19.04.2019 16:15 / технологии, проектирование судовых систем, судовая поверхность, скульптурирование поверхности

Проектирование судовой поверхности - скульптурная революция

0 1053 3 мин

Мы запускаем цикл публикаций, посвященных технологиям проектирования и моделирования судовой поверхности. Авторство статей принадлежит Александру Алексанову, материалы любезно предоставлены редакции из его новой книги "Скульптурные поверхности в судостроении. Опыт использования системы «Shape Maker»".

Скульптурные поверхности для моделирования корпуса судна становятся промышленным стандартом. Что это нам дает?

Теперь никто не может даже представить, как строить корабли без компьютеров, особенно корпус корабля. В прошлом огромная армия плазовщиков делала чертежи корпуса в реальном масштабе на плазе. Форма каждой детали, примыкающей к поверхности корпуса, задавалась на плазе. Это была тяжелая, трудоемкая работа, и плазовщик был очень важными человеком на верфи. Самым полезным инструментом был сплайн. Изогнутый сплайн, проходящий через множество точек, помогал плзовщику строить плавные кривые. Это могла быть линия шпангоута или любая другая линия, притыкающаяся к поверхности корпуса. Опытный плазовщик знал много профессиональных секретов, позволяющих упростить его работу.

Рисунок 1 Плаз / Источник: Википедия

Рисунок 2 Плазовщики изготавливают гибочные шаблоны 1943г. / Источник: Википедия

Первые эксперименты с компьютерами

Компьютеры меняют нашу жизнь, и это происходит очень быстро. Наверное, многие уже не помнят огромных кабинетов 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 даже бумажные копии рисунков исчезли. Процесс проектирования значительно ускорился и был улучшен. С использованием САПР даже небольшие команды могут выполнять крупные инженерные проекты.

Рисунок 3 Комплекс автоматизированного рабочего места конструктора на базе компьютера СМ-4 / Архив
Сергея Митина

Корабли, а также самолеты и автомобили всегда были одним из самых сложных инженерных объектов. Эти отрасли раньше других начали использовать системы САПР, поскольку это дало значительное сокращение с точки зрения проектирования объектов и удешевления процесса проектирования.

Пьер Безье пионер в применении параметрических линий и поверхностей в САПР

Рисунок 5 Пьер Безье

В середине шестидесятых годов прошлого столетия Пьер Безье одним из первых предложил использовать параметрическое представление кривых и поверхностей для геометрического моделирования. Инструмент контроля формы кривых и поверхностей, предлагаемый им, путем изменения положения контрольных точек, был прост и удобен. Кривые и поверхности Безье стали настолько популярны среди дизайнеров, что в настоящее время практически любая CAD-система использует их в своем наборе инструментов. Параметрическое представление Безье - B-Spline - NURBS кривых и поверхностей уже давно стало стандартом де-факто для моделирования и обмена информацией 3D-объектов сложной геометрической формы. Другими словами, этот тип поверхностей называется скульптурными поверхностями. Скульптурные поверхности используются при проектировании объектов, поверхности которых нельзя моделировать только фрагментами поверхностей цилиндров, конусов или сфер. На самом деле, этот название и определяет саму сутью процесса проектирования. Как скульптор, создает изображение, удаляя все лишнее и конструктор, меняя положение контрольных точек кривых и поверхностей, пытаясь достичь нужной формы.

Рисунок 6 Пример поверхности Безье.

Какие преимущества мы получаем, используя скульптурные поверхности

Скульптурные поверхности имеют много преимуществ по сравнению с другими методами проектирования. Вот только некоторые из них:

Параметрическое представление дает возможность описания практически любой формы,
Простой и интуитивно понятный для дизайнера аппарат изменения формы поверхности, аналитическое представление, позволяющее рассчитать координаты любой точки на поверхности внутри объекта,
Возможность аналитического расчета геометрических характеристик поверхности в пределах участка, таких как линии перегиба и кривизны,
Возможность переноса модели поверхности в другую CAD-систему без искажений и необходимости дополнительной аппроксимации и повторного сглаживания, выполнение указанных условий гладкости поверхности в пределах одного участка и возможность аналитического объединения участков поверхностей на границах.

Какие проблемы мы встречаем со скульптурными поверхностями

Однако при работе с этими поверхностями возникает несколько трудностей:

Процесс модификации поверхности вызывает трудности у начинающих пользователей,
Результат сильно зависит от разбиения корпуса на участки поверхности,
Моделирование требует знания геометрических свойств кривых и поверхностей этого типа, в отличие от моделей, где поверхность определяется набором линий, которые могут быть изменены, в случае скульптурных поверхностей линии являются результатом построения сечения и не могут быть изменены напрямую, так как скульптурная поверхность математически непрерывна, возникает необходимость контроля все поверхности, а не только выбранных сечений.

С появлением скульптурных поверхностей в разработке программ для сглаживания поверхности корабля завершился этап экспериментов, который длился 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 нему 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 является творческим процессом и не относится к таким операциям.

Более того, так как скульптурные поверхности передаются для выпуска рабочей документации без изменений, это налагает дополнительную ответственность на проектанта. То есть корпус должен быть сглажен до состояния плазовой поверхности на этапе проектирования.

Об том, как правильно организовать процесс проектирования судовой поверхностей я и хотел бы рассказать в последующих статьях на примере использования программы на примере использования программы Shape Maker.