劉凌云

（山東百步亭船業(yè)有限公司，山東榮成 264317）

HDSHM系統(tǒng)船體型線光順應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

劉凌云

（山東百步亭船業(yè)有限公司，山東榮成 264317）

文章介紹了山東百步亭船業(yè)公司使用HDSHM船體建造系統(tǒng)型線光順模塊代替實(shí)尺樣臺(tái)用于拖網(wǎng)、圍網(wǎng)、燈光釣和冷藏運(yùn)輸?shù)榷喾N漁船船型的建造。文章以已交付使用的58 m艉滑道拖網(wǎng)漁船在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中積累的型線光順的操作經(jīng)驗(yàn)為例，列舉了光順的原理、順序及方法，重點(diǎn)是單根型線光順的判別和光順的方法，以及站線光順后肋骨線的光順處理方法，并說(shuō)明了在光順操作過(guò)程中的注意事項(xiàng)及解決思路。這些操作經(jīng)驗(yàn)的應(yīng)用提高了工作效率，也保證了光順的質(zhì)量要求，縮短了生產(chǎn)設(shè)計(jì)的周期，也使得從開(kāi)工、下料、預(yù)制到組裝的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期進(jìn)一步縮短。

型線光順；HDSHM系統(tǒng)；經(jīng)驗(yàn)；漁船

0 引言

HD-SHM2000是滬東船廠計(jì)算機(jī)研究所基于本廠的生產(chǎn)實(shí)際開(kāi)發(fā)的船體建造系統(tǒng)軟件，獲得了國(guó)內(nèi)幾十家主流船廠和科研院校的青睞。山東百步亭船業(yè)公司（下稱“公司”）也在1998年引進(jìn)并一直使用這套軟件開(kāi)展工作。

早先引進(jìn)的是該軟件的“DOS AutoCAD R14版”，后來(lái)系統(tǒng)升級(jí)到了“WINDOWS 7 Auto CAD 2005版”，程序逐漸更新也使得軟件版本在不斷地更新改進(jìn)，公司也已經(jīng)取消了實(shí)尺放樣，全面開(kāi)展了微機(jī)數(shù)字放樣、船殼外板展開(kāi)、結(jié)構(gòu)件編程、微機(jī)交互套料、樣板制作、胎架建造、生成數(shù)切零件程序以及余料管理等船體生產(chǎn)設(shè)計(jì)需要的所有功能。本軟件有型線光順、結(jié)構(gòu)和外板三大模塊，型線光順是其中最重要的一個(gè)，也是一個(gè)需要有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)操作的模塊[1]。

1 船體型線三向光順

為了更好地說(shuō)明型線光順的使用經(jīng)驗(yàn)，下面以公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)并建造的入選2013年山東省漁業(yè)船舶標(biāo)準(zhǔn)化船型的58 m艉滑道拖網(wǎng)漁船作為實(shí)例進(jìn)行介紹。該漁船是該廠前期建造的最大噸位的單拖遠(yuǎn)洋漁船，其性能要求高、設(shè)備繁多、建造難度大。

該船有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：

總長(zhǎng)Loa=58.58 m；設(shè)計(jì)水線長(zhǎng)LWL=54.13 m；垂線間長(zhǎng)Lpp=50.00 m；型寬B=9.80 m；型深D=5.20 m；設(shè)計(jì)吃水T=4.30 m；型排水量Δ=1 551 t；方形系數(shù)Cb=0.705；棱形系數(shù) Cp=0.756；舯橫剖面系數(shù)Cm=0.926；水線面系數(shù)Cwp=0.89；浮心縱向坐標(biāo)：Xb=?0.466 m；設(shè)計(jì)航速12.5 kn；縱傾1.00 m。

船殼型表面是一個(gè)三向曲度都光順的曲面，所以各位置的直剖線及斜剖線也應(yīng)當(dāng)光順。但是，由于測(cè)量原始圖紙的誤差或者輸入原始數(shù)據(jù)的差錯(cuò)都有可能造成誤差和型線的不光順。所以一般手工輸入型值所生成的曲線并不是一個(gè)滿足要求的光順曲線，還需要進(jìn)一步修正，這個(gè)修正的過(guò)程稱為船體型線的三向光順[2]，包括了型線是否光順的辨別和不光順的修正。

船體型線包含多種曲線，如站線、水線、縱剖線、輪廓線、龍骨線、甲板線、舷頂線、肋骨線等，光順時(shí)只能逐根地對(duì)某根型線進(jìn)行修正。單根型線的光順修正分成兩種，站線三向交互光順和肋骨線三向交互光順。一般先進(jìn)行修正站線，再進(jìn)行修正肋骨線。

