Большинство методов проектирования судов базирется на прототипах. Очень часто мы экономим время, копируя и изменяя предыдущие проекты. Поврехность прототипа может быть очень полезна для быстрой модификации поверхности корпуса нового судна. Shape Maker с самого начала разрабатывался как программное обеспечение для очень быстрого и предсказуемого изменения формы корпуса. В Shape Maker есть несколько различных функций для преобразования поверхности корпуса. Все эти функции можно разделить на три разные группы: : 1. Масштабирование всего корпуса или его части. Это самый простой способ получить начальное приближение для вашего нового проекта. Модель можно масштабировать в любом направлении с разными масштабными коэффициентами. Сглаженная ранее поверхность будет просто масштабирована и сохранит гладкую форму, но нужно иметь в виду, что некоторые преобразования изменят форму не так, как мы хотим. Например, различные масштабные коэффициенты в поперечном сечении могут трансформировать радиус скулы в элипсю и сделать поверхность сулы элиптичесой а не цилиндрической. Некоторые важные размеры, такие как начало и конец цилиндрической вставки, не будут точно соответствовать шпации, профили носа и кормы, размеры бруска штевня также изменятся. Все эти проблемы можно довольно быстро исправить вручную. Участки поверхности в модели соединены между собой, если у них есть общая кромка. Модификация кромки - это своего рода способ подгонки участков поверхностей до нужных размеров. После модификации линии между двумя поверхностями поверхности также изменятся. Все эти изменения занимают минуты и позволяют очень быстро получить предварительную модель. 2. Удлиннение судна. Очень часто удлинение используется при модификации поверхностей рыболовных судов. Можно оставить неизменными носовую и кормовую оконечности, но добавить несколько метров длины в параллельной средней части корпуса.В этом случае можно оставить все стальные конструкции в носу и в корме без изменений. Метод отлично работает, если циллиндрическая вставка предварительно определена на исходной форме корпуса. Как правило, рыболовное судно имеет килеватость, и если использовать масштабирование модели, то угол килеватости будет другой. Функция перемещения блока идеально подходит для этого типа преобразования. Перемещая носовой блок корабля по линии килеватости, можно легко получить нужный результат. 3. Перемещение границ блока. Другой возможностью трансформации является перемещение, например, носовой или кормовой границы циллиндрической вставки. В этом случае мы меняем форму и добавляем или убираем некоторый объем. Можно настроить область модификации поверхности, на которую влияют эти изменения. Аналогичные изменения можно сделать при модификации профиля форштевня. 4. Изменение угла наклона плоского днища. Можно довольно легко изменить форму поверхности, если модифицировать линию модель-шпангоута.

Практически, почти любой САПР, который поддерживает NURBS-поверхности, может использоваться для проектирования обводов корпуса судна. Очень часто выбор программы зависит от уровня цен САПР и функциональности для моделирования NURBS-поверхностей. Для этого можно использовать даже механические САПР. Это нормально, если это проектрование поверхности на начальной стадии проектирования. Если требуется сгладить поверхность корпуса для выпуска рабочей документации, это займет намного больше времени, и в конечном итоге вы скорее всего не получите приемлемого результата. Проблема в недостаточной функциональности средств контроля качества поверхности в большинстве универсальных САПР. При моделировании судовой поверхности необходимо учитывать несколько важных моментов: - При проектировании поверхности корпуса судна мы оперируем в основном с поперечными сечениями, такими как шпангоуты, ватерлинии и батоксы. Большинство конструктивных элементов корпуса притыкаются к наружной обшивке именно по таким линиям, поэтому для конструктора естественно проверять качество поверхности по ортогональным сечениям. - Большой масштаб моделируемых поверхностей. Поверхность корпуса судна обычно намного больше, чем например автомобиль или самолет. Большой масштаб требует более точного сглаживания поверхности и одновременного удовлетворения