船舶计算机辅助设计1

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具备了传统的经验设计方法能力,同时具有现代的一切设计方 法和能力(最优化设计,有限元分析和各种数值计算)都可以 程序模块的形式存储起来,以便使CAD系统在执行过程中使用。
计算与绘图可以交互进行。三视图,透视图,剖面图等可让设 计者确认。
计算结果和图形数据以及设计模型可存储调用。
对各方案进行各种特性分析,指标,性能…各设计变量的灵敏 度分析
船舶计算机辅助设计
第一章 船舶计算机辅助设计系统的总体概念 第一节 概述
设计软件
CAD
CAE
CAM
CAD
CAD— Computer Aided Design(计算机辅助设计)
即 人——机器 最好的结合 将人和机器混合编在解题专业组中的一种技术,从 而使人和机器的最好特性联系起来。
人的最好特性: 具有逻辑推理、判断、图形识别、学习、联想思维、表达
(1)Shape Generator(船体外形生成模块)
在船体外形生成模块中,用户可以创建真正的3D船体模型,利 用专门工具将每条型线的数据输入到AutoCAD中,成为Polyline。 结合加强了的Polyline工具、 Block工具以及 MasterShip 的几何 数据GMA 文件编辑操作,可以实现真正2D的全自动光顺和3D光顺船 体模型的生成,而这种光顺完全是建立在生产基础上的,所以之后 基于 MasterShip的详细设计完全可以不必重新返工就连接到后续 的生产设计。
(6)船舶电力系统
(7)船舶动力系统
(8)船舶螺旋桨设计与加工系统 (9)船舶轴系系统
3、MasterShip(荷兰)软件简介
荷兰的 MasterShip 公司注册成立于1986年,成立 不久便推出了基于当时最早 AutoCAD 版本的MasterShip 软件,该软件发展到现在已成为欧洲知名的船舶 CAD/CAM 软件之一。 MasterShip 软件是以 Ship 作为 命令前缀的AutoCAD二次开发的船舶详细设计、生产设计 专用软件,覆盖详细设计、放样、生产设计的全部过程, 该软件分为以下四大模块。
计算机辅助设计系统组成
计算机辅助设计 系统
软件系统
硬件系统
系统软件 操编 作译 系系 统统
应用软件
图形处理 软件
模拟仿真 软件
计算机网 络工程软

工程分析 和计算软

数据库管 理系统
文档制作 软件
图形显示 器
绘图仪、 打印机、
硬盘
鼠标、键 盘
移动存储 设备
计算机主 机
软盘、光 盘
扫描仪
CAE
CAE— Computer Aided Engineering(计算机辅助工程)
第二节 船舶CAD系统的算、绘图和图形显示、 数据库 三方面的功能搭配而成。
数值计算:各种计算方法和程式的计算 绘图和图形显示:布置、型线、结构图样、
施工 …. 数据库:是CAD的核心部分。提取,补充,
查询 ……
二、船舶CAD的内容:
完备的CAD工程系统,包含着从船舶设计到生产的全部内容。
此模块是估算机动船舶阻力和有效功率的计算程序。 HULLSPEED 通过自动量取MAXSURF模型中所选择的测量实体, 测得计算阻力所需的各种性能参数,同时提供给设计者多种可 以选择的船体浮态、理论计算方法、推进系统效率、航速、船 壳粗糙度、水特性、空气、附体阻力等参数,设计者可根据具 体情况对这些参数进行调整,使计算结果更加准确可控。
(2)Parts Generator (船体部件生成模块)
船体部件生成模块直接调用MasterShip 强大的 内部构件参数化模板库,直接将开孔、结构件、样板 等工作一气呵成。全船的外板展开图、外板零件展开 图也都是在这个模块里面实现的, MasterShip 可以 基于3D模型做任意类型的展开。这个模块的另一项功 能是将所有的结构部件和外板展开零件转化成 MasterShip的零件,赋予材质等信息,进入数据库的 管理。值得一提的是,该零件自动转化的功能可以直 接将AutoCAD绘制的结构图转化为零件,并且可以自 动闭合边缘。
⑵详细设计阶段
型线设计,船舶静力学计算,推进性能计算,船模 试验池结果分析,船舯剖面图结构设计,重量计算,电 力照明计算,舵设计,空调设计,下水计算,管系设计, 总纵强度计算,结构分析,船舶运动分析,统计预报计 算,实船试验结果分析。
