浅谈空间线在HD-SHM线型光顺系统中的应用

吴健林

（广州船舶及海洋工程设计研究院, 广州 510250）

1 引言

船壳线型光顺直接影响到船舶建造进度及质量，如船壳外板的放样、零件、胎架等的制作，因此需对线型光顺予以重视。沪东HD-SHM船体建造系统是目前使用最广泛的船体生产信息制作系统之一，它主要包含有线型系统、结构系统、外板系统等几个模块，利用该系统可以完成船体线型精光顺、外板和结构零件生成、加工、装配等全部生产信息制作。

2 线型光顺及原理

船体型线的光顺是一项十分复杂的工作。船体型线要求有三向光顺，单单调整某一个剖面型线是达不到三向光顺的目的，在实际操作中要统筹兼顾、相互协调、迂回进行。

沪东HD-SHM船体线型系统是建造系统的一个子模块，与手工放样相同，在利用该系统进行线型三向光顺时，也是从横剖面开始，然后调整水线面，最后是纵剖面。先利用设计院提供的型线或型值构建初步光顺模型，再在此模型基础上进行型线三向光顺，然后在光顺后的水平面和纵剖面上插值生成肋骨型线，最后进行肋骨光顺生成肋骨样条文件。

在光顺过程中，主要是利用型值点的圆率和圆率一次差来对型值点进行光顺性判别。对于每一样条曲线应尽量使其具有良好的光顺精度，使曲线上的曲度成规律地均匀变化，故在输入每种型线后均应对其光顺度进行调整。在遇到曲度变化较大或精度不够时，应适当地在该处增加型线，如增加水线、纵剖线、横剖线等，通过调整这些增加线型的光顺度来改善整船光顺精度，达到全船光顺的目的。

除上述增加的水线、纵剖线、横剖线外，在光顺过程中，还有一种曲线值得注意并重视，这就是空间曲线。空间曲线是控制船型的主要曲线，它作为三向光顺时的控制曲线，也可以称之为辅助线，它不参与三向光顺，但对控制型线的走向有很大作用。

空间线主要有折角线、切点线、平面轮廓线、侧面轮廓线、横向轮廓线等，此外还有甲板线。除甲板线可用空间线定义外，诸如船体圆头切点线、底平、底切点线、龙骨折角、尾封板线、尾轴出口端面、轴包板线、舷墙顶线等均可直接用空间线定义。

本文以某近海救助拖船线型光顺为例，着重介绍如何定义空间线及描述空间线，从而控制三向型线，达到光顺型线的目的。

3 构建初步光顺模型

根据型线图，可构建首、尾半艘的初步光顺模型。以本船为例，船中在10号站线，则首半艘起点应定义在9号站线，尾半艘起点应定义在11号站线。首半艘以向首为正方向，尾半艘以向尾为正方向。为了定出船体的整个范围，必须输入船体离基线最高的水线和离船舯最远的站线及最大的纵剖线，这些值要能够能把所有的型线围起来，以便后续型值输入。

构建初步模型，一般采取手工输入型值和直接转换样条曲线相结合的方法进行。除型值输入外，还可直接将型线图转化成光顺的原始型线。如果型线是用样条曲线绘制的可以直接转换，对于直线和圆等图线是不能直接转换的，要先将其转换成多义线或样条曲线后才可以进行转换。根据上述方法，一般可快速构建出用于后续光顺的首、尾半艘船的初步线型，而对于本船，由于型线上折角及切点较多，不适宜完全用线型转换方式生成原始型线，而宜采用手工输入型值、部分线型转换相结合的方式进行初始光顺模型的构建。如图1为根据型值表输入及线型转换后的首半艘初始线型。

图1 首半艘初始线型

4 空间线定义、描述及应用

从图1可以看出，首半艘的初始线型不完整，主要体现在线型的首、末端点上，这是因为还没有定义空间线及输入水线、纵剖线的首尾端点坐标，该端点坐标可以直接从型线图上量取后按系统提示输入，而空间线则可根据系统提供的功能进行定义。需要注意的是，系统默认最多只能定义50根空间线，且所定义的空间线与同一根站线或肋骨线、水线、纵剖线等必须且只能有一个交点，若交点多于一个，需将该空间线分成2段或以上来定义，否则容易出错。

对首半艘，从纵剖面图（图2）上可以看出，需将图上的第二、第三折角线、舷艢顶线、第三折角线与舷艢顶线圆弧过渡线、过渡线趾端等定义为空间线，其空间线的类型均为折角线。完成后进入空间线控制点表，对所定义的空间线进行赋值。在填写空间线各控制点的值的时候一般是先填写空间线的首尾两点型值，再填写中间点型值，否则就可能会出现曲线“折回来”的现象。

