船舶三维模型参数化设计技术开发及应用研究
船舶舾装设计中CADMATIC软件的作用
目前，CADMATIC软件已经在全球范围内的船舶设计和制造企业中得到了广泛应用。许多知名的船舶制造商和设 计公司都采用CADMATIC软件进行船舶舾装设计，以提高设计效率和质量。
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船舶舾装设计基本概念与 流程
舾装设计定义及重要性
舾装设计定义
舾装设计是船舶工程中涉及船舶设备 、系统、管路、电气等各个方面的综 合设计，是确保船舶功能完整性和安 全性的关键环节。
重要性
舾装设计直接影响船舶的性能、舒适 度、安全性以及后期维护成本。合理 的舾装设计能优化船舶空间布局，提 高设备使用效率，降低能耗和故障率 。
传统舾装设计方法及其局限性
传统方法
传统舾装设计主要依赖手工绘图和计算，通过纸质文档进行信息传递和审批。
局限性
传统方法存在设计周期长、修改困难、信息沟通不畅、易出错等问题，难以满足现代船舶工业对高效 率、高质量、低成本的要求。
数据驱动设计
通过与船舶其他系统的数据集成，CADMATIC可以实现数据驱动的设计过程。这意味 着设计师可以根据实时数据来调整舾装设计方案，确保设计与实际需求保持一致。
方案比较与优化
利用CADMATIC的参数化功能，设计师可以生成多个设计方案并进行比较。这有助于 找到最优的设计方案，同时节省时间和成本。
间不会相互干扰或碰撞。
工程图纸生成
根据布局设计结果，自动生成符合国际标 准的工程图纸，包括平面图、立面图、剖 面图等，用于指导生产和安装。
成果展示：效果图、数据对比等
效果图
展示利用CADMATIC软件设计的船舶舾 装效果图，包括各系统和设备的三维模 型和布局效果。
VS
数据对比
将传统设计方法与CADMATIC软件设计 方法进行数据对比，包括设计周期、设计 精度、一致性等方面的对比数据，突显 CADMATIC软件的优势。
基于APDL参数化设计的舰船控制柜模态分析
基于APDL参数化设计的舰船控制柜模态分析舰船控制柜是船舶电力控制系统的核心设备，具有控制、保护、监视等多种功能，对船舶的安全、稳定运行至关重要。
为了保证控制柜的可靠性和稳定性，需要进行模态分析，以评估其结构的固有频率和振动特性，发现并排除潜在的振动问题。
参数化设计是指在设计过程中将设计变量参数化，以便以后进行修改和优化。
APDL是ANSYS的预处理器，可用于参数化设计和模拟分析。
通过使用APDL参数化设计和模态分析，可以在设计过程中快速识别和解决结构问题，提高设计效率和可靠性。
首先，利用APDL创建控制柜的三维模型并进行建模，确定控制柜的几何形状、结构材料和约束条件等参数。
然后，将这些参数进行参数化处理，定义为变量，方便后续修改。
通过设置变量范围和步长，进行参数化设计。
在此基础上，使用ANSYS进行有限元建模和模态分析，得出控制柜的固有频率和振型。
模态分析结果表明，控制柜的固有频率很高，振型稳定，满足船舶电力控制系统的要求。
但在实际使用过程中，由于海上环境的复杂性和振动的不可预知性，可能会对控制柜的稳定性和可靠性产生不利影响。
因此，需要在设计过程中考虑特定的海上环境和实际工况，进行振动分析和优化设计，以保证控制柜的稳定性和可靠性。
总之，APDL参数化设计和模态分析是舰船控制柜设计和优化的重要手段。
它可以有效提高设计效率和可靠性，减少设计过程中的试错和成本，确保船舶电力控制系统的稳定运行。
但需要注意的是，模态分析只是初步评估控制柜的振动特性，实际使用过程中还需要进行更加详细的振动分析和优化设计。
为了进行舰船控制柜的参数化设计和模态分析，需列出相关数据以进行分析。
首先，船舶类型是影响控制柜设计的重要因素之一。
不同类型的船舶在船体结构、航速、载重等方面存在很大差异，对控制柜的要求也不同。
因此，在设计控制柜时，需要了解船舶类型和基本参数，以满足船舶电力控制系统对控制柜的要求。
其次，控制柜的几何形状和结构材料也是参数化设计和模态分析的重要数据。
计算机辅助设计技术在船舶设计中的应用
计算机辅助设计技术在船舶设计中的应用随着科技的不断进步，计算机辅助设计技术已经成为现代工业设计领域中不可或缺的重要工具。
船舶设计作为工业设计领域的重要分支之一，同样也离不开计算机辅助设计技术的支持。
在这篇文章中，我们将探讨计算机辅助设计技术在船舶设计中的应用以及其优势。
一、船舶设计中常用的计算机辅助设计技术在船舶设计中，计算机辅助设计技术有很多种，常用的技术包括计算机辅助设计软件、参数化设计技术、虚拟样机和三维模型等。
其中，计算机辅助设计软件是船舶设计中应用最广泛的辅助设计工具之一，主要包括AutoCAD、CATIA、Pro/Engineer、SolidWorks和Rhino等软件。
除了常用的计算机辅助设计软件之外，船舶设计中还广泛应用了参数化设计技术。
参数化设计技术是将设计过程中的参数抽象出来，并用数学表达式描述参数之间的关系，从而实现对设计参数的调整和优化。
在船舶设计中，参数化设计技术可以在不改变总体船型的情况下，对各个局部进行调整和优化，从而提高船舶的航行性能和运营效率。
虚拟样机是一种基于计算机和虚拟现实技术的仿真系统。
在船舶设计中，虚拟样机可以帮助设计师在计算机中建立一个完整的船体模型，然后通过模拟真实环境和操作条件，对船体模型进行测试和验证。
通过虚拟样机的测试和验证，可以大大降低船舶设计和制造的成本和时间，同时也可以提高设计的精度和可靠性。
三维模型是在计算机中建立的三维几何体模型。
在船舶设计中，三维模型可以直观地表现出船舶的不同部位，比如船体结构、机舱和甲板等，从而方便设计师进行设计和优化。
此外，三维模型还可以利用计算机辅助制造技术实现快速制造，提高制造效率和质量。
二、计算机辅助设计技术在船舶设计中的优势应用计算机辅助设计技术在船舶设计中，有很多优势。
首先，计算机辅助设计技术可以实现快速设计和优化船舶结构和性能。
船舶设计中有很多参数需要考虑，比如船舶的长度、吃水深度、排水量和速度等。
传统的手工设计很难满足这些要求，而计算机辅助设计技术可以快速地生成和优化船舶的设计，从而提高设计效率和质量。
船舶制造行业智能化造船技术方案
船舶制造行业智能化造船技术方案第一章智能造船概述 (2)1.1 智能造船的定义 (2)1.2 智能造船的发展趋势 (3)第二章智能设计 (4)2.1 船舶设计软件的应用 (4)2.2 设计数据管理 (4)2.3 设计协同与优化 (4)第三章智能工艺 (5)3.1 工艺流程优化 (5)3.1.1 工艺流程分析 (5)3.1.2 智能优化策略 (5)3.1.3 优化效果评估 (6)3.2 工艺参数监控 (6)3.2.1 工艺参数监测 (6)3.2.2 数据采集与处理 (6)3.2.3 工艺参数调整与优化 (6)3.3 工艺仿真与验证 (6)3.3.1 工艺仿真模型构建 (6)3.3.2 仿真分析与优化 (6)3.3.3 实验验证 (6)第四章智能制造 (6)4.1 技术应用 (6)4.2 自动化设备集成 (7)4.3 智能生产线建设 (7)第五章智能物流 (8)5.1 物流信息化管理 (8)5.1.1 管理理念 (8)5.1.2 技术手段 (8)5.1.3 应用实例 (8)5.2 物流自动化设备 (8)5.2.1 设备类型 (9)5.2.2 技术特点 (9)5.2.3 应用实例 (9)5.3 物流效率优化 (9)5.3.1 优化策略 (9)5.3.2 技术支持 (9)5.3.3 应用实例 (10)第六章智能检测 (10)6.1 检测技术与方法 (10)6.1.1 概述 (10)6.1.2 检测技术 (10)6.1.3 检测方法 (10)6.2 检测数据管理 (11)6.2.1 概述 (11)6.2.2 数据采集 (11)6.2.3 数据存储 (11)6.2.4 数据处理 (11)6.2.5 数据应用 (11)6.3 检测设备集成 (11)6.3.1 概述 (12)6.3.2 设备集成方法 (12)6.3.3 设备集成策略 (12)第七章智能质量控制 (12)7.1 质量管理体系的建立 (12)7.2 质量数据采集与分析 (12)7.3 质量改进与优化 (13)第八章智能安全监控 (13)8.1 安全生产管理 (13)8.2 安全监测技术 (14)8.3 安全预警与应急响应 (14)第九章智能运维 (14)9.1 设备健康管理 (14)9.1.1 设备状态监测 (15)9.1.2 故障预测与诊断 (15)9.1.3 设备健康管理策略 (15)9.2 运维数据管理 (15)9.2.1 数据收集与存储 (15)9.2.2 数据处理与分析 (15)9.2.3 数据安全与隐私保护 (15)9.3 运维优化策略 (15)9.3.1 设备功能优化 (15)9.3.2 生产计划优化 (16)9.3.3 故障处理与维修优化 (16)9.3.4 能源管理优化 (16)第十章智能造船系统集成与协同 (16)10.1 系统集成技术 (16)10.2 协同作业管理 (16)10.3 造船企业数字化转型 (17)第一章智能造船概述1.1 智能造船的定义智能造船是指在船舶制造过程中，运用现代信息技术、自动化技术、网络技术、大数据技术、人工智能技术等先进技术手段，对船舶设计、生产、管理、服务等环节进行集成与创新，以提高生产效率、降低生产成本、提升产品质量和安全性的一种新型造船模式。
船舶快速建模方案
船舶快速建模方案概述船舶建模是指通过模型来表达和描述船舶的各个部分和结构。
传统的船舶建模过程往往耗时且复杂，需要专业的建模工程师和大量的数据收集与处理。
然而，随着计算机技术的发展和虚拟现实技术的应用，船舶快速建模方案逐渐发展起来。
船舶快速建模方案利用先进的建模工具和方法，能够快速生成船舶的几何模型和结构信息，节省时间和资源。
船舶快速建模工具3D CAD软件在船舶建模方案中，3D CAD软件是必不可少的工具之一。
3D CAD软件可以提供强大的建模和设计功能，能够帮助工程师快速创建船舶的几何模型。
常见的3D CAD软件包括AutoCAD、SolidWorks和CATIA等。
通过这些软件，工程师可以根据船舶的设计要求和规格，进行快速而精确的建模。
船舶建模软件除了通用的3D CAD软件，还有一些专门用于船舶建模的软件。
这些软件提供了更加专业和精细的船舶建模功能，以满足船舶工程师的需求。
例如，Rhino船舶建模软件可以根据船舶设计要求，生成船体曲线和船体外形。
此外，Delftship软件提供了计算和优化船舶外形的功能，帮助工程师在设计初期就能够预测船舶的性能。
虚拟现实技术虚拟现实技术是船舶快速建模方案中的另一项重要技术。
虚拟现实技术可以通过计算机生成具有逼真感的虚拟环境，使船舶工程师能够直观地感受到船舶的设计效果。
通过搭载虚拟现实设备，工程师可以在模拟环境中体验船舶的外观和性能，并对设计进行优化和改进。
船舶快速建模方法参数化建模参数化建模是船舶快速建模方案中常用的方法之一。
参数化建模利用参数来描述船舶的几何特征，并通过调整参数值来改变船舶的外形。
通过使用参数化建模工具，工程师可以根据设计要求快速创建各种类型和规格的船舶模型。
此外，参数化建模还可以轻松地进行模型的变型和优化，提高建模的灵活性和效率。
基于零件库的建模基于零件库的建模是另一种常用的船舶快速建模方法。
该方法通过预先建立和组织一系列标准零件和模块，工程师可以快速组装出完整的船舶模型。
船舶锚系三维建模及拉锚试验的仿真分析
（1）
ψ i =0（……m）
（2）
式（1） 、 （2）中：U --动能； q j --描述系统的广义坐标； ψ i --描述系统的约束方程； F j 在广义坐标方向的广义力； i ---m×1 的拉格朗日乘子列阵。 运动仿真过程就是不断求解上述方程的过程， UG 中嵌入的 ADAMS 求解器中提供了两 种线性代数方程求解方法：CALAHAN 方法与 HARWELL 方法，CALAHAN 方法不能处理 冗余约束问题，HARWELL 方法可以处理冗余约束问题，CALAHAN 方法速度较快。对于 非线性代数方程，则采用修正的Ｎewton-Raphson 迭代算法进行求解。对式（1） 、 （2）可采用 降阶的方式进行求解此微分方程组。 2 锚系运动仿真试验流程 锚系运动仿真主要目的为： 一是检测起锚后锚在上升过程中是否和船体碰撞， 我们称之
基于虚拟样机技术的 VLCC 锚系运动仿真试验技术的研究
联系人地址： 刘志强 江苏科技大学机械与动力工程学院（江苏省镇江市梦溪路 2 号，212003） E-mail: liuecsi@ 研究方向：船舶辅机设计及制造装备、船舶企业信息化技术研究与应用
摘要：本文运用 UG 实现了 290000 吨 VLCC 锚系三维模型的虚拟设计和虚拟装配，并 利用 UG 的 motion 模块对锚系起锚运动和锚-锚唇贴合状态进行了计算机仿真试验研究。实 践表明， 此项技术可以代替制作木模进行模拟拉锚确定设计方案的方法， 提前预示实际安装 时贴合不合理的情况出现，具有节省成本、减少工期、便于修改设计的优点，是值得在船舶 行业推广使用的技术。 关键词：虚拟样机；起锚运动仿真；木模试验 Study on the Anchor Motion Simulation of VLCC Based on Virtual Prototype LI chunjin, LIU Zhiqiang, WANG Mingqiang, QIU x计是否合理，锚在收紧后能否很好地与锚唇贴合，以避 免船舶运动过程中产生晃动及碰撞，我们称之为锚唇贴合仿真检测。
AM软件船舶设计研究
AM软件船舶设计研究作者：张闯樊岩松宋永庄贾金王秋方来源：《中国新技术新产品》2013年第18期摘要：本文主要依据AM12软件为研究工具，探讨研究AM12软件在船舶设计中操作快捷性。
方便性、高效性等性能。
着重从AM12软件的三维建模、设备布置功能进行分析研究，并将软件应用到实际船舶设计项目当中。
经过实际项目检测的效果，AM12的应用对提高船舶设计效率和准确性有重要的意义。
关键词：船舶设计；AM12软件；三维设计中图分类号：：U66 文献标识码：A随着我国造船行业的迅速发展，船舶制造业的地位变得越来越重要。
船舶设计本身的复杂性和多专业性决定了要高速，准确的进行船舶设计必须要借助现代先进的造船软件得以实现。
AM12对船舶设计有着重要意义。
AM12软件为船、机、电各专业生产设计的并行和协同提供了三维可视化的工具[1]，有效地解决了因协调不充分引起的设计返工、修改等问题，既缩短了生产设计周期，又保证了综合放样质量，可直观地随时进行干涉检查、综合平衡。
在综合布置完成后，可快速自动生成需要的各类制造工作图册、相应零件图表和生产管理托盘表。
该系统的应用为造船企业深化生产设计，建立先进造船模式创造了有利条件。
AM软件各项模块功能强大、工作模式转换灵活，设计手段丰富简捷，其在船舶三维设计中运用的基本功能可概括为以下几个方面：（1）船体模型的型线光顺与结构建模；（2）轮机、管系、电气、内、外舾装三维设备建模及设备布置；（3）各类统计汇总报表、加工表单、布置图、安装图的输出；（4）软件具有强大的二次开发功能。
1利用AM12进行船舶的三维设计AM12软件的各个模块的运行平台，在实际进行船舶设计时，用户根据其具体的设计项目，分门别类地实时切换工作模式即船体结构、曲面造型、管子设计、电缆托架设计、风管设计、标准库工程、船体出图模块、管子出图、干涉检查、铁舾设计、支吊架等工作模式[2] ，灵活机动地采用该工作模式环境中的各种设计方法。
船舶结构三维建模技术研究
船舶结构三维建模技术研究摘要：传统的船舶工业由于技术简单、工作环境差、劳动力密集，一度被认为是夕阳产业，并且整个造船行业较低迷，因此减少造船成本对提高我国造船行业的竞争力具有很强的现实意义。
随着计算机辅助三维建模软件的发展，快速化和智能化的实现船体结构设计具有重大而现实的意义，可以提高船舶设计效率，加快造船进度，增强船舶工业整体竞争力。
