SHM软件在船舶建造工艺学课程教学中的应用

田玉芹，孙 伟

（青岛黄海学院，山东青岛266427）

0 引言

型线光顺是船舶建造的首要条件，型线光顺的好坏直接决定船舶的建造质量。在船舶专业教学过程中，通过计算机对船舶进行仿真建造可节省大量的人力、物力、财力，同时可加强学生对船舶软件的使用能力。本文结合近几年船舶建造工艺学的教学经验，介绍了利用船舶建造软件SHM进行1 000 t沿海货船型线光顺的过程，为提高教学质量，提升学生的职业能力，提供了理论支撑。

1 SHM软件简介

SHM软件是沪东中华造船集团计算机研究所结合本厂的生产实际研究开发出的，具有国内先进水平的船体建造集成系统的软件。该软件分为线型、结构和外板三大系统，它们彼此独立又相互联系且彼此影响，利用该软件可进行数学放样、外板展开、结构零件生成、人机交互套料、样板以及材料的管理等生产活动，该软件的线型光顺系统可对船体型线进行生成与光顺，光顺后生成的三个样条型线文件可导入船体结构设计软件SPD中进行船体结构设计，对两个系统的兼容起着至关重要的作用。

2 型线光顺过程

以1 000 t沿海货船为例，根据系统要求先进行船体前半部分（船舯到船艏） 型线的生成与光顺，后半部分的生成与光顺与此相同。

2.1 定义型线

通过“交互三向光顺”进入“定义编辑型线”对格子线进行生成处理。根据1 000 t沿海货船的型线数据，先对型线进行设置，编辑站线时，不是填写站号也不是填写站距，而是填写该站距船舯的距离，以船舯为起始点，分别以船艏与船艉为正方向；然后再分别对水线、纵剖线、站线、设计水线进行编辑，点击接受后通过系统显示功能可得到格子线图，下一步就是对各型线进行数据输入，生成相应型线。

2.2 编辑型线

进入“编辑型值表”，表中两根“0”号水线分别表示底平线和边平线。底平线是指船底和船体舭部相切点的半宽值；边平线是指舷侧和船体舭部相切点的半宽值。从1 000 t沿海货船型值表中获得相应数据，分别进行“站线水线交点表”（半宽值）、“站线纵剖线交点表”（高度值） 数据的输入；B0.0000指的是0号纵剖线，10～19站其高度值都为0，20站（距舯27 981） 的高度值为3 600，通过填写纵剖线控制信息表来形成艏轮廓线。

2.3 生成艏轮廓线

选择“纵剖线控制信息表”，将艏轮廓线的型值填入。该轮廓线除了站线型值外，还有11个控制点，分别是端点（距舯27 981，高度0）、400水线处点（距舯28 756）、800水线处点（距舯28 952）、1 600水线处点（距舯29 103）、2 400水线处点（距舯29 249）、3 600水线处点（距舯29 500）、4 000水线处点（距舯29 624）、4 800水线处点（距舯值29 938）、上甲板边线与0号水线交点处（距舯30 305，高度5 600），艏楼甲板边线与0号水线交点处（距舯32 032，高度7 936） 和端点值（距舯33 010，高度8 854）。在填写各控制点时第一点和第二点填写首末两点，中间的点从第二个控制点依次填写，否则就可能会出现曲线“折回来”的现象，也可以直接从第三点开始输入，这样就不用考虑顺序问题了[1]，如图1所示。

2.4 编辑空间线

在“定义编辑型线”菜单中，选择“空间线”，在“新空间线”栏中输入1，这只是一个标号，在操作时只要记住1表示的是什么空间线，输入数据时输入对应空间线的数据就可以，如上甲板边线用1表示，舷墙顶线用2表示，在“类型”中选择折角类型。定义1号为上甲板边线，2号为舷墙顶线，3号为折角线，4号为艏楼甲板边线，5号为艉封板。

在“选择编辑型值表”中选择“空间线站线交点表”进入“编辑型值表KST”。将型值表中空间线的半宽值和高度值输入。

2.5 显示控制

接受上面的输入，点击返回，回到“交互三向光顺”系统主菜单。点击“显示控制”选项，可将输入数据生成的船体型线全部显示出来，但每种型线还都不完整，像水线没有到舯，也没有生成水线圆头，纵剖线没有到顶，空间线也只到20站的位置就没有数据了，下面分别进行处理：

2.5.1 空间线端点处理

舷墙顶线、艏楼甲板边线、上甲板边线在20站以后还是存在的，但是这些型值在型值表中并没有给出，其型值数据可在型线图上加以标注。为了完整地描述该空间线的端部情况，必须将形成这些型线的型值追加到相应型线上去，这项工作称为空间线端点处理。以舷墙顶线为例，其他空间线端点型线的生成方法与此相同。

