САПР в судостроении (стр. 4 )

Качество моделирования судовой поверхности – это одно из важнейших условий для более точного моделирования судовых конструкций, снижения сроков и повышения качества сборки и сварки корпуса, что в конечном результате приводит к существенному снижению затрат на строительство. Так, например, гнутые листы наружной обшивки являются одними из наиболее трудоемких деталей корпуса, как в изготовлении, так и при монтаже. Качество моделирования листов наружной обшивки напрямую зависит от качества моделирования судовой поверхности. В случае некачественного моделирования судовой поверхности и разверток листов, ошибки, как правило, выявляются только при сборке, поэтому производственники вынуждены добавлять припуска на кромки листов обшивки и подрезать их по месту в процессе сборки. Этот процесс требует большого количества времени и о качестве монтажа и сварки говорить уже не приходится. В конечном итоге затраты на исправление брака могут во много раз превысить затраты на моделирование. Идеальным является моделирование листов обшивки без припусков, но при этом качество судовой поверхности должно быть безупречным.

Таким образом, контроль качества поверхности является одной из наиболее важных составляющих в любой системе моделирования судовой поверхности. Качество получаемой поверхности напрямую зависит от того, насколько развиты в системе средства контроля. До последнего времени качество судовой поверхности проверялось визуально, по вычерченным в большом масштабе сечениям корпуса и было трудоемким процессом. Приходилось вычерчивать, вносить изменения и вычерчивать повторно по несколько раз. Скорость работы при этом определялась только быстродействием плоттера. Во многих современных системах основанных на NURBS существуют средства контроля формы моделируемой поверхности на основе визуализации гауссовой кривизны поверхности. Это не всегда применимо в случае судовой поверхности, так как мало что говорит специалисту о приемлемости формы сечений корпуса судна. Иногда поверхность судна, вполне приемлемая по гауссовой кривизне, дает недопустимые перегибы на конструктивных сечениях корпуса. Таким образом, увеличивается вероятность ошибок при моделировании поверхности и снижается качество. Тоже самое можно можно сказать о визуализации закрашенных поверхностей. Закрашенная поверхность всегда выглядит гораздо лучше, чем есть на самом деле.

Можно перечислить несколько основных средств контроля качества судовой поверхности, благодаря которым можно избежать постоянной распечатки чертежа на бумагу:[22]

визуализация гауссовой кривизны. Несмотря на неоднозначность и не очевидность представления судовой поверхности позволяет выявить проблемные зоны. визуализация радиусов кривизны кривых, сечений и поверхностей. В настоящее время является одним из основных средств контроля для многих судостроительных систем. Визуализация именно графиков радиусов кривизны (а не кривизны) позволяет контролировать наиболее проблемные районы кривых – районы с кривизной близкой к нулю. визуализация точек перегиба кривых, линий перегиба поверхностей и сечений. Позволяет наиболее наглядно представить форму поверхности, закон изменения формы сечений поверхности. Показывает районы бухтин и излишнюю волнистость даже между сечениями поверхности. динамическое изменение формы линий перегиба и кривизны при изменении формы поверхности. Наиболее удобно для сглаживания поверхности в ручном режиме при изменении положения контрольных точек. Пользователь видит не только как изменяется форма сечений поверхности, но и радиусы кривизны и линии перегиба.
- визуализация линий и сечений в сжатом виде по одной из координат. Очень важное свойство для моделирования поверхностей сильно вытянутых по одной из координат. Как, например поверхности крыльев, килей яхт или пера руля. Особенно если система позволяет редактирование контрольных точек поверхности в этом режиме. Это также очень полезное свойство для контроля притыкания линий сечений к плоскому борту, плоскому днищу, контроля стыковки носового и кормового участков поверхностей на миделе. Сжатие модели по одной из координат аналогично визуальной проверке формы кривых на чертеже, если смотреть вдоль кривой и, при этом, уровень глаз наблюдателя находится чуть выше уровня стола. Если в сжатом виде модель выглядит гладкой, то в нормальном виде будет выглядеть только лучше. автоматический контроль отклонений от исходных данных. В некоторых случаях, когда необходимо добиться высокой степени приближения моделируемой поверхности к исходной требуется постоянный контроль отклонений от исходных точек. Это особенно важно, если требуется восстановить поверхность уже существующего судна для ремонта или переоборудования. В таких случаях критерием качества поверхности является минимизация отклонений от исходных данных.