关键词：三维建模技术；船舶结构；研究探讨随着计算机辅助软件的快速发展，在船舶设计、建造领域已经广泛使用三维软件进行船舶的设计建造。
传统的二维设计渐渐被现在的三维设计所取代，成为船舶设计中的一种便捷高效的新方法。
三维设计具有很多优点是传统的二维设计所无法比拟的：能够预估船舶分段的各种类型的钢材使用量，能够预估分段的焊缝长度以及焊条使用量，能够进行分段或者局部的结构强度计算，能够用于船舶任意肋位总纵强度的校核，能够用于船上设备的虚拟装配，用于检查设备之间的干涉问题，也能够用于Unity引擎下的舱室漫游，等等。
其中，三维设计最大的优点是可以直观的呈现产品，并且可以展现出设计者设计产品的思路，又可以非常方便的发现修改其中的不足之处。
最新的船舶三维建模技术涵盖了船舶设计、分析和计算等方面，基于船舶设计、建造和生产管理一体化的思想，逐渐开发出了许多造船集成系统，极大的缩短了船舶设计和生产的周期，提高了造船质量，促进科学管理的形成，推动了造船自动化进程。
1 船体结构三维建模系统应具备的功能船体结构三维建模系统的开发是一个探索、研发、测试和应用的过程，应该与实际应用紧密结合，结构建模系统应该具备以下一些功能：（1）船体总体结构模型的生成，包括外壳板、甲板、内底板、横舱壁、纵舱壁、肋板、内龙骨等各种与船体曲面相关的大表面模型的生成，即船体顶层结构的生成，能够方便的调用曲面建模的结果；（2）具有参数化生成典型结构的功能，如双层底、舷侧分段的参数化生成；（3）具有工程数据库，建有标准零件库、典型结构库，用于存储大量标准件、典型结构，能够有效管理；（4）能够进行各种特征孔类建模，如各种基本开孔、货舱开口和各种贯穿孔等各种节点的定义和建模；（5）能够利用三维模型自动生成各种工程图输出；（6）能够完成理论布置线和各种型材的设计和表达，如纵骨、横梁、扶强材等型材；（7）方便的用户界面，可进行各种结构建模的交互与修改；（8）能够进行关联定义，使所有的结构件定义都具有拓扑关联，完成定义后，当用户修改其中某一结构数据，相关结构自动刷新或自适应更改；（9）船体结构重量重心计算及材料表自动生成；（10）具有与其它交换数据的接口。
参数化技术在舰船结构设计中的应用
参数化设计技术 ， 阐述了参数化建模的几种方法 。以甲板支柱为例 ， 建立 了支柱的参数化模 型 ， 实现支柱 的参 数化设
计 和 模 型 自动 修 改 的功 能 ， 大 节 约 了设 计 时 间 。 大
关 键词 ： 参数 化设 计 ； 体结 构 ；Ａ Ｉ 船 Ｃ ＴＡ
中图分 类号 ： Ｕ ６ ６２ 文 献标 识码 ： Ａ
ｌ ｈ ｄ，Ｉ ｒ ｖ ｓ ｔ ｅ ｔｍｅ ｏ ｅ ｉ ｎ ｉ ｒ ａ ｌ ａ ｅ ｉ ｅ ｓ ｔｐ ｏ ｅ ｈ ｉ ｆｄ ｓｇ ｓ ｇ ｅ ｔ ｓ ｖ ｄ． ｙ Ｋｅ ｒ ： ｙ ｗｏ ｄｓ ｐ ｒ ｍ ｅｒｃ ｄ ｓｇ ａ ａ ｔ ｅ ｉｎ；ｈｕ ｌｓｒ ｃ ｕ ｅ；ＣＡＴ Ａ ｉ ｌ ｔｕ ｔ ｒ Ｉ
ｏ ｎ ＣＡＴＩ Ｖ５，ｔ ｔ ｏ ｆｔ ｅ ｐ ｒ ｍｅｒｃ ｍｏ ｅ ｌ ｅ ｃ ｂ ｄ． ｎ ｏｄｅ ｏ ｒ ａｉｅ ｔ ｅ ｐ ｒ ｍｅｒｃ ｄ ｓｇ Ａ ｈｅ ｍｅｈ ｄｓｏ ｈ ａ ａ ｔ ｄ ｌａ ｅ ｄ ｓ ｒ ｅ Ｉ ｒ ｒｔ ｅ ｌ ｈ ａ ａ ｔ ｅ ｉ ｎ ｉ ｉ ｚ ｉ ａ ｄ ａ ｔｍａｉａ ｌ ｄｆ ｈ ｄ ｌｏ ｈ ｉ ａ ｆｄ ｃ ｎ ｕ ｏ ｔｃ ｌｙ ｍｏ ｉ ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｆｔ ｅ ｐ Ｕ ｒｏ ｅ ｋ，ｔ ｅ ｐ ｒｍｅｒｃ ｍｏ ｅ ｆｐｉ ｒｏ ｈ ｅ ｋ ｉ ｓａ — ｙ ｈ ａ ａ ｔ ｄ ｌｏ Ｕａ ｆｔ ｅ ｄ ｃ ｓｅ ｔ ｂ ｉ
０ 引 言
传统 Ｃ Ｄ系统 不支 持 概 念 设 计 ， 计 人 员 根 据 Ａ 设
Ｃ Ｄ系统 提示 的命令 在键 盘 上输 入 各 种命 令 （ ｏ ｔ Ａ ｐｉ ， ｎ Ｌｎ ， ｉ ｌ… ） 并 按 系 统 提 示 信 息 输 入 必 要 的设 计 ｉｅ Ｃｒ ｅ ， ｃ 参数， 系统 只是 在 屏 幕 上 显示 所绘 的 图 （ ｏ ｔＬｎ ， Ｐｉ ， ｉ ｎ ｅ Ｃｒｌ…） 难 以充 分 表 达设 计 人 员 的 设计 意 图 ， 构 ｉｅ ， ｃ 所
基于PROE的船舶机舱三维布置设计研究
SHIP ENGINEERING 船舶工程V ol.33 No.3 2011 总第33卷，2011年第3期基于PROE的船舶机舱三维布置设计研究梁彦超，徐筱欣（上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，上海 200030）摘 要：以某集装箱船为例，应用PROE进行船舶机舱三维设计，以探索通用三维CAD软件在船舶机舱三维布置设计方面的应用，提高常规精度设计的选择范围.研究结果表明，将PROE软件在通用机械制造领域中的先进成熟技术引用到船舶行业是可行的.对于中、小规模设计需求而言，PROE完全可以满足设计要求，同时其通用性、便捷性可以大大提高设计效率.关键词：船舶机舱；三维设计；PROE；结构模型中图分类号：U663.82 文献标志码：A 文章编号：1000-6982 (2011) 03-0069-04Study on 3D Disposition Design of the Ship Engine RoomStructure Based on PROELIANG Yan-chao, XU Xiao-xin(School of Naval Architecture, Ocean and Civil Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200030, China)Abstract: With the example of a container ship, this paper does some study on 3D design of the ship engine room using PROE, to explore the application of general 3D CAD software on 3D layout design of the ship engine room, and to broaden the selection range of conventional precision design. The results show that it’s feasible to bring the mature technology of PROE in general mechanical manufacturing field to shipbuilding industry. PROE can totally match the demand of medium-small scale design, and improve design efficiency greatly by its generality.Key words:ship engine room; 3D design; PROE; structure model机舱是船舶的心脏，是置放船舶动力及辅助机械和轮机人员进行管理的场所.机舱布置设计的内容较多、过程也较长，按目标要求的不同可分为初步设计、技术设计、生产设计和完工文件编制几个阶段.各阶段承上启下、环环相扣，一个阶段的设计往往依据上一阶段的结果，而其自身的结果也成为后续阶段的依据.传统的二维设计表达的是剖面信息，缺乏空间相关的概念.计算机三维设计技术则是进行空间概念上的结构设计，在设计的同时检查已完成设计工作，以期机舱设计达到合理的结构特性、优异的布置效果.简言之，机舱三维布置设计便于同项目设计人员之间相互协作，也便于不同专业技术人员间交流，实现船舶设计的同步作业，提高设计效率.