计算机辅助船体建造
CAD在船舶设计中的应用与发展趋势
CAD在船舶设计中的应用与发展趋势随着计算机技术的迅猛发展，计算机辅助设计（CAD）已经成为现代设计领域中不可或缺的工具。
在船舶设计领域，CAD的应用也越来越广泛，并且对船舶设计质量和效率的提升起到了重要的作用。
本文将探讨CAD在船舶设计中的应用以及未来的发展趋势。
一、CAD在船舶设计中的应用1. 船体设计：CAD可以通过三维建模技术对船体进行精确地测量和建模，包括船体外形、内部结构和设备的布局等。
2. 性能预测：CAD软件可以模拟和预测船体在不同工作条件下的运行性能，如阻力、稳性和航行稳定性等。
这有助于设计师优化船体设计，提高船舶的性能和效率。
3. 系统集成：CAD在船舶设计中还扮演着重要的角色，可以帮助设计师进行各种系统的集成，包括船舶动力系统、船舶控制系统和电子设备等。
4. 制造工艺：CAD软件可以生成详细的制造工艺和生产图纸，确保船舶的各个部件可以精确、高效地制造出来。
5. 船舶维护和保养：CAD在船舶维护和保养领域的应用越来越重要。
通过CAD，可以对船舶的结构和设备进行全面的检查和评估，并制定相应的维护计划。
二、CAD在船舶设计中的发展趋势1. 云计算和大数据：随着云计算和大数据技术的快速发展，船舶设计领域也将受益于这些技术的应用。
云计算可以提供庞大的计算资源，帮助设计师处理大规模的数据和模拟，以实现更精确的设计和预测。
2. 虚拟现实和增强现实：虚拟现实和增强现实技术在船舶设计中的应用也越来越广泛。
通过这些技术，设计师可以在虚拟环境中进行船舶设计和仿真，以实现更直观、高效的设计和评估。
3. 自动化设计：随着人工智能和机器学习的发展，自动化设计在船舶设计中的应用也将越来越普及。
设计师可以利用这些技术，快速生成和优化船舶设计，提高设计效率和质量。
4. 可持续发展：在当前全球环境问题日益严峻的背景下，船舶设计也越来越注重可持续发展。
CAD软件可以帮助设计师进行船舶的能效分析和碳排放评估，以实现更环保和可持续的设计。
使用CAD进行船舶设计的基本步骤与技巧
使用CAD进行船舶设计的基本步骤与技巧CAD（计算机辅助设计）是一种广泛应用于各种工程领域的设计工具，包括船舶设计。
通过CAD软件，设计师可以更加高效地创建、编辑和优化船舶设计。
在本文中，我将介绍使用CAD进行船舶设计的基本步骤和一些技巧，以帮助读者更好地运用该工具。
步骤一：收集设计要求在使用CAD进行船舶设计之前，首先需要收集和明确设计要求。
这包括船舶用途、载货量、外形要求、性能指标等。
设计师需要了解这些要求以便根据需求进行设计。
步骤二：创建船舶草图基于收集到的设计要求，设计师可以在CAD软件中创建船舶草图。
在这一阶段，设计师可以使用线条、曲线和几何图形等工具来勾勒出船舶的外形等基本轮廓。
这个过程是设计的起点，可以根据设计要求灵活调整。
步骤三：细化船舶模型在完成船舶草图后，设计师需要进一步细化船舶模型。
这包括确定船舶的主要结构、局部细节以及各个部分的尺寸和比例。
设计师可以使用CAD软件提供的各种工具和功能来精确地构建船舶模型，并确保其符合设计要求。
步骤四：进行性能分析和优化在完成船舶模型后，设计师可以进行性能分析和优化。
CAD软件通常提供了一些模拟和分析工具，如流体动力学分析、强度分析等，可以帮助设计师评估船舶在不同工况下的性能。
根据分析结果，设计师可以对船舶模型进行必要的优化调整，以改善其性能。