2 光順的數(shù)學(xué)原理

在型線三向光順系統(tǒng)中，型線型值點(diǎn)光順采用圓率法。這種方法可直觀地進(jìn)行光順辨別和修正，且不必像其它的型線光順一樣，先對(duì)型值點(diǎn)擬合成一段曲線，再對(duì)型值點(diǎn)進(jìn)行光順辨別和修正。

型值點(diǎn)的圓率是指任意相連三個(gè)點(diǎn)組成的中間這個(gè)點(diǎn)的圓率。相連三個(gè)點(diǎn)的圓率，其絕對(duì)值等于這三個(gè)點(diǎn)組成的圓的半徑的倒數(shù)。它的方向按照逆時(shí)針正、順時(shí)針負(fù)的原則。因此逐個(gè)對(duì)型值點(diǎn)算出圓率就能得到各點(diǎn)的圓率排列。這些圓率排列的方向標(biāo)明了型線的彎曲走向，它的絕對(duì)值大小則標(biāo)明了型線的彎曲大小，且圓率排列相連兩點(diǎn)的一次差值的方向和大小標(biāo)明了型線相鄰兩點(diǎn)的彎曲走向的趨勢(shì)，同樣也標(biāo)明了此根型線光順與否。因而采用觀察圓率和圓率一次差值就能直觀地將各點(diǎn)光順與否辨別出來(lái)[3]。

系統(tǒng)的操作方法為：先對(duì)型值點(diǎn)算出圓率和圓率一次差值，再按圓率、圓率一次差值方向及大小自主辨別光順程度。一般圓率方向沒(méi)有持續(xù)性變化，就判斷滿足了粗光順；如果一次差值方向也沒(méi)有持續(xù)性變化，就判斷滿足了精光順。

2.1 光順的順序

和手工地面1∶1放樣方法一樣，進(jìn)行修正三向光順時(shí)，也要先光順橫剖線，然后是水線，最后光順縱剖線。因?yàn)榇靶途€必須三向都要光順，而僅僅修正某根剖線不可能達(dá)到三向光順，所以在生產(chǎn)設(shè)計(jì)中要以考慮全面、保證性能、三向統(tǒng)一、提高效率為原則。

修正時(shí)，只要在某一個(gè)剖面線改動(dòng)某一個(gè)型值點(diǎn)，則其它的兩個(gè)剖面線的對(duì)應(yīng)點(diǎn)也同時(shí)連動(dòng)，可直觀地判斷修正效果。

2.2 光順的方法

與手工地面放樣一樣，若某點(diǎn)出現(xiàn)壞點(diǎn)時(shí)則將此點(diǎn)的壓鐵提起，讓壓條自主走彎變向，再將壓鐵放下，那么這個(gè)點(diǎn)就自然彎曲而將壞點(diǎn)消除掉了。同樣在系統(tǒng)操作時(shí)，若一個(gè)點(diǎn)是壞點(diǎn)，也是先將此點(diǎn)解除，使此點(diǎn)的線條能自然彎曲，再進(jìn)行插值法將新改動(dòng)的點(diǎn)反映到其它兩個(gè)剖面上，因而得到的新型值點(diǎn)當(dāng)然光順。但是，在實(shí)際操作時(shí)，一般不會(huì)立即把此點(diǎn)刪去。先觀察一下此點(diǎn)在另外兩個(gè)剖面上的光順情況，如果刪去此點(diǎn)對(duì)另兩個(gè)剖面的光順調(diào)整有利（即修改的數(shù)值大小和修改的范圍大?。瑒t可直接刪去，再插值新點(diǎn)；否則需要重新判斷并采取如下方法：如果型線某個(gè)型值點(diǎn)出現(xiàn)凹凸的情況，僅修改自身這點(diǎn)的型值恐怕也不能將型線修正光順，只能修改自身這點(diǎn)的前后一點(diǎn)或兩點(diǎn)的型值才有可能修正光順。因而在正常光順修正時(shí)，第一步要找到壞點(diǎn)，然后判斷壞點(diǎn)前兩點(diǎn)、壞點(diǎn)前一點(diǎn)、壞點(diǎn)和壞點(diǎn)后一點(diǎn)、壞點(diǎn)后兩點(diǎn)共五個(gè)點(diǎn)的型值，觀察這五點(diǎn)中修改哪個(gè)點(diǎn)可以最快地達(dá)到光順效果，改動(dòng)數(shù)值小且修改范圍也小，就取這一點(diǎn)作為修改點(diǎn)。最大可能是再修改其前或其后的一個(gè)點(diǎn)就能滿足這段型線的光順任務(wù)。