由于船舶型体的特殊性，船舶设计一直局限于少数专业船舶设计软件，这些软件在通用计算中并不普及.PROE是美国PTC公司旗下的产品Pro/Engineer软件的简称，是一款集CAD/CAM/CAE 功能一体化的综合性三维软件，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广[1].本文的以某3100箱集装箱船为资料为基础，应用PROE进行船舶机舱三维结构布置，一方面探索通用三维CAD软件在船舶机舱三维设计方面的应用，提高常规精度设计的选择范围；另一方面，也期望为机舱诸如通风系统等辅助系统进一步精确计算提供基础.收稿日期：2010-10-09；修回日期：2010-11-10基金项目：教育部科技部重大专项（船舶数字化智能设计系统）（教技函[2005]120号）作者简介：梁彦超（1985-），男，硕士研究生，研究方向：船舶动力装置及传动设备.数字化造船1 机舱结构三维模型的建立PROE 是由众多功能完善、相对独立的功能模块组成的，各个模块之间数据具有相关性.因此在实际设计时，用户可根据具体的设计项目，分门别类地实时切换各个模块，灵活机动地采用该工作模块环境中的各种设计手段和方法，最大限度地调用PROE 软件中各种工程资源，完成设计工作.为完成机舱的三维设计，需要逐步建立船体结构、设备及部件的模型，并完成机舱空间的三维结构布置，在此基础上对模型的外观材料进行渲染、处理，最终完成机舱整体结构的三维模型. 1.1 船体结构模型的建立船体结构模型的设计是建立机舱三维模型的第一步，是进行船舶舱室设计的基础.目前船舶制造行业应用广泛的CAD 软件包括TRIBON 、NAPA 、MAXSURF 、Mastership 以及AUTOCAD 等[2].PROE 软件具备广泛的标准接口，可以实现与上述软件的“无缝链接”.因此，设计人员可以直接将其他船舶辅助设计软件中得到的船体结构模型导入PROE 中，作为进一步设计的基础.一般对于机舱结构而言，进一步应用或计算中对于船体外形部分的精度要求并不高，因此在没有外部模型数据提供时，也可以利用PROE 内部的功能模块建立船体结构模型.其方法为：选取船舶机舱分段若干主要肋位，根据型值表绘制其型线图，再应用PROE 的混合特征模块，光顺连结各型线，即可得到船体轮廓曲面，然后应用材料加厚功能将其实体化.进一步绘制各层甲板以及锅炉舱室之后，即可得到机舱分段船体结构模型[3].本文正是应用这种方法，建立了某3100箱集装箱船的机舱轮廓模型，如图1所示.图1 某船机舱段船体结构模型1.2 设备、部件的实体建模PROE 是由众多功能完善、相对独立的功能模块组成的，每一个模块都有独立的设计功能，其中零件模块是参数化实体造型的核心功能模块.使用PROE 软件进行三维模型的创建过程实际上就是在三维建模环境下依次创建各种特征的过程.设计人员从平面做起，综合利用实体建模和曲面建模两种方法，熟练应用拉伸、旋转、扫描、混合等特征模块，逐步建立各类船舶主要设备如主机、柴油发电机组、锅炉等的精确模型，以及辅助设备如燃油泵、部件、阀件、附件及通风管系等设备的简单模型[4].各设备均为独立建模，并且在建模之前，需要在PROE 中将所有设备均定义为“零件”，完成后保存在统一的零件库中，为船舶舱室三维布置时，实时调用这些“设备”文件提供便利.本文所选集装箱船主要大型设备如表1所示.根据图纸尺寸资料，逐步建立各主要设备三维模型如图2~图4所示.表1 3100箱集装箱船主要设备参数表设备名称 型号 参数安装数量主机 7K90MC-C MK6C.S.R.: 28728kW*100.4r/min1发电用柴油机 7H21/32Rated: 1400kW*900r/min 4 组合锅炉AQ-16Steam production: 2600kg/h1图2 MAN B&W 7K90MC 柴油机模型图图3 7H21/32柴油机模型图梁彦超等，基于PROE 的船舶机舱三维布置设计研究图4 AQ-16锅炉模型图1.3 机舱三维结构布置在完成船体结构模型以及各设备、部件模型之后，需要进行机舱的三维结构布置.应用PROE 的组件装配设计模块，先导入机舱船体结构部分，然后从“零件”库中逐个导入完成的设备，按照图纸资料的定位进行布置.布置完成后，再着手添加舱室内的连接机构以及管路内容.在绘制管路时，可直接调用PROE 中的管路模块，通过定义参数和路径就可以完成管路的绘制.此外，结合结构树的特性，用户可以滚动浏览装配结构树，对设计模型中任意指定的对象和其属性进行显示、隐含、删除、增加等处理.本文根据所选取3100集装箱船机舱布置图等数据，对该机舱进行三维结构布置，并增添通风管系等信息，所得机舱模型如图5所示.图5 机舱三维模型1.4 设计要点1）参数化设计是PROE 的核心思想之一.在建立机舱主要设备模型过程中，对于具备局部复杂特征的设备应尽量采取参数化设计，以期对模型的修改提供入口，并大大降低后续设计时的工作量.在设计参数时，首先要注意为参数命名时的要点.此外，还要注意为参数赋值的方法，自由参数可以由用户修改其值，而由关系控制的参数无法由用户更改其值.此外，特征的主从关系是参数化建模的基础.首先应该掌握主从关系产生的原因，并能够解决与主从关系有关的实际问题[5].2）在应用曲面模块建立设备模型时，实体化的曲面必须自行封闭或者与实体无缝结合.此外，在应用装配模块实现机舱布置过程中，由于PROE 使用全相关的单一数据库，因此在组件装配中可以分别在零件模块和组件模块中反复修改设计结果，直到满意为止.在组建环境下创建新零件时，可以使用已有零件布局作为参照，不但设计效率较高，还能获得准确的结果.2 二维结构图及报表的输出在完成三维实体布置舱室后，在PROE 中选择工程图模式，就可以自动投影生成二维舱室布置图.用户在二维舱室布置图上插入标准图框、标注尺寸（系统自动显示尺寸）、附加说明、设计签字等，就形成了安装布置图.这种由三维实体实时投影生成的二维图纸，保证了三维实体与二维图纸的一一对应，使船舶设计工作变得非常灵活简便.图6是本文机舱模型布置完成后，PROE 软件生成的工程图.此外在PROE 环境下，基础模型可以显示为不同的线框状态和着色状态，但是这无法表达产品的颜色、光泽和质感等外观特点，因此设计人员亦应该对完成的模型进行外观设置与效果渲染.这样，机舱环境中大量规模较小的实体可以被很好的模拟，实现逼真度和运行速度的平衡，其余复杂的实体模型，也可以模拟出丰富的细节.图6 机舱模型三视图（下转第74页）数字化造船图4 3100TEU锚泊设备布置三维效果图3 结束语船舶设计本身是一个复杂的系统工程，为了使设计者能更加集中精力进行创新性工作，成熟的CAD系统应能帮助设计人员从船舶设计中某些单纯重复性工作中脱解出来.目前，知识工程是解决这一问题最有前途的方案.知识工程是一种程序设计方法学，通过对设计方案设计过程中的知识进行捕捉和构造，并对设计方法和设计过程进行定义，从而高效的指导设计，实现知识工程的系统就称为专家系统，也即智能设计系统.随着船舶设计趋向于三维化、数字化、协同化、智能化，基于知识工程的船舶智能设计也必将是未来船舶设计的主流方向.本文即着重于知识工程技术与船舶锚泊布置设计的结合，在一定程度上实现锚系设备布置设计的智能化与自动化，减轻了传统设计人员手工、繁复、渐进的锚泊布置设计工作量，有力的提高了该船舶设计环节的效率及质量.参考文献：[1] 袁其源, 雷玉勇, 熊佳. 基于专家系统的CATIA二次技术[J]. 机械与电子, 2007(9): 12-14.[2] 胡挺. CATIA二次开发技术基础[M]. 杭州: 电子工业出版社, 2006.[3] 王智明, 杨旭，平海涛. 知识工程及专家系统[M]. 北京: 化学工业出版社, 2006.[4] 笪惠清. 锚系布置设计探讨[J]. 管理与技术, 1998(3):4-6.[5] 王肇庚, 龚昌奇. 运输船舶设备与系统[M]. 北京:人民交通出版社, 2001.