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摘要：随着CAD、CAM技术的发展，现在船舶建造中也应用了三维设计技术，实现了船舶建造的数字化。1995年，广船国际最先开始转换造船模式，即利用软件设计、生产船体。船舶建造中的船体建造是一个比较复杂的过程，需要的信息资源也比较多。三维设计方法的应用可以提高船舶建造的质量和效率，促进船舶建造行业的发展。现代的船舶建造中，三维设计技术必不可少。
关键词：船体结构；三维；设计
1三维设计方法的优越性
三维设计与传统的二维设计比较，它的优点显示在以下方面：
1.1对于不同专业的设计规划专业工作者来说，三维模型相对比较直观，而且便于理解。
1.2在设计过程中，实时进行监督和检查可以有效避免错误的发生。对于机舱来说，其实很容易产生问题的方位，因此，在进行三维设计的过程中，在建立模型的过程中还要有效的进行监督和检查，防止问题的产生。然而对于传统的二维设计过程中，空间的表现能力比较弱，因此对于更多的专业规划信息无法进行集中的表达，在现场做整体的放样工作，也没办法对其问题产生进行完全的避免。
1.3各个专业并行的设计。在船体线型完成设计之后，各个专业工作者可以在三维模型中进行同时的规划设计工作，并且利用计算机和网络，对工作者的设计状况进行实时的了解，提升工作的效率。
1.4数据流动一致。随着设计的深入，三维模型不断细化，所有的设计、建造信息都加在同一三维模型上。所以数据流动始终保持一致数据流动的一致就保证了几何图形与数据信息的高度精确。从三维模型绘制的零件图可以直接施工，计算的零件消耗可以用作工厂成本管理的依据，计算的重量重心准确可靠。
1.5用数据库管理模型的信息。三维模型的所有信息用工程数据库管理，高效地处理各种数据。而二维设计由于几何信息和所设计的实体没有联系，所有信息都要人工统计。
2船体结构三维设计的构思
根据图形工作站软、硬件技术和工程数据库技术的发展现状，我们设想在计算机中建立完整的船体结构模型，并将几何信息、结构物理属性、拓扑关系、加工工艺信息及装配顺序信息存储在图形数据及工程数据库中。在初步设计阶段，工厂与设计研究所配合确定线型后，建立完整的船体结构3D模型，各个专业以结构模型为背景图，并行（即同时）设计，实时检查干涉（即碰撞）情况。随着设计阶段的逐步深入，船体结构的信息在3D模型上逐步细化。按照船舶建造采用的总段分段法，将模型分成若干个有逻辑关联的较小部件，模拟分段建造的方法建模，既可满足区域设计的需要，又能保证图形显示的效率和数据的安全性。利用完整的3D模型，绘出可供生产的零件图，计算分段重量重心，计算各种金属材料、焊接材料的消耗，也可利用3D模型进行力学分析。
3船体结构的三维设计的实施——以三维软件TRIBON为例
3.1船体标准设计模式
船体设计的基础是硬件和软件设施。根据建造的船体进行船体结构的三维设计时，每个国家使用的软件都不相同，如瑞典的TRIBON、日本的HICAS、挪威的AUTOKON西班牙的FORAN，都是现在比较常用的三维设计软件。不仅我国的三维设计软件与其他国家不同，而且我国的船体结构设计也与国外有所差异。我国常用的软件有CAD、EFSHD、CATIA、TRIBON等。CAD比较简单，操作方便，而EFSHD软件比较专业，CATIA是更加专业的软件，在应用上需要操作人员具有较高的水平。TRIBON是瑞典KCS公司研发的一款造船软件，比较适合我国的船体结构建造。2007年我国青岛造船厂就引进了这项技术。本文采用的就是这款软件，在正式设计前要求设置各项参数。
