船舶CAD制图示例

四、案例使用实例
案例2 159000吨原油轮大型船舶分段图绘制。

绘制分段结构图是详细设计中的一项重要工作,绘制的主要依据是船体分段划分图,中横剖面图,基本结构图,外板展开图,肋骨型线图等.给制前, 要根据分段划分图确定的分段位置,阅读中横剖面图,基本结构图等图样, 分清分段构件的组成和主要构件的尺寸及连接情况.
分段结构图通常以其表示的结构来分类。

一般有底部分段结构图、舷侧分段结构图、甲板分段结构图、舱璧结构图、首段结构图、尾段结构图和上层建筑结构图等。

如果分段结构图表示的是船体某一环形段(包括船底、舷侧和甲板)的结构，称为总段结构图。

对于同一类分段结构图，则以其表示的分段位置来区分，如"#6-150～#16+250"甲板结构图等。

分段结构图的数量取决于船舶大小和分段划分的情况，大、中型船舶的船体分段数量较多，一般有几十个以至近百个分段。

因此，分段结构图的数量也就较多。

本节将以29000T多用途货轮的底部结构为例，详细介绍分段结构图的绘制过程。

一、确定视图
1.确定主视图
通常选择能表示分段结构基本情况的视图作为主视图.主视图是表示分段结构基本组成的视图，一般来说，底部、甲板，平台、上层建筑常以基本结构图中相应位置的舱底图、甲板图、平台图为依据，用较大比例绘制而成，首尾段结构则以纵剖面图为依据，用较大此例绘制而成。

舷侧分段常以外板展开图中相应位置的图形为依据，用较大的比例绘制而成，也可从舷侧有构架的一面进行投影所得的视图作为主视图。

横舱壁结构则以它的肋位剖面图作为主视图·首、尾柱结构则以它的侧面投影图为主视图等。

底部(双层底结构)、舷侧、甲板、平台、舱壁、上层建筑分段结构图的主视图通常采用简化画法来表示，它们的图线含义与基本结构图或外板展开图相一致。

确定主视图要充分利用计算机绘图的复制、插入、缩放等编辑功能，根据分段的分布范围从基本结构图和外板展开图中得到本分段的主视图。

例如，分布范围为"#153+150～#165+300"的底部分段结构图的主视图，可以在基本结构图的舱底图上，以分段线为基准向外侧让出适当距离，作分段线的平行线，然后使用Trim命令切去分段以外的图形，再将该线改为破折线，即得到本分段的主视图。

如图2-1所示。

图2-1 底部分段主视图
2.确定剖面图
根据主视图所表示的结构基本情况来确定剖面图,对形式不同的结构分别绘制剖面图来表示,对形式相同的结构只绘制一个剖面图来表示。

剖面图是用来表示分段中构件的形状、结构形式、尺寸和相互连接方式的视图。

常用的有肋位剖面图、纵剖面图、一般位置剖面图和分剖面图等几种形式。

对于肋骨剖面图要充分利用肋骨型线图的型线和中横剖面图的表达方式与尺寸。

图2-2 为底部分段靠近舭部的肋骨剖面图。

图2-2 底部分段的肋骨剖面图
对于纵剖面图要充分利用纵中剖面图的表达方式与尺寸。

图2-3 为底部分段的纵剖面图。

图2-3 底部分段的纵剖面图
3.确定节点详图
通常对连接形式不同,图形较小,表达不够清晰的节点都需绘制详图.
节点详图是表示节点处结构情况的局部放大图。

由于主视图和剖面图往往不易把节点处的结构表达清楚，所以在分段结构图中，对主视图和剖面图内图形较小，连接形式不同，表达又不够清晰的节点，均另行绘制节点的放大图，以详细表达构件的结构形式和相互连接方式，并在图中完整地标注构件的尺寸和焊缝代号等。