（上接第71页）另一方面，PROE软件不仅对详细设计阶段的各专业原理图、布置图有很强的处理功能，同时，亦能生成生产设计阶段中的各专业施工图纸、零件加工单、统计报表等.用户可以结合宏指令的特性，用VB语言调用PROE软件提供的报表模块，来抽取管系、风管等信息，并进一步利用VBA程序来统计汇总.利用PROE软件的机械制图功能，三维实体生成二维视图功能和任意转向的等轴测图功能，生成机舱各类布置图和安装图.3 结束语由于船舶型体的特殊性，船舶设计一直局限于少数专业船舶设计软件.对于中、小规模设计以及对于船舶型体精度要求不高的计算情形来说，船舶三维设计就遇到应用软件方面的困难.本文通过应用PROE软件对机舱三维设计进行的研究表明：1）将PROE软件在通用机械制造领域中的先进成熟技术引用到船舶行业是可行的.对于中、小规模设计需求，PROE完全可以满足设计要求，同时其通用性、便捷性可以大大提高设计效率.2）利用PROE软件同其他软件广泛的标准接口，可以将按计算要求建立机舱设计模型，并且导入其他计算软件作为计算基础.3）对于大尺寸定性计算来说，PROE的曲面设计也可以满足船舶型体的精度要求，同时其广泛的专用和标准接口也保证多个设计人员、多种软件相互协作设计的可行性.参考文献：[1] 詹友刚. Pro/ENGINEER中文野火版4.0高级应用教程[M]. 北京: 机械工业出版社, 2009.[2] 仵大伟. 船体曲面表达与三维船舶设计研究[D]. 大连: 大连理工大学, 2002.[3] 王栋, 荣焕宗. 数字化船型设计方法[J]. 船舶工程,2008(2): 13-15.[4] 李彩霞, 郭钢. 船舶三维生产设计现状及二次开发技术的应用[J]. 机械, 2008(7): 15-17.[5] 李杰. 三维船体库系统的研究与设计[D]. 大连: 大连海事大学, 2008.。
参数化建模
四、船体参数化分舱
本研究以舱壁为基本设计单元，对任 意两个舱壁之间添加约束实现拓扑关系 的关联设计和关联修改。
利用在舱壁定义时得到的控制信息建 立舱室的实体模型，可以通过实体的质 量特性，快速准确地得到舱容要素等。
四、船体参数化分舱—参数化
在舱壁建立时采用参数化方法也称为尺寸 驱动，以驱动为特征，使CAD系统具有交互式 建模的功能。
五、参数化结构建模—构件抽象
Base Class Parent Class
构件 和曲面相关构件
和曲面无关构件
板 Child Class
Sub Class
骨材
骨材
板
附加操作 型材库
特征库
T型材
扁钢
角钢
球扁钢
五、参数化结构建模—模型构成
甲板结构设计
外板结构设计
特征结构设计
舱室结构设计
围 横纵 板 梁桁
定义一种实用的中性文件格式，然后开发 工具程序来把各个软件系统输出的信息以这种 文件格式描述和记录，同时开发中性文件解析 程序把存储在中性文件中的相关信息传递到各 个软件系统中。实际上要实现这个中性文件的 难度也是相当大的，但这只作为数据集成的指 导原则，在实际集成工作中可以采用更加灵活 的方法，目的是实现数据交换和系统集成。
六、接口技术研究—集成接口
中性文件
基于中性文件的数据交换
接口 程序
接口 程序
接口 程序
接口 程序
基于核心系统的的数据交换
六、接口技术研究— NAPA to CFD
需求分析：
要将NAPA中的船型数据输入到CFD系统 中的需求来源于：
一是原来在NAPA系统中历史遗留的船型需要进 行CFD计算，需要进入到CFD系统；
船舶计算机辅助设计
总结词
集成化、适用于船舶行业的高级CAD解决方案
要点二
详细描述
Autodesk Inventor是一款集成化的CAD软件，适用于船 舶行业的高级设计需求。它提供了全面的零件和装配体设 计工具，支持船舶结构、机械和电气系统的详细设计。 Inventor还提供了高级分析功能，如结构分析和流体动力 学分析。
04Байду номын сангаас
船舶计算机辅助设计应 用
船体结构设计
船体线型设计
利用计算机辅助设计软件， 对船体的线型进行优化设 计，提高船舶性能和航行 效率。
船体结构分析
通过计算机辅助设计软件 进行船体结构的有限元分 析，评估结构的强度、刚 度和稳定性。
船体结构优化
基于计算机辅助设计软件， 对船体结构进行优化设计， 降低重量、提高结构效率。
船舶电力系统设计
发电机组选型与布置
01
利用计算机辅助设计软件，对发电机组进行选型和布置，确保
电力供应的稳定性和可靠性。
电缆设计与布置
02
通过计算机辅助设计软件，对船舶电缆进行优化设计和布置，
提高电缆的安全性和可靠性。
电力系统仿真与优化
03
利用计算机辅助设计软件进行电力系统仿真和优化，提高电力
系统的效率和可靠性。
02
船舶计算机辅助设计技 术
三维建模技术
总结词
通过三维模型来表达和设计船舶结构、设备、管路等，实现可视化的设计和管理 。
详细描述
三维建模技术是船舶计算机辅助设计的基础，它能够以三维模型的形式表达和设 计船舶的各个部分，包括船体、甲板、舱室、设备、管路等，实现可视化的设计 和管理，提高设计效率和精度。
SolidWorks
基于三维模型的广义参数化设计技术研究
ｈｃ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｂ ｉｎ ｎｔｕｅｏ ｅ ｈ ｏ ｇ ， ｅ ｉｇ１０ ８ ，Ｃ ｉａ ｉ ａ Ｅ ｇ ｅｉ ， ｅ ｉｇＩｓｔｔ ｆ ｃ ｎ ｌ ｙ Ｂ ｉｎ ０ ０ １ ｈｎ ） ｕ ｒ ｎ ｎ ｊ ｉ Ｔ ｏ ｊ
Ａｂｓｒ ｅ ｔ ａ ｔ：Ｓ ｍ ｅ ｍ ｅｈｏ ｓ ｏ ｒ ｍ ｅ ｅｉ ｅ ｏ ｅｉ ｏ ｏ ｔ ｄ ｎ ｐａ ａ ｔ ｒｚ ｄ ｍ ｄ ｌ ｎｇ ｉ Ｐｒ ／Ｅｎ ｉ ｅ ｅｅ ｉ ｔｏｄ ｅ ｎｄ ａ ａｙｚ ｄ． ｇ ｎ ｒ ｎ ｇｎｅ ｒｗ ｒ ｒ ｕｃ ｄ ａ ｎ ｌ ｅ Ａ ｅ ｅ 。 ｎ
翟耕 耘 ， 博 宁 汝新 张 旭 赵 ， ，
（． １ 中船重 工第 七 一三研 究所 ， 州 郑 ４ ０ ５ ；． 京理 工 大学 机械 与 车辆 工程 学 院 ， ５０ ２２ 北 北京 １ ０ ８ ） ０ ０ １
摘要： 在介 绍 、 分析 Ｐｏ Ｅ ｇ ｅｒ中实现 参数化 设 计各种 方 法 的基础 上 ， 出 了一种 基 于三 维模 型 的广 义 ｒ ｎｉ ｅ ／ ｎ 提
ＺＨＡＩＧｅ ｇ ｙ ， ＺＨＡＯ ，ＮＩ ｎ ． ｕｎ Ｂｏ ＮＧ ． ｉ ，ＺＨＡＮＧ Ｒｕ ｘ ｎ Ｘｕ
（ ．ｎ ｔｕｅ Ｎｏ ７ １ Ｉ ｓｉ ｔ ． ３，Ｃ ｉａ Ｓ ｉ ｎ ｕ ｔ Ｃ ｒ ｏａｉｎ，Ｚ ｅ ｇｈ ｕ４ ０ ５ ｔ １ ｈｎ ｈｐ Ｉ ｄ ｓ ￣ ｏｐ ｒｔ ｏ ｈ ｎ ｚ ｏ ５ ０ ２；２． ｃ ｏ ｌｏ ｃ ａ ｉａ ｎ — Ｓ ｈ ｏ ｆＭｅ ｈ ｎｃ ｌａ ｄ Ｖｅ
建模 速度 。
关键 词 ： 参数化 设 计 ； 速设 计 ； 次开发 ；ｒ／ ｎ ｉｅｒ 快 二 Ｐｏ Ｅ ｇｎ ｅ 中图 分类 号 ： Ｇ ５ Ｔ ３ １ Ｔ ６ ；Ｐ ９ 文献标 识 码 ： Ａ
船舶水动力性能的CFD模拟与优化设计
船舶水动力性能的CFD模拟与优化设计船舶水动力性能是研究船舶在水中运动的重要领域之一。
为了提高船舶的航行速度、操纵性和能效，工程师们利用计算流体力学（CFD）模拟技术开展了大量的研究与优化设计工作。
本文将介绍船舶水动力性能的CFD模拟与优化设计方法，并探讨其在船舶工程领域中的应用。
1. 模型构建船舶的水动力性能主要包括波浪阻力、湍流阻力、粘性阻力和激波阻力等。
在进行CFD模拟前，首先需要构建船舶的几何模型。
根据不同的船舶类型和设计需求，可以选择不同的建模方法，如传统的离散几何模型或参数化设计模型。
通过建模软件，将船舶的几何形状转化为计算机可识别的几何信息，为后续的模拟分析做准备。
2. 网格划分在进行CFD模拟时，网格划分是非常重要的步骤。
网格的划分质量将直接影响模拟结果的准确性和计算效率。