舷墙顶线属于三维空间线，某一点的确定需要三个方向的坐标值。舷墙顶线在水线上的投影为圆弧，由于系统中没有生成圆弧的功能，我们需要利用辅助圆增加控制点完成空间线圆弧的生成。[2]具体过程是先在纵剖线图上找出与艏柱中心线的交点（高度为8 854），过交点作垂线与水线图上的基准线相交，此点为辅助圆最前端，辅助圆半径等于舷墙顶线圆弧半径；然后点击“选择型线样条”，在水线图上选择舷墙顶线，再点击“增加一个控制点”，在选择的舷墙顶线上通过辅助圆增加控制点。对增加的控制点量取其高度值、距舯值和半宽值分别填入到对应空间线控制信息表内的相应点处。

点击接收后，再分别对上甲板边线、折角线、艏楼甲板边线进行编辑，方法相同。编辑完成后显示控制，空间线圆弧生成。

对没有给定端点圆弧半径的空间线，可利用船舶建造工艺学课程中首柱放样的方法进行绘制，只要将数据输入系统相应表格中就能自动生成并交互光顺。通过这种操作生成的空间线可三向控制，即改动一个点的位置，在其他两个视图中相应的点也会改动，节省了高速光顺的时间。

2.5.2 水线、纵剖线处理

在“水线控制信息表”中，对水线圆头进行编辑，将各水线圆心坐标、半径等相关信息数据填入到对应水线每列的最下面四个编辑格，这四个值分别为Dy1E、C1R、C1L、C1B，分别表示末点导数、圆心半径、圆心距舯值、圆心半宽。

在光顺前处理中选择水线圆头切点线光顺中的二向光顺，系统即自动生成水线圆弧，如图2所示。如果水线圆头数据不全或生成水线圆头时提示缺少型值点，可通过系统的交互功能进行型值点的添加，只要保证添加点的三个坐标都填入即可。

图2 生成水线圆头

2.5.3 纵剖线到顶

选择交互三向光顺中的“插值网格线”，用鼠标分别在半宽水线图和横剖线图中选取1 500纵剖线，然后点右键，系统会提示“选好了吗”，点击确定后，1 500纵剖线自动到达顶部。同样的操作可使3 000纵剖线、4 500纵剖线到达顶部。

3 光顺处理

前面生成的型线不能满足工程光顺的要求，需要进行调整。在“交互三向光顺系统主菜单”中选择“自动三向光顺”，先粗光顺再精光顺，如果还有不光顺的型线，则需进行手工光顺，通过选择一个型值点手动调动，使曲率棒的长短变化有规律，达到所需要的光顺效果[3]。

通过以上操作，1 000 t沿海货船前半部分型线图就生成了，用同样办法生成船体后半部分型线图后，利用后处理功能可得到完整的型线图，添加肋骨数据后可得到肋骨型线图，通过样条转换可生成SPD系统进行结构设计需要的三个样条文件。

4 模型制作

根据生成的型线图及肋骨型线图，按照船舶建造工艺学课程中的船舶建造流程进行模型制作，主要涉及的内容为理论型线放样、肋骨型线放样、构件设计及展开、构件号料与装配。

主要流程如下：第一步是1 000 t沿海货船总布置图及结构图识读。通过识读总布置图及基本结构图，可对船体的分段位置及结构有清晰的了解，为模型的制作奠定基础。第二步是模型制作任务划分。按照船体的总布置图进行分段，将学生按照分段分组进行分段模型制作。第三步是模型制作过程（按照1：20的比例）。模型的制作过程以船艉分段为例进行阐述。首先，选取SHM软件光顺的艉部分段的型线图及肋骨型线图（船艉～#9），并在此基础上进行横船构件的结构尺寸设计及纵向构件的设计与展开；其次，要按照型线图中的艉封板视图进行艉封板的展开；然后是号料，号料是将展开后的构件实形精确地画在平直的钢板上，标注上相关符号后将其与钢板分离的一个过程，我们根据船艉上构件的展开实形，在样板上进行号料；最后是装配，将船艉号料后的构件：肋骨、中内龙骨、甲板纵桁、舷侧纵桁按照装配方法进行装配。装配过程如图3所示。

图3 装配过程

5 结论

SHM软件在进行型线光顺过程中，可将中纵剖线、底平线、边平线设置为空间线，这样站线可在斜升的船底板折角处生成折角，可减少型线光顺的调整时间，有利于将SHM生成的样条文件导入SPD系统进行结构设计。

在船舶建造工艺学教学过程中，利用SHM系统对1 000 t沿海货船进行型线光顺，可为课程的后续教学提供参考，将船舶建造利用计算机、模型制作进行模拟，使学生能够将所学建造工艺的理论知识加以综合应用，达到培养技能型应用人才的目的。[4]