Integrated CAD/CAM At Its Best 

只要想象一下迈克尔•舒马赫的赛车的设计者要开始要大批量生产这种赛车，是不是不太可能？ 在帆船也是同样。 Judel/vrolijk & co为国际大赛（如美洲杯、Admirals杯、Copa del Rey、 Whitbread 环球赛、戴姆勒-克莱斯勒北大西洋挑战赛或撒丁杯）设计赛艇方面处于世界领先水平。工程公司的总部位于德国的不来梅，在设计帆船和系列游艇方面也非常成功。为了达到舒适以及在狭小的空间里没有碰撞俄目的，所有的船都使用 Missler Software公司的TopSolid软件进行三维设计。

Judel/vrolijk & co 工程股份有限公司计划并设计帆船和摩托艇以及为一些小的国际水平的商业造船工程服务。公司成立于1978年，当时由Friedrich Judel 和Rolf Vrolijk共同创办。1986年, Torsten Conradi成为他们的第三个合作伙伴。他们的第一个系列赛艇称作“爆米花”在比赛中粉墨登场，从而一举确立了现在的地位。他们的设计在许多国际性的大赛如Admiral杯中取得了成功,非正式队在他们的赛艇获得过三次世界锦标赛冠军的海面上驰骋。

由于它们的多次获胜, judel/vrolijk & co成为当今为 crème de la crème设计帆船的为数不多的赛艇设计者之一。位于不来梅的公司致力于为德国的美洲杯赛艇队Illbruck开发赛艇也为西班牙国王胡安•卡洛斯设计新的赛艇。然而，比赛用艇不是公司唯一的业务。在过去的几年中，judel/vrolijk & co 一跃而成为设计巡游艇的最主要的几家公司之一。

judel/vrolijk & co 的八名员工为比赛设计赛艇和巡游赛艇也为个体客户设计游艇并为知名的造船厂设计系列艇。这些造船厂包括 Baltic Yachts (芬兰), Najad Varvet (瑞典), Dehler Yachtbau和Yachtzentrum Greifswald。造船业务包括钢制大排量艇，也包括用三明治式的碳纤维固化塑料作的超轻型游艇设计。公司也着手设计豪华摩托艇。

几年来, judel/vrolijk & co 做了 350 多项游艇设计。平均下来, 公司每年有10项工程。根据他们的能力, 个人工程要两年的时间才能完成。在一定程度上，公司已经无法满足用户的需求。如果用户有需求, 设计者就要一直跟随船的概念设计到船的命名仪式整个过程。当前, judel/vrolijk & co在为芬兰船厂的订货客户设计两艘45米的游艇。

船的造型设计要根据客户的需求而变化, 比如赛艇或者游艇。对于比赛, 最重要的是达到外形和外壳的设计要求，而豪华游艇则需要更多的内部工作。“远航艇需要有自己的动力和供水系统，空调和通风系统以及卫生系统。” Torsten Conradi 说，“从某种程度上讲,游艇的设计者都是集建筑师,家庭技师和应力分析家于一身，而有时候又要担负起室内设计者的任务。”

由于客户想在游艇中安装大量的设备，船体变大并且空间日益狭窄。由于这个原因，在二维设计中就会出现一些重叠元素，这些元素直到船进入造船厂才能识别。这就造成了不必要的重复设计。“在四分之三的案例中,是因为零件画得不合适或者发生相互干涉。”Conradi说。很早以前他就想引入3D CAD系统。德国的美洲杯赛艇队将要用3D来开发新的赛艇，这就给了他们引入第一套TopSolid 工作站的理由。

最有趣的是,在选择系统的时候，Missler Software集成的CAD / CAM 解决方案根本不在考虑之列，但是最终却鬼使神差地入选了。Missler Software的波鸿地区合作伙伴ISK CAD/CAM-Systeme 在不来梅介绍了这个软件，之后，船舶设计人员几乎立即对它的高性能深信不疑。“我们立即考虑到TopSolid 就是我们正在寻找的适合我们的软件。”Conradi 回忆说，“有了 ISK的技术支持, 我们订制了满足游艇设计要求的软件。我们对这个软件表示非常认可，并且决定在整个办公室都引入TopSolid 。”

现在,judel/vrolijk & co有三个基于Windows 2000平台的TopSolid 工作站。所有的电脑配置都是内存600MB，硬盘空间30GB，非常好的显卡的PC机。它们之间通过数据服务器连接，使得所有用户都可以随时取得工程的信息。除了基础的TopSolid 软件包, 系统配置还包含了钣金模块,这对于展开丙烯酸窗边非常有用，系统还包含了用于对运动部件进行碰撞检查的运动学模块。

TopSolid的学习快速而简便，也非常人性化。短短2天的培训之后，所有的用户都可以进行模型设计了。当然，要熟悉参数化设计需要长一点的时间。“如果你想有效地使用 TopSolid，从最开始，你就要寻找最好的构造方法以简化设计步骤。” Conradi 说。如Tim Ulrich—TopSolid用户所说, 船舶设计者对特定的区域如甲板的上部结构已经开发了一些标准方法。从而, 他们就可以在其它工程中重复利用这个已存在的参数化模型。