множества различных дополнительны геометрических условий. - Технологические аспекты сглаживания корпуса судна. При изготовлении корпуса используется множество гнутых элементов, таких как листы обшивки и профили. Плохо сглаженная поверхность создаст проблемы при гибке, сборке и сварке корпусных кострукций. - Фактор времени. Процесс проектирование судна это каждый раз процесс создания индивидуального продукта. Каждое судно уникально. Обычно весь процесс проектирования занимает несколько месяцев, и обводы корпуса должны быть готовы как можно скорее, в отличие например от автопрома, где процесс создания нового автомобиля занимает годы. - Экономический аспект. Дваже если правильно сглаженная поверхность сэкономит судовладельцу всего несколько десятков литров топлива в час, это может быть довольно существенно в течении всего периода эксплуатации судна. - Экологический аспект. Так же как и в предыдущем случае - чем меньще расход топлива - тем меньше загрязнение атмосферы. - Эстетический аспект. С давних времен дизайн судов был сродни искусству. Каждый судовладелец рассчитывает получить хорошее судно с идеальной формой корпуса а не уродливую коробку для перевозки некоего оборудования внутри. В случае с яхтами вопрос эстеики выходит на первое место. Уже много лет я использую Shape Maker для сглаживания судовых поверхностей. Он разрабатывался с самого начала для проектирования судов и в тесном сотрудничестве с проектантами судов. В этой статье Я хотел бы показать функции контроля качества этого программного обеспечения. Shape Maker - функции контроля качества. 1. Визуализация выделенного объема поверхности корпуса. Иногда очень сложно контролировать форму ватерлиний в районе носовой оконечности с бульбом. Многие из них пересекаются друг с другом и выглядят довольно хаотично. В Shape Maker пользователь может определить объем для визуализации.Все объекты за пределами этого объема будут скрыты. Кроме того, пользователь может настроить, сколько сечений, таких как шпангоуты, ватерлинии и батоксы, должно быть представлено в пределах этого объема. Это помогает быстро и очень точно проверить любую область поверхности. Еще одна опция контроля при помощи объема помогает последовательно проверять сечение за сечением. Пользователь может задать глубину объема в одну шпацию, и сдвигать его по глубине на такое же расстояние. Это помогает очень легко проверить каждое поперечное сечение и при необходимости внести изменения. 2. Старый, но проверенный метод контроля качества линий, если взглянуть на чертеж почти в плоскости рабочего стола. Это помогает увидеть все дефекты линии. Этот метод использовался еще до компьютеров, и даже сейчас, некоторые дизайнеры, доверяющие только своим глазам, используют его. Аналог этого в Shape Maker - масштабируемый вид. Модель можно масштабировать в одном направлении. Это дает лучший обзор. Например, если мы работаем с длинной и узкой формой, такой как профиль NACA, практически невозможно проверить, насколько гладкая эта линия. Сжатый вид показывает все дефекты. Если в сжатом виде линии выглядят нормально, значит, в реальном масштабе все должно быть в порядке. Модель в Shape Maker масштабирована только для визуализации. Все координаты, размеры не масштабируются, и пользователь может работать в масштабированном виде, как в обычном виде. Эта опция очень полезна для проверки и модификации поверхностей например в районе притыкания шпангоутов к плоскому борту и плоскому днищу. Очень часто практически невозможно проверить плавность притыкания шпангоутов к плоскому борту. Очень много сечений практически сходятся в одну точку. В сжатом виде такие области намного проще контролировать и редактировать. Если он будет хорошо смотреться в сжатом виде, он будет намного лучше в реальном масштабе. Резюмируя - это как микроскоп для дизайнера. 3. Отображение графиков кривизны. Большинство современных систем моделирования поверхности имеют это опцию. Shape Maker показывает радиусы кривизны сечений поверхности. Эта функция хорошо показывает районы поверхности с локальными уплощениями. Хорошее и равномерное распределение кривизны важно для корректных разверток листов обшивки и гибки шаблонов профилей. Графики радиусов кривизны динамически изменяются при измении формы поверхности. Это дает пользователю хорошее представление о том, как нужно изменять форму поверхности для получения лучшего результата. 