结构设计前要设计TRIBON的参数，配置船舶设计需要的参数和文件，形成TRIBON设计标准。首先是设计船型，设定船型参数，即根据需要的船型设定参数、结构、分段起始位置、分段名称、纵骨信息、材料规格、切口形式、连接方式、面板参数、贯穿孔和补板参数；设置坡口参数、套料参数、肘板类型、规格和材质参数等。在船体结构建模前，需要先生成曲面文件。TRIBON建模的第一步就是船体线型的形成和光顺。
3.2曲面建模
曲面建模是曲面板架、外板型材的生成。在建模中TRIBON可以随时查看零件，将零件分离或连接，校对零件的接口。曲面建模也是为下一步的平面建模做准备，为平面建模的外板骨切口和外板板缝的焊接提供依据，且整个过程相互联系。船体结构的构建基础是船体的曲面造型，船体结构的曲面设计对船体的精度要求较高，一般偏离性误差小于1mm，并且曲面要保证三面光滑，也要保证连接具有一阶导数的连续性。为了保证曲面连接的顺滑，可以采用约束条件约束和计算曲面，并且要保证两个邻接曲面的误差在允许范围内。满足上述要求的曲面可以直接应用在设计中，具有较高的设计精度。
3.3平面建模
平面建模是建模工作中工作量最大的一部分。首先，船体结构的建造中船体被分为几个部分，这几个部分的基础是平键模型。建立模型的过程中，要注意速度与质量的关系，还要调整建模顺序，提高建模速度。模型建立后是间断的强构件，然后是散装构件。平面构建时应定义边界，可以保证建模的精准度，还可以加快建模的速度。平面的边界可以拷贝，也就形成了参照。参照板修改后，其他边界也会被修改，这样可以保证模型建立的准確性，降低错误率。建模完成后可以利用渲染形成的立体效果检查建模质量。在模型中，利用TRIBON绘图命令还可以任意转换模型的角度和文件的形式，一般采用CAD软件将图纸细化。
3.4装配和焊接
装配这一环节需要考虑船体结构的构建方法，将部件根据大小分类，模拟装配的过程。这个过程就是在计算机上模拟船体零件的装配，发现装配和模型中的问题，以供建模人员及时修改。TRIBON具有强大的功能，可以直观地反映装配信息。焊接是生产的一部分，利用TRIBON软件的曲面和平面模型可以读取焊接信息，并设置焊接高度、信息等。
3.5生产信息和套料
生产信息界面是信息提取界面。生产信息界面的生产信息很多，可以生成多种实际生产信息。在TRIBON生产信息界面可以进行以下设计：①板材零件和型材放样数据的生成，可用于套料、下料设计；②生成零件表；③形成胎架、样箱和外板加工样板数据；④重量中心生成，为船体结构的分段起吊提供依据，并且可以用于运输和工时费用的结算。套料界面是根据信息切割材料制作零部件。这一过程中可以操作零件套料、数控切割、生产设计等。TRIBON套料界面可以进行门式切割、板条切割和广电切割，还可以写成相应的切割文件备用。TRIBON生产信息的提取可以采用中间的结构为原有的软件提供信息，形成以TRIBON为主体，以CAD/CAM为辅助的船体结构设计体系。该体系不仅能发挥TRIBON的优势，还能利用其他软件弥补其不足，更适合船体的生产设计。
结语：
船舶结构的设计中有很多的设计环节，首先要做的工作就是选择合适的三维设计软件。随着社会的发展，现在的设计软件有很多，但并不是所有的三维设计软件都适合船舶建造，而且不同国家的船舶建造选择的软件也不相同，我国应该采用更合适的三维设计软件。软件选好后，就可以确定船体建造信息，即确定船舶的建造规模和使用方式，然后建模。在船体结构的建造中，三维设计方法的应用对船体结构的建造大有助益，可以提高船体质量，缩短船体结构建造时间，促进船体建造行业的发展。
参考文献：
[1]孙雪荣.船型结构物的总纵强度直接简化计算技术研究[J].船舶，2016，5（3）：1-7.