如果放大图尚未把节点的结构完整地表达清楚，也可以放大图为主视图，再画其它视向的视图来表达。

当详图比较大，板和型材厚度的投影大于2mm时，则其剖面要画剖面符号。

计算机绘图也给节点详图绘制带来极大方便，一般不需重新绘制，只要使用Trim或Break命令将节点处结构和与之相连的结构切断并局部放大就可以得到节点详图。

图2-4为节点详图及相关剖面图。

图2-4 节点详图及相关剖面
二、选取图样比例和图纸幅面
图样比例和图纸幅面要根据分段的外形尺寸和剖面图及节点详图的数量来确定.由于分段结构图直接用于施工现场,为了使用主便,图纸幅面不宜过大,但图形要求清晰,比例又不宜太小,所以比例和幅面要选择适当.目前在工厂中建造的大、中型船舶的船体分段都比较大，一、两张图纸往往不够用，就使用多张A3幅面图纸，这样携带和查阅方便。

它采用是将主视图、剖面图、节点详图、明细栏分多页布置，再装订成册的方法。

节点详图一般不单独布置成页，而是与相关的主视图、剖面图布置在一页。

通常情况下，一个一百吨左右的分段的A3幅面分段结构图纸可达十页以上。

在计算机绘图中，为了绘图方便，一般不将每张图纸保存为一个图形文件，而是将严一张大的图纸划分成若干大小相等的小的图纸，把主视图、剖面图以及与之相关的节点详图分别绘在这些小图纸上。

最后，按相同比例，将每张小的图纸打印出来。

通常，图纸的标题栏在第一页，技术说明在第二页，其它各页不设置标题栏，只标页码。

根据船和分段的大小不同，通常主视图的比例选用1:50,1:25,1:20等,节点详图的比例选用1:10,1:5等.这里需要指出的是，由于计算机绘图具有的缩放、复制等功能，为节省图纸空间，对节点构成简单的剖面图可以放大比例，与其它节点构成复杂的剖面图比例不同。

例如，某底部分段在#157肋骨位置有肋板布置，节点构成复杂，采用小比例；而#156、#158肋骨位置无肋板，节点构成简单，采用大比例。

如图2-5所示。

图2-5 采用不同比例的肋骨剖面及节点图
三、布置视图的位置
由于采用计算机绘图，所以图面布置不必十分精确，绘图过程中可以随时调整。

如果采用一张图纸布置，通常主视图布置在图纸的左上方或左下方,一般位置剖面图依次布置在主视图的下方或上方的相应位置(尽量按投影关系布置),肋位剖面图等布置在图纸中间;明细栏布置在标题栏上方,节点详图布置在其余空白的地方.
如果采用多张图纸布置，通常主视图布置在除了标题栏、技术说明以外的第一页图纸上，并在同一张图纸上布置相关的节点详图，其它各张图纸上依次布置各个剖面图以及相关的节点详图。

图2-6为平台视图及相关纵剖面图的布置。

图2-6平台视图及相关纵剖面图的布置
四、绘制视图
图形的绘制方法与中横剖面图和基本结构图的绘法相似. 一般先绘主视图,再绘剖面图,然后绘制节点图.主视图和剖面图的外形尺寸由型线图或肋骨型线图中取得,而节点详图中涉及的有关形状,可根据剖面图近似绘出.设置线型、线宽和标注尺寸的方法与中横剖面图和基本结构图的方法相同。

计算机绘图一定要充分利用图形编辑功能，下面看几个实际例子。

在图2-6的平台视图中，设置了“0-O”、“P-P”剖面，目的是为了表达该剖面上的几个加强肘板。

“0-O”、“P-P”剖面距离#159肋骨剖面很近，剖面形状与#159肋骨剖面也非常接近，所以绘制“0-O”、“P-P”剖面图可直接利用#159肋骨剖面图。

由于#159肋骨剖面为水密舱壁，而“0-O”、“P-P”剖面除了几个加强肘板外无其它横向构件，所以可使用COPY命令，选择#159肋骨剖面图上的纵向构件复制，再加上需要表达的加强肘板，就完成了“0-O”、“P-P”剖面图的绘制。

在使用COPY命令，选择#159肋骨剖面图上的纵向构件时，由于该剖面图上还有很多其它图形，使用一般的对象选择方式就很困难，这时，可使用对象特性管理命令PROPERTIES选择相同特性的对象。

因为在绘制剖面图时，对不同线宽的图形采用了设置不同图层或颜色等方法，而“0-O”、“P-P”
剖面需要选择#159肋骨剖面图上的纵向构件进行复制，这些纵向构件都带有线宽，因此使用对象特性管理命令PROPERTIES可以很方便地选择这些弹出如图4-14所示的对话框。

