船舶三维生产设计课程建设探讨

邓军林，杜 波，汤华林，石南辉，涂雯羚

（北部湾大学，广西 钦州 535011）

0 引言

“船舶三维生产设计”是船舶与海洋工程专业学生培养企业岗位能力、工程实践能力的实践核心课程。在数字化造船过程中，船舶三维生产设计是船舶建造过程中的第一步，也是最重要的一步，直接面向数控生产实际，决定了造船企业的技术设计水平。许多学校在不断探索“船舶三维生产设计”课程建设，以提高学生的就业竞争力。文献 [1]介绍了利用SketchUp软件搭建三维船体模型，文献[2]介绍了国内外相关高校利用三维软件进行船舶生产设计课程的教学活动情况。本文引进三维数字化软件HDSPD（Hu Dong Ship Product Design，简称 HDSPD），丰富课程教学内容，设计贴合船舶生产的实践教学项目，采用利于提高学生动手能力的教学手段，提升“船舶三维生产设计”实践课程的教学效果。

1 船舶三维生产设计流程

1.1 船体型线光顺

船体建造对船体曲面光顺性和精度要求高，故船体型线光顺处理在船体建造施工中至关重要。对船体型线进行交互三向光顺，是船舶生产设计的第一道工序，也是船体生产设计中不可或缺的一步。船体三向光顺是一项非常重要而繁杂的工作，船体型线光顺质量的好坏将直接影响三维建模工作质量［3］。在实际教学中，应用HDSPD软件的通用设计系统来光顺船体型线，通过建立新工程项目，定义水线、甲板线、纵剖线、横剖线，进行局部修正调整，最后可得到光顺的肋骨型线图。某船光顺后的三维肋骨型线图，如图1所示。

1.2 船体三维建模

在完成船体光顺后，才能进行三维建模。HDSPD系统包含船体、铁舾、管系、电气、通风、涂装等各专业，涉及各设计阶段［4］，其型线系统为船舶产品的设计和建造提供满足要求的船体型线。

图1 某船光顺后的三维肋骨型线图

船舶三维建模把二维的设计图纸转换为三维可视化的计算机船体三维模型。船舶三维模型建好后可以用来进行船舶结构的动态分析、船舶建造的虚拟仿真等。通过对船体型线进行定义，建立相互关联的三维船体结构模型，一旦在设计过程中进行某些修改，不仅图形信息发生改变，与模型相应的所有相关联的数据都随之改变。此外，可通过船体三维模型生成完整的加工制造信息，为实现船舶“设计、制造、管理”三者一体化奠定基础。

2 课程特点及建设理念

“船舶三维生产设计”课程是应用型本科与高职院校的船舶与海洋工程、海洋工程与技术以及船舶工程技术等专业的一门专业核心实践课程，包括舰船舾装生产设计概念、设计准备、设计内容、设计标准、设计编码和现代造船模式以及对生产设计的要求等基础知识。

在“船舶三维生产设计”课程建设工作中，通过到相关船舶企业一线进行调研，听取行业专家建议，确定相应的教学工作任务，参照 “船舶三维生产设计”所必需掌握的知识和专业能力［5］，对船舶生产设计课程的教学方法进行探讨。按照“课程设置服务于工作岗位、工作任务、理论联系实践”的教学理念，确定课程相应的教学内容，构建基于实际船体生产设计工艺过程、专业能力和实践为一体的课程体系，并以校企合作为桥梁，培养学生用理论知识解决实际问题的能力，提高学生综合素质。

3 课程建设的思路

课程学习内容围绕实际船体三维生产设计的过程，结合企业船舶生产设计岗位的要求，提炼多个实践教学项目。以这些项目为教学载体，将理论教学和实践操作相结合，由低难度到高难度来开展教学，使学生获得相关专业所需要的知识和技能，从而提高学生的职业能力。

3.1 确定课程的典型工作任务

以就业能力为导向进行典型教学任务设计。船舶生产设计过程主要分为初步设计、详细设计和生产设计3个阶段。船舶生产设计包括船体放样、加工、装配、船体总装等船体结构施工的所有设计工作［6］，其流程如图2所示。现代造船过程的显著特点是数字化，三维生产设计与企业的生产设施、生产工艺、生产管理密切相关，多为高技能人才从事的职业岗位。

