SHM Эксперт

О себе

 

Я, Александр Алексанов, инженер-кораблестроитель и разработчик судостроительного программного обеспечения. Я автор и разработчик программного обеспечения Shape Maker. Более 30 лет использую Shape Maker для сглаживания судовых поверхностей. Сотни различных корпусов кораблей были сглажены за эти годы. В то же время это помогает постоянно улучшать функциональность программного обеспечения Shape Maker. Некоторыми секретами технологии сглаживания поверхности корпуса я хотел бы поделиться на сайте.

 

Почему я это делаю

 

Скульптурные поверхности - это математический инструмент, используемый для моделирования поверхностей объектов, которые не могут быть представлены как комбинация поверхностей цилиндров, конусов и сфер. К таким объектам относятся лопасти турбин, крылья и корпуса самолетов, автомобилей и кораблей. В отличие от традиционного рисования участков поверхности и решения задач начертательной геометрии вручную на плазе, использование скульптурных поверхностей значительно облегчает и автоматизирует работу конструктора. В то же время моделирование скульптурных поверхностей требует совершенно других подходов и методов при проектировании поверхностей сложной формы. При всем разнообразии математических методов моделирования поверхностей практически для любого из них можно определить общие правила и подходы.

 

Легкость и простота работы со скульптурными поверхностями - это просто иллюзия. Программы моделирования дают нам счастливую возможность не углубляться в математические детали формирования поверхностей, но знание физических основ поведения поверхностей значительно упростит тяжелую работу по их формированию и сглаживанию.

​

Почему я использую Shape Maker

 

Мой друг нашел красивую и простую программу для сглаживания поверхности корпуса. Он сказал, что потратил всего несколько минут, и обводы корпуса были готовы. Только одно замечание - он не кораблестроитель, он айтишник. Я провел несколько вечеров в интернете и нашел много видео с примерами сглаживания поверхностей в разных программах. Некоторые из этих программ предназначены только для моделирования поверхности корпуса судна, а некоторые из них являются универсальными САПР. Появляется ощущение, что  сглаживание линий  - это настолько просто, что каждый может сделать это в любом программном продукте САПР. На самом деле это не так.

​

Если вы думаете, что можете загрузить какое-то программное обеспечение из Интернета и за несколько минут воплотить в жизнь свою мечту, этот сайт и программа не для вас. Большинство таких программ позволяет пользователям использовать классические математические методы моделирования поверхностей. Например, моделирование при помощи поперечных сечений. Результаты таких методов совершенно верны с математической точки зрения, но в действительности не оправдывают ожиданий конструктора.

​

Shape Maker имеет уникальные инструменты, которые помогают пользователю создать такую поверхность, которую он хочет создать, а не такую, которую навязывает программное обеспечение. Еще одна возможность  Shape Maker - обновление одной и той же модели от первоначально сформированной до стадии производства. Пользователь уточняет модель в процессе проектирования. На мой взгляд Shape Maker обладает широким набором  инструментов для проверки качества поверхности. Я могу много говорить об этом, но, если хотите, можете проверить сами здесь .

  

История создания и развития программы Shape Maker

 

Первые исследования по применению параметрических кривых и поверхностей были начаты в середине 80-х годов прошлого века на кафедре прикладной математики Горьковского политехнического института в России. Использование параметрического представления кривых для моделирования формы шпангоутов было первым шагом к автоматизации сглаживания поверхности корабля. В результате появилась система под названием «Пирс», в основе которой лежал метод кинематического изменения формы шпангоутов по длине корпуса. Соединенные вместе участки кривых Безье использовались как функции описания обводов корпуса. Несмотря на ряд ограничений, это была система, работавшая на советском аналоге компьютера PDP-11 компании Digital Equipment Corporation. Система применялась на ряде промышленных предприятий судостроительной отрасли.

​

В 1991 году компания IGS (Interactive Graphics Systems) начала разработку системы Apirs. Это была первая система, которая использовала участки поверхностей Безье для описания поверхности корпуса судна. Система изначально имела возможность топологической связи между участками поверхности и возможность изменения формы участков при изменении формы граничных линий. В отличие от существующих САПР, Apirs не использовала поперечные сечения корпуса в качестве граничных линий. Форма корпуса изменялась при изменении положения точек контрольного многоугольника поверхности, а сечения динамически пересчитывались каждый раз при изменении формы поверхности. Поначалу такой способ определения формы поверхности был очень необычным для дизайнеров и конструкторов. Несмотря на это, метод давал массу преимуществ для более корректного формирования поверхности корпуса судна. Система Apirs использовалась во многих конструкторских бюро. Метод формирования поверхности оказался настолько успешным, что систему использовали для сглаживания формы поверхностей подводных лодок и экранопланов. Система была разработана на базе компьютеров IBM PC под MS DOC и имела развитый графический интерфейс. Проектор был реализован на языке С. Разработка велась практически до 1995 г. и в последующих версиях математический аппарат Безье был заменен на B-сплайновые кривые и поверхности.

​

В 1998 году нижегородская компания SeaTech (Россия) приступила к разработке новой системы SeaSolution на базе системы Apirs. SeaSolution имел интерфейс Windows. C++ использовался как основной язык программирования. SeaSolution приобрела более проработанную топологию, улучшенный интерфейс и дополнительные возможности отображения графической информации. В качестве инструмента визуализации использовался графический пакет OpenGL. Долгое время SeaSolution использовалась для сглаживания поверхности корпуса судна и получения разверток листов обшивки. Поверхность SeaSolution передавалась в системы подготовки рабочей документации в формате IGES. Этот формат предполагает математически точное представление поверхности без дальнейших улучшений и изменений. Несколько сотен корпусов морских судов за это время были сглажены по заказам различных верфей.

​

Повышеные требования  к точности сборки корпуса и к гладкости поверхности привели к необходимости разработать уникальную систему контроля качества поверхности судов. SeaSolution стала первой системой, которая позволила проверять качество поверхности без постоянной распечатки чертежа корпуса на бумаге в большом масштабе. Все дефекты сглаживания поверхности были видны непосредственно в процессе сглаживания на мониторе компьютера. В течение этого периода большая часть работ, выполненных в SeaSolution, заключалась в окончательном сглаживании имеющейся модели поверхности для выпуска рабочей документации по корпусу. В качестве исходных данных использовалась предварительная поверхность, полученная от проектанта.

​

При разработке новой системы Shape Maker используется исключительно язык C ++. Это позволило уйти от множества ограничений, накладываемых языком C, и значительно ускорить развитие проекта. Shape Maker поддерживает последние версии операционной системы Windows, имеет улучшенный оконный интерфейс и расширенные функции пользовательского меню. При этом сохранены основные функции предыдущих систем и приемственность интерфейса. Основное внимание в новой разработке уделяется созданию поверхности на ранних этапах проекта, интерфейсу с различными модулями расчета и поддержке версий проекта. В системе предусмотрена возможность импорта и визуализации результатов расчета CFD поверхности корпуса. Визуализация свободной волновой поверхности, распределения давления на корпус судна и линий тока совместно с корпусом судна позволяет более точно модифицировать форму корпуса для дальнейшей оптимизации. Система организации хранения всех вариантов поверхности дает не только представление об этапах модификации поверхности, но и позволяет использовать все варианты поверхности в качестве прототипа для нового судна. Неоспоримым преимуществом Shape Maker является то, что одна и та же модель используется от начальных этапов проектированя до постройки готового судна. Широкий спектр функций трансформации корпуса  и наличие системы оргинизации хранения данных позволяет быстро создавать корпуса для новых судов.