由于空间线均为曲线，其与三向型线均有相交，有时仅填首末端点坐标不足以体现空间线形状，还需填写空间线其它型值。一般情况下，如果空间线与站线有真实的交点就填写“空间线站线交点表”，如果没有交点时填写“空间线控制点表”，其余空间线与纵剖线、水线交点类似。还可用系统自带的前处理功能来对已定义首、末端点的空间线进行光顺，光顺结束后自动插值所有水线、纵剖线与空间线的交点。这样完整表达这些空间线后，才能得到与原始线型较为接近的首半艘光顺模型（图3）。当然，该模型也不是最终的，仍需对其进行水线、纵剖线的加密，甚至站线的加密等，再进行以站线为基准的型线三向光顺、插值肋骨，最后进行肋骨光顺，这样才能得到最终的首半艘光顺线型（图4）。

图2 纵剖面图原始型线

图3 定义空间线后的首半艘横、纵剖面图

图4 完成光顺后的首半艘横剖面及三维型线图

同理，可根据上述方法定义部分简单空间线(如龙骨折角等)后得到如图5所示的尾半艘初步光顺模型，但该模型还不是最终的光顺线型，还需继续对一些复杂空间线，如尾部舷墙顶线，尾部轴包线等进行定义。因该船尾部有尾滚筒，其纵剖线在尾滚筒处有拐点，在系统中需定义多条空间线来表示，其中有切点线，也有折角线。

此外，在给定的原始型线图中，对于尾轴出口即轴包部分的线型没有表示，因为这个地方过于复杂，无法精确表达。但我们做的工作是放样，放样的重要任务就是要准确表达在型线图中无法精确表达的内容，所以我们必须准确表达轴包区域线型。首先根据结构图纸上的尺寸作出轴包线的示意图，再在示意图上将轴包线的对应切点线连接，得到需要定义的空间线切点型值。定义空间线后，根据前述方法对空间线的首末端点赋值，并光顺空间线或输入空间线与站线、水线、纵剖线的交点。此外，有时为了更好地表达轴出口处的空间线及线型，需加密该区域的水线及纵剖线，以达到更好的光顺效果。

图5 定义了部分空间线的尾半艘光顺模型

图7 完成光顺后的尾半艘横剖面及三维型线图

除了上述轴包线型需用空间线定义外，对于单机单桨的船型，尾轴出口是一个圆形的孔，该尾轴线在纵剖线和水线图上显示为直线，在横剖线图上显示为圆。对于这种情况下的尾轴，我们仍然作为空间线处理，但它是一个封闭的圆，空间线是无法表示出来的，因此须将该圆等分为4段，每一段圆弧定义成一根空间线，因船型对称，在系统中仅需定义2根空间线即可，特征为折角线。对定义的折角线进行赋值（首末端点及中间控制点），再进行空间线与水线、纵剖线插值得出尾轴出口线型。

此外，甲板边线作为一种空间线，也需在光顺时定义，该近海拖船甲板基本为平直甲板，甲板边线可不用在光顺系统中定义。但对于其它具有非平直甲板的船型，需在光顺系统中定义这些空间线，如甲板边线、甲板中心线等，该曲线可采用系统提供的甲板线功能而非空间线来定义。定义甲板线后，需根据甲板的类型填写相应的甲板抛势样条表，还需根据型值表输入甲板边线与站线型值，根据所输甲板边线型值及甲板抛势翻出甲板中心线。需要注意的是，无论是甲板边线还是甲板中心线，均需从型线图上量取其首尾端点坐标，并将坐标填进甲板线控制信息表中，以此得到完整的甲板线及相关型线。

空间线不仅在光顺过程中起到重要作用，在后续外板板缝布置中也起到一定作用。如光顺完成后的空间线可在线型系统中定义成拟纵缝，而拟纵缝又可在外板系统中直接被定义成纵缝，定义成纵缝后可直接在外板描述文件中使用，从而生成外板展开零件。需注意的是，由于系统的局限性，目前只能定义三根拟纵缝。拟纵缝的使用可大大缩短定义特殊纵缝线(如纵向折角线、舷墙顶线等)时所需的手工输入坐标时间，也能保证纵缝坐标值的准确度。

5 结束语

因限于篇幅，本文仅介绍几种典型的空间线的定义、描述及初步应用，其余横剖线、纵剖线等的光顺过程未作深入介绍，具体可参照软件说明书。通过对近海救助拖船线型光顺结合笔者以往光顺经验，发现空间线对大部分船型的线型光顺均有很大帮助，特别是一些特殊船型，如拖船、小水线面快艇、带折角线型的公务船、双体船、海损船等的线型光顺，若在光顺过程中能充分利用这些空间线的特征，定义出各种正确的空间线，不仅能节省光顺时间，还能提高光顺精度，从而提高建造质量。