步骤五：添加细节和装饰一旦船舶的基本设计和性能满足要求，设计师可以继续为船舶添加细节和装饰。
这包括设计船体的纹理、船舱布局、甲板设施等。
CAD 软件提供了各种2D和3D绘图工具，可以让设计师轻松添加和编辑这些细节。
步骤六：生成设计图纸和报告当船舶设计完成后，设计师可以使用CAD软件生成设计图纸和报告。
这些文件可以包括船舶的平面图、剖面图、工程图等，以便后续的建造和制造过程。
使用CAD进行船舶设计的技巧：1. 熟悉CAD软件的基本操作和功能，了解如何使用各种工具和命令。
2. 细心和精确，确保船舶模型的尺寸和比例准确无误。
利用CAD进行船舶设计与建模
利用CAD进行船舶设计与建模船舶设计与建模是一个庞大而复杂的任务，使用CAD软件能够极大地简化这一过程。
CAD（计算机辅助设计）软件可以帮助船舶设计师在虚拟环境中创建、修改和分析船舶模型，从而提高设计效率和准确性。
本文将介绍一些利用CAD进行船舶设计与建模的技巧和步骤。
首先，选择合适的CAD软件非常重要。
市场上有许多CAD软件可供选择，如AutoCAD、SolidWorks、CATIA等。
每个软件都有其特点和适用场景，需要根据自己的需求和经验来选择合适的软件。
在开始设计之前，先要进行必要的研究和分析。
了解船舶设计的基本原理和要求，掌握相关的船舶知识，这对于后续的建模工作非常重要。
此外，还需要收集并分析相关的数据和资料，如船舶规格、设计要求等。
接下来，开始进行船舶建模。
首先，根据设计要求绘制船舶的基本平面图，包括船体主剖面、甲板平面和船首船尾剖面等。
可以使用CAD软件的绘图工具来完成这一步骤，在绘制过程中，需要注意保持设计的比例和准确度。
完成平面图后，根据设计要求进行三维建模。
首先，将平面图转换为三维模型的草图，在CAD软件中使用线条、圆弧等工具绘制出船舶各个部分的轮廓。
然后，使用CAD软件的建模工具将草图转换为实体模型，添加细节和特征。
在建模过程中，需要考虑船舶的结构和功能要求。
例如，根据船舶的载重和船体结构特点，确定船舶的主体框架和船体外围结构。
同时，也要考虑到船舶的操纵性能和稳定性，合理设计船舶的船首、船尾和船体的几何形状。
完成船舶建模后，可以使用CAD软件的分析工具进行各种性能和功能的验证。
例如，模拟船舶在不同水深和海况下的浮力和稳定性，预测船舶在不同速度下的阻力和推进力等。
通过这些分析，可以及早发现和解决潜在的设计问题。
最后，完成船舶设计后，可以使用CAD软件生成设计文档和图纸，以便后续的生产和建造。
这些文档和图纸包括船舶的平面布置图、剖面图、工作图等。
同时，还可以生成仿真图像和动画，更直观地展示船舶的外观和性能。
计算机辅助船舶制造
双圆弧样条：在两节点间用一对相切的圆弧构成一段曲线。要
形成这对圆弧，则需确以下条件： 1）两个圆必须分别通过建立局部坐标系的相邻两个型值点； 2）两圆在各自通过的型值点处应具有与相邻圆弧的公共切向量 （保证一阶连续）； 3）两圆弧有一个公切点； 4）4种情况：公切点在两节点中垂线上、公切点在三角形的内 心上、公切点选择两半径差值最小、公切点选择曲率差值最小。
2.3.3 三次B样条函数
2.3.2 三次参数样条函数
上式是根据规范化参数导出的三次参数曲线段矢表达式。在 给定一组平面或空间曲线上的离散点列只( j＝1，2，…网)时， 则可以设想由离散点列的每对相邻的离散点,作为上述三次参 数曲线段的起点和终点,依次构造一条三次参数样条曲线,且要 求在所有三次参数曲线段的连接处,均具有位置、切矢和二阶 导矢的连续性.
