现代船舶设计与制造智能化研究与探索

现代船舶设计与制造智能化研究与探索

宋俊良胡志恒

武汉船舶设计研究院有限公司湖北武汉430000

摘要：对我国船舶业界来说，相比西方国家的科技创新发展还有所不足，因此，为了提高我国航运在世界市场上占据的地位，就必须加大科技创新的力度，推动我国船舶设计尽快完成智能化的探索，由“中国制造”变为“中国智造”。

关键词：现代；船舶设计；制造；智能化

1现代船舶设计

现代船舶的设计，随着时代的进步，也逐渐越发的规范化和标准化，目前来看，现代船舶的设计主要分为了四个阶段，分别是：

1.1船东的预期报价

船东的预期报价是现代船舶设计的方案规划策划阶段，这一阶段，主要是用来确定船舶的主要工作方向和工作性能，以便完成现代船舶的具体设计方向和船舶设计的完善。

1.2船舶类型的基础设计

设计船舶时，根据船东的要求以及船级社的要求，进而设计出主要的设计系统图和设计布置图，之后在将其送给船东和船级社进行审核，进行进一步的规划。

1.3详细设计

1.3.1主要构件的布置

主要构件如中内龙骨、旁内龙骨、甲板纵桁和强横等在布置时应注意其合理性，在满足规范要求的同时尽量均衡布置且主要构件应在同一平面内形成强框架，有利于在计算主要构件尺寸时的均衡性，不会产生构件尺寸的冗余。对于有较大开口（如：甲板机舱开孔和客船侧壁大开口）处，主要构件在布置时应尽量避开这些区域，在前期设计时应全局考虑开口大小和主要构件间距的协调以避免使主要构件在这些位置突然断开不利于力传递。

1.3.2主要构件的连接形式

船体结构设计时主要构件的连接形式至关重要，对于全船结构强度和普通构件都起到主要支撑作用。主要构件的一般连接形式主要有加T型肘板、端部放大或者腹板倒圆连接。经实船验证和有限元计算分析可知腹板倒圆连接的受力效果优于直接加肘板和端部放大连接形式。因此在设计条件允许的区域应多采用腹板倒圆连接有利于主要构件的受力效果。在设计条件不允许的区域加T型肘板和端部放大肘板时需在肘板趾端增设加强筋消减其应力集中。

1.4现代船舶的生产设计

根据造船厂的工艺、技术等方面，参照详细给出的船舶参数和设计建立的船舶模型，最后产出能够直接进行船舶生产组装的设计图纸。

2船舶制造现状分析

在新的经济发展形势之下，对船舶质量也提出了更高的要求，只有不断提升船舶制造水平，保证船舶质量，才能使得船舶制造企业在竞争中获得一席之地。我国拥有悠长的海岸线和数量繁多的江河湖泊，造船项目需求量大，但由于造船行业人员流动性大，涉及的内容复杂多样，导致船舶造船质量管理方面存在较大难度，影响质量管理工作的顺利进行。从我国船舶企业发展现状来看，存在发展方向错误、价值理念不正确、技术支持不到位等问题，因此，必须要结合船舶行业的实际需求以及船舶制造要求，合理开展船舶制造业的质量管理工作，引入高水平创新性的船舶制造工艺，确保船舶质量能够承受海洋恶劣环境以及水体环境变化的影响，为我国社会经济的发展提供有效保障。