例如，我们在绘图时，将带有线宽的图形都设置为红色，则可以使用PROPERTIES命令选择。

使用PROPERTIES命令，弹出如图2-7所示的对话框，再选择该对话框右上角的快速选择按钮，又弹出如图2-8所示的对话框，从中选择颜色特性，再选择红色，即选中了所有纵向构件。

图2-7 对象特性管理对话框
图2-8 对象快速选择对话框
对有选择地复制的#159肋骨剖面图上的图形进行删除和添加后，即绘出了“0-O”、“P-P”剖面图。

与“0-O”、“P-P”剖面图相关的“23”、“24”、“25” 节点详图，可使用图形切断、复制、缩放等编辑命令，在剖面图上进行操作，再增加一些剖面图上没有的图形和进行部分尺寸标注，就完成了节点详图绘制。

整个剖面图和相关节点详图如图2-9所示。

图2-9 使用编辑命令绘制的剖面图和相关节点详图
五、标注件号、标注焊缝代号
件号的排列应齐整,件号,焊缝代号等的指引线应避免相交.可将被标注件号的图形对象创建成块，将标注的件号定义成属性。

这样，不仅可以方便地对定义成属性的件号进行编辑，还可以提取属性到文本文件中，或使之成为数据库中的记录项，供统计、查询等使用。

六、填写技术要求和标题栏
填写技术要求和标题栏采用文字标注命令。

如果采用大张图纸集中绘制分段结构图，则明细栏和标题栏一般布置在图纸的右下方，技术要求布置在图纸的右上方，要求明细栏自下而上按件号顺序逐一填写,如构件较多或标题栏上方空位不多, 可在标题栏左侧,以同样形式另辟一栏填写。

如果采用分页绘制分段结构图则通常在第一、二页填写标题栏和技术要求，零件明细栏另外单独编制成册.
七、分段结构图绘制实例
现以某29000T船舶245分段结构图绘制为例，介绍分段结构图绘制。

245分段为机舱甲板纵骨架式结构分段。

该分段结构图使用A3幅面，将主视图、剖面图、节点详图、明细栏分页布置，再装订成册。

根据主尺度（1740*9634*3200）主视图的比例选用1:100,,节点详图的比例选用1:10,1:5等.
分段结构图的线型有实线、虚线、点划线、双点划线，线宽有粗和细两种，生成名称为HIDDEN DASHED、CENTER、PHANTOM 的图层，将实线、虚线、点划线、双点划线分别绘制在0和HIDDEN DASHED、CENTER、PHANTOM图层上，将粗和细两种
线宽分别用红色和黑色绘制，这样便于图形编辑和图形输出。

1.绘制甲板平面图及局部剖视图
此甲板上开口为矩形，角隅为圆弧，可使用绘制矩形命令Rectang绘制，再使用图形编辑命令Fillet导出指定半径的圆弧。

纵骨为等间距，可使用阵列命令Array绘制，在开口处使用Trim命令修剪。

剖切位置符号和焊接符号使用尺寸标注中引出线命令Qleader标注。

绘制的甲板平面图及局部剖视图如图2-10所示。

图2-10 甲板平面图及局部剖视图
2.绘制纵剖面图
根据甲板平面图上标注的剖切位置和符号，绘制出如图2-11和2-12所示的纵剖面图和纵向局部剖视图。

图2-11 甲板纵剖面图
图2-12 甲板结纵向局部剖视图
3.绘制肋骨平面图
选择典型肋骨剖面，绘制出如图2-13和2-14所示的肋骨剖面图。

图2-13 甲板分段肋骨剖面图
图2-14 甲板分段肋骨剖面图
案例0 建立大型船舶分段船体结构三维模型
建立船体结构三维模型的通用软件有许多种，例如AUTOCAD、SOLIDWORK、SOLIDEGE等，本案例以广大船舶工程技术人员接触最多、最熟悉的AUTOCAD为工具，介绍基于通用软件的船体结构三维模型的建立方法。