用数学方程定义船体型线或船体表面，而建立数学模型，然 后通过计算机的高速运算来完成船体放样工作。
1.2 船体型线放样的图纸准备
由设计部门提供的理论型线图及型值表是进行型线放 样的主要依据。
同时还必须具备下列图纸： 基本结构图，中横剖面图，外板展开图，艏艉柱结构 图，船体理论线图，轴系布置图等。
型线图LINES（局部）
目前，在曲线插值或拟合中广泛采用多项式样条函数。 样 条 函 数：就是分段解析函数。 多项式样条函数：即整体具有一定连续性而分段为多项式 的样条
函数。 常用的样条函数有三次样条函数、双圆弧样条函数、三次参数样条函 数、三次B样条函数。
2.1.1 曲线插值
2.1.2 曲线拟合
选取合适的曲线作为拟合模型：
第二节 三次样条函数
第三节 双圆弧样条函数
圆弧样条：使用最简单的二次曲线——圆弧，并以样条的思想
船舶计算机建模SPD V3.2项目一
• SPD-H船体设计系统根据船体设计要求(包括：船体总布置图， 基本设计图，分段划分图，技术规格书，有关规范规则，建造 方针、施工要领，以及由HDSHM船体线型三向光顺系统生成 的船体型线等)，采用图形交互的方式，进行三维的船体结构产 品数据模型的建模，在计算机中先造出这艘船来。 • 系统可以生成： • （1） 船体结构产品数据库。存放平面板架、曲面板架等船体 结构的数据。船体结构产品数据带有拓扑关系数据。 • （2） 船体三维实体模型。屏幕显示的船体三维实体模型实现 了交互设计，并为设计者提供了观察船体结构产品数据的窗口 。船体三维实体模型也可作为管系设计等系统的船体背景。 • （3） 船体图纸。包括船体分段图等各种船体图纸。船体图纸 符合船体制图标准。 • （4） 提供给HDSHM船体建造系统的零件文件及必要的数据文 件。使船体设计与船体计算机辅助建造系统无缝连接。
江苏省无锡交通高等职业技术学校 船舶工程系 魏斌 luoye@ 2014年11月28日星期五
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3）系统运行界面：
船舶计算机建模
江苏省无锡交通高等职业技术学校 船舶工程系 魏斌 luoye@ 2014年11月28日星期五
船舶计算机建模
船舶计算机建模
江苏省无锡交通高等职业技术学校 船舶工程系 魏斌 luoye@
江苏省无锡交通高等职业技术学校 船舶工程系 魏斌 luoye@ 2014年11月28日星期五
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项目一 计算机辅助船体生产设计概论
船舶计算机建模
• [项目描述] • 计算机辅助船体生产设计是指通过计算机辅助的手 段进行传统的船舶生产设计。通过本项目的学习， 学生应当了解计算机辅助船体生产设计的相关知识 ，应达到以下要求： • 一、知识要求 • 1．了解计算机辅助船体生产设计的含义、发展历程 。 • 2．了解常用的计算机辅助船体生产设计软件。 • 二、能力要求 • 1．掌握常见的船舶设计软件的主要模块分类情况。
MAXSURF软件在计算机辅助船舶设计与建造领域的应用
MAXSURF软件在计算机辅助船舶设计与建造领域的应用MAXSURF是一种计算机辅助船舶设计与建造软件，广泛应用于船舶设计、船舶建造和船舶运输工业。
MAXSURF具有强大的船舶参数化建模、稳定性计算、船体设计和相应工业软件的特点，可以大大提高船舶设计和建造的效率和精度。
首先，MAXSURF可以用于船体建模和设计。
通过MAXSURF的参数化建模技术，设计师可以轻松地创建各种类型和尺寸的船舶模型。
与传统的手工建模方法相比，MAXSURF的建模过程更加快速、精确和可重用。
此外，MAXSURF还提供了丰富的船体设计工具，如船舶几何造型、湿面积计算和体积计算等，帮助设计师更好地理解和控制船舶的外形和特性。
其次，MAXSURF可以进行船舶稳定性计算。
船舶稳定性是船舶设计和建造中非常重要的一个方面，关系到船舶的安全性和操作性。
MAXSURF提供了各种稳定性计算工具，如浮力、重心、稳定性曲线和倾覆计算等，能够精确地分析和评估船舶的稳定性。
设计师可以通过MAXSURF进行稳定性计算，帮助确定船舶设计的可行性，提供重要的设计参考。
此外，MAXSURF还提供了其他一些有用的工具和功能，如船舶水动力分析、推进器性能计算和工程绘图等。
船舶水动力分析是评估船舶性能和操纵性的重要手段，MAXSURF可以进行各种水动力计算，如水动力力和阻力计算，帮助设计师优化船舶的运动和操纵特性。