Применение описанных выше средств контроля качества поверхности позволяет полностью отказаться от вывода чертежей на бумажные носители, сократить время моделирования в несколько раз и значительно повысить качество моделируемой поверхности.

Подпишитесь на рассылку сайта Pandia. ru!

Описанные в этой статье правила и требования базируются на основе многолетнего опыта использования системы Sea Solution. Ввиду общности математического представления кривых и поверхностей все это применимо и для большинства других систем использующих в своей основе NURBS.

Суммируя все вышесказанное можно выделить несколько основных стадий проектирования судовой поверхности:[23]

анализ формы моделируемой поверхности и выбор разбиения на участки. Очень важный момент при создании поверхности. От оптимальности разбиения на участки поверхности зависит трудоемкость моделирования и качество поверхности. задание участков поверхности с минимальным набором контрольных точек, приближение формы поверхности к исходным данным и распределение контрольных точек. В качестве исходных данных могут быть как ваше представление о форме поверхности, если корпус проектируется “с нуля” или линии предварительного теоретического чертежа или точки плазовой книги. увеличение количества контрольных точек, определение линий перегибов по шпангоутам ватерлиниям и батоксам, более точное приближение к исходным данным. На этой стадии необходимо постараться минимизировать отклонение от исходных данных и вместе с тем определить корректное расположение линий перегибов. То есть исключить ошибки присутствующие в первоначальных исходных данных. минимизация кривизны ватерлиний шпангоутов и батоксов. На этой финальной стадии необходимо добиться приемлемой гладкости линий сечений. Это итерационный процесс и, как правило, достаточно небольшого перемещения контрольных точек для удовлетворения требований гладкости. В процессе сглаживания необходимо также контролировать положение линий перегиба.

Следуя этой технологии и используя систему Sea Solution за последние пять лет только в компании Steelcad Consultants AS было смоделировано более 200 поверхностей корпусов судов различного типа. Большинство из них использовались при постройке судна и показали высокое качество поверхности и разверток разверток листов обшивки.

Рис.9 Пример разбиения носовой оконечности судна-снабженца на участки поверхности. Основная поверхность выполнена за одни участок и образована линией плоского днища, линией радиуса скулы, линией плоского борта переходящей в линию палубы и линией диаметрального батокса ( голубые линии). В районе верхней палубы поверхность продлена за линию слома борта и обрезана вертикальной поверхностью фальшборта (красная линия).

Рис.10 То же после обрезки поверхностей.

Рис.11 Окончательный вариант поверхности имеет разбиение 32х32 контрольные точки. Степень поверхности – 3.

Рис.12 Пример особой точки в углу участка поверхности. Линия плоского днища и линия плоского днища образуют локальную плоскость в районе угловой точки поверхности. Угол входа шпангоута в районе угловой точки определяется как угол наклона линии пересечения данной локальной плоскости и плоскости шпангоута. При этом воздействовать на угол входа шпангоута можно только изменяя конфигурацию граничных линий поверхности. В данном случае угол притыкания линии плоского борта и линии диаметрального батокса.

Рис.13 Пример радиального сопряжения кормового транца траулера.

Рис.14 Пример радиального сопряжения транца судна – кабелеукладчика.

Рис.15 Пример участка поверхности без выделения линии плоского борта. На форму батоксов в районе плоского борта практически невозможно оказать никакого влияния.

Рис.16 Пример поверхности с линией плоского борта. Форма батоксов, близких к плоскому борту повторяет форму линии плоского борта.

Рис.17 Пример неудачного разбиения носовой поверхности. Вертикальная светло-зеленая линия является границей двух участков. При этом удалось добиться только гладкости по касательным, но не по кривизне. В конечном итоге линии все равно выглядели недостаточно гладкими.

