HDSHM系统船体型线光顺应用经验

刘凌云

（山东百步亭船业有限公司，山东荣成 264317）

HDSHM系统船体型线光顺应用经验

刘凌云

（山东百步亭船业有限公司，山东荣成 264317）

文章介绍了山东百步亭船业公司使用HDSHM船体建造系统型线光顺模块代替实尺样台用于拖网、围网、灯光钓和冷藏运输等多种渔船船型的建造。文章以已交付使用的58 m艉滑道拖网渔船在生产设计中积累的型线光顺的操作经验为例，列举了光顺的原理、顺序及方法，重点是单根型线光顺的判别和光顺的方法，以及站线光顺后肋骨线的光顺处理方法，并说明了在光顺操作过程中的注意事项及解决思路。这些操作经验的应用提高了工作效率，也保证了光顺的质量要求，缩短了生产设计的周期，也使得从开工、下料、预制到组装的生产准备周期进一步缩短。

型线光顺；HDSHM系统；经验；渔船

0 引言

HD-SHM2000是沪东船厂计算机研究所基于本厂的生产实际开发的船体建造系统软件，获得了国内几十家主流船厂和科研院校的青睐。山东百步亭船业公司（下称“公司”）也在1998年引进并一直使用这套软件开展工作。

早先引进的是该软件的“DOS AutoCAD R14版”，后来系统升级到了“WINDOWS 7 Auto CAD 2005版”，程序逐渐更新也使得软件版本在不断地更新改进，公司也已经取消了实尺放样，全面开展了微机数字放样、船壳外板展开、结构件编程、微机交互套料、样板制作、胎架建造、生成数切零件程序以及余料管理等船体生产设计需要的所有功能。本软件有型线光顺、结构和外板三大模块，型线光顺是其中最重要的一个，也是一个需要有丰富实践经验来操作的模块[1]。

1 船体型线三向光顺

为了更好地说明型线光顺的使用经验，下面以公司设计开发并建造的入选2013年山东省渔业船舶标准化船型的58 m艉滑道拖网渔船作为实例进行介绍。该渔船是该厂前期建造的最大吨位的单拖远洋渔船，其性能要求高、设备繁多、建造难度大。

该船有关技术参数如下：

总长Loa=58.58 m；设计水线长LWL=54.13 m；垂线间长Lpp=50.00 m；型宽B=9.80 m；型深D=5.20 m；设计吃水T=4.30 m；型排水量Δ=1 551 t；方形系数Cb=0.705；棱形系数 Cp=0.756；舯横剖面系数Cm=0.926；水线面系数Cwp=0.89；浮心纵向坐标：Xb=−0.466 m；设计航速12.5 kn；纵倾1.00 m。

船壳型表面是一个三向曲度都光顺的曲面，所以各位置的直剖线及斜剖线也应当光顺。但是，由于测量原始图纸的误差或者输入原始数据的差错都有可能造成误差和型线的不光顺。所以一般手工输入型值所生成的曲线并不是一个满足要求的光顺曲线，还需要进一步修正，这个修正的过程称为船体型线的三向光顺[2]，包括了型线是否光顺的辨别和不光顺的修正。

船体型线包含多种曲线，如站线、水线、纵剖线、轮廓线、龙骨线、甲板线、舷顶线、肋骨线等，光顺时只能逐根地对某根型线进行修正。单根型线的光顺修正分成两种，站线三向交互光顺和肋骨线三向交互光顺。一般先进行修正站线，再进行修正肋骨线。

2 光顺的数学原理

在型线三向光顺系统中，型线型值点光顺采用圆率法。这种方法可直观地进行光顺辨别和修正，且不必像其它的型线光顺一样，先对型值点拟合成一段曲线，再对型值点进行光顺辨别和修正。

型值点的圆率是指任意相连三个点组成的中间这个点的圆率。相连三个点的圆率，其绝对值等于这三个点组成的圆的半径的倒数。它的方向按照逆时针正、顺时针负的原则。因此逐个对型值点算出圆率就能得到各点的圆率排列。这些圆率排列的方向标明了型线的弯曲走向，它的绝对值大小则标明了型线的弯曲大小，且圆率排列相连两点的一次差值的方向和大小标明了型线相邻两点的弯曲走向的趋势，同样也标明了此根型线光顺与否。因而采用观察圆率和圆率一次差值就能直观地将各点光顺与否辨别出来[3]。

系统的操作方法为：先对型值点算出圆率和圆率一次差值，再按圆率、圆率一次差值方向及大小自主辨别光顺程度。一般圆率方向没有持续性变化，就判断满足了粗光顺；如果一次差值方向也没有持续性变化，就判断满足了精光顺。