推进器性能计算则可以评估船舶推进系统的性能和效率，帮助设计师选择合适的推进器。
另外，MAXSURF还集成了CAD绘图工具，可以进行工程绘图和输出设计结果。
综上所述，MAXSURF软件在船舶设计与建造领域具有广泛的应用。
通过MAXSURF的参数化建模和船舶设计工具，设计师可以更快速和准确地创建各种类型和尺寸的船舶模型，并且能够进行稳定性计算和水动力分析等，从而提高船舶设计和建造的效率和精度。
MAXSURF软件的不断发展和创新将进一步推动船舶设计和建造领域的进步和发展。
MAXSURF软件在计算机辅助船舶设计与建造领域的应用
MAXSURF软件在计算机辅助船舶设计与建造领域的应用2007-8-10 作者：编辑：问天点击进入论坛MAXSURF软件是由澳大利亚Formation Design Systems公司为船舶设计和建造者开发的、适用于各种船舶设计、分析和建造的一套非常完整的计算机辅助船舶设计和建造软件。
MAXSURF软件目前在全球已拥有广泛分布在澳大利亚、中国、日本、德国、荷兰、新加坡、美国等国家的1000多位船舶设计和建造用户，在各种船舶设计和建造领域都得到了非常普遍的应用。
与其它诸如TRIBON、FORAN、CADDS5等大型计算机辅助船舶设计和建造系统平台相比，MAXSURF软件由于其各个子模块均共享一个集成数据库，统一的Windows风格界面简单易学，采用统一的工业标准，可方便地与Microsoft office 、Microstation 、AutoCAD等进行数据与文件的转换，所以其性能/价格比相当高，生命力很强。
澳大利亚之所以能够在世界高性能新船型的研究、设计和建造领域长期独树一帜、保持领先地位就充分证明了这一点。
MAXSURF软件系统包括以下几个模块：1、MAXSURF模块（动态三维船体模型生成模块）MAXSURF模块是MAXSURF软件包的核心部分。
MAXSURF模块包括一整套用一个或多个真正的三维NURBS曲面（而非二维NURBS曲线），进行三维船体建模的工具，可使船舶设计师快速、精确地设计并优化出各种船舶的主船体、上层建筑和附体型线。
MAXSURF采用实时交互式控制方法，备有多种方法可对船体曲面和线型进行修改。
设计者可在多窗口图形显示界面环境下，用鼠标拖放控制点进行数值修改，或从数据输入框直接输入数值进行修改，也可以通过一系列的自动光顺命令进行控制。
设计者可根据具体设计船型以及实际生产情况，确定建立模型所使用NURBS曲面的数量、特性以及相互间的组织关系等。
MAXSURF独特的曲面修整功能使设计者建立复杂的曲面边缘变得格外的简便。
自动化技术在船舶制造中的应用
自动化技术在船舶制造中的应用船舶制造是一个复杂且高度技术密集型的产业，涉及到众多环节和工艺。
随着科技的不断进步，自动化技术在船舶制造领域的应用越来越广泛，极大地提高了生产效率、质量和安全性。
自动化技术在船舶制造中的应用首先体现在船体建造方面。
传统的船体建造需要大量的人工切割、焊接和装配工作，不仅劳动强度大，而且精度难以保证。
如今，通过引入数控切割技术，能够根据预先设计好的图纸，精确地将钢板切割成所需的形状和尺寸。
这不仅提高了材料的利用率，还减少了人工操作带来的误差。
同时，自动化焊接机器人也在船体焊接中发挥着重要作用。
它们能够按照设定的程序和参数，进行高质量、高效率的焊接作业，确保焊缝的强度和密封性。
相比人工焊接，机器人焊接的稳定性更好，能够在恶劣的环境下长时间工作，大大缩短了船舶的建造周期。
在船舶舾装方面，自动化技术同样带来了显著的变革。
船舶的舾装工作包括管道安装、电气设备布置、舱室装修等。
过去，这些工作往往依赖于工人的经验和手工操作，效率低下且容易出现错误。
现在，利用自动化的管道预制生产线，可以快速、准确地生产出各种规格的管道，并进行自动焊接和检测。
电气设备的安装也逐渐实现了自动化，通过预先编程的机器人，能够将电缆敷设、接线等工作完成得又快又好。
此外，在舱室装修中，自动化的喷漆设备能够均匀地喷涂涂料，提高表面质量和美观度。
船舶制造中的涂装环节对环境和工人的健康有一定的影响。
自动化的涂装技术不仅能够提高涂装质量，还能减少对环境的污染和对工人的危害。
例如，采用静电喷涂技术，可以使涂料颗粒更均匀地附着在船体表面，减少涂料的浪费。
同时，通过自动化的喷漆机器人，可以在密闭的空间内进行作业，有效地控制废气的排放，并保护工人免受有害气体的侵害。