4. Отображение линий перегиба на поверхности. Даже если мы работаем с поверхностью для задания формы корпуса, поверхность представляется набором сечений шпангоутов, ватерлиний и батоксов. Большинство деталей корпусных конструкции расположено в плоскостях этих сечений. Конструктору очень важно контролировать форму поперечных сечений. Shape Maker имеет возможность динамической визуализации линий перегиба на поверхности - линий, при пересечении с которыми, шпангоуты, ватерлинии и батоксы меняют направление кривизны. Если сечение несколько раз пересекает линию перегиба, значит, на линии есть волнистость, которую необходимо исправить. Линии перегибов указывают на проблемные области и динамически обновляются при редактировании формы поверхности. Кроме того, в Shape Maker есть визуализация линий перегиба для гауссовой кривизны. Она показывает области, где изменяется направление гауссовой кривизны. 5. Цветовая визуализация гауссовой кривизны поверхности. Визуализация гауссовой кривизны позволяет более точно контролировать форму поверхности. Кривизна автоматически обновляется при изменении формы поверхности.

При проектировании судна наступает такой момент, когда необходимо начинать выпуск рабочей документации на постройку корпуса судна. При всем изобилии на рынке программ проектирования судовых поверхностей качество предварительной поверхности, используемой на начальных этапах проектирования, как правило, не позволяет использовать ее для выпуска рабочей документации. Сложность сборки и сварки судовых конструкций во многом зависит от качества поверхности корпуса, особенно листов обшивки и профильных деталей. Высокие требования к качеству поверхности корабля окупаются за счет сокращения времени сборки и подгонки корпусных конструкций и упрощения гибки листов и профилей примыкающих к наружной обшивке. Основываясь на многолетнем опыте сглаживания сотен корпусов судов различного типа, мы разработали определенные правила используемые при сглаживании судовой поверхности. В этом нам очень помогает функционал системы Shape Maker. Основной принцип - не навреди. Основной принцип, которым мы руководствуемся - максимально точно повторить дизайнерские задумки, при этом, мы стараемся исправить все замеченные дефекты поверхности и добиться максимально технологичной формы корпуса. Мы считаем каждый новый корпус судна уникальным и стараемся только улучшить задуманное дизайнером. Начальные данные. В качестве исходных данных для сглаживания корпуса используется практически любая информация от теоретического чертежа до любых трехмерных моделей геометрии корпуса. При работе над реставрацией старых моделей также можно воспользоваться таблицей плазовых ординат и сканированными бумажными чертежами, но это более экзотические случаи. Проверка исходных данных Процесс сглаживания начинается с изучения исходных данных, выявления проблемных участков поверхности и выбора участков поверхности, где возможно приближение с максимальной точностью. Изменения, внесенные в форму исходной поверхности, которые на наш взгляд могут привести к изменению гидродинамических характеристик судна или, возможно, исказить конструкцию, обязательно согласовывается с конструктором. Shape Maker, являющийся основным инструментом для сглаживания поверхностей, имеет очень точные инструменты контроля формы поверхности, что позволяет выявить все возможные дефекты исходной поверхности. Такие инструменты, как визуализация линий перегиба на поверхности, визуализация сечений по областям, сжатие изображения по одной из осей, кривизна сечений, позволяют очень быстро определить все возможные проблемные области. Определение оптимального разбиения корпуса на участки поверхности. Следующим шагом будет определение наиболее оптимального разбиения нашей модели на участки поверхности. Необходимо учитывають все основные конструктивные линии, определяющие геометрию корпуса. Итак, линии плоской борта, плоского дна, линии сломов используются как граничные кривые для участков поверхности. Мы стараемся описывать криволинейные поверхности как один участок