船舶三维模型体系

第49卷第1期2021年02月造船技术ZaochuanJishuVol149No11Feb.,2021文章编号：10003878（2021）01006506DOI：10.12225/j.issn1000-387&20210120210115面向船舶制造的MBD技术应用分析王康，郭瑞振，杜福洲（北京航空航天大学机械工程及自动化学院！北京100191）摘要：系统研究面向船舶制造的基于模型定义（Model Based Definition,MBD）技术。

以船体和舾装为例，定义基于三维模型的船舶三维数据集应用框架，并基于产品结构树建立三维标注模型与数据库之间的关联关系，使得MBD数据的存储与调用更为直观方便。

基于二次开发技术建立基本数据集传递规则，提高数据传递效率。

开发面向船舶制造数字化检测环节的MBD数字化检测系统，验证该应用框架的有效性。

将MBD技术运用于船舶制造中，旨在使用集成化的三维实体模型完成船舶产品信息的表达，实现基于单一产品数据源的数字化设计。

关键词：船舶制造；MBD；三维模型；产品结构树中图分类号：U671199文献标志码：AApplication Analysis of MBD Technology Towards Ship ManufacturingWANG Kang,GUO Ruizhen,DU Fuzhou(SchoolofMechanicalEngineeringandAutomationIBeihangUniversityIBeijing100191IChina)Abstract=TheModelBasedDefinition(MBD)technologytowardstheshipmanufacturingissystematica l y studied.The hull and outfitting are taken as the examples to define the application framework of ship3D data setbased on the3D model,and based on the product structure tree,the association relationship between the3Dannotation model and database is established to make the storage and call of MBD data more intuitive andconvenient.Basedonthesecondarydevelopmenttechnology,thebasicdatasettransferrulesareestablishedtoimprovethee f iciencyofdatatransfer.TheMBDdigitaldetectionsystemtowardstheshipmanufacturingdigitaldetection is developed to verify the effectiveness of the application framework.The MBD technology is applied inthe ship manufacturing,aiming to use the integrated3D entity model to complete the expression of ship productinformation and to realize the digital design based on the single product data source.Key words：ship manufacturing；MBD；3D model；product structure tree0引言船舶制造是典型的大型装备制造行业!代表一个国家的综合经济实力和技术实力。

船舶结构三维建模技术研究摘要：传统的船舶工业由于技术简单、工作环境差、劳动力密集，一度被认为是夕阳产业，并且整个造船行业较低迷，因此减少造船成本对提高我国造船行业的竞争力具有很强的现实意义。

随着计算机辅助三维建模软件的发展，快速化和智能化的实现船体结构设计具有重大而现实的意义，可以提高船舶设计效率，加快造船进度，增强船舶工业整体竞争力。

关键词：三维建模技术；船舶结构；研究探讨随着计算机辅助软件的快速发展，在船舶设计、建造领域已经广泛使用三维软件进行船舶的设计建造。

传统的二维设计渐渐被现在的三维设计所取代，成为船舶设计中的一种便捷高效的新方法。

三维设计具有很多优点是传统的二维设计所无法比拟的：能够预估船舶分段的各种类型的钢材使用量，能够预估分段的焊缝长度以及焊条使用量，能够进行分段或者局部的结构强度计算，能够用于船舶任意肋位总纵强度的校核，能够用于船上设备的虚拟装配，用于检查设备之间的干涉问题，也能够用于Unity引擎下的舱室漫游，等等。

其中，三维设计最大的优点是可以直观的呈现产品，并且可以展现出设计者设计产品的思路，又可以非常方便的发现修改其中的不足之处。

最新的船舶三维建模技术涵盖了船舶设计、分析和计算等方面，基于船舶设计、建造和生产管理一体化的思想，逐渐开发出了许多造船集成系统，极大的缩短了船舶设计和生产的周期，提高了造船质量，促进科学管理的形成，推动了造船自动化进程。

