要共同努力。船舶设计者也应该将整个设计的船舶作为研究对象,利用船舶设计表达通用模型。

(一)模型表达中的单位与坐标

船舶设计的不同阶段对应相应的设计知识积设计自由度,设计阶段越靠后需要的设计知识越多,而设计的自由度却越低。在船舶的设计过程中,一般以毫米为单位进行建模,针对不同软件的不同单位制,一般维持在毫米级为准。但是还出于不同三维设计软件对几何体的参考数据精度要求不同,因此一般采用四位小数点作为有效值的标准方法。

坐标方面,由于船型、重量、船舱容量、速度与稳定性、操纵的灵活性、结构与经济性等。因此对不同类型的船舶进行多学科优化设计的时候,需要选择与其相适应的经验公式与统计公式模型。以及船舶的构件尺寸不是唯一的,且焊接形式较多,因此需要考虑全局坐标系和局部坐标系的问题。一般来言,船舶设计坐标系采用右手笛卡尔坐标系,原点在船的尾垂线与船中线的交点。

(二)船舶整体模型

船舶设计周期长、学科多以及耦合关系复杂等,因此决定了学科分析需要采用精度更高的方法,然后利用响应面近似模型技术来完成整个设计优化过程。如今,多学科设计的优化方法已经被飞机甚至是导弹行业所应用,并且也取得了良好的设计结果。由此可以看得出来其是一项非常科学的、行之有效的方法。船舶的整体模型,包含管系、电气及设备等模型,具体如下图(2)所示:

具体为ship为跟元素,其就是整个船体。Shape是外形模型,hull是结构模型,而subdivsion分舱模型。

(三)船舶外型模型

船舶设计的过程重组就是用另一种方式设计船舶,但是在设计中,要注意三维平台系统虽然功能强大,设计师在设计的时候可以利用它来进行设计,可以将它作为有效地辅助工具,但是,设计者一定要建立在对这个系统的深入理解上,而不只是依靠计算机忽视了思考和创新。因此在传统的设计方法基础之上,通过船舶的型表值来表达船型,但是问题是不够直观,所以在船体的外形及曲面的三维空间设计中,需要在专用的设计软件中建立船舶外形模型。

四、结束语

船舶设计三维平台能够很快的提高船舶设计的效率,提升船舶设计的水平,并且能够在设计过程中做到更加彻底和创新,通过过程重组,从而提高船舶制作过程中的质量和降低成本。因此,本文通过对船舶设计三维平台的关键技术进行分析,有着非常重要的意义,其中包括探索数据接口方案、模型间的信息传递等,以及建模等,以期能够对船舶设计三维平台的完善与发展提供建议,为我国造船业与船舶设计业做出贡献。

参考文献

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