船体结构设计课程模块项目化教学研究与实践

2018-11-18杜友威田玉芹周新院

船舶职业教育 2018年5期

杜友威，田玉芹，周新院

（青岛黄海学院，山东青岛266427）

0 引言

船舶结构设计课程在船舶工程技术专业核心能力培养中占有非常重要的地位。该课程涉及知识面广且工程实际结合度高。如果在讲解的过程中以软件功能模块为核心授课，那么学生只能学会操作命令，缺乏主动思考的能力，在真正遇到工程实际问题时，所学的知识往往不能学以致用[1]。因此，引进项目化教学十分必要。项目化教学即以实际工程项目为主线，以学生为中心，通过教师引导进行教学的教学方法。

通过对部分船舶类高校走访、调研，发现绝大多数船舶类院校相继引进了SPD系统，开设相应的课程，且基本依照沪东培训说明书的内容，按照参数初始化、平面板架、曲面板架及肘板建模、船体图纸报表的处理和输出等功能性模块进行教学，且仅限于指导学生进行简单的建模和出图的基本操作。这种教学模式直接导致学生缺乏学习的积极性和主动性。因此，需要通过项目驱动的形式，按照船体的结构区域进行分析和讲解，并分组对结构区域计算、出图，提高学生学习的积极性和教学效果[2]。

基于船舶设计公司的工作模式，课程完全从生产设计实践的角度出发，结合学生的实际情况，将船舶设计的流程分成具体的工程项目，按每一个项目的要求分配工作任务。

以某一实船的某部分的几个典型分段为例，每一个分段即为一个工程项目，讲解的过程完全按照项目实施过程进行。具体教学中，首先学习一些实例模型以提高学生的学习兴趣，将分段设计应该考虑的内容和规定进行讲解，从规范选择、材质确定、型材选择到尺寸计算，完全按照实际设计生产过程进行。这种教学中“以项目为核心”的理念，能强化学生使用软件处理实际问题的能力。

1 项目化教学过程实施

该项目采用65 000DWT散货船作为研究对象，结合《钢质海船入级规范》，对该船进行规范计算，通过规范计算结果确定各外板的最小厚度及型材的最小截面模数，从而确定各外板和结构的尺寸和形式[3]。该项目过程划分成五大环节共计64学时，即船体结构设计基础（8学时）；数据的收集和准备（2学时）；总段结构划分（2学时）；结构规范计算（24学时）；分段结构设计（28学时）。

1.1 船体结构设计基础

首先，讲解结构设计的要求，如安全性、工艺性和经济性等，在满足船舶总体设计要求的情况下，解决船体结构的形式、构件的尺度与连接等设计问题，保证船体具有恰当的强度和良好的技术经济性能。其次，进行结构设计方法讲解，主要采用规范设计法，即根据船舶主尺度和结构形式，及各种营运、施工要求，按船级社制定的船舶建造规范的有关规定，决定构件的布置与尺度，再进行强度和结构稳定性等校核。最后，介绍船体结构设计的一般规定，及确定船舶所在的航区、用途、材料、骨架类型和结构布置的一般原则和规定等内容。

1.2 数据的收集和准备

收集所要研究的船舶的主尺度和船型参数，包括船长、型宽、型深、吃水等。另外，还需要绘制该船的型线图，导出该船的型值文件，包括肋骨型线、纵骨型线和水线，这些数据是进行船体结构规范计算和结构设计的基础。该项目采用的65 000 DWT散货船主尺度及主尺度系数如表1所示。

表1 散货船主尺度及主尺度系数

1.3 总段结构划分

根据船体分段划分图设计规范，对货舱总段进行划分，确定分段的数量及位置，此时要充分考虑结构特点与强度、工艺和施工条件、生产计划和劳动量、起重运输能力以及各分段的长度和划分部位要求。教师可以对学生强调分段划分的原则和一般要求，总段结构划分的依据，该划分对施工工艺和结构方面有什么影响。分段划分结束以后，还需要对每个分段进行编码。每个企业和每个项目的分段编码不尽相同，可以按照一般的编码原则给学生进行讲解，大体包括：a.工程码；b.分段码；c.作业阶段码；d.组立码；e.零件种类码；f.零件码；g.拼板/加工码等，具体编码可以参考《船体分段结构零件编码规则》。为了简单起见，本文将65 000 DWT散货船货舱总段分为4个分段，即底部分段、舷侧分段、甲板分段、舱壁分段。

1.4 结构规范计算

根据CCS《钢质海船入级规范》（2015），该65 000DWT散货船货舱总段主要结构尺寸计算结果如下:

板材厚度。船底板、舷侧外板、舷侧外板、旁桁材、实肋板：15 mm；内底边板：14 mm；中桁材：18 mm。

型材规格。肋骨：T500×10+150×12；强横梁、舱口纵桁、甲板纵骨：280×11BP。

各分段骨架类型的确定也非常关键，通过船体结构与制图课程的学习，学生对船体骨架形式有了比较充分的认识，基本能够区分各典型船型的结构特点。现对65 000 DWT散货船各分段结构的骨架形式描述如下：

船底结构采用纵骨架式双层底结构，横向每隔3～4个肋位设置普通实肋板结构，有水密要求的位置设置水密肋板，实肋板和水密肋板设置竖直扶强材支撑，船底纵骨和内底纵骨采用普通球扁钢结构。

舷侧结构采用混合骨架单层舷侧结构，底边舱和顶边舱舷侧结构部分采用纵骨架式结构，以增加抵抗总纵弯曲的能力，而在顶边舱和底边舱中间部分采用单一横骨架式结构，即设置强肋骨结构。

甲板结构采用混合骨架结构，在散货船舱口与舱口之间采用横骨架式结构，其他部位采用纵骨架式结构，舱口位置设置舱口端横梁和舱口纵桁，甲板强横梁或强纵桁的相邻间距控制在3～4个肋位，且尽量保持甲板强横梁和船底实肋板在同一个肋位处以保证整体强构件的整体性和连续性。

散货船的货舱部分，舱壁结构采用槽形舱壁加水平桁结构，采用该结构的优点是在保证同样的强度条件下，可以减轻结构重量，节省材料；取消扶强材及肘板结构，可减少装配和焊接的工作量，在散货船上使用，便于清舱，从而增加货物的装卸效率，此外，还有利于防止锈蚀[4]。分段骨架形式的确定如表2所示。

表2 分段骨架形式

1.5 分段结构设计

在分段结构设计之前，要求学生先学会SPD-H船体设计系统的工程初始化，平面、曲面板架和肘板建模等基础操作，在此基础上进行结构三维设计。各分组设计模型如图1所示。

图1 船体分段三维结构图

2 项目化教学成果

通过参加船舶设计类省级、国家级大赛，发现学生素质提高很多，能够独立完成分段的设计和结构分析。教材开发是课程实施的前提和基础，目前市面上《船体结构设计》教材不多，以SPD软件为基础的教材更是少之又少，因此，在该课程项目化教学的实践过程中，编写了项目化教学的配套教材和教学视频，适应人才培养的需要。同时还需要学校和企业建立更深层次的合作，把实际船型设计应用于教学，这样可以让学生在实际项目中得到真正的锻炼，而作为专业教师，亦可依托工学结合的平台，带领学生参与实践创新课题，培养学生的职业技能。另外，通过与企业深度合作，让企业参与到考核培训中来，考核合格后，学生可以获得由学校、企业联合颁发的合格证书。学生凭该证书可以直接进入企业参与实际项目。