自动化技术在船舶制造的精度控制方面也具有重要意义。
在船舶的设计和建造过程中，需要对船体的尺寸、形状和位置进行精确测量和控制。
利用激光测量、全站仪等先进的测量设备，结合计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统，可以实时监测船体的建造精度，并及时进行调整。
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1.造船CIMS：以自动化技术、信息技术和造船技术为基础，通过计算机及其软件，将造船订货、船型试验、船舶设计、船舶建造、造船生产管理和交船后服务等造船企业全部生产活动所需要的各种分散的自动化系统有机地集成起来，形成的总体高效益、高柔性的智能制造系统。
2.CIM制造1）狭义制造：工艺规划、库存控制、生产及维护等活动。
2）广义制造：产品需要的预测、产品概念的形成、设计、开发、生产、销售、售后服务等一系列活动。
3.船舶产品和造船生产过程的特点？
1)造船生产方式：多品种、单件或小批量生产的方式。
2)船舶设计的表示方法：必须有船体放样工序。
3)船舶建造过程的施工：装配焊接以手工操作为主，机械化、自动化有巨大困难。
4)船舶舾装：现场装配作业为主，作业环境差对舾装安装作业机械化和自动化增加了巨大的困难
4.造船CAM技术的特点？P6
5.造船CIMS构成（内容）：1经营计划管理系统，2计算机辅助工程系统（CAE），3柔性制造系统（FMS），4造船工程数据库。
6.造船CIMS的发展是什么？
1现有计算机应用系统的局部集成和改造。
2继续研究开发单项自动化技术3研究完善新的造船工艺技术。
4研究开发造船用机械电子技术。
5开发实船推进性能的模拟技术。
6开发船舶设计的三维几何造型技术。
7建立造船工程数据库。
8系统技术与方法的研究。
7.试用造船CIMS的构成来评价现有的造船集成系统？
现有的集成系统都处于局部集成阶段，而且处于CAD/CAM为主的局部集成阶段，CAD还没有覆盖整个船舶设计，CAM的处理功能仅至数控边缘加工为止，均有待于今后研究开发。
8.研究曲线的函数表达式通常采用的两种方法：曲线插值和曲线拟合。
9.何为“龙格”现象？如何克服“龙格”现象？P26
10.推导样条函数时，模拟木样条的力学模型具有什么样的特征？
模拟木样条的力学模型为：在压铁点处受集中载荷作用的小挠度等截面弹性细梁。
11.简述三次样条函数推导时的所做假设？
小挠度假定
12三次样条函数的概念？
挠曲线必须是连续光滑的曲线，且在节点处得函数值（位移）、一阶导数（转角）和二阶导数（弯矩）都是连续的，由此得到的样条函数称为三次样条函数。
13.船体型线光顺的概念
船体型线光顺，就是根据给定的型值表数据，用样条绘制船体型线，对型线进行光顺性判别，并对不光顺处进行型值调整，使三个投影面上的型线都满足光顺性和型值一致性的要求。
此外，在光顺后的型线图上，按肋骨间距插出全部肋骨型线，并根据结构图纸会出光顺的结构线和板缝线。
14.数学光顺判别准则的数学描述
①曲线的连续性条件；②判别多余拐点的数学方法；③型线曲率数值变化均匀性判别；
15.回弹法光顺型线的定义？光顺性判别的两种方法
①二阶导数判别法②曲率数值判别法；
16.船体型线三向光顺：检验船体型线在三个投影面上的型值是否一致。
17.简述剖面线法船体型线数学光顺的工作内容？
剖面线法：模拟手工放样原理，建立船体型线的数学样条函数，并通过电子计算机的运算，代替手工放样中对船体型线的修改和光顺过程，称为“剖面线法”。
18.船体型线数学三向光顺时常用的三向光顺的方法有：三向循环光顺法，二向转三向循环
光顺法，三向V形循环光顺法，局部光顺法，双表格法。
19.船体的边界线有哪些？光顺边界线的目的是什么？各种边界线可决定哪些型线的端点条件？平边线，平底线，首尾端切点线，折角线。
船体构件展开的概念
20.根据船体型线光顺的实践经验，船体型线中常见的多余拐点有哪些类型？并根据相邻两节点的二阶差商异号决定拐点存在的原理，对于第一种多余拐点类型的进行举例。
21.为什么需要对构件进行割缝补偿？其数值一般为多少？
22.数控切割过程中，割嘴每移动一步需要进行哪四个节拍？
23.端点测量控制法数控冷弯型材的控制参数由和组成。
计算题
1.P23习题3
2.P31 例2-4-1
3.用牛顿迭代公式求解方程f(x) = cos(x) −x3的根P105
4.P151 例5-2-1
5.P153 例5-2-2。