поверхности и по возможности избегаем стыковки криволинейных участков друг с другом. Исключение составляют участки с характерной кривизной по линии стыковки. Это позволяет сохранить естественную форму поверхности и необходимую гладкость по линии стыковки. Начальная стадия сглаживания. Фактическое моделирование поверхности начинается с задания граничных линий. Отличительной особенностью системы Shape Maker является то, что на начальном этапе сглаживания поверхностей нет необходимости приближаться к исходным кривым и поверхностям с высокой точностью. Основное внимание на этом этапе уделяется равномерному и естественному распределению контрольных точек на линиях и поверхностях. Топологическая модель позволяет легко изменять поверхность, например, при изменении формы линии слома, поверхности, прилегающие к этой линии, естественным образом меняют форму. На этом этапе мы пытаемся приблизиться к исходной поверхности, используя минимальный набор контрольных точек. Как только эта цель будет достигнута и станет ясно, что количества контрольных точек недостаточно, мы увеличиваем их количество. После этого итераций повторяются снова и снова. Важной особенностью Shape Maker является то, что при увеличении количества контрольных точек поверхность сохраняет свою первоначальную форму. Это позволяет производить локальную модификацию поверхности там, где это необходимо. Существующие функции локального сглаживания и аппроксимации значительно упрощают этот процесс. Определение положения линий перегибов на поверхности. Следующим шагом в сглаживании поверхности является определение расположения и формы линий перегиба по шпангоутам, ватерлиниям и батоксам. Линии перегиба наиболее точно характеризуют форму поверхности. Это одна из важнейших характеристик поверхности. Правильное расположение линий перегиба гарантирует отсутствие нежелательных перегибов и волнистости на любом из районов поверхности. Форма линий перегиба автоматически изменяется при изменении положения контрольных точек поверхности. Финльная стадия сглаживания. Завершающим этапом сглаживания поверхности является локальное изменение формы поверхности для сглаживания кривизны поперечных сечений корпуса. В этом случае изменения формы уже настолько малы, что изменение контрольных точек использует масштабное перемещение курсора, а контрольные точки смещаются всего на несколько миллиметров в реальном масштабе корпуса. Это позволяет добиться высочайшего качества при сглаживании поверхности корпуса. ... Описанная выше технология позволяет добиться наилучших результатов за довольно короткое время. Стандартный срок сглаживания корпуса практически любой сложности - одна неделя с момента получения исходной информации. При этом заказчик получает эксклюзивный результат, не вызывающий вопросов ни на одной верфи мира.

Скульптурные поверхности в судостроении стали де-факто индустриальным стандартом. Какие преимущества мы получили и с какими проблемами сталкиваемся. Начало Теперь уже никто не может представить себе как строить суда без компьютеров. Огромная армия плазовщиков разбивающих плаз в натуральную величину уже давно в прошлом. Каждая деталь притыкающаяся к наружной обшивке могла быть воспроизведена с такого чертежа. Это была тяжелая работа, плазовщики были в почете. От их работы зависело все корпусное производство. Для черчения пользовались гибкими рейками. Рейка, изогнутая по набору точек позволяла плазовщикам строить гладкую линию. Это могла быть линия шпангоутного сечения или любая другая линия на поверхности корпуса. Опытный плазовщик знал много секретов, которые помогали облегчить его нелегкий труд. Первые эксперименты с компьютерами Компьютеры меняют нашу жизнь, и иногда это происходит быстро и разительно. Наверное, многие уже не помнят огромные кабинеты конструкторского бюро с сотнями чертежных столов и армией чертежников. С появлением AutoCAD профессия чертежника навсегда исчезла из нашей жизни. Системы САПР по сути стали средством выражения инженерной мысли и полностью заменили карандаши и линейки. За последние десять лет исчезли даже бумажные копии чертежей. Процесс проектирования значительно ускорился и упростился. С помощью систем САПР теперь даже небольшие команды могут выполнять крупные