浅谈船舶三维设计平台关键技术

1、    浅谈船舶三维设计平台关键技术    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

2、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

3、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

4、、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

5、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

6、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

7、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

8、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

9、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

10、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1李岩.船舶三维设计平台关键技术研究d.大连理工大学，2010.2战翌婷.船舶数字化设计软件平台关键技术研究d.大连理工大学，2008.3于雁云.船舶与海洋平台三维参数化总体设计方