已知某双层底分段由肋板、行材、内外底板构成，横、纵剖面、内外底板平面图如图0-0所示，肋板、行材厚度均为10，其它尺寸均在图中标出。

下面基于AutoCAD建立该分段三维模型，生成零件明细表，计算整个分段重量、重心。

图0-0 双层底分段三视图
一、船体结构零件三维模型的生成
船体结构零件通常可以分为板材和型材。

型材主要采用角纲、T型钢、球扁钢等截面类型。

尽管船体结构零件类型不同、形状各异，但绝大多数船体结构零件有一个共同之处，就是可以通过其某个方向截面的拉伸生成零件三维数字模型。

这种拉伸的路径如果是直线，则生成等截面的柱体，如果是曲线则生成等截面的非柱体，例如，矩形截面沿直线拉伸可以生成板材模型，各种型材截面沿肋骨型线样条曲线拉伸则生成各种肋骨。

绝大多数船体结构零件都可以采用截面拉伸这种方法生成零件三维数字模型。

目前大家经常使用的CAD软件都具有通过截面拉伸这种方法生成三维模型的功能。

其基本过程是，先将生成对象的截面定义成面域实体（面域的边界一定要完全闭合），再将面域沿着指定的路径拉伸成三维实体。

生成船体双层底分段结构零件如图0-1所示。

图0-1 三维双层底分段结构零件
二、确定零件的基准面、基准点
确定零件的基准面、基准点是将零件装配成船体结构模型的需要。

零件的基准面、基准点确定的合理，可以使得由零件构成结构模型变得简单、方便。

所谓零件的基准面就是XOY所在的平面，一般也是零件截面所在的平面。

生成截面就在这个平面上进行操作。

在模型空间中，零件的基准面可以根据零件的几何特征和空间位置选择和确定，方法是使用AUTOCAD系统提供的用户坐标系统UCS的功能。

对于平直板材通常将基准面设为与板材平行，曲面板材通常将基准面设为与板材曲面母线或直纹线方向正交，对于型材通常将基准面设为与型材长度方向垂直，如图0-2所示。

对于图2中的矩形平直板，如果单纯从长方体特征出发基准面设在板边截面和板平面上都可以，但是如果考虑其上面可能有开口的话，如人口、减轻口、通焊口等，就应该将基准面设置在板平面上。

所以图0-2中底板、肋板、桁材的坐标基准面都设置在了其板平面上。

图0-2 双层底分段零件坐标的基准面
零件基准点通常选择在零件边界的特殊位置，如在板材上确定装配构件一面的角点，型材上确定接触板材表面的角点，这样便于确定零件在结构中的位置。

使用CAD系统提供的用户坐标系统UCS操作的方法是从命令行输入UCS命令或从UCS工具栏中选择相应图标，工具栏中的图标相当于命令提示中的选择项。

输入命令后提示为：
输入选项[新建(N)/移动(M)/正交(G)/上一个(P)/恢复(R)/保存(S)/删除(D)/应用(A)/?/世界(W)] <世界>:
选择新建（N）后提示：
指定新UCS 的原点或[Z 轴(ZA)/三点(3)/对象(OB)/面(F)/视图(V)/X/Y/Z] <0,0,0>:
可见新建的坐标系相对原坐标系可以是平移、绕某坐标轴旋转、XOY与某对象的面重合或三点共面重合。

通过这些操作可以实现零件的生成和定位。

例如，当前坐标系XOY面为分段横剖面时，肋板扶强材截面在XOZ面上，这时需要使用UCS命令新建绕X轴旋转90度的坐标系，并将视图设置为新的当前坐标平面。

一些便于在空间直接定位的零件，可以根据零件基准点直接在零件的空间位置处生成三维实体零件，例如底板、行材等。

方法是首先确定分段的空间位置，例如将外底板内表面与XOY平面重合，XOZ平面与第一道肋板表面重合，YOZ平面与第一道行材表面重合。

至于坐标平面与零件重合在哪侧表面，则按船体理论线规定。

然后确定零件基准点在空间的位置，例如外底板角点坐标就应该是X为距第一道行材距离，Y为距第一道肋板距离，Z为零。

接下来以此基准点为基准点在相应的基准面上就可以生成所在空间位置处的零件。

那些不便于在空间直接定位的零件，可以先在其它地方生成三维实体零件，再在其所依附的零件上定位，共同组合成部件后再定位到应该定位的位置，例如各种扶强材、加强筋等。

对于有开口的零件，例如有人口、减轻口、通焊口等的肋板和桁材，要先将板材和开口在同一坐标平面上定义成面域，再利用系统的求差集的功能，求出板减去开口后的面域，最后根据板厚生成带有开口的三维板。