1 船体结构三维建模系统应具备的功能船体结构三维建模系统的开发是一个探索、研发、测试和应用的过程，应该与实际应用紧密结合，结构建模系统应该具备以下一些功能：（1）船体总体结构模型的生成，包括外壳板、甲板、内底板、横舱壁、纵舱壁、肋板、内龙骨等各种与船体曲面相关的大表面模型的生成，即船体顶层结构的生成，能够方便的调用曲面建模的结果；（2）具有参数化生成典型结构的功能，如双层底、舷侧分段的参数化生成；（3）具有工程数据库，建有标准零件库、典型结构库，用于存储大量标准件、典型结构，能够有效管理；（4）能够进行各种特征孔类建模，如各种基本开孔、货舱开口和各种贯穿孔等各种节点的定义和建模；（5）能够利用三维模型自动生成各种工程图输出；（6）能够完成理论布置线和各种型材的设计和表达，如纵骨、横梁、扶强材等型材；（7）方便的用户界面，可进行各种结构建模的交互与修改；（8）能够进行关联定义，使所有的结构件定义都具有拓扑关联，完成定义后，当用户修改其中某一结构数据，相关结构自动刷新或自适应更改；（9）船体结构重量重心计算及材料表自动生成；（10）具有与其它交换数据的接口。

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目录授权与版权 (2)目录 (3)有关说明 (4)第一章简介 (5)第二章基本原理 (6)第三章快速入门 (8)第四章Maxsurf应用 (24)曲面 (41)控制点 (54)参数转化 (78)数据输出 (79)第五章Maxsurf 索引 (85)工具栏 (86)菜单 (87)附录Ａ绘图 (101)附录Ｂ数据输出 (103)附录Ｃ曲面算法 (106)附录Ｄ命令键 (111)附录Ｅ平台间的文件传送 (112)有关说明:本手册分五章描述Maxsurf。

通过举例的方法向您一步步介绍Maxsurf软件，并放在一个名为“Sample Designs”的文件夹里。

如果您对计算机不是很熟练，可以阅读用户手册，它将向您介绍一些常用术语（如点击、拖动等）以及一些使用Macintosh或Ｗindows应用程序的基本方法。

TRIBON船体生产设计应用 Tribon系统是一套计算机辅助设计、生产及信自、集成软件系统，可用多种方法建立三维船舶数字模型。

应用统一的船舶数字模型，在船舶设计的各个阶段能够实现各专业之间的信息共享，从而可以通过网络实现并行设计，降低专业间的协调成本，减少设计和制造中的修改工作量，提高设计质量，缩短设计周期。

Tribon系统建模船体建模的目的是建立船体的信息模型，应用Tribon系统的以下模块进行船体生产设计:船体标准初始化模块(Initiate Hull Standards);平面建模模块(Planar Hull Modeling);曲面建模模块(Curved Hull Modeling);装配计划模块(Assembly Planning);焊接计划模块(Weld Planning);生产信息界面(Hull Production Interface);套料模块(Plate Nesting).各模块功能如下:船体标准初始化模块通过该模块对其它船体模块正常运行所需参数及文件进行配置，建立起船体生产设计所需的Tribon 系统船体标准。

系统初始化工作是Tribon船体系统应用中很重要的一个环节，主要包括以下内容:船型参数设置。

输人船型参照、结构参照、分段名、分段划分、定义肋位号和纵骨等信息;型材规格、端切形式和连接形式以及面板参数设置;贯穿孔和补板参数设置;坡口形式参数设置;肘板类型规格参数设置;材质参数设备;零件编码参数设置;套料参数设置。

平面建模模块利用该模块输人结构数据，进行船体内部平面板架结构的建模工作，除定义结构信息，还可加放相应的工艺信息，白动进行零件编号等，建模完成后出分段结构图。

平面建模与曲面建模是同时进行、交叉作业的，平面建模的比重较大。

因为平面建模要参照曲面建模的结果，通常曲面建模要先于平面建模。

曲面建模模块利用该模块进行曲面构件的结构建模工作，主要是外板板缝线生成，外板型材生成和曲面(通常指外板)板架的生成。

三维模式在船舶舾装设计中的应用摘要：社会经济的持续发展促进了科学技术进步，计算机技术的高度普及，便是整体科技实力提升的标志。

三维技术是计算机技术发展过程中的产物，其功能和价值需要借助计算机设备来得到体现。

随着三维技术应用领域不断扩大，以及应用效果越来越明显，其内容也得到进一步丰富。

现阶段，三维技术在船舶舾装设计中得到很好应用，与传统二维技术相比，效果更为明显。

下面文章将对三维模式在船舶舾装设计中的应用进行探讨。

关键词：船舶舾装设计；三维技术；应用分析引言：作为计算机辅助设计的一种主要手段，三维技术在船舶舾装设计中发挥了重要作用，它为整个舾装设计提供了非常先进和完善的三维设计环境。