3大数据智能造船

船舶的智能制造，需要在智能制造的基础上，辅以物联网和互联网，通过大数据和人工智能取代封闭的船舶制造生产系统，并成为未来的船舶制造工业的基础，推动我国由造船国走向制造强国。智能制造是我国目前工业的发展趋势，船舶的设计和发展也应该迎合这一发展趋势，造船企业更应该首当其冲的配合这一发展趋势，进而让自己的企业做大做强，智能制造具有以往制造所没有的智能化、柔和化、集成化等优势，因此，对于船舶制造业来说，这是最为有利的制造方式改革。与传统船舶制造中的研发设计以及制造过程的数据管理相比，其打算将数据管理与服务变为一个新标准以及新市场，其处在配件企业、船厂、设计所以及贸易商等各个行业的上下游交汇点的问题，在每时每刻均会制造纷繁、庞大的易用、统一的数据。大数据的应用方案总体构架主要划分成5个层次，如图1所示。其中，数据获取层，涵盖人工采集数据、网络采集数据以及信息系统与传感器等自动生成数据。数据储存层，借助分布式文件系统、集群应用以及网络技术等功能实现数据分布式储存，同时，对外提供业务访问以及数据储存功能等。云计算平台中，共享的信息资源以及硬件资源等，可以根据实际需求向计算机以及其他设备进行分享。对于大数据分析平台可以借助数据质量、数据管理、挖掘算法、语义引擎以及预测分析等，对数据潜在价值进行有效挖掘。应用平台层，借助互联网技术实现对船舶制造业的改造工作，构建研发设计以及智能制造的网络化服务平台。用户层涵盖造船企业以及船舶监管单位等与船舶制造业相关利益方。从中能够轻易发现，借助建立大数据平台，能够在设计概念、制造过程等方面，对整个设计、生产等过程，提供有力支持，进而促使生产效率得到提升，达到效益最大化的目的，并且船舶制造业在独特问题方面将会得到有效的解决措施，发现、挖掘新船型，促使产业价值得到进一步提升，这将是提升产业竞争力以及利润率的重要手段。甚至在未来发展中，大数据平台将会成为所有企业的标准配置，形成船舶制造业+金融+互联网+其他领域的商业新模式。

4现代船舶设计与制造智能化实践

随着计算机辅助软件的快速发展，在船舶设计、建造领域已经广泛使用三维软件进行船舶的设计建造。传统的二维设计渐渐被现在的三维设计所取代，成为船舶设计中的一种便捷高效的新方法。三维设计具有很多优点是传统的二维设计所无法比拟的，三维设计最大的优点是可以直观的呈现产品，并且可以展现出设计者设计产品的思路，又可以非常方便的发现修改其中的不足之处。最新的船舶三维建模技术涵盖了船舶设计、分析和计算等方面，基于船舶设计、建造和生产管理一体化的思想，逐渐开发出了许多造船集成系统，极大的缩短了船舶设计和生产的周期，提高了造船质量，促进科学管理的形成，推动了造船自动化进程。目前在船舶设计、生产领域应用较为广泛的三维设计软件有TRIBON、CADDSS、CATIA、NAPA以及FORAN等。在船舶生产设计中，工程人员通过结构三维数字建模技术，进行板材、型材等零件的制作，完成虚拟装配，实现零部件属性链接，自动生成零部件明细并按照船体制图标准出图。三维数字建模技术是造船业未来发展方向，目前大型设计单位或船厂主要是通过专业的三维建模软件来实现的(以价格昂贵的进口软件为主)，而大量的中小型企业还停留在二维设计阶段。因此用通用的三维建模软件，经过适量的二次开发，实现船体结构三维数字建模，有较强的现实意义与较好的经济效益。Solidworks是一种全参数化特征造型软件，它可以方便的实现复杂的三维实体造型、复杂装配和生成工程图。随着制造业信息化进程的逐步推进，并且此软件入门较简单，使用时人机交互性能较好，因而被很多设计人员所使用。

5结束语

目前而言，国内的船舶制造业大多都造型多而产量少，船东的对船型定制的要求高、船型的高新技术著称，但航运市场的低沉、以往船舶生产的面对的障碍、高端船舶制造技术的缺失等越发影响到了我国的船舶设计与制造业的发展，建立制造智能化的船舶制造体系，以智能化的制造设备代替需要大量人力的机器，构建一体化船舶智能生产系统，通过大数据和互联网技术将全部的生产所需资源进行组合，让目前的半自动化船舶设计制造生产向智能化生产系统转变，促使船舶能以最小的生产代价得到最大的效果。

参考文献

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[3]杨王峰,郑子龙,杨斌,王直欢,施柳玲.现代船舶舾装设计与制造效率提高方法研究[J].中国水运(下半月),2014,1403:4-6.