⑶施工设计阶段
零件编程,零件套料,外板展开,肋骨弯曲,弯 管,板材成型…。
计算机的特性: 高速度、高精度、存储量大、不疲劳、不忘记、不出错、 快速传递、显示数据、曲线和图形。
通过“人机交互技术”取长补短
交互 (Interaction) : 人和计算机之间直接和连 续的信息交流。 系统(System):若干相同或相关的事物按一定 秩序和内部联系组合而成的整体。
组成系统的事物间不是简单、机械地重复。 必须按一定规律有机地组合成一个完美整体:每个 组成部分可以是一个简单事物,也可以是一个较小 的简单系统
• 国内的系统:
多用途干货船初步设计集成系统 油船初步设计集成系统 内河船CAD系统 HCS系统 CASIS系统
1、TRIBON(瑞典)系统简介
TRIBON是一套专门为满足造船和近海工程特殊需 要而开发的设计和信息系统。它支持造船的全过程, 确保高效率生产,并能处理从船舶概念设计到交船整 个过程所需要的全部信息。现有260多家造船企业和 船舶设计公司依赖于TRIBON信息系统。
三、船舶CAD的特征:
CAD具备以下特征: ① 具有强有力的支撑数据库 ② 具有丰富的程序库 ③ 具有面向问题的语言——造船专用操 作系统 ④ 可靠的硬件系统 ⑤ 较好的扩展,连网,更新的适应性
四、船舶CAD系统的任务与主要模块
1、主要任务
设计阶段:
①报价和初步设计阶段 ②详细设计阶段 ③施工设计阶段。
⑴ 报价和初步设计阶段
以船东提出的要求为依据进行可靠性研究 (如船的类型,用途,航区,载重量,航速,绕 航力,船的主尺度等) 。初步设计、确定拟造 船初步的所有基本数据,包括主尺度,功率要求, 舱容,船体各组成部分的重量以及满足这些要求 的估算成本。同时要编制说明书,绘制总布置图, 主要设备布置图,编制船体,轮机与电气部分的 主要设计清单,估算船舶报价。
3.国内外典型船舶CAD/CAM集成系统
• 各国争相研制
• 集成系统首先从CAM方面开发,再向CAD方面 延拓
• 较为著名的系统:
TRIBON(瑞典) FORAN(西班牙) SPADES(美国)
MAXSURF(澳大利亚) CADDS 5 (美国)
BRITSHIPS 和 GODOESS(英国)
HICAS 和 SHIPS(日本) MasterShip(荷兰)
(7)TRIBON PIM 核心信息数据库模块
TRIBON PIM 核心信息数据库模块是船舶设计、 计划、施工和物料定义的核心信息数据库,所有与在 建船舶相关的数据都由此模块来组织和处理,能够满 足同时进行多项施工和加工的需要。设计师、计划员、 物料管理员和生产人员都可将此模块作为他们数据中 心和自始至终的数据源。
TRIBON M3 的主要模块及功能介绍:
(1)合同设计模块
合同设计模块围绕规格书、设备选型、舾装、船 体,从各种不同的设计方案做出最佳选择,将报价时 所使用的设计信息直接应用到后续设计中,无需重新 进行设计,充分展示在造船方面的技术力量和丰富经 验。
(2)基本设计模块
基本设计模块有效地支持基本设计阶段的工作, 对船舶主要设备的选型、总体布置、系统设计、舱室 布置和结构设计后,即可交给船东和船级社做最后认 可。尤其对分包公司承包部分或全部设计,能提供更 方便的功能。
3)结构设计分析模块 对结构形式,构造布局及结构的强度进行
分析和优化。 是船舶设计中非常复杂的问题,它一般大型
结构有限元分析作为基础再辅以优化方法来进行。 主要基础是固体力学的内容。
4)其他模块: ①静力学:稳性,抗沉性 ②航速计算,螺旋桨设计 ③耐波性计算,操纵性预报 ④管系布置,电路设计等。 各部信息互相传递和制约
2. 船舶CAD系统的主要模块
1)型线设计模块
型线自动生成和光顺(母型船改造法、数 学船型法)
此模块以数学方法为基础
2)总布置模块
对船舶舱容,上层建筑,通道以及主要设 备装置,系统等进行全面规划和布局。
总布置设计中的特点:
① 大量逻辑运算代替数值计算 ② 图形处理成分大,对机器硬件要求高 ③ 要求有大量的数据库和图形库支持 ④ 人机信息交流交互进行
(1)MAXSURF(动态三维船体模型生成模块) 此模块是MAXSURF软件包的核心部分。MAXSURF模
