首发： MAXSURF软件在计算机辅助船舶设计与建造领域的应用

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MAXSURF软件在计算机辅助船舶设计与建造领域的应用  
   
　　MAXSURF软件是由澳大利亚Formation Design Systems公司为船舶设计和建造者开发的、适用于各种船舶设计、分析和建造的一套非常完整的计算机辅助船舶设计和建造软件。MAXSURF软件目前在全球已拥有广泛分布在澳大利亚、中国、日本、德国、荷兰、新加坡、美国等国家的1000多位船舶设计和建造用户，在各种船舶设计和建造领域都得到了非常普遍的应用。
  
　　与其它诸如TRIBON、FORAN、CADDS5等大型计算机辅助船舶设计和建造系统平台相比，MAXSURF软件由于其各个子模块均共享一个集成数据库，统一的Windows风格界面简单易学，采用统一的工业标准，可方便地与Microsoft office 、Microstation 、AutoCAD等进行数据与文件的转换，所以其性能/价格比相当高，生命力很强。澳大利亚之所以能够在世界高性能新船型的研究、设计和建造领域长期独树一帜、保持领先地位就充分证明了这一点。
  
MAXSURF软件系统包括以下几个模块：
  
1、 MAXSURF模块（动态三维船体模型生成模块）
　　MAXSURF模块是MAXSURF软件包的核心部分。MAXSURF模块包括一整套用一个或多个真正的三维NURBS曲面（而非二维NURBS曲线），进行三维船体建模的工具，可使船舶设计师快速、精确地设计并优化出各种船舶的主船体、上层建筑和附体型线。
  
　　MAXSURF采用实时交互式控制方法，备有多种方法可对船体曲面和线型进行修改。设计者可在多窗口图形显示界面环境下，用鼠标拖放控制点进行数值修改，或从数据输入框直接输入数值进行修改，也可以通过一系列的自动光顺命令进行控制。设计者可根据具体设计船型以及实际生产情况，确定建立模型所使用NURBS曲面的数量、特性以及相互间的组织关系等。
  
　　MAXSURF独特的曲面修整功能使设计者建立复杂的曲面边缘变得格外的简便。MAXSURF交互式地显示出表面之间的交线，使设计者可以设计出复杂的船舶及附体线型，如各种折角线型、全可展简易线型、流线型上层建筑、大型货舱罐、烟囱、桅杆、护舷、挡浪板、球鼻艏、球艉、双尾和双尾鳍、涡艉和不对称艉、舷弧、梁拱、艉封板、隧道和半隧道、锚穴、锚链筒、滚筒、尾鳍、舵、舵球、电力推进包、侧推器、导管、轴包套、轴支架、减摇鳍、水翼等。根据各单个曲面设计的修改，修整曲面形状可以自动更新，这使得设计者可以把精力完全集中到各单个曲面的优化设计上。MAXSURF的这一功能还能很好地应用到特种船型和海洋结构工程物的设计领域，如单体、双体、多体高速船、水翼艇、气垫船、小水线面、半小水线面双体船、穿浪船、潜艇及其它水下兵器、浮船坞、浮标、半潜式海洋石油平台等。  
  
　　鉴于船体外形的光顺精度对于优化船舶性能和满足施工建造的重要性，MAXSURF提供了多角度、多层次、严谨的船体光顺性检验工具。这些工具包括：横剖面面积曲线检验图、圆滑度检验云图、高斯曲率检验云图、纵向曲率检验云图、横向曲率检验云图、凹凸度检验云图等。设计者通过运用这些检验工具，可以充分体现自己设计思想、保证船体外形设计的质量。
  
　　MAXSURF模块还具备独特的自动搜索和仿射变换功能，即计算机辅助母型船改造功能。一种情况下，设计者根据船东要求建立初步的总体设计方案和MAXSURF模型后，需要进行多方案比较，即对重要的性能参数，如船舶的最大横剖面位置、平行中体长度、水线长度、船宽、吃水、排水量、方形系数、菱形系数、浮心和飘心的纵向坐标等，进行小范围内的进一步研究和优化，这就需要设计者快速、准确地建立与初步设计方案特征基本相似的方案模型系列。
  
　　MAXSURF的自动搜索和仿射变换功能，就是解决上述问题的有效工具。设计者只要相应地一次或多次输入与母方案的性能参数差异不大的指标，MAXSURF就能自动搜索出与设计者预想相符的新方案。应用上述功能所生成的系列模型，再结合HULLSPEED、HYDROMAX、WORKSHOP、SEAKEEPER、PREFIT、SPAN等模块，设计者就能非常方便地研究单个和多个参数的变化对船舶性能的影响，事半功倍地找到最优设计方案。另一种情况，在船舶设计的后续阶段，一旦发现前阶段的设计需要做小幅调整，为了保证设计的继承和稳定性，设计者也需要在短时间内对原设计进行必要的修改。
  