[2]汪雪良，杨鹏，顾学康，等.船体结构砰击总体载荷理论研究综述[J].中国舰船研究，2015，6（1）：7-18.
关键词：船体结构；三维；设计
1三维设计方法的优越性
三维设计与传统的二维设计比较，它的优点显示在以下方面：
1.1对于不同专业的设计规划专业工作者来说，三维模型相对比较直观，而且便于理解。
1.2在设计过程中，实时进行监督和检查可以有效避免错误的发生。对于机舱来说，其实很容易产生问题的方位，因此，在进行三维设计的过程中，在建立模型的过程中还要有效的进行监督和检查，防止问题的产生。然而对于传统的二维设计过程中，空间的表现能力比较弱，因此对于更多的专业规划信息无法进行集中的表达，在现场做整体的放样工作，也没办法对其问题产生进行完全的避免。
1.3各个专业并行的设计。在船体线型完成设计之后，各个专业工作者可以在三维模型中进行同时的规划设计工作，并且利用计算机和网络，对工作者的设计状况进行实时的了解，提升工作的效率。
1.4数据流动一致。随着设计的深入，三维模型不断细化，所有的设计、建造信息都加在同一三维模型上。所以数据流动始终保持一致数据流动的一致就保证了几何图形与数据信息的高度精确。从三维模型绘制的零件图可以直接施工，计算的零件消耗可以用作工厂成本管理的依据，计算的重量重心准确可靠。
1.5用数据库管理模型的信息。三维模型的所有信息用工程数据库管理，高效地处理各种数据。而二维设计由于几何信息和所设计的实体没有联系，所有信息都要人工统计。
2船体结构三维设计的构思
根据图形工作站软、硬件技术和工程数据库技术的发展现状，我们设想在计算机中建立完整的船体结构模型，并将几何信息、结构物理属性、拓扑关系、加工工艺信息及装配顺序信息存储在图形数据及工程数据库中。在初步设计阶段，工厂与设计研究所配合确定线型后，建立完整的船体结构3D模型，各个专业以结构模型为背景图，并行（即同时）设计，实时检查干涉（即碰撞）情况。随着设计阶段的逐步深入，船体结构的信息在3D模型上逐步细化。按照船舶建造采用的总段分段法，将模型分成若干个有逻辑关联的较小部件，模拟分段建造的方法建模，既可满足区域设计的需要，又能保证图形显示的效率和数据的安全性。利用完整的3D模型，绘出可供生产的零件图，计算分段重量重心，计算各种金属材料、焊接材料的消耗，也可利用3D模型进行力学分析。
3船体结构的三维设计的实施——以三维软件TRIBON为例
3.1船体标准设计模式
船体设计的基础是硬件和软件设施。根据建造的船体进行船体结构的三维设计时，每个国家使用的软件都不相同，如瑞典的TRIBON、日本的HICAS、挪威的AUTOKON西班牙的FORAN，都是现在比较常用的三维设计软件。不仅我国的三维设计软件与其他国家不同，而且我国的船体结构设计也与国外有所差异。我国常用的软件有CAD、EFSHD、CATIA、TRIBON等。CAD比较简单，操作方便，而EFSHD软件比较专业，CATIA是更加专业的软件，在应用上需要操作人员具有较高的水平。TRIBON是瑞典KCS公司研发的一款造船软件，比较适合我国的船体结构建造。2007年我国青岛造船厂就引进了这项技术。本文采用的就是这款软件，在正式设计前要求设置各项参数。
结构设计前要设计TRIBON的参数，配置船舶设计需要的参数和文件，形成TRIBON设计标准。首先是设计船型，设定船型参数，即根据需要的船型设定参数、结构、分段起始位置、分段名称、纵骨信息、材料规格、切口形式、连接方式、面板参数、贯穿孔和补板参数；设置坡口参数、套料参数、肘板类型、规格和材质参数等。在船体结构建模前，需要先生成曲面文件。TRIBON建模的第一步就是船体线型的形成和光顺。