2.1 光顺的顺序

和手工地面1∶1放样方法一样，进行修正三向光顺时，也要先光顺横剖线，然后是水线，最后光顺纵剖线。因为船舶型线必须三向都要光顺，而仅仅修正某根剖线不可能达到三向光顺，所以在生产设计中要以考虑全面、保证性能、三向统一、提高效率为原则。

修正时，只要在某一个剖面线改动某一个型值点，则其它的两个剖面线的对应点也同时连动，可直观地判断修正效果。

2.2 光顺的方法

与手工地面放样一样，若某点出现坏点时则将此点的压铁提起，让压条自主走弯变向，再将压铁放下，那么这个点就自然弯曲而将坏点消除掉了。同样在系统操作时，若一个点是坏点，也是先将此点解除，使此点的线条能自然弯曲，再进行插值法将新改动的点反映到其它两个剖面上，因而得到的新型值点当然光顺。但是，在实际操作时，一般不会立即把此点删去。先观察一下此点在另外两个剖面上的光顺情况，如果删去此点对另两个剖面的光顺调整有利（即修改的数值大小和修改的范围大小），则可直接删去，再插值新点；否则需要重新判断并采取如下方法：如果型线某个型值点出现凹凸的情况，仅修改自身这点的型值恐怕也不能将型线修正光顺，只能修改自身这点的前后一点或两点的型值才有可能修正光顺。因而在正常光顺修正时，第一步要找到坏点，然后判断坏点前两点、坏点前一点、坏点和坏点后一点、坏点后两点共五个点的型值，观察这五点中修改哪个点可以最快地达到光顺效果，改动数值小且修改范围也小，就取这一点作为修改点。最大可能是再修改其前或其后的一个点就能满足这段型线的光顺任务。

3 单根型线的光顺方法

操作系统进行型线光顺和地面人工光顺同样复杂，在手工放样中判断曲线是否光顺需要依靠放样人员的经验。在操作系统放样中是否光顺能通过圆率变向来进行辨别，但是光顺的过程还要依靠经验，有经验的人可以在较短的时间内光顺完成且质量很好，但经验不足的人可能不仅所需时间成倍增加，而且完成质量很可能出现问题[4]。如果型线光顺质量有问题却不能在数切下料前及时发现并改正，那么等到下料结束零件小组立中组立后在上胎时才发现就为时已晚，会造成材料的浪费及工期的延迟。这就是为什么软件只是一个工具，需要人来使用。对于经验不足的人来说，再好的工具也不能物尽其用。就像以前画机械制图时用铅笔、绘图板及白版纸一样，现在用计算机画图，工具变了但制图方法及标准不变，只是所需时间和人工减少了。以58 m艉滑道拖网渔船为例，如果用手工放样光顺完成需要两个人1个月的时间，而采用数学放样光顺只需要1个人15天的时间就可以完成。

3.1 光顺的判别

在型线光顺操作的过程中，辨别型线是否光顺非常重要。前面论述了单根型线的光顺辨别方法，需要辨别有没有坏点和曲率变向是否合理，但也不是很直观。现以58 m渔船#7站线为例来直观地判断是否光顺，情形如图1所示。

图1中，站线型线在其自身垂直的方向上出现了较多的长度不一的小线段，俗称为“曲率线”，实际上反映了这个型值点的圆率的大小，曲率线长就表示圆率大，曲率线短就表示圆率小，无曲率线就表示直线。

根据上述型线辨别方法，如果出现曲率方向发生了持续性的变向那就是出现了坏点，需要逐根地研究“曲率线”的方向及大小，来分析此段曲线有没有坏点，否则就容易遗漏不光顺点而造成返工操作。

但是，没有明显坏点还不能认为此段曲线已光顺完成了，还需要继续观察曲率线变化是否合理而均匀。这样就可以通过直观地观察曲率线长度的变化来判断曲线是否光顺。从图1可以看出，第9纵剖线的点曲率线最长，与第7纵剖线的点的曲率线不是合理过渡，可判断出第7纵剖线和第9纵剖线之间的型线是不光顺的。

3.2 光顺的方法

光顺的过程就是对坏点修正的过程。在实际操作中，有时候出现拐点的现象很明显，通过观察就能辨别出不光顺，这时可以先行检查型值输入是否出现错误，因而导致了局部线段出现坏点[5]。

以图1为例，如果输入的型值没有错误，那就需要调整这两条纵剖线之间的水线各点，有时还可以加一个控制点、修改这个控制点类型、或者删除某个型值点等，可以调整水线各点使半宽增大、纵线点高度降低（但修改幅度不能大于±5%），型线走弯变向自然了就会变得自然光顺。现在的光顺只是粗光顺，还需要操作其达到精光顺要求。这样调整的结果是船型也修“肥”了，那么船型该修“肥”还是该修“瘦”，要根据本船的作业方式、鱼舱布置及设计经验来决定。所以，曲线的光顺是一个需要经验的工作，是否光顺还需要在实践操作的过程中不断积累经验[6]。