与传统二维技术相比，三维技术在设计质量、设计效果、时间、工作量等方面均具有明显优势。

1三维技术概述所谓“三维技术”，是指利用数码合成制作“三维立体”的一项技术，将清晰平面照片或底片扫描进计算机，在利用三维制图软件对数字和配图处理，然后使用高精度彩喷机将作品打印出来，最后通过装裱机完成装裱。

三维技术特点包括：（1）色彩鲜艳，视觉上层次分明。

（2）视觉冲击力强，驻景时间长，令人印象深刻。

（3）图像或图片效果真实、栩栩如生，给人以“物呼之欲出”、“身临其境”之感，艺术欣赏价值高。

随着三维技术逐渐成熟，其功能和价值在各个领域均获得充分发挥，如摄影、广告、展览展示、建筑装饰、旅游、印刷，以及产品包装等。

其中，摄影行业包括儿童摄影、婚纱摄影等；广告行业包括户内外广告和招帖画等；展览展示包括企业形象设计、会展设计等；建筑装饰行业包括酒店、宾馆、居家装饰画等；旅游行业包括旅游纪念画、工艺品等；印刷行业包括立体挂历、贺卡等；产品包装包括烟酒类等高档礼品包装，以及商品防伪标志。

三维技术应用离不开专业软件的支持，随着应用需求越来越强烈，应用标准逐渐提高，基于不同行业内容，三维软件在功能上进行了细致换分，特点不尽相同。

因此在实际应用中，要根据实际工作需要来选择三维软件。

船舶外舾装三维建模及应用一直以来，船舶舾装设计在造船工业中都没有得到充分的重视，如今人们越来越追求舒适的生活条件，对自己周围的环境要求也越来越高，并且为不断提高船舶建设生产质量与效率，因此舾装设计在船舶建造的工程中越来越重要，不仅要求外形美观，体验舒适，对于舾装件制造的精密度要求也越来越严格。

标签：船舶;外舾装;三维建模;应用前言随着我国经济的高速发展，船舶建造生产数量与质量的要求也在不断地提升中。

因此做好船舶建设生产研究，提高船舶建设生产质量与效率也就成为了船舶技术研究的重要组成部分。

其中作为船舶生产的重要组成部分，舾装件管理模式的应用就成为了提高船舶建造质量的重要保障。

1船舶舾装件基本概念研究在船舶建造過程中，舾装件主要指除船体结构部件、动力部件外的相关设备与套件。

在造船生产中，船舶舾装件的特点为：一是种类较多，构成复杂;二是部件生产与安装标准化规范低;三是船舶建造流程中的工序复杂杂乱;四是融入到船舶建造各个环节，对造船质量有着不可忽视的影响。

五是部件整体体积较大且以金属材质为主，重量较大。

2船舶舾装设计作业的简介以及舾装作业的施工特点舾装在船舶建造的工程中主要是指在各个不同的施工阶段的安装工程，由于舾装作业包括了船舶制造作业的很多方面，这些方面不是仅仅属于一个工种，不同的工种之间相互联系，需要协调才能更好的完成工作，这也就为整个舾装作业施工增加了很大的难度，在整个施工过程中稍微有一些不谨慎，就很容易发生各种各样不可预料的安全事故，具有很大的危险性。

各种型号的船舶型号不同，虽然有大有小，但也不可避免的存在很多要在密闭狭小的空间进行相应施工的现象，在这些空间狭小的地方进行施工会产生很多的不便，再加上通风条件较差，会导致空间里易燃易爆的气体或物质浓度过高，极易造成爆炸事故。

在舾装作业的施工中经常要用到火种，在同一艘船舶上施工往往要在很多地方用到火，这也为舾装作业的施工增加了很大的难度。

鉴于舾装作业在施工的过程中存在如此多的安全问题，因此在进行船舶的舾装设计的过程中要将这些因素都考虑进去，进行更加精密安全的设计。

第一章现代船舶建造精度管理基础1、现代船舶生产中，船舶零件为了尽量减少修整工作量，各国在取得大量船舶生产实践测量数据的基础上，运用数理统计方法，逐步以不需修割的零件补偿量代替余量的方法来控制造船偏差，这样逐步发展形成了一门技术称为造船精度管理技术。

