船舶数字化设计软件平台关键技术研究

论文摘要

面对船舶功能、构造的日益复杂化、用户需求的不断变化、市场竞争的不断加剧,传统的船舶CAD技术已很难适应现代造船需求。现阶段市场需求下的新要求是尽可能地缩短设计周期,提高设计效率,保证设计质量,减少设计缺陷。现代船舶业随之出现了适应这种发展的新模式,数字化造船成为热点,并为船舶设计领域带来了新的思想和技术支持,从而需要采用这些新技术来解决设计手段问题,使船舶的设计过程得到最大限度的提高,这是本文研究的出发点。数字化造船涉及到的技术范畴很广,本文的侧重点放在其中的基础支持技术,通过对这些技术的研究来建立一个开放的、智能的、分布的、支持多用户协同的船舶数字化设计软件平台。具体研究内容如下:1)数字建模:数字建模是数字化设计的核心,船舶数字建模的基础是数字船体曲面的建立,通过三维型线网格建立船体曲面实体模型,同时得到其上的数据信息,如任意位置上的理论线的形状,用于分舱设计和结构设计。在3D船体曲面的基础上研究参数化下的舱室划分,并建立实体舱室模型,计算出舱容要素。以建立的数字船体曲面为形状约束,以舱室定义为结构定位,使用面向对象的产品定义框架,在图形界面中建立三维船体结构模型,并交互性地进行修改。通过基于特征的参数化实体设计,建立起面向全生命周期的船舶数字产品模型,对于建模中产生的与产品有关的信息,以相同结构储存于数据库中,实现全过程的产品建模和数据共享。2)快速建模:在船舶数字建模研究的基础上,对虚拟设计技术,产品建模过程优化和结构构件的知识表达与组织进行研究,结合数字化设计技术与产品快速设计技术,提出支持快速建模的结构模型库的概念及其组织结构。以类型库表达为基础,以模块化设计为手段,以构件库来封装结构数字建模功能,以分布式数据库来管理生产设计信息,开发原型软件系统,实现全船结构模型快速建立与修改,并通过一艘实船模型的建立得到了验证。3)数字协同:在本地船体结构数字建模的基础上,拓展到网络协同应用方式,各单位可以通过网络协同地进行设计,操作和管理。为此提出了适合船舶建模设计的5层网络体系框架和组织模型,为设计成员和设计软件提供交互的软件系统并对合作成员的操作进行管理,解决多用户操作冲突问题。基于集中式的协同服务器和各浏览器端的代理,开发包括建模、修改、装配和产品信息管理的船体结构协同设计系统,实现船舶设计阶段产品数据模型的数字化协同设计与管理。综上所述,本文基于船舶数字化设计思想,对支持船舶数字化设计平台的关键技术进行研究,从船舶数字建模入手,以船舶产品模型的快速建立为基础,逐步发展到网络协同层次,开发符合船舶设计特点的网络传输框架,最终集成本地和网络系统的开发经验和技术,研发了分布式的快速建模系统,各客户端快速协作地建立船体结构的数字模型,从而在各个小组和各阶段中共享同一船舶模型,避免各个阶段模型因不兼容而重建的情况,同时虚拟的数据产品模型可以减少因制作物理原型所耗费的人力、物力和时间,降低船舶建造费用,保证产品开发一次成功。从而提高船舶研发和管理水平,减少差错,缩短产品开发周期,提高设计重用率。也避免了船舶设计人员在学习软件和使用软件方面的时间浪费,把全部精力投入到设计过程中来。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题科学依据与意义
• 1.1.1 选题必要性
• 1.1.2 选题可行性
• 1.2 国内外研究概况
• 1.2.1 数字化技术及其在船舶领域应用现状
• 1.2.2 协同设计技术的研究现状
• 1.2.3 数字化造船的发展概况
• 1.3 船舶数字化设计平台
• 1.3.1 数字化造船的设计理念
• 1.3.2 船舶数字化设计的主要问题
• 1.3.3 船舶数字化设计平台框架
• 1.4 论文研究内容
• 1.5 论文结构与安排
• 2 船舶数字建模研究
• 2.1 NURBS船体曲面数字建模研究
• 2.1.1 数字船体曲面建立研究
• 2.1.2 船体曲面光顺判别
• 2.1.3 船体曲面几何信息的管理与应用
• 2.2 船舶参数化分舱研究
• 2.2.1 参数化分舱设计思想
• 2.2.2 舱室数字模型建立
• 2.2.3 舱容计算
• 2.3 船体曲面约束下的结构数字建模研究
• 2.3.1 船舶数字模型的建立方法
• 2.3.2 船舶结构构件类设计
• 2.3.3 构件模型的建立过程
• 2.3.4 分段模型的装配设计
• 2.3.5 分段模型的管理与应用
• 2.4 船舶信息管理系统
• 2.5 本章小结
• 3 船体结构快速建模研究
• 3.1 快速建模库研究
• 3.1.1 快速设计支撑思想
• 3.1.2 快速设计解决方案
• 3.2 快速建模库设计
• 3.2.1 建模库的组织结构
• 3.2.2 规则库的设计
• 3.2.3 类型库的设计
• 3.2.4 构件库的设计
• 3.2.5 分布式数据处理库
• 3.3 船体结构模型的快速建立
• 3.4 船体结构产品模型管理
• 3.5 本章小结
• 4 船舶数字化协同设计系统研究
• 4.1 船舶数字协同环境设置
• 4.2 船舶数字协同组织框架
• 4.2.1 传输体系框架
• 4.2.2 数据层的实现
• 4.2.3 安全层的实现
• 4.2.4 造型层的实现
• 4.2.5 三维结构模型网络显示
• 4.3 用户操作的设置和管理
• 4.3.1 造型系统的设置和触发
• 4.3.2 用户会话管理的实现
• 4.4 船舶数字协同建模的应用
• 4.4.1 多用户操作应用
• 4.4.2 分布式调用实现
• 4.5 本章小结
• 5 原型系统及船舶结构建模实例
• 5.1 原型系统开发
• 5.2 船体结构详细建模实例
• 5.2.1 船体曲面模型建立
• 5.2.2 船舶分舱模型建立
• 5.2.3 分段结构模型建立
• 5.3 船体结构快速建模实例
• 5.3.1 船体结构快速建立
• 5.3.2 结构模型装配管理
• 5.3.3 产品模型应用计算
• 6 结论与展望
• 6.1 全文工作总结
• 6.2 未来展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 创新点摘要
• 致谢