3.2曲面建模
曲面建模是曲面板架、外板型材的生成。在建模中TRIBON可以随时查看零件，将零件分离或连接，校对零件的接口。曲面建模也是为下一步的平面建模做准备，为平面建模的外板骨切口和外板板缝的焊接提供依据，且整个过程相互联系。船体结构的构建基础是船体的曲面造型，船体结构的曲面设计对船体的精度要求较高，一般偏离性误差小于1mm，并且曲面要保证三面光滑，也要保证连接具有一阶导数的连续性。为了保证曲面连接的顺滑，可以采用约束条件约束和计算曲面，并且要保证两个邻接曲面的误差在允许范围内。满足上述要求的曲面可以直接应用在设计中，具有较高的设计精度。
3.3平面建模
平面建模是建模工作中工作量最大的一部分。首先，船体结构的建造中船体被分为几个部分，这几个部分的基础是平键模型。建立模型的过程中，要注意速度与质量的关系，还要调整建模顺序，提高建模速度。模型建立后是间断的强构件，然后是散装构件。平面构建时应定义边界，可以保证建模的精准度，还可以加快建模的速度。平面的边界可以拷贝，也就形成了参照。参照板修改后，其他边界也会被修改，这样可以保证模型建立的准確性，降低错误率。建模完成后可以利用渲染形成的立体效果检查建模质量。在模型中，利用TRIBON绘图命令还可以任意转换模型的角度和文件的形式，一般采用CAD软件将图纸细化。
3.4装配和焊接
装配这一环节需要考虑船体结构的构建方法，将部件根据大小分类，模拟装配的过程。这个过程就是在计算机上模拟船体零件的装配，发现装配和模型中的问题，以供建模人员及时修改。TRIBON具有强大的功能，可以直观地反映装配信息。焊接是生产的一部分，利用TRIBON软件的曲面和平面模型可以读取焊接信息，并设置焊接高度、信息等。
3.5生产信息和套料
生产信息界面是信息提取界面。生产信息界面的生产信息很多，可以生成多种实际生产信息。在TRIBON生产信息界面可以进行以下设计：①板材零件和型材放样数据的生成，可用于套料、下料设计；②生成零件表；③形成胎架、样箱和外板加工样板数据；④重量中心生成，为船体结构的分段起吊提供依据，并且可以用于运输和工时费用的结算。套料界面是根据信息切割材料制作零部件。这一过程中可以操作零件套料、数控切割、生产设计等。TRIBON套料界面可以进行门式切割、板条切割和广电切割，还可以写成相应的切割文件备用。TRIBON生产信息的提取可以采用中间的结构为原有的软件提供信息，形成以TRIBON为主体，以CAD/CAM为辅助的船体结构设计体系。该体系不仅能发挥TRIBON的优势，还能利用其他软件弥补其不足，更适合船体的生产设计。
结语：
船舶结构的设计中有很多的设计环节，首先要做的工作就是选择合适的三维设计软件。随着社会的发展，现在的设计软件有很多，但并不是所有的三维设计软件都适合船舶建造，而且不同国家的船舶建造选择的软件也不相同，我国应该采用更合适的三维设计软件。软件选好后，就可以确定船体建造信息，即确定船舶的建造规模和使用方式，然后建模。在船体结构的建造中，三维设计方法的应用对船体结构的建造大有助益，可以提高船体质量，缩短船体结构建造时间，促进船体建造行业的发展。
参考文献：
[1]孙雪荣.船型结构物的总纵强度直接简化计算技术研究[J].船舶，2016，5（3）：1-7.
[2]汪雪良，杨鹏，顾学康，等.船体结构砰击总体载荷理论研究综述[J].中国舰船研究，2015，6（1）：7-18.