定义面域命令是REGION，可以从命令行输入，或从绘图菜单和工具栏中选。

注意定义面域对边界要求十分严格，要求边界线必须完全闭合。

所以，对那些边界线复杂的零件要格外注意。

求差集使用SUBTRACT命令，可以从命令行输入，或从绘图菜单和工具栏中选。

注意面域之间求差集要求面域必须在同一平面。

这些命令的使用过程，在此不一一介绍。

如果读者对AUTOCAD的使用不十分深入，请阅读系统帮助文件。

三、对零件定义相关属性后与零件一起定义成块
属性定义成块以后就具有了两点与用TEXT命令输入的字符不一样的功能：一是每次作为块插入时可以重新输入其值，二是可以提取到指定格式的文档中，例如EXEL文档中。

属性可以单独定义成块，也可以与其它图形对象（包括已经定义成块的）一起定义成块。

通常是定义了与零件相关的属性后，再与该零件一起定义成块。

当分段结构中所有零件都与其相关属性共同定义成块后，利用AUTOCAD的属性提取功能就能提取出这些块的属性，就可以得到所有零件的属性。

如果零件的属性是零件的名称、
尺寸、材料、质量、质心等内容，提取所有零件属性就得到了分段零件明细表。

这对于船体生产设计是非常有意义的。

定义属性前，可以先查询零件实体的质量特性，将其中的质量、质心等信息输入到属性定义中，也可以将零件实体的质量特性输出到指定文件，然后在定义块时建立与该文件的超链接。

在编辑块时可以打开超链接文件。

一般情况下不需要建立零件实体质量特性输出文件的超链接，只有在某些特殊情况下才建立，如零件信息比较多或涉及分段定位基准的零件，在属性表中难于表达的情况下。

查询零件实体的质量特性的方法是使用Massprop命令，或从下拉菜单工具中选择查询再选择下一级面域/质量特性项，系统将提示选择查询对象，选择后在文本窗口中显示查询结果，并要求回答是否将结果输出到指定文件。