　　MAXSURF的自动搜索和仿射变换功能就能大大减少设计者的修改和返工时间，提高设计效率。
  
　　所有的MAXSURF设计都储存在一个集成数据库内，该数据库可方便地被其他模块调用，进行进一步的性能分析和评估。MAXSURF支持一系列的工业数据格式，可方便地与Microsoft Excel进行数据文件的交换，并可以DXF和IGES格式输入和输出，与其它CAD/CAM软件进行数据文件的交换。
  
　　总之，MAXSURF模块能使优秀的船舶设计者既可以很好地继承经典的船舶设计原理和思想，又能充分体现自己的设计风格和创造性，做出一流的总体设计方案。
  
2、 HULLSPEED模块（船舶阻力及有效马力计算模块）
　　HULLSPEED模块是估算机动船舶阻力和有效马力的计算程序。HULLSPEED通过自动量取MAXSURF模型中所选择的测量实体，测得计算阻力所需的各种性能参数，同时提供给设计者多种可以选择的船体浮态、理论计算方法、推进系统效率、航速、船壳粗糙度、水特性、空气、附体阻力等参数，设计者可根据具体情况对这些参数进行调整，使计算结果更加准确和可控。  
  
　　HULLSPEED模块可以应用Delft series、 Holtrop 、Lahtiharju 、Savitsky(Planing)、 Savitsky(Pre-planing)、 Series 60、 van Oortmerssen等理论计算方法，进行帆船、散货船、杂货船、集装箱船等大型单桨运输船、渔船、拖船、护卫舰、游艇、滑行艇、工程船等船型的阻力估算。在选择理论计算方法时，HULLSPEED还具备自动报警功能，提醒设计者检查设计船主尺度比和系数与所选计算方法之间的适用性，并对设计船可能存在的不理想的主尺度比和系数等关键性能参数提出修改和优化方向。在进行船舶推进性能分析时，设计者如果能够结合应用Navcad、PropExpert、PropCad等船体、主机和螺旋桨综合分析设计软件，则HULLSPEED模块的应用效果会更佳。
  
　　HULLSPEED还能进行虚拟估算，即在没有设计船精确模型实体的条件下，设计者可从MAXSURF模型库中选取相近船型的模型，进行简单的变换后，把比较相近的测量数据更换为设计船的性能参数，就可以对设计船的快速性进行初步的预报。
  
　　HULLSPEED的计算结果可以用自动表格和图线输出。其中根据计算结果自动绘制出的总阻力-傅汝德数图线，可使设计者直观地看出船舶运营工况点的技术经济性能特性。经大量模型水池实验的验证，HULLSPEED的计算结果证明具有足够的工程精度，可为各种船舶的快速性预报和研究提供可靠的依据。HULLSPEED模块由于具备上述强大功能，因而成为船舶设计者进行船型技术经济论证，确定机动船最佳运营方案不可缺少的重要工具。
  
3、 HYDROMAX模块（船舶水动力性能计算分析模块）
　　　HYDROMAX是一个功能强大的完整和破损情况下的稳性分析模块。其主要分析计算功能包括：各种载况下的重量重心数据统计计算、平衡浮态计算、特种工况（下水、进坞、搁浅等）计算、舱室定义和划分、舱容计算、静水力计算、稳性插值曲线计算、标准稳性校核、大倾角稳性校核、破舱稳性校核、极限重心高度计算、总纵强度校核等。
HYDROMAX可直接应用MAXSURF中的裸体和全附体三维模型。设计者根据设计船特征和所入船级和规范，灵活划分并定义各种装载舱室，选择计算标准。HYDROMAX模块可以支持多种标准，如IMO、HSC Monohull、HSC Multihull、Marpol 73、US Navy、USL等。设计者还可对一些关键的参数，如货物的物理特性、局部集中载荷、船舶浮态、波浪特性、舱室的渗透率、稳性曲线特征等进行强行定义。
  
　　HYDROMAX的计算结果可以自动生成各种表格和图线以及完整的用户报告。这些报告可以被直接用作计算说明书、完工交船和送船级社审查的证件和资料。
  
4、 WORKSHOP模块（船体结构生产放样及CAD图形生成模块）
　　WORKSHOP是进行船舶结构详细设计的模块。设计者可在模块中参数化地定义主船体、上层建筑及附体的船体外板和内部的肋骨、肋板、纵骨及扶强材等结构；结合数据库中的标准材料和节点库，WORKSHOP能高精度、无余量地生成结构部件，包括桁材、骨材和板材的展开，及这些部件的重量及重心位置，实际几何形状并建立分类及综合的统计数据库。  
  
　　特别是WORKSHOP强大的外板展开功能，可以根据生产单位的具体建造方案和生产工艺，灵活地选择板材的边界、材质和展开方法，而且还能在板材上灵活地标注各种理论线、定位线等生产辅助线。WORKSHOP还能计算肋骨围长，显示板材的面积和应变彩色云图，为实际生产提供前期的预测。
  