块包括一整套用一个或多个真正的三维 NURBS曲面 (而非二维NURBS曲线),进行三维船体建模的工具, 可使船舶设计师快速、精确地设计并优化出各种船舶 的主船体、上层建筑和附体型线。
(2)HULLSPEED(船舶阻力及有效功率计算模块)
用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚 度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、 弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设 计等问题的一种近似数值分析方法。
按研究对象分为:静态结构分析,动态分析; 按研究问题分为:线性问题,非线性问题
常用CAE软件
Ansys: 经典的CAE软件,国内应用最广,客户成熟度最高,尤 其是在高校科研领域。
(3)NC Generator (数据切割代码生成模块)
在这个模块中,用户可以使用具有选择性的工具选择某 种材料、某个分段、某个厚度的一批零件,建立板件进行套 料。后续的套料、切割路线的生成和优化、切割线的优化以 及最终适合用户的CNC代码的生成都是一体化的快捷操作。
(4)数据管理模块
此模块是以外部数据库的形式存储的,如材料、厚度, 以及指定部件的数量等等的重要数据信息。另外一些诸如 质量之类的外部数据将由软件自动计算后加入该数据库, 在AutoCAD中用户可以随时调用部件信息和查看报告,以及 计算诸如重心等性能参数。
(5)装配(船体和舾装)模块
装配(船体和舾装)模块支持完整的装配定义,可以 更早更完整地开展予舾装,以多种方式支持装配工作; 提供高度精确的高效焊接信息,自动生成装配图和指 导文件;采用自动化生产机器人接口技术为装配工序 输出特定的生产数据。
(6)生产计划和工程执行模块
生产计划和工程执行模块对设计数据进行有序管 理,可以与传统的计划系统一同使用,并成为传统系 统的信息提供源;通过各种API,可将生产信息传递 到计划和资源管理系统中;对物料采购的早期信息和 后续改进严格控制,降低成本。
(3)详细设计模块
详细设计模块将设计反映到生产信息中去,为设 计师提供并行设计的便利,使他们能同时分别制作详 细分仓布置图,定义设备系统,并进行钢结构构件细 节的设计。
(4)零件加工模块
零件加工模块具有促进精确施工的实用功能,所 生成的各种零件的生产信息均具有很高的标准,可以 向生产设备提供相应的专门信息,并将控制信息输出 到加工工作的机器设备中。
ADINA:具有强大的非线性功能,全球唯一能做直接流固耦合 的软件,最为可靠地CAE软件
Abaqus:强大的非线性复杂动态问题求解器
NASTRAN:线性问题求解器
CAM
CAM— Computer Aided Manufacturing(计算机辅助制造)
利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程。它输入信息 是零件的工艺路线和工艺内容,输出信息是加工时的运动轨迹和 数控程序。
MasterShip软件优势在于AutoCAD良好的使用平台、 强大的数据库基础,将生产技术设计与实际生产完全联系 起来,大幅度节省成本和时间。
4、MAXSURF(澳大利亚)软件简介
MAXSURF 软 件 是 由 澳 大 利 亚 Fomation Design Systems 公司为船舶设计和建造者开发的,是适用于 各种船舶设计、分析和建造的一套非常完整的计算机 辅助船舶设计和建造软件, MAXSURF 软件目前在全 球已拥有1000多位船舶设计和建造用户,在各种船舶 设计和建造领域都得到了非常普遍的应用。 MAXSURF 软件系统包括以下几个模块。
2、CASIS 系统简介
这是我国原中船总公司在20世纪80年代中期组织 研制的计算机辅助造船集成系统,是全国计算机应用 的重要项目。该系统共包括12个子系统。
(1)船舶报价系统 (10)船舶完工交船计算系
(2)船舶初步设计系统

(3)船舶结构设计系统 (11)造船工业管理系统 (4)船体建造系统 (12)造船情报检索系统 (5)船舶管系系统
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