例如图3中的肋板，查询结果如下：
重量KN: 0.089。

重心MM: X: 499.5249，Y: 499.9915，Z: 5.0000。

四、根据结构特点将部分零件装配成为部件
与实际分段装配类似，生成分段数字模型在许多情况下也需要先将零件装配成部件，再装配成分段结构，这样能够更方便。

例如双层底分段中的肋板与其上的扶强材先一起定义成部件，再作为一个整体进行装配、复制，要比单独作为零件处理方便得多。

还有桁材等也可以与其上的扶强材先一起定义成部件。

系统生成的三维肋板和桁材部件如图0-3所示。

图0-3 肋板和桁材部件
由于我们通常已经先将零件定义成了块，所以定义部件就是定义包含零件块的嵌套块，这在AUTOCAD系统是允许的。

装配生成分段结构三维模型装配顺序一般是从下向上，先板材后骨材，部件作为整体装配，如图0-4示。

构成分段结构三维模型零件有两种情况：
图0-4 分段结构三维模型的生成
一种是如前所述根据零件的空间位置，由零件的基准面、基准点直接在相应位置生成。

这一过程中要注意利用用户坐标系和视图功能。

二是将先前在其它位置定义的块（包括部件块）插入到相应位置装配成分段结构三维模型。

这一过程中要注意利用块的插入功能。

块插入时可以重新指定X、Y、Z方向比例、绕Z轴旋转角度和重新输入插入块的属性值。

五、提取船体结构零件三维数字模型属性
分段零件明细表是船体生产设计阶段应完成的重要设计表，它汇总、统计零件数量、尺寸、质量、质心等重要信息。

手工或二维模式进行生产设计时，表中的信息多数是依靠手工完成的，效率底，容易出错。

建立了零件三维数字模型后，可以先通过查询得到零件的最大外形尺寸、基点坐标、质量、质心等重要信息，复制到文件中，然后在零件属性定义时输入这些信息。

分段零件明细表可以从复制的文件直接得到，也可以通过提取零件属性得到，后者更方便，特别是当零件被插入到其他图形中时，这种方式就显得必不可少。

表1给出了双层底中部分段明细表，表中重心为相对于零件本身基准点。

表0-1
块名计数尺寸(mm) 重量
KN
XOY平
面
基准点质心X m 质心Y m 质心Z m
外底板 1 10*4000*6400 2.509 上表面角点 2.0 3.2 -0.005
肋板16 10*1000*10000 1.428 向尾表
面
角点0.4995 0.4999 0.0
桁材扶强
材6 10*40*80*6400 0.414
桁材表
面
腹板角
点
3.2 -0.00117 0.00533
桁材 3 10*1000*6400 1.882 左侧表
面
角点 3.2 0.4995 0.005
六、建立一体化分段结构三维实体模型和进行相关操作
在上述工作基础上，建立起一体化的整个分段结构三维实体模型，可以进行整体质量特性查询等相关操作，快捷准确地得到整个分段的质量、质心等生产设计所需的重要信息。

1、分解
前述由单个零件查询质量、质心信息，连同零件尺寸等一起定义到属性中，再提取到指定格式文件中进行汇总、计算，求出整个分段质量、质心的方法，从掌握每个零件的质量、质心、尺寸等信息的角度讲是非常必要的。

但是用这种方法求整个分段的质量、质心就显得很繁琐和效率低下。

如果我们能够将整个分段结构合并为一个整体，就可以直接查询出整个分段的质量、质心等重要信息。

实践上这是完全可行的。

方法是对所有块进行分解，使结构成为全部由实体构成的模型。

然后利用CAD系统提供的实体并集功能，将结构的所有实体合并为一个实体，再利用实体质量特性查询功能，得到整个结构的重量、重心坐标。

分解过程要十分注意分解对象的选择方法。

由于定义部件类型块时一般要包含嵌套块，所以一次不能分解完成，需要再次选择块对象。

而分解了一次后，对象中往往就包含了许多实体对象。

由于分解命令不仅可以将块分解成构成块的对象或下一级块，而且能分解实体等对象，假如要全部选择了分段结构的所有对象进行分解，其中不是块的实体对象也会被分解，接下来就不能合并成包含所有零件的分段结构实体，所以一定要使用对象选择过滤器选择对象，只选择没有被分解的块进行分解。

方法是使用QSELECT命令弹出过滤选择对象对话框。

从选择对象类型列表中选择块参照，特性中选择名称，运算符中选择全部。

这样就把所有没有分解的块都选中了。

2、干涉检查
在整个结构零件都被分解为独立实体的情况下，可以进行实体之间的干涉检查，既检查实体之间有没有共占同一空间的不正确的位置关系。

干涉检查使用INTERFERE命令。

通过干涉检查，如果发现实体之间有共占同一空间的不正确的位置关系，系统会提示并将一对干涉的实体亮显。

这就需要我们对实体之间不正确的位置关系进行修改，直至正确为止。

3、合并
合并整个结构三维实体零件使用UNION命令。

输入命令后系统会提示选中了多少个对象，这时要注意认真核对整个结构三维实体零件的数量，确认选中了全部零件。

4、查询
以本文中所举双层底分段为例，设坐标原点在外底板上表面向尾左舷角点处，XOY平面与外底板上表面重合，X轴为船宽方向，移动分段至上述位置，则查询结果如下：
重量KN: 9.976。

重心MM: X: 2001.9544，Y: 3201.9935，Z: 493.7322
分段质量与使用明细表统计计算的结果比较，数值基本相同。

七、利用三维实体的视图功能，生成所需视图
手工或二维模式进行生产设计时，分段各个方向的视图和各个位置的剖面图是手工绘制的，而在建立了船体结构三维数字模型后，可以自动生成这些视图。

当然生成的视图还需要根据船体制图规定对图形的线型、线宽、颜色等特性进行适当的配制和处理。

图0-5为由三维模型自动生成的分段结构视图。