以58 m渔船型线图为例，光顺后的船体型线如图2所示。

4 肋骨型线光顺

一般情况下，当原始型线（站线型值）修正光顺后，就可以得到肋骨线了，肋骨线型值是通过对站线横剖线的插值得来的。随后就需要进行肋骨线的光顺。但是，如果先前站线光顺阶段没有达到光顺良好的结果，则生成的肋骨线自然不会光顺良好，这就意味着会出现较大范围不光顺的问题，也不可避免地需要修改肋骨线型值才能达到光顺。关键问题是肋骨线的光顺不是三向光顺，而是只有在横剖面能看见每一根肋骨线的光顺修改情况，在另外两个剖面看不见肋骨线的修改情况。所以单单把横剖面上的肋骨线调整光顺了而其余两个剖面没有建立三向联动回馈，这样是看不出来修改的型值对另外两个剖面的影响，也无法确定另外两个剖面是否光顺，这样光顺出来的肋骨线是不能用于实际生产的，因此必须对它进行光顺处理以满足肋骨型线的三向光顺。

对于这个问题，还可以将不光顺的地方、曲率变化较大的肋骨型线转换成站线型线重新进行型线的三向光顺操作，这样光顺好的型线结果一般会令人满意。对于中小型船舶来说，特别是没有平行舯体的船舶如带有纵倾的渔船来说，为了避免出现上面提到的反复转换站线的情况，有一个比较好的处理方法。型线光顺完成后，将所有肋骨线作为站线插值到型线当中，相当于半艘船有30根或50根甚至更多站线。这样就相当于所有肋骨线也能参与到三向光顺中了，虽然型线光顺的工作量大了，但随后在肋骨线光顺时就很简单，整个工作周期能节省一半时间，而且光顺结果令人满意。

其实，本质上肋骨线和站线一样都是横向剖线，也就是加密的站线。所以将肋骨线作为站线来处理是完全可以的。将肋骨线转换成站线以后，所进行的光顺操作与前面的型线的光顺操作也是相同的。

完整生成的肋骨线出现在横剖面图中，拼接完成后如图3所示。

5 结论

不同的人对型线系统的操作方法可能不尽相同，其操作方法可以根据船舶类型不同和个人习惯不同而变化。基于本系统的操作有很大的灵活性，所以多进行实践练习就可以熟能生巧。本文介绍了多年使用并成功建造各类船型的光顺操作方法及应用经验，希望能给其他船厂有所借鉴，也希望在船舶建造的技术设计和实际生产中能将本系统发挥出更大的作用。

[1] 上海市造船局编写组. 船体放样[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 1978.

[2] 徐兆康. 船舶建造工艺学[M]. 北京: 人民交通出版社, 2000.

[3] 陆剑华. HD-SHM2000船体建造系统船体线型光顺系统数据说明书[R]. 沪东造船厂计算机技术研究所, 2000.

[4] 王世连, 刘寅东. 船舶设计原理[M]. 大连: 大连理工大学出版社, 2000.

[5] 黄浩. 船体工艺手册[M]. 北京: 国防工业出版社, 2013.

[6] 盛振邦, 刘应中. 船舶原理[M]. 上海: 上海交通大学出版社, 2003.

Hull Line Smoothing Application Experience of HDSHM System

Liu Lingyun

(Shandong Baibuting Shipbuilding Co., Ltd., Shandong Rongcheng 264317, China)

The article introduces Shandong Baibuting Shipbuilding Co., Ltd. using the line smoothing module of HDSHM hull construction system instead of the real platform units for the construction of a variety of fish vessels such as the trawl, seine, fishing lights, refrigeration and transportation. The paper takes the experience of line smoothing accumulating in the production and design of the delivered stern skid way trawler of 58 m as an example. The paper introduces the smoothing principle, the order and the method, focusing on discrimination and smoothing method of single line smoothing and frame smoothing treatment method after the station line smoothing, and describes operation precautions and solutions in the process of smoothing. The application experience improves work efficiency and also ensures the smoothing quality requirement, shortening the product design cycle, also furtherly shortening the production preparation cycle from the start, cutting, pre-assembled to assembly.

line smoothing; HDSHM system; experience; fishing vessel

U671.2

A< class="emphasis_bold">DOI：1

10.14141/j.31-1981.2017.02.006

刘凌云（1975—），男，工程师，研究方向：计算机辅助船体设计。