2、现代船舶建造精度管理技术是以船舶建造理论为基础的系统工程，是建立在管理学、测量学、金属材料学和可靠性理论基础之上的综合性学科。

3、造船精度管理是当代造船的重大新技术之一，它主要是在船舶建造过程中加放尺寸补偿量取代余量，通过合理的工艺技术和管理技术，对船体零件、部件和主尺度进行精度控制，以提高建造质量，最大限度地减少现场修整的工作量，缩短船舶建造周期，降低船体建造成本。

4、精度造船简单地说就是在船舶建造过程中用补偿量代替余量，逐步增加补偿量的使用X围，并控制船体结构位置精度。

以最少的成本将船舶建造的主尺寸偏差、线形偏差和结构错位控制在标准X围内，保证船舶质量。

精度管理是一项系统工程，对船舶制造企业而言，关键是全面、全过程推行精度控制，其核心是实施造船精度设计。

5、船舶建造精度管理的对象为船舶在建造过程中产生的收缩变形、扭曲变形和角变形。

其内容包括健全精度管理体系、建立精度管理制度、完善精度检测手段与方法、提出精度控制目标、确定精度计划、制订精度标准、制订预防尺寸偏差的工艺技术措施和精度超差后的处理措施等。

6、通过船厂实践表明，开展船体建造精度管理可以使装焊工效提高1~2倍，使船体建造总劳动量减少10%左右。

代表改进，表示质量管理持续改进的一个循环。

9、装配间隙尺寸〔封闭环〕=理论尺寸〔组成环〕-实际尺寸〔组成环〕+焊接补偿值〔组成环〕10、船舶建造精度管理是一门交叉学科，涉与很多新工艺、新技术。

船舶建造精度管理的相关技术有软件技术、测量技术、信息技术、设计技术、装配技术、焊接切割技术、成型矫正技术等。

11、对船体零件、工件和中间产品，通过加工、装焊、火工矫正等多道工序，而产生的变形与收缩进行定性和定量分析后，加放的比实际变形与收缩略大的工艺量值，一般要在装配后割除部分称为余量。

三维船舶内部结构模拟系统（V2.0版）安装及使用说明书上海海事大学2008年11月地址：上海市浦东大道1550号电话：021‐58855200‐2506传真：021‐58850828邮编：200135网址：目 录1系统功能 (3)2硬件要求 (3)3系统安装 (4)4软件使用 (6)5模拟船型 (13)6使用帮助 (20)1.系统功能三维船舶内部结构模拟系统，是基于视景仿真及虚拟现实技术开发的，通过计算机交互虚拟显示三维船舶，旨在模拟使用人员上船参观船舶视景，包括游览船舶甲板、驾驶室、机舱、货舱等区域，以及在船上所看到的船舶周围水域或者陆域视景，包括停泊码头、岸上装卸机械、集装箱堆场、驳运车辆等，此外，为了更加具有逼真的效果，本系统还嵌入三维陆地地形及海浪等景物。

整体通过三维场景组合，显示一个逼真的航海环境，使用人员通过鼠标或者键盘控制，进行交互式游览三维船舶，可以感受到和实际参观船舶相同的效果。

本系统的开发应用，在培养高等院校航海技术、轮机工程、物流工程、港口与航运管理等专业学生对于初步了解船舶构造，具有良好的效果；同时，也使得学生对所从事的航运专业及运输工具船舶有更加清晰的认识。

另外，本系统的应用，也可以取代部分专业学生以往需要上船参观的实习方式，解决了上船难的问题，节约了时间和成本。

本系统模拟的船型包括现代具有代表类型的集装箱船、油船、散货船、液化气船和件杂货船等，涵盖了主要航运船型。

游览方式可以通过手动控制鼠标或者键盘操作，也可以按预定的游览路线，自动漫游船舶。

对于集装箱船舶可以参观各层甲板—驾驶室—机舱—货舱等部位，不同部位的船舶主要设备有相应提示，模拟船舶的尺度和设备配置与实际船舶一致，对于无法到达的舱室，如压载水舱等以图示说明。

其他四种船舶可以进行甲板等外观漫游，以及具有相应的码头泊位和装卸机械等景观。

本系统三维结构模型采用真实纹理贴图技术，具有丰富的光照与材质效果，模型尺寸根据实际船舶设计图或者图片，具有LOD模型，模型结构科学简洁，采用模块化处理，后续更新和维护方便。