图2 船舶生产设计流程图

在课程设计时，按职业岗位能力需要及实际船舶的生产设计要求来组织教学内容，以36000DWT多用途船为载体，形成与实际工作内容相匹配的教学项目。其中，课程的主要内容包括型线光顺、三维建模、船体生产设计施工图、零件套料、型材下料加工图、外板加工图6个项目，如图3所示。按照船舶生产设计的工作过程将每个项目分解为若干个子项目，以职业岗位工作任务为依据，以学生为中心，教师为主导，共同进行课程学习。结合实际造船工艺流程制定船舶焊接工艺、装配流程、编制生产设计零件编码、运用船体建造工艺符号及造船质量的标准，引导学生进行实际船体生产设计，完成实践锻炼。

图3 36000DWT多用途船教学内容

3.2 强化动手能力培养

在该课程开课前组织学生到合作企业的船厂进行参观学习，使学生初步了解船舶主体建造相关知识，并对船舶实体产生初步印象，为开展课程的学习和实践打好基础。结合船体设计，以合作船厂36000DWT多用途船的图纸为教学资源，按照船厂实际的生产设计要求建立该船舶的三维模型。注重以实际工程项目激发学生兴趣，通过实际建模使学生认识船体生产设计在船舶建造过程中的作用，加强对学生实际动手能力的培养。

3.3 丰富课程教学内容

结合船厂参观过程中所了解的知识，引入企业生产要素，如成本控制、质量控制、现场管理、安全环保节能意识等，丰富课程教学内容，使学生能更全面了解企业岗位工作要求。结合船舶生产设计实际工作过程，将零件加工、材料制作、数控切割和材料管理等多方面的内容引入课程教学。根据毕业生跟踪调查的反馈信息，丰富船舶生产设计课程的需求和内容，如将船舶 CAD绘图、三维建模、船体外板及型材加工等多方面的内容融入教学过程中［7］。

4 教学方法与课程评价

4.1 注重“教学做”结合

在生产设计软件使用、型线图设计及船舶分段生产设计等内容的教学过程中，可使用船舶行业广泛应用的HDSPD软件进行建模，按照实际船体生产设计流程，开展项目教学训练，使学生掌握船体生产设计标准的绘制方法；按照船厂实际生产设计出图标准绘制图纸，将型线光顺、三维建模和生产设计出图相结合，使学生掌握船体生产设计所需要的基本知识和基本能力，逐步达到专业培养目标的要求。结合现场项目管理看板、产品工艺流程图、工艺卡片、现场设备操作规程以及QC改善计划等，为学生设计合适的项目作业以便于进行“教学做”实践强化训练。

4.2 应用专业软件开展虚拟教学

生产设计软件应用、型线图设计及船舶分段生产设计等内容是该课程的教学重点，可开展项目教学。应用船舶专业软件HDSPD，根据船舶设计图纸和船厂实际要求，进行三维建模，并在三维模型的基础上输出零件的加工信息、施工设计图纸、技术工艺等，进行船舶生产的虚拟仿真设计。应用船舶专业设计软件进行虚拟仿真教学，既生动又容易理解，可提高学生的学习兴趣；开展虚拟教学，还有助于培养学生的职业道德，提高专业技能［8］；丰富了“船舶三维生产设计”课程的实践教学内容，提高了该课程的实践教学效果。

4.3 灵活多样的评价方式

“船舶三维生产设计”课程评价包括平时成绩、船体项目设计效果及答辩。其中，平时成绩通过学生的课堂表现、互动、回答问题等综合评定；船体项目设计效果主要通过学生的设计效果图、工艺流程的合理性、成本质量、相关管理的融入等综合评定；答辩主要考核学生对船体设计知识的理解程度、掌握情况及对软件的应用情况。此外，对该专业的毕业生在相关企业的职业能力发展情况进行跟踪调研，以便及时修正课程。

5 结语

“船舶三维生产设计”课程建设是在引入船舶专业软件HDSPD基础上，与船厂合作，利用船厂的实际图纸、实际造船流程，采用“教学做”的虚拟实践教学，培养学生的职业能力。课程建设需要与企业紧密协作，在了解当前的先进技术和企业实际需求的基础上不断完善，才能更好地为社会、企业培养急需的人才。

通过对毕业一年以上的船舶与海洋工程专业学生跟踪调研的反馈效果看，该课程的教学实践效果显著，毕业生在相关企业的适应期明显缩短，能在较短时间适应实际工作岗位，工程实践能力和职业能力得到提升，增强了学生的就业竞争力。