3 單根型線的光順?lè)椒?/h2>

操作系統(tǒng)進(jìn)行型線光順和地面人工光順同樣復(fù)雜，在手工放樣中判斷曲線是否光順需要依靠放樣人員的經(jīng)驗(yàn)。在操作系統(tǒng)放樣中是否光順能通過(guò)圓率變向來(lái)進(jìn)行辨別，但是光順的過(guò)程還要依靠經(jīng)驗(yàn)，有經(jīng)驗(yàn)的人可以在較短的時(shí)間內(nèi)光順完成且質(zhì)量很好，但經(jīng)驗(yàn)不足的人可能不僅所需時(shí)間成倍增加，而且完成質(zhì)量很可能出現(xiàn)問(wèn)題[4]。如果型線光順質(zhì)量有問(wèn)題卻不能在數(shù)切下料前及時(shí)發(fā)現(xiàn)并改正，那么等到下料結(jié)束零件小組立中組立后在上胎時(shí)才發(fā)現(xiàn)就為時(shí)已晚，會(huì)造成材料的浪費(fèi)及工期的延遲。這就是為什么軟件只是一個(gè)工具，需要人來(lái)使用。對(duì)于經(jīng)驗(yàn)不足的人來(lái)說(shuō)，再好的工具也不能物盡其用。就像以前畫(huà)機(jī)械制圖時(shí)用鉛筆、繪圖板及白版紙一樣，現(xiàn)在用計(jì)算機(jī)畫(huà)圖，工具變了但制圖方法及標(biāo)準(zhǔn)不變，只是所需時(shí)間和人工減少了。以58 m艉滑道拖網(wǎng)漁船為例，如果用手工放樣光順完成需要兩個(gè)人1個(gè)月的時(shí)間，而采用數(shù)學(xué)放樣光順只需要1個(gè)人15天的時(shí)間就可以完成。

3.1 光順的判別

在型線光順操作的過(guò)程中，辨別型線是否光順?lè)浅Ｖ匾?。前面論述了單根型線的光順辨別方法，需要辨別有沒(méi)有壞點(diǎn)和曲率變向是否合理，但也不是很直觀?，F(xiàn)以58 m漁船#7站線為例來(lái)直觀地判斷是否光順，情形如圖1所示。

圖1中，站線型線在其自身垂直的方向上出現(xiàn)了較多的長(zhǎng)度不一的小線段，俗稱為“曲率線”，實(shí)際上反映了這個(gè)型值點(diǎn)的圓率的大小，曲率線長(zhǎng)就表示圓率大，曲率線短就表示圓率小，無(wú)曲率線就表示直線。

根據(jù)上述型線辨別方法，如果出現(xiàn)曲率方向發(fā)生了持續(xù)性的變向那就是出現(xiàn)了壞點(diǎn)，需要逐根地研究“曲率線”的方向及大小，來(lái)分析此段曲線有沒(méi)有壞點(diǎn)，否則就容易遺漏不光順點(diǎn)而造成返工操作。

但是，沒(méi)有明顯壞點(diǎn)還不能認(rèn)為此段曲線已光順完成了，還需要繼續(xù)觀察曲率線變化是否合理而均勻。這樣就可以通過(guò)直觀地觀察曲率線長(zhǎng)度的變化來(lái)判斷曲線是否光順。從圖1可以看出，第9縱剖線的點(diǎn)曲率線最長(zhǎng)，與第7縱剖線的點(diǎn)的曲率線不是合理過(guò)渡，可判斷出第7縱剖線和第9縱剖線之間的型線是不光順的。

3.2 光順的方法

光順的過(guò)程就是對(duì)壞點(diǎn)修正的過(guò)程。在實(shí)際操作中，有時(shí)候出現(xiàn)拐點(diǎn)的現(xiàn)象很明顯，通過(guò)觀察就能辨別出不光順，這時(shí)可以先行檢查型值輸入是否出現(xiàn)錯(cuò)誤，因而導(dǎo)致了局部線段出現(xiàn)壞點(diǎn)[5]。

以圖1為例，如果輸入的型值沒(méi)有錯(cuò)誤，那就需要調(diào)整這兩條縱剖線之間的水線各點(diǎn)，有時(shí)還可以加一個(gè)控制點(diǎn)、修改這個(gè)控制點(diǎn)類(lèi)型、或者刪除某個(gè)型值點(diǎn)等，可以調(diào)整水線各點(diǎn)使半寬增大、縱線點(diǎn)高度降低（但修改幅度不能大于±5%），型線走彎變向自然了就會(huì)變得自然光順?，F(xiàn)在的光順只是粗光順，還需要操作其達(dá)到精光順要求。這樣調(diào)整的結(jié)果是船型也修“肥”了，那么船型該修“肥”還是該修“瘦”，要根據(jù)本船的作業(yè)方式、魚(yú)艙布置及設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)來(lái)決定。所以，曲線的光順是一個(gè)需要經(jīng)驗(yàn)的工作，是否光順還需要在實(shí)踐操作的過(guò)程中不斷積累經(jīng)驗(yàn)[6]。

