Solidworks应用于船体生产设计的可行性策略分析

　　1 三维造船软件的应用现状

　　三维数字建模技术是造船CAD/CAM 发展方向，工程人员通过结构三维数字建模技术，进行板材、型材等零件制作，完成虚拟装配，实现零部件属性链接，自动生成零部件明细并按照船体制图标准出图。目前大型设计单位或船厂主要是通过专用造船CAD/CAM 软件实现，比如TRIBON、NAPA等进口软件，技术上已经非常成熟。而国内大量中小型企业还停留在二维设计阶段(主要软件是AutoCAD)。一方面是因为进口软件价格，昂贵，且相关的硬件配套要求较高，这是规模有限、产值较低的中小企业难以承受的，而且进口软件主要适用大型海船的设计，应用于沿海和内河中小型船舶的设计，效费比不高。另一方面，这些进口软件较为复杂，学习和熟练掌握的周期较长，使用这些软件开展设计项目，需要一个具有较高专业知识水平、受过相关软件应用培训的技术人才团队，而许多中小造船企业由于各种条件的限制，本身就存在着专业人才队伍匮乏的问题。

　　2 造船领域SolidWorks的实用价值

　　我国内河造船企业长期徘徊在船舶修造的低水平、低层次上，造船自动化、机械化程度都偏低，只有少数船厂已经应用计算机放样、数控切割等现代造船设备和技术，船型也都是低水平的重复建设，工艺的落后和管理的粗放，以及施工的随意性，造成板材的大量浪费。很多企业直接用船检批准的详细设计送审图纸施工，根本没有做所谓的生产设计或施工设计，许多详细设计中隐藏的问题，直到建造时才暴露，导致不同程度的现场修改、返工，浪费材料，耽误工期，影响企业的经济效益。SolidWorks是目前世界流行的CAD/CAM软件，操作简便，易学易用，成本较低，也比较适合船舶产品的建模特点，结合船舶产品设计流程，经过适量二次开发，可以实现船舶结构三维数字建模与出图。该技术如果能够得到推广应用，对转变船舶设计方式和建造模式，提高中小造船企业的设计、建造质量与生产效率，有着较强的现实意义，并能带来较好的经济效益，必将对内河船舶修造业的转型升级产生巨大的推动作用。

　　3 主要研究内容

　　3.1 船体外形建模和型线光顺

　　(1)创建曲面片边界网格，作为各个曲面片的边界。按曲面片边界网格逐个计算曲面片的控制格，从而得到整个船体曲面的控制网格。

　　(2)根据船舶主尺度和船体理论型值表，用船体线框模型设计方法，创建船体线框模型。由于生成的船体边界曲线和三组剖面线未进行光顺，用曲面覆盖时会产生缝隙。

　　(3)利用渲染、等照度线等曲面光顺性检查工具，检查曲面的光顺性，交互修改或自动光顺船体曲面的控制网格，直至船体曲面光顺。船体光顺后的效果见图1。

　　3.2 系统数据库设计

　　船舶设计的型材截面数据、各种尺寸参数、结构构件记录等数据，必须建立系统的数据库，统一管理数据资源。数据库包括设计参数库、型材数据库、结构构件库。

　　设计参数库储存系统设计过程中用户提供的或计算产生的各种参数，供后续设计查询用;型材数据库储存了角钢、球扁钢、扁钢、圆钢、槽钢、工字钢等各种型钢在加工中有设计过程中用户自定义的T型材截面参数和规定的型号，供设计人员选择，系统自动调出型钢的截面尺寸参数，满足结构参数化设计的实际需要;结构构件库记录了构件编号、类型、规格、位置等数据，后续设计可以提取构件明细表，统计预估船舶建造中所需钢料及型材。

　　3.3 船体结构参数化建模

　　船体结构分为主船体和上层建筑两大部分，分别建模完成后再将其装配组成一个整体。在各个模块中按构件大小的顺序依次建立外板、舱壁、纵桁、强横梁、肋板、纵骨、扶强材、肘板等。整个结构建模过程都在系统数据库和三维模型库的支持下进行，构件的尺寸、几何关系等参数从系统数据库中读取。由系统调用SolidWorks数据库的型材构件信息自动建立船舶的三维结构模型。