инженерные проекты. Корабли, а также самолеты и автомобили всегда были одними из самых сложных инженерных объектов. Эти отрасли раньше других начали использовать системы САПР, так как это давало значительное сокращение сроков проектирования объектов и удешевление процесса проектирования. Пьер Безье - пионер параметрических линий и поверхностей в САПР. В середине шестидесятых годов прошлого века Пьер Безье одним из первых предложил использовать параметрическое представление кривых и поверхностей для геометрического моделирования. Предложенный им инструмент управления формой кривых и поверхностей путем изменения положения контрольных точек был прост и удобен. Кривые и поверхности Безье стали настолько популярными среди дизайнеров, что в настоящее время практически любая САПР использует их в своем наборе инструментов. Параметрическое представление Безье - B-Spline - NURBS кривые и поверхности уже давно де-факто являются стандартом для моделирования и обмена информацией 3D-объектов сложной геометрической формы. Другими словами, этот тип поверхностей называется скульптурными. Скульптурные поверхности используются при проектировании объектов, поверхности которых нельзя моделировать только фрагментами поверхностей цилиндров, конусов или сфер. Фактически, это название - самая суть такого процесса проектирования. Как скульптор создает изваяние, удаляя все лишнее и конструктор, меняет положение контрольных точек кривых и поверхностей, пытаясь добиться нужной формы. Какие преимущества дает использование скульптурных поверхностей Скульптурные поверхности имеют много преимуществ перед другими методами проектирования. Вот лишь некоторые из них: -Параметрическое представление дает описания поверхностей практически любой формы, -Простой и интуитивно понятный для конструктора аппарат изменения формы поверхности, -аналитическое представление, позволяющее вычислить координаты любой точки на поверхности в пределах участка поверхности, -возможность аналитического расчета геометрических характеристик поверхности в пределах участка, таких как линии перегиба и кривизны, -возможность переноса модели поверхности в другую САПР без искажений и необходимости дополнительной аппроксимации и повторного сглаживания, -выполнение заданных условий гладкости поверхности в пределах одного участка и возможность аналитической стыковки участков поверхностей по границам. С какими проблемами мы сталкиваемся используя скульптурные поверхности Однако при работе с этими поверхностями возникает ряд трудностей: -процесс модификации поверхности вызывает затруднения у начинающих пользователей, -результат сильно зависит от разделения поверхности корпуса на участки. -моделирование требует знания геометрических свойств кривых и поверхностей этого типа, -в отличие от моделей, где поверхность определяется набором линий, которые можно изменять, в случае скульптурных поверхностей линии являются результатом построения сечения и не могут быть изменены напрямую. С появлением скульптурных поверхностей в разработке программ для сглаживания поверхности корабля завершился этап экспериментов, продолжавшийся без малого полвека. В настоящее время большинство программ в той или иной форме используют NURBS-поверхность. Казалось бы, все проблемы сглаживания поверхности корабля уже решены и нет необходимости возвращаться к ней снова и снова. Фактически, это тот же инструмент, что и когда-то сплайн, и для правильного использования он также требует определенных навыков и знаний. Мы автоматизировали только рутинные операции, используемые при моделировании поверхностей. Моделирование скульптурных поверхностей - процесс творческий и к подобным операциям не относится.

Восстановление поверхности корпуса судна по чертежам столетней давности и плазовой книге это сродни археологии. Однажды я восстанавливал обводы корпуса судна по чертежам столетней давности. Мне пришлось вспомнить, как пересчитывать координаты футов - дюймов-восьмых и вручную задавть плазовую книгу. Оригинальных чертежей не было. Были только их фотографии. В очередной раз меня поразило качество старых чертежей. При сглаживании линий корпуса поверхность легко проходила через исходные точки. И в итоге сделал гладкий корпус готовый к производству.