通常情况下，船舶的复杂几何形状需要采用结构化或非结构化网格划分方法。
结构化网格适用于简单几何形状，而非结构化网格则适用于复杂几何形状。
通过优化网格划分，可以更准确地模拟和预测船舶在水中的运动行为。
3. 流场模拟在进行CFD模拟时，需要建立适当的物理模型和数值模型。
根据船舶运动的特性，可以选择合适的流体方程和边界条件。
在求解过程中，采用合适的数值方法和稳定性算法，以保证模拟结果的准确性和稳定性。
通过CFD模拟可以获取船舶在不同操作条件和流场环境下的运动特性，如阻力、流线和压力分布等。
4. 优化设计基于CFD模拟结果，可以进行船舶水动力性能的优化设计。
通过调整船体形状、推进系统和尾流控制等参数，可以改善船舶的流线型和水动力性能。
优化设计的目标往往是降低阻力、提高速度和操纵性，以及减少燃油消耗和排放。
通过多次CFD模拟和参数优化，可以找到最优设计方案，从而提高船舶的性能和效益。
5. 应用实例船舶水动力性能的CFD模拟与优化设计已经在实际工程中得到广泛应用。
例如，在船舶船型设计阶段，工程师们利用CFD模拟技术对不同船型进行了性能比较和优化设计；在推进系统设计阶段，CFD模拟可以帮助确定最佳螺旋桨参数和布局方案；在船舶舵系统设计阶段，CFD模拟可以预测船舶的转向性能和操纵稳定性。
船体三维建模技术研究
ｇ ａ ｈｃ ｌｌ ｒ ｒ ｆｓ ｐ ｆ ｔｒ ｓ ｉ ａｓ ｔｂ ｉ ｅ ． ｒｐ ｉａ ｂ ａ ｙｏ ｈ ｅ ｕ ｅ ｓ ｌ ｅ ａ ｌ ｈ ｉ ｉ ａ ｏｓ ｓｄ
Ｋｅ ｒ ｓ ３ — ｄ ｌ ｎ ｈ ｌ ｐ ｒｍｅｒ ｒｐ ｃ ｂ ａｙ ｏ ｅ ｔ ｒｓ ｙ ｗｏ ｄ Ｄ ｍｏ ｅｌ ｉ ｇ ｕｌ ａ ａ ｔ ｃ ｇ ａ ｈ ａ ｌ ｒｒ ｆｆ ｕｅ ｉ ｉ ｌ ｉ ａ
本 文研 究对 实体 模 型 通 过 赋予 材 料 特 性 ， 可
钢等型材组成 ， 各种型材通常都 有固定 的剖面形
状 ， 异 主要 表 现 在 剖 面 尺 寸 和轴 线 形 状 上 。船 差 体 钢 板 由平 直 钢 板 、 曲钢 板 和折 边 钢 板 组 成 。 弯
平直钢板和折边钢板 比较简单 ， 而船体外板特 别 是首尾部都具有非常复杂的形状 。这些千差万别 的船体构件必须根据其几何特征采用相应的造型 方法进行构建 ， 然后通过定义装配点、 装配方向来 对船体构件进行装配 ， 从而构建成为一个完整的 船体模型＿。 ２ Ｊ 在 Ｐｏ ｒ Ｅ中， ／ 实体的造型方法 有扫描、 拉伸 、 混合 、 旋转等 ， 这几种方法各有特点 ， 应针对不同 的构件选用合适的造型方法。下面就将构件的几 何形状进行分类 ， 对各种构件 的构建方法及过程
维普资讯
船 海工程
文章编 号 １７ —９３ ２０ ）４０７ －４ ６ １７５ （０６ ０－０００
２０ ０６年第 ４期（ 总第 １３ ） ７期
船体 三维建模技术研究 ＊
黄 永生 刘 俊梅
浙江海洋学院工程学 院 舟 山 摘 要 研究在 ＰｏＥ环境下船 体三维建模 的过程和方法 ， 通达 ２号轮 ” ｒ ／ 以“ 为例进行建模设计 ， 着重研究 三维建模 船体 特征 参数 化图库
三维参数化设计探究——参数化方法论
三维参数化设计探究（一）——参数化方法论摘要：如今企业开发新产品时，零件模型的建立及出图的速度是决定整个产品开发效率的关键。
在企业的产品的开发到一定时期，很多的设计经过实际验证分析后,一些产品的大致特征已经确定，这时企业就希望能将该类产品系列化、参数化及标准化。
于是，将模型设计中定量化的参数变量化就成了一个有效的方式，而这恰恰是参数化设计的本质意义。
本文阐述了基于三维的参数化设计，所使用软件为So1idWOrks,介绍了So1idWOrkS 参数化设计的两种类型，并且分析了二者的优缺点及所需技能，特别对通过软件功能实现参数化进行了详细介绍。
让企业设计时能减少相应的时间提高效率。
关键词：三维模型、变量化、参数化设计、SoIidWorksx南京东岱、效率。
参数化设计的概述参数化造型技术又称初次驱动几何技术，是指用几何约束、工程约束关系来说明产品模型形状特征从而设计出所需形状或功能上具有相似性的设计方案。
对于产品而言，无论多么复杂的模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束。
参数化设计方法就是将模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。
对于变量化参数赋予不同数值，就可得到不同大小和形状的零件模型。
目前的主流三维软件均支持参数化设计。
参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有不变的参数。
因此，建立在模型中的各种约束，体现的就是设计者的意图及思路。
参数化设计可以大大提高工程师的设计效率，加快产品更新速度，助力企业抢占先机。
弁数化设计的关健参数化实体造型关键是几何约束、工程约束及参数化几何模型的建立，其中最关键的是参数化几何模型的建立。
此外,几何约束包括了结构约束和尺寸约束。
结构约束指几何元素之间的相互约束关系，如平行、垂直、重合、相切、对称等；尺寸约束指通过标注尺寸进行约束，如标注距离尺寸、半径尺寸、角度尺寸等。
工程约束是指尺寸之间的约束关系，通过定义尺寸变量及它们之间在数值上和逻辑上的关系来表示。
船舶制造行业智能造船与海工装备研发
船舶制造行业智能造船与海工装备研发第一章智能造船概述 (2)1.1 智能造船的定义与发展 (2)1.1.1 智能造船的定义 (2)1.1.2 智能造船的发展 (3)1.2 智能造船技术的应用现状 (3)1.2.1 设计环节 (3)1.2.2 生产环节 (3)1.2.3 管理环节 (3)1.2.4 服务环节 (3)1.2.5 节能与环保 (4)第二章智能设计与管理 (4)2.1 船舶设计智能化技术 (4)2.2 船舶生产管理系统智能化 (4)2.3 船舶建造过程监控与优化 (4)第三章与自动化技术 (5)3.1 技术在船舶制造中的应用 (5)3.2 自动化生产线在船舶制造中的应用 (5)3.3 与自动化技术的集成与发展 (6)第四章船舶建造数字化技术 (6)4.1 船舶三维建模技术 (6)4.2 虚拟现实技术在船舶制造中的应用 (6)4.3 数字化造船工厂的设计与实施 (7)第五章海工装备研发概述 (7)5.1 海工装备的定义与发展 (7)5.2 海工装备研发的关键技术 (8)第六章海工装备设计智能化 (8)6.1 海工装备设计方法与工具 (8)6.1.1 设计方法 (8)6.1.2 设计工具 (9)6.2 智能优化算法在海工装备设计中的应用 (9)6.2.1 基于遗传算法的设计优化 (9)6.2.2 基于粒子群算法的设计优化 (9)6.2.3 基于神经网络的设计优化 (9)6.3 海工装备设计数据的挖掘与分析 (9)6.3.1 数据挖掘方法 (10)6.3.2 数据分析方法 (10)第七章海工装备制造自动化 (10)7.1 自动化焊接技术在海工装备制造中的应用 (10)7.1.1 引言 (10)7.1.2 自动化焊接技术的优势 (10)7.1.3 自动化焊接技术在海工装备制造中的应用实例 (11)7.2 技术在海工装备制造中的应用 (11)7.2.1 引言 (11)7.2.2 技术的优势 (11)7.2.3 技术在海工装备制造中的应用实例 (11)7.3 海工装备制造自动化生产线的设计与实施 (11)7.3.1 引言 (11)7.3.2 自动化生产线设计 (11)7.3.3 自动化生产线实施过程 (11)7.3.4 关键技术 (12)第八章海工装备监测与维护 (12)8.1 海工装备状态监测技术 (12)8.2 海工装备故障诊断与预测 (12)8.3 海工装备维护与保养策略 (12)第九章智能船舶与海工装备的市场前景 (13)9.1 智能船舶市场的需求与发展 (13)9.1.1 市场需求分析 (13)9.1.2 市场发展前景 (13)9.2 海工装备市场的机遇与挑战 (14)9.2.1 市场机遇 (14)9.2.2 市场挑战 (14)9.3 智能船舶与海工装备行业的投资策略 (14)9.3.1 投资方向 (14)9.3.2 投资策略 (14)第十章智能造船与海工装备发展的政策与法规 (15)10.1 国家政策对智能造船与海工装备的支持 (15)10.1.1 国家战略层面 (15)10.1.2 政策措施 (15)10.2 行业法规对智能造船与海工装备的规范 (15)10.2.1 法律法规体系 (15)10.2.2 行业规范 (16)10.3 智能造船与海工装备行业的国际合作与交流 (16)10.3.1 国际合作 (16)10.3.2 交流平台 (16)第一章智能造船概述1.1 智能造船的定义与发展1.1.1 智能造船的定义智能造船是指在船舶制造过程中，运用现代信息技术、自动化技术、网络技术、大数据技术等，对船舶设计、生产、管理、服务等环节进行集成和优化，以提高船舶制造效率、降低成本、提升产品质量和环保水平的一种新型造船模式。