以58 m漁船型線圖為例，光順后的船體型線如圖2所示。

4 肋骨型線光順

一般情況下，當(dāng)原始型線（站線型值）修正光順后，就可以得到肋骨線了，肋骨線型值是通過(guò)對(duì)站線橫剖線的插值得來(lái)的。隨后就需要進(jìn)行肋骨線的光順。但是，如果先前站線光順階段沒(méi)有達(dá)到光順良好的結(jié)果，則生成的肋骨線自然不會(huì)光順良好，這就意味著會(huì)出現(xiàn)較大范圍不光順的問(wèn)題，也不可避免地需要修改肋骨線型值才能達(dá)到光順。關(guān)鍵問(wèn)題是肋骨線的光順不是三向光順，而是只有在橫剖面能看見(jiàn)每一根肋骨線的光順修改情況，在另外兩個(gè)剖面看不見(jiàn)肋骨線的修改情況。所以單單把橫剖面上的肋骨線調(diào)整光順了而其余兩個(gè)剖面沒(méi)有建立三向聯(lián)動(dòng)回饋，這樣是看不出來(lái)修改的型值對(duì)另外兩個(gè)剖面的影響，也無(wú)法確定另外兩個(gè)剖面是否光順，這樣光順出來(lái)的肋骨線是不能用于實(shí)際生產(chǎn)的，因此必須對(duì)它進(jìn)行光順處理以滿足肋骨型線的三向光順。

對(duì)于這個(gè)問(wèn)題，還可以將不光順的地方、曲率變化較大的肋骨型線轉(zhuǎn)換成站線型線重新進(jìn)行型線的三向光順操作，這樣光順好的型線結(jié)果一般會(huì)令人滿意。對(duì)于中小型船舶來(lái)說(shuō)，特別是沒(méi)有平行舯體的船舶如帶有縱傾的漁船來(lái)說(shuō)，為了避免出現(xiàn)上面提到的反復(fù)轉(zhuǎn)換站線的情況，有一個(gè)比較好的處理方法。型線光順完成后，將所有肋骨線作為站線插值到型線當(dāng)中，相當(dāng)于半艘船有30根或50根甚至更多站線。這樣就相當(dāng)于所有肋骨線也能參與到三向光順中了，雖然型線光順的工作量大了，但隨后在肋骨線光順時(shí)就很簡(jiǎn)單，整個(gè)工作周期能節(jié)省一半時(shí)間，而且光順結(jié)果令人滿意。

其實(shí)，本質(zhì)上肋骨線和站線一樣都是橫向剖線，也就是加密的站線。所以將肋骨線作為站線來(lái)處理是完全可以的。將肋骨線轉(zhuǎn)換成站線以后，所進(jìn)行的光順操作與前面的型線的光順操作也是相同的。

完整生成的肋骨線出現(xiàn)在橫剖面圖中，拼接完成后如圖3所示。

5 結(jié)論

不同的人對(duì)型線系統(tǒng)的操作方法可能不盡相同，其操作方法可以根據(jù)船舶類(lèi)型不同和個(gè)人習(xí)慣不同而變化?；诒鞠到y(tǒng)的操作有很大的靈活性，所以多進(jìn)行實(shí)踐練習(xí)就可以熟能生巧。本文介紹了多年使用并成功建造各類(lèi)船型的光順操作方法及應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，希望能給其他船廠有所借鑒，也希望在船舶建造的技術(shù)設(shè)計(jì)和實(shí)際生產(chǎn)中能將本系統(tǒng)發(fā)揮出更大的作用。

[1] 上海市造船局編寫(xiě)組. 船體放樣[M]. 上海: 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 1978.

[2] 徐兆康. 船舶建造工藝學(xué)[M]. 北京: 人民交通出版社, 2000.

[3] 陸劍華. HD-SHM2000船體建造系統(tǒng)船體線型光順系統(tǒng)數(shù)據(jù)說(shuō)明書(shū)[R]. 滬東造船廠計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所, 2000.

[4] 王世連, 劉寅東. 船舶設(shè)計(jì)原理[M]. 大連: 大連理工大學(xué)出版社, 2000.

[5] 黃浩. 船體工藝手冊(cè)[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2013.

[6] 盛振邦, 劉應(yīng)中. 船舶原理[M]. 上海: 上海交通大學(xué)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

劉凌云（1975—），男，工程師，研究方向：計(jì)算機(jī)輔助船體設(shè)計(jì)。