新的3D系统可以很好地集成到现有的系统环境和工作流程中。除了TopSolid,judel/vrolijk & co也使用Euclid Styler曲面模型、2D CAD系统AutoCAD和MultiSurf用作船体外壳设计。“由于需要考虑流体力学的因素对船体外壳的几何外形进行计算并优化，因此船体外壳的设计需要特殊的工具，以取得特定的重心位置和排量分布。”Conradi说，“因此,我们的一个需求就是在TopSolid中对船体外壳进行完美的转换。”

船体外壳的形状依赖于船的形状，例如，大而舒适的游艇或和轻型的赛艇外壳形状是截然不同的。重心和排量需求是通过重量进行计算的。排量本身决定了船体曲面的大致外形 ，然后考虑流体力学因素进行反复的优化。“你必须一遍一遍地检查是否重量与定义的船体相匹配直到最终产生了一个优化的壳体。”Ulrich 说。结果壳体可以以很高的精度通过IGES接口导入到TopSolid 中。

使用3D CAD系统，导入的船体外壳曲面在甲板四周进行修补然后转换为实体外形，这个外形是空心的。随后,游艇设计者通过切掉船尾产生方艉端面。在前面的艏柱上对船体进行倒角操作，然后把座舱放置在甲板上。“TopSolid读入自由曲面以及合并曲面和实体的功能非常强大。” Ulrich说，“然而, 在处理自由曲面的时候仍然有一定的局限性。我们希望能够通过定位单个的点的位置来任意控制曲面的形状。这对于设计符合流体力学的船体是至关重要的。”

Friedrich Judel说, TopSolid的变参量半径对曲面倒角的功能,用于造船还是略显粗糙，需要进行改进。 典型的应用就是从船体到龙骨的变换， 在前端使用小半径，到达中间时半径要变大，而到末端时半径就几乎为零了。 “相同的倒角没有任何的问题，但是从大半径到一个非常小的半径的倒角, 乃至对角和边的倒角就有些问题了。” Judel说。“这就是为什么在开始时我们要切除这种类型的曲面然后通过IGES接口转换为TopSolid外形。”

游艇设计者不仅仅使用3D系统来完成船体外形，并且也用于内部设计，虽然不是设计全部细节。“在安装组件的时候我们使用3D以确定每一件都配合得天衣无缝。”Ulrich 说。“简化的3D模型用于确定船体的几何外形、调整内部组件结构和控制绞盘或滑轮上的绳索。” 并且, 用TopSolid计算船体结构底部的两个油箱的容量和重心。

船的设计中的细节部分使用2D系统。出于这个目的, 用户切开3D模型然后转换为AutoCAD几何。“在TopSolid中由3D转为2D如儿童玩耍般简便，因为系统可以直接输出DWG 文件。”Ulrich 说。一般来说，直到造船完成，数据通常还是有矛盾，这是因为用户的无数次修改要求和造船厂需要按照设计进行制造之间的一系列矛盾。这些改动不反映到数据模型上，这对于造船与建筑同样适用。

2D图纸在造船中仍然是最重要的文档。绘图可以在AutoCAD中随时生成，而且一些用得比较多的零件组合可以简化到一起。对于内部的设计与装潢, judel/vrolijk & co提供比例为 1:1的制造图纸。在船舶制造中重复利用的所有3D模型只是可选的。例如，在铣削龙骨或肋骨时，3D外形只被用作支架和创建塑料船体的骨架外形。主要的受益者是造船商，Conradi说, 他们可以利用这个拿到额外的津贴。

Friedrich Judel强调游艇设计者、造船工程师、客户之间进行3D模型的信息交互是至关重要的。“如果与造船所要讨论一些关于指定的零件的位置的问题，你可以以3D的形式显示发动机室。如果用2D的方式，你只有在零件装配完成之后才能发现位置上的一些问题。”另外，有了3D模型的辅助，可以更简便地为客户描绘完成后的船是什么样子，也更方便用户在设计阶段表达他们自己的一些修改要求。使用TopSolid 你可以简便地生成3D模型的视频片断，并为客户显示它的运动机制。

3D的主要好处就是在数字化的船体模型上零件碰撞的识别。大大减少了由于特征重合而造成的错误。“这就是为什么我要大力支持使用3D。”Conradi 说。TopSolid的运动学功能使得用户可以在屏幕上模拟最复杂的运动以避免碰撞。“一个很好的例子就是在启动的时候船舷上的锚要围绕前桅支索摆动。” Ulrich说，“在过去，我们需要创建一个实际的模型。”

然而,使用3D也不会节省特别多的设计和制造时间，这是因为公司的需求在不断增加。“所节省的时间用于进行改动和一些以前没有注意到的细节的东西。”Conradi 说， “我们要做更多的尝试和更大幅度的优化。这将使得我们的船更加完美而更好地迎合客户的需求。”

文：Michael Wendenburg, Sevilla
图：BG Concept Marketing Communication