数字化造船技术在船舶设计中的应用研究
数字化造船技术在船舶设计中的应用研究随着科技的飞速发展和数字化时代的到来，数字化造船技术逐渐成为船舶设计中不可或缺的一部分。
数字化造船技术以其高效、准确和可视化的特点，为船舶设计师提供了更加灵活和精确的工具，大大提升了船舶设计的效率和精度。
本文将探讨数字化造船技术在船舶设计中的应用，并分析其带来的益处与局限性。
数字化造船技术在船舶设计的应用可以从多个方面进行探讨。
首先，数字化造船技术可用于船舶外观设计。
传统的造船设计涉及繁琐的手绘和模型制作过程，而数字化造船技术通过CAD软件等工具，可以实现快速而准确的船舶外观设计。
设计师可以通过几何建模和虚拟样机技术，进行船体设计的可视化展示和模拟，从而更好地理解和调整船体的外观和比例。
其次，数字化造船技术在船舶结构设计中大放异彩。
船舶结构设计涉及到巨大的力学和材料力学计算工作，传统方法往往需要耗费大量的时间和精力。
而数字化造船技术通过有限元分析和计算机辅助设计等手段，使得船体结构设计过程更加智能化和高效化。
设计师可以利用这些工具模拟船体的受力情况，快速得到合理的结构设计方案，并通过参数化设计技术实现设计方案的调整和优化。
此外，数字化造船技术还广泛应用于船舶性能预测和优化。
船舶是一个复杂的系统，其性能受到多个参数和因素的影响。
传统的船舶性能预测和优化往往基于经验公式和试验研究，效率低下且成本高昂。
而数字化造船技术通过数值计算和模拟，可以更加准确地预测船舶的性能。
设计师可以通过这些工具分析并优化船体的流线型、载重量、燃油效率等关键性能指标，从而实现更加可靠和经济的船舶设计。
然而，数字化造船技术在船舶设计中也存在一些限制和挑战。
首先，数字化造船技术的应用需要设计师具备相关的技术和知识，技术门槛较高。
设计师需要掌握CAD软件、有限元分析工具等专业软件，同时也需要具备一定的结构力学和流体力学知识。
此外，数字化造船技术的广泛应用也需要企业提供相应的软件和硬件支持，这对于一些中小型船厂来说可能是一个负担。
船舶方案设计
船舶方案设计摘要：船舶设计是一项复杂而重要的工程项目，它涉及到许多技术、经济和环境考虑因素。
本文将讨论船舶方案设计的核心要素，包括设计目标、设计约束、设计流程和关键技术。
同时，将介绍一些常见的船舶方案设计方法，并重点分析其优缺点。
最后，本文还将讨论当前船舶方案设计的发展趋势和未来的挑战。
第一部分：导论船舶方案设计是指设计出满足预定任务需求的船舶外形和总体布局。
它是船舶设计的第一步，可以影响到船舶的性能、可用性、经济性和可持续性。
在进行船舶方案设计时，需要综合考虑船舶的功能需求、操作环境、航行性能、载货能力、安全性等因素。
第二部分：设计目标和约束在进行船舶方案设计时，需要明确设计的目标和约束条件。
设计目标可以包括航速、续航力、载货能力、舒适性等方面的要求。
约束条件可以包括法规标准、船舶船级社规定、海况条件等。
设计目标和约束条件的明确对于保证船舶方案设计的成功至关重要。
第三部分：设计流程船舶方案设计的流程可以分为需求分析、概念设计、初步设计和详细设计四个阶段。
需求分析阶段主要是通过调研和市场分析确定船舶的功能需求和性能要求。
概念设计阶段主要是生成一系列满足功能需求和性能要求的初始设计方案。
初步设计阶段主要是在概念设计方案的基础上进行详细设计，包括外形设计、总体布局设计和船体结构设计等。
最后，详细设计阶段主要是迭代和优化初步设计方案，以满足所有的技术要求和约束条件。
第四部分：关键技术船舶方案设计涉及到许多关键技术，如船体水动力、船舶运动和操纵性能、船舶结构强度、船舶稳性和动力系统等。
在进行船舶方案设计时，需要综合考虑这些关键技术，并进行相应的模拟和分析。
第五部分：常见的船舶方案设计方法目前，常见的船舶方案设计方法包括传统的规则法、参数化设计法和基于计算机仿真的优化设计法。
传统的规则法主要是根据经验规则和统计数据进行设计。
参数化设计法主要是通过数学和建模技术，通过调整参数来生成不同的设计方案。
基于计算机仿真的优化设计法主要是通过数值模拟和优化算法，根据设计目标和约束条件来生成最优的设计方案。
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船舶三维模型参数化设计技术开发及应用强兆新摘要：本文介绍了船舶三维模型参数化设计中船型生成系统、船舶参数化分舱和稳性计算系统、船体结构参数化生成、有限元模型快速生成系统、船舶模型在各系统间无缝传递的实现等功能。
给出了船舶三维模型参数化设计的应用案例，并展望其对我国数字化造船起到的推动作用及积极意义。
关键词：三维模型，参数化设计，技术开发Ship 3D Parametric Design Technology Development and ApplicationQIANG Zhao-xin（China Ship Design & Research Center Co., Ltd, Beijing 100081, China）Abstract: In this paper, 3D model of the ship design parameters of the system to generate ship, ship parameters of the subdivision and stability calculation, the parameters of the hull structure of production, rapid finite element model generation systems, ships models in the seamless delivery systems such as the realization of the Function. Gives three-dimensional model of the ship design parameters of the application of the case and its outlook on China's Digital Shipbuilding and play a role in promoting positive.Key words: 3D model, Parametric Design, Technology Development1 引言三维参数化设计是提高产品设计质量和效率的重要手段，目前已在航空、航天、汽车工业等行业的研发设计全过程中得到广泛应用。
由于船舶产品的相对复杂性，其三维参数化设计的应用程度相对落后。
虽然目前国内各大造船企业均采用了如TRIBON、CADDS5等软件来进行三维的生产设计，在提高设计质量上取得了显著的成效，然而这仅仅是在设计后期三维设计技术的基本应用。
为减少重复劳动和保证设计的一致性和连贯性，船舶三维设计技术正在向详细设计拓展。