Рис.18 Пример распределения контрольных точек на проекции корпус и визуализации линий перегиба шпангоутов. Ввиду того что используется NURBS третьей степени линия перегибов не является гладкой.

Рис.19 Визуализация радиусов кривизны шпангоутов в районе перехода скулы в цилиндрическую вставку. Видны локальные уплощения шпангоутов.

Рис. 20 Тоже после запуска автоматической процедуры сглаживания.

Рис. 21 Визуализация сжатой модели по координате X. Коэффициент сжатия – 0.1. Визуальный контроль гладкости сопряжения двух участков поверхности в районе миделя.

Рис. 22 Тоже без сжатия. Визуальный контроль невозможен.

Заключение

САПР – это система управления проектированием.

Выбирая САПР, кто-то подолгу размышляет и сравнивает, а кто-то под действием рекламы и звонких слов делает выбор импульсивно - и, как правило, совершает ошибку. В неверном выборе нет ничего постыдного, людям свойственно ошибаться. Вот только если уж выбираешь систему, то и подход должен быть системным...

Для правильного выбора САПР я предложила бы следующие критерии:

САПР должна автоматизировать работу. Инструменты САПР должны экономить ваше время, обеспечивать продуктивность и не противоречить традиционному проектированию.

САПР должна быть надежной. Не следует забывать, что данные, хранящиеся в электронной форме, недоступны для прямого чтения (для доступа к ним как минимум нужны компьютер и специальная программа). И потому, покупая систему с нестандартным форматом хранения информации, вы совершаете ошибку!

САПР должна быть доступной. Если после покупки САПР вы не сможете, пройти необходимого обучения или не на высоте окажется техническая поддержка, нормальная работа любой САПР (даже самой легкой и умной) маловероятна.

САПР должна быть открытой. Если систему нельзя настроить или доработать под ваши потребности, выбор такой системы - ошибка!

САПР должна иметь память. Не покупайте САПР, которая меняет форматы данных и не поддерживает свои старые форматы либо меняет одно математическое ядро на другое - это признак ненадежности системы.

САПР должна быть долговечной. Помните, что, покупая САПР, вы выбираете ее всерьез и надолго. Нормальный ход работ и стабильное качество способна гарантировать лишь долговечная система (независимо от количества выпускаемых версий и обновлений).

САПР должна быть универсальной. Бойтесь САПР, которая "сама в себе", даже если она и устраивает вас по функционалу. Подумайте о смежниках и масштабируемости системы. Если смежникам будет тяжело обрабатывать вашу информацию, если со временем вы не сможете увеличить мощь системы или расширить круг решаемых задач, то такую систему можно считать "однодневкой": будущего у нее нет.

САПР должна быть стабильной. Система не должна постоянно менять основные принципы работы. Работа в САПР - это обычаи и своды правил, и поэтому только постоянство стиля САПР позволит вам вовремя и качественно выполнить обязательства по проекту.

САПР должна окупать себя. Если предлагаемую САПР мучительно трудно осваивать, если ее невозможно применить без дополнительных затрат и она не приносит ожидаемого результата, покупать такую САПР нет смысла.

И, наконец:

САПР должна быть масштабируемой, то есть иметь возможность роста. Хорошая САПР удовлетворит любой "кошелек". Она позволит вам начать с "малого решения" и со временем расширить систему до желаемого уровня.

Список литературы

«САПР в судостроении» / Журнал «САПР и графика», №5 / 2000 г Журнал "Спрут", статья "САПР и графика", №4, 1998 Перевод с англ. Ли К., Основы САПР (CAD/CAM/CAE) С.-П.: Питер, 1с , Инженерная компьютерная графика. AutoCad: Опыт преподавания и широта взгляда. М.: Диалог-МИФИ 2с http://shipcad. *****/cae/autoship. htm http://shipcad. *****/cae/k3ship. htm http://shipcad. *****/cae/seasol. htm http://shipcad. *****/article/article13.htm http://nit. miem. *****/2003/tezisy/articles/199.htm http://www. icl. *****/services/max2/integrsaprerp/ http://www. *****/ http://www. *****