　　通常船舶结构零件划分为板材与型材两类。板材和型材又按照形状不同分为平直与曲面两类。平直与单曲度的零件由于有在某个平面内零件截面形状尺寸保持不变的特点，所以可以使用SolidWorks中拉伸命令生成实体。例如肋板、舱壁板、甲板等。船首尾的双向复杂曲面则需要借助于二次开发完成。

　　3.4 船体结构数字化装配方案

　　SolidWorks提供自下而上与自上而下两种装配方法。前者适用于在装配造型之前已经具备所有零件的情况，后者则是先对产品进行整体描述，然后再逐层分解为各个零部件，直至最底层零件。内河船舶船体结构建模的构件数量繁多，装配关系较为简单的，选用自下而上的装配方法更为合适。

　　具体到船舶结构数字化装配方案的设计也可以有两种选择。第一种，参照实船建造时的装配方案，先将零件装配成部件，再装配成分段结构。例如，双层底分段中的肋板与其上扶强材可以先行装配生成部件，然后作为一个整体进入分段装配体中。这类装配结构层次分明，设计修改时能准确找到修改对象，出错率低，后续生产设计时方便进行小部件装配图出图。另一种，可以将平面分段中同类型且尺寸相同的构件编成一组，形成小装配体后再进行分段装配。例如，将尺寸相同的内底纵骨先进行定位装配，形成底部小骨材装配体后再进入底部分段装配。这样对零件依据类型进行分类，分段出图时便于定义相同零件材料，并提取重量、重心等资料，而且装配后生成的文件不会太大。两种方法各有优劣，工程上要统一用一种方法，避免施工中出现矛盾。

　　3.5 出图

　　船体制图常见视图类型有轴测图、投影图、展开图、剖视图、局部详图等，可以利用SolidWorks系统强大的工程图设计功能，迅速便捷地生成相关图纸。并且SolidWorks在工程图和零部件或装配体三维模型之间提供全相关功能，对零部件或装配体三维模型进行修改时，所有相关工程视图将自动更新，以反映零部件和装配体的形状和尺寸变换。在实际造船中，面向生产主要提供的图纸有：零件加工工作图，部件装配工作图和分段结构施工详图(见图2～图4)。这三类图纸分别可以在使用SolidWorks数字建模的不同阶段完成。

　　船体结构生产设计完成以后，利用数控切割机编程系统提供的多种图形输入手段，建立编辑零件图形，实现钢板套料。将编号的程序输入切割机控制，实现数控下料切割等工作，能够有效提高钢材利用率，提高切割生产准备的工作效率。

　　4 结语

　　经过初步实践证明，应用SolidWorks软件进行船舶结构生产设计，实现船体结构建模与出图在生产上是完全可行的。但是SolidWorks在某些方面还不能与专用船舶设计软件相媲美，比如船体线型光顺，艏艉复杂曲面外板建模，构件线型与外板曲度自动匹配等方面。实践中只能依赖于第三方软件帮助完善，或者使用程序语言对SolidWorks进行二次开发加以解决。另外，运用SolidWorks完成船体结构建模和装配，对计算机性能[第一论文网专业提供论文写作的服务，欢迎光临www. 第一论文 网]要求较高，相应的购置费用也随之增加，目前不是很利于在中小造船企业和院校船体生产设计教学中推广普及。SolidWorks软件功能十分强大，除了在生产中应用以外，在船舶技术设计领域可以用其自带插件进行有限元计算和流体分析计算船舶性能。今后随着高性能计算机的普及，SolidWorks在船舶设计与制造领域还是有很大潜力可以挖掘的。

　　参考文献

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　　[2] 马胜祥，易传云，李鲜明.Solidworks的二次开发研究[J].机械工程师，2005(8)：60-62.

　　[3] 李忠林.船体建造工艺学[M].哈尔滨工程大学出版社，2006.

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　　[5] 王伟，吉晓民.基于特征的SolidWorks标准件实体库的建立[C]//.制造技术自动化学术会议论文集.2004.

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