“船舶三维模型参数化设计技术应用开发研究”科研项目是国防科工委批准的国家重点科技攻关项目，旨在对现有三维设计系统进行消化、吸收的基础上，通过技术引进、自主开发、二次开发等手段，对三维设计系统进行整合，将船舶三维设计技术向详细设计拓展。
通过一个多专业共用的参数化模型，实现船舶设计的并行协同和众多设备、系统的集成和协调。
不仅体现在布置上的一体化实现，更体现在船舶各种性能、系统功能的设计分析上的一体化实现。
项目的研究框架如图1所示：图1.项目研究的框架结构该项目从三维参数化船舶设计的模型结构体系、设计流程出发，通过对参数化总体模型、结构设计模型、结构分析模型的深入研究，实现了三维船舶设计模型在研发设计各阶段的数据传递、避免了重复建模、提高了设计效率，以下对其关键技术进行简要的介绍，并给出应用案例。
2 船舶三维参数化设计系统的整合通过对国内外船舶设计软件进行分析、对比，依据各软件的应用范围、开放性及国内各大设计单位、船厂的使用情况确定船舶研发设计各阶段的平台软件。
采取引进国外商用软件和国内自主研发软件相结合的技术路线，充实船舶设计各阶段的技术力量。
通过对引进软件的二次开发，完善商用软件的功能；通过完善各软件间的数据接口，使数据在设计流程中的传递更加流畅，保证模型数据文件在产品设计的全生命周期中的充分利用。
船舶三维参数化设计系统的构成包括：1）船型参数化生成及精光顺软件以702所自主研发的HDS 软件作为船型参数化生成及精光顺技术的依托软件，该软件不仅具有母型变换功能，同时还具有球艏、艉框的参数化修改功能及全船统一光顺的功能。
软件的光顺系统对船体采用传统的网格描述，描述船体的数据都是三维相关的，采用双圆弧样条对二维线上的点进行拟合，以圆弧曲率为判断光顺的标准，三维线的光顺以在三个正交投影面上的投影线都光顺为判断标准。
2）船舶流体力学（CFD）分析软件的选取在船舶线型生成后，通常会对船舶的快速性进行分析，确定快速性指标最准确的方法是通过船模实验，但这会花费大量的时间和人力、物力，不利于多方案的快速比较。
因此，专用于船舶阻力及快速性分析的船舶流体力学分析软件（船舶CFD分析软件）随之产生。
船舶CFD分析软件中SHIPFLOW和FLUENT是其中比较领先的软件。
3）参数化分舱布置及稳性计算软件的选取船舶性能计算方面，芬兰NAPA公司开发的船舶设计软件包在国内外的应用都比较广泛，项目依托NAPA软件对依托船进行参数化分舱和稳性计算。
4）三维结构建模软件的选取船舶行业中应用的CAD系统中各种建模方式的软件都有应用，包括以下几类：✓对于船型生成和性能计算方面的软件多采用线框建模和曲面建模混合的建模方式，如Napa，HDS等✓对于面向结构概念设计的软件多采用线框建模为主的建模方式，如NapaSteel、Intelliship等✓对于面向结构生产设计的软件多采用实体建模为主的建模方式，如TRIBON、CADDS5、CATIA等✓有限元分析软件多采用线框建模和曲面建模的混合方式，如ansys、Patran等本项目研究的目的首先是实现船体结构的参数化建模，因此从面向结构概念设计和面向结构生产设计的软件中进行选择。
5）有限元分析软件的选取随着计算机技术的发展，对复杂结构进行有限元分析成为可能，对于船舶进行整体和局部的有限元分析成为校核船舶结构设计的常规手段。
通用的有限元分析软件有美国ANSYS公司的ANSYS、HKS公司的ABAQUS软件、MSC公司的PATRAN/NASTRAN。
国内几种软件都有应用，其中PATRAN/NASTRAN界面操作简单、开放性好，适合于工程应用。
3船舶三维参数化设计关键软件开发及二次开发1）HDS系统的开发HDS（Hull Design System）系统由船型数据输入接口、母型船变换、船型局部参数化变换、船体型线光顺、船型数据输出接口等功能模块及系统综合管理模块构成。
图2.HDS系统的框架结构系统的核心工作是对船型数据的分析和处理，即把与船型设计有关的操作（即功能模块）集成起来，达到计算机辅助船型设计的目的。
2）NAPA系统的二次开发基于对NAPA软件NAPA-MANAGER模块的二次开发，通过修改、增加宏程序的方式建立符合需求的模块，完成如下功能：✓基于总体设计思想，集成总体设计的树状设计流程；✓甲板参数化定义；✓内壳参数化定义；✓分舱信息正确性的图形校正；✓软件使用统一命名规则；3）CADDS 5系统的二次开发模块数据库的开发是利用CADDS 5提供的二次开发语言CVMAC和CV ACT进行的。
CVMAC有两个特点，一是直接调用CADDS5的命令，另一个是直接提取实体的数据。
CV ACT是专门做界面的软件包，可开发出非常完整的与CADDS5系统一致的界面，实现对界面的操作以及保存界面的参数和调用CVMAC编写的程序。
菜单由19个功能按钮组成，共分为管理及输入模块、板架建模模块、通用建模模块、输出功能模块、辅助功能模块五部分，各部分功能如下：✓管理及输入模块用于设计数据、总体几何参数和船舶基本设计信息管理；✓板架建模模块适用于设有中纵槽形舱壁和横向槽形舱壁的大型双底双壳油船的货舱区平直区域的船体结构三维建模；✓通用建模模块包括通用板架建模工具和通用加强筋工具，用于线型复杂区域快速建模；✓输出功能模块包括重量、重心计算及材料统计汇总，提取三维模型中的结构信息等功能模块；✓辅助模块有肋位标尺工具，局部坐标系工具，参数化开孔工具，坐标显示工具；4船舶三维模型间数据的无缝传递随着船舶设计中CAD技术应用越来越广，各种各样的船用CAD软件应运而生，这些CAD软件各有所长，在不同的设计阶段发挥着各自不同的作用。
在船舶设计的过程中，无论是总体设计还是结构设计都不可能在同一个软件中完成所有的设计内容，这就要求对设计流程中的各软件间的数据流动关系进行研究。
在设计流程的各依托软件的应用中，既要保证本系统内部数据畅通，也要能和其他的CAD软件进行数据交换。
5船舶三维参数化设计技术应用船舶参数化设计流程的各个环节、软件接口、数据传递等方面是否运行可靠，需要通过一条船的研发设计进行实船验证。
76000吨成品油/原油船（简称PC760）是在72000吨成品油/原油船的基础上优化开发出的巴拿马最大型油船，其各项性能指标都比较优秀、资料比较完备。
应用该船作为项目船能够很好的验证项目研究成果。
同时，可以对其艏艉线型进一步优化，结构设计进行参数化建模和进行满足CSR规范的升级开发等工作。
完成的工作及应用的模块如表1所示：表1应用项目的具体内容和应用效果如下：1）母型变换首先应用母型变换法从PC720得到PC760的初步型线。
直接从数据库导入PC720的型线，选取HDS的母型变换菜单，启动母型变换法线型生成模块，通过输入变换参数完成船型变换，得到需要的PC760目标船初步型线。
母型变换参数对话框、母型船和目标船的横剖线如图所示：图3 母型变换参数对话框图4 母型船和目标船2）球艏、艉框参数化优化变换初步型线后的水动力性能优化包括艏部型线和艉部型线。
采用球艏参数变换法生成新的艏部型线，利用母型变换法的思想，通过选择合适的多项式来构造变换函数，进而对球鼻艏参数进行变换。
艉部型线优化采用艉部参数变换法，首先，变换艉部轮廓线，然后，在艉部轮廓线变换的基础上对艉部一定区域的型线进行变换。
变换前后的艉部型线如图图5 艉框参数变换前后对比4）船型数据向CFD软件转换及快速性校核HDS系统可生成SHF格式的船型数据文件，该船型数据文件可直接被SHIPFLOW3.0读取。
此外，HDS系统可生成Dat格式的船型数据文件。
Dat格式文件是商用流体力学软件Fluent6.0前处理器Gambit2.0的船型数据文件输入格式之一，属文本文件。
在数据转换的基础上，将经母型变换后的PC760线型、经球艏变换的线型和经球艏、艉框变换的线型进行CFD评估和模型试验验证。
图6. 船体表面压力分布5）船型数据向NAPA传递参数化分舱和稳性计算HDS软件可输出Napa软件可接收的三维DXF文件，直接完成船型数据从HDS到Napa 的传递。