　　WORKSHOP可根据NURBS曲面模型参数化地定义部件，这一点不仅意味着部件可与船体曲面相匹配，而且还可自动适应船体外形的变化进行修改。WORKSHOP模块的这一功能使得在船舶设计、分析和建造时可同时进行更多的并行工程，从而便于优化结构重量，减少详细设计的工作量。
  
　　WORKSHOP的集成数据库可随时对定义的结构及计算结果包括部件的数量、位置、重量、重心及切割长度、面积等实时更新，并生成清单。这些清单是设计和生产单位进行总体性能校核、材料预估和采购等工作的重要参考依据。
WORKSHOP的计算结果可以DXF文件输出到其它CAD软件做进一步的处理，或直接输入到NC数控切割系统，实现无纸化设计与生产，降低成本。WORKSHOP还能有选择性地输出三维立体分段结构图。
  
5、 SEAKEEPER模块（船舶耐波性能分析模块）
　　SEAKEEPER是一个综合的耐波性分析和运动预报模块。SEAKEEPER模块运用标准的Strip理论预测船舶运动，可在规定海域，对船舶各种装载情况下船舶重心的典型运动进行预报计算。
　　SEAKEEPER的主要功能有：船体操纵和耐波响应计算；规定海域附体阻力的计算和合成；规定载况下船舶重心运动速度、加速度的计算（绝对和相对运动）；规定海域船舶典型运动的合成等。
　　SEAKEEPER模块可以支持多种标准，如ITTC、JONSWAP、Bretschneider 2 parameter、Bretschneider 1 parameter、DNV、Peirson Moskowitz等。SEAKEEPER的分析结果可自动生成数据表格和图线，这些数据可以被用作后续甲板浸湿概率、螺旋桨出水概率和抨击概率、风浪储备裕度等分析的可靠依据。
  
6、 PREFIT模块（空间实体自动拟合模块）
　　PREFIT模块提供给设计者一系列的样条和曲面拟合以及精确的边界约束工具，可使拟合过程更加快捷和精确。该模块内置的型值表编辑器可以让设计者预览并修改型值，以便进行拟合工作。对船舶修造企业而言，既可根据船东和设计单位的新造船设计，精确地生成新船整体的三维立体模型，又可根据待修船的实际破损情况，生成局部的修补方案模型。
  
　　PREFIT模块还提供了一个非常简便的办法，即借用MAXSURF模块的自动仿射变换功能，方便地将已输入的标准系列船型和优秀母型船线型自动变换为相关的设计方案。这一功能不仅对实际船舶的设计和生产，而且对科研院所和学校进行船型的理论研究和开发以及教学，都有非常重要的意义。  
  
7、 SPAN模块（帆船性能分析模块）
　　SPAN是专门用于帆船性能分析和预报的模块。帆船由于其在船体线型、航态、推进和操纵方式等方面与其他机动船的差异，使得适用于它的分析方法也比较特殊。SPAN应用类似于IMS VPP的计算理论，根据风的方向及速度，自动搜索计算出帆船相对于不同角度顺风和逆风的平衡运动状态，包括水阻力与风动力的平衡、航速和横倾角等。SPAN的分析结果最后自动生成数据表格并绘制出航速-风的极坐标图线。
  
8、 HYDROLINK模块（数据转换模块）
　　HYDROLINK是可实现MAXSURF与其他分析系统相互进行静水力计算和分析数据传输的模块。通过HYDROLINK模块，可与MAXSURF之间进行数据相互传输的系统有SHCP、MHCP、IMS VPP、BMT、Microship、USNA、IMSA NURBS、DXF、IGES等。
  
　　实际应用中，船舶设计者首先应具备坚实的理论基础和丰富的实践经验，遵循各种船舶设计的基本原理和步骤，将上述MAXSURF软件的各模块视为一个有机整体，相辅相成、互为贯通地灵活应用，才能取得满意的应用效果。
  
　　任何计算机辅助船舶设计和建造软件都只是船舶设计者的应用工具。能否设计和建造出优秀的船舶，关键在于设计者自身的水平和能否真正了解并掌握应用软件自身的特点。目前MAXSURF软件在我国计算机辅助船舶设计和建造领域的应用虽然仅仅处于起步阶段，但已经在多个实际应用工程中显示出独特的自身优势。只要我国的船舶设计工作者，能扬其长、避其短，就一定能很好地借鉴和吸收国外的先进经验，设计出具有21世纪世界先进水平的船舶和海洋工程物。随着我国船舶设计技术研究、企业新产品开发以及技术改造步伐的不断加快，MAXSURF系列软件在我国计算机辅助船舶设计与建造领域的应用前景一定会非常广阔。
  

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一张界面图，呵呵

jorgenhojmann

感觉
如果是自己先有线型的话，
要把原有的线型输入进去的话是很麻烦的
和罗嗦
而且，和累
能不能直接在HYDRO模块中输入原始的线型啊？