高性能船舶设计制造技术及运用

高性能船舶设计制造技术及运用

罗贝贝

台州市椒江捷达船舶技术服务部    浙江  台州     318000

摘要：船舶制造业目前面临产能过剩、企业兼并重组及转型发展的关键时期，行业竞争加剧。只有通过质量提升来加强企业核心竞争力，以期占领市场，确保企业可持续高质量发展。技术进步是行业发展的驱动力，其中，新产品、新工艺、新技术、新设备的使用提高了劳动生产效率，促进产业升级。高性能船舶设计制造技术在实船上的有效运用可以提升船舶性能和运行效率。基于此，本文主要分析高性能船舶设计的基本要求，并提出设计技术流程以及在实船上的实践应用。

关键词：高性能船舶；设计制造技术；运用

引言

传统制造业中船舶制造占据重要位置，对我国GDP有至关重要的影响力。经济全球化快速发展，要想实现我国造船强国的目标，加快提高船舶制造的质量管理迫在眉睫。

1船舶建造特点

（1）船体建造存在周期长和工序多等特点，易引起各种误差问题。（2）船舶的体积较大，需尽量减少建造误差值。（3）船体建造环节，船体的受力和受热等状况复杂，尤其是船体材料的变形，直接影响预测的准确性。（4）船舶建造的自动化程度较低，有较大的完善空间，人工操作控制误差的精确度有待提高。

2船舶制造质量影响因素分析

2.1设计因素

不同类型的船舶制作吨位大小、形状以及材质都有不同的要求，所以开展船舶制造工作之前，设计与制造人员首先要进行信息交换，还要及时与船舶所有者进行沟通，保证船舶的最终制造效果能够符合预期。与此同时，设计单位还必须严格按照国家管理部门制定出台的船舶制造检验流程规则以及设计要求组织落实相关设计与制造工作，保证船舶制造质量能够符合国家质检要求。此外，设计图纸及设计方案也是影响船舶最终制造质量效果的重要影响因素，因为通常情况下，设计图纸的实现效果会受到设计工作人员的设计理念、设计方法，技术能力等方面的影响。

2.2制造企业因素

对于船舶的制造质量维护来说，船舶制造企业的场地、设施，参与制造工作的员工技能水平，质量管控制度完善度以及执行效果，都会对船舶制造的质量产生直接或间接的影响。与此同时，船舶属于大型的项目工程，内部有很多精密的设备与仪器，因此任何一个制造环节出现问题，都可能给最终的制造质量带来无法估计的影响。同时，船舶制造工程项目系统性特征也较强，船舶制造企业除了要对生产进程进行科学统筹以外，还必须严格按照技术要求对制造设备进行有效配置，并依据船舶体量规格来配置人员数量以及规划场地大小。所以，整个船舶制造过程需要得到严格精密的设计规划，才能够从整体角度对船舶制造的效果进行掌控。船舶制造过程中涉及到的工作非常复杂，整个过程都要得到有效的人力与物力调配，严格按照事先设计规划好的制造方案科学有序地落实各项工作。在此过程中，还会出现各种突发状况或是环境变化影响船舶制造工作的落实效率以及质量，所以质量管控部门必须提前制定好应急方案，并在工艺需求准备上做好规划，保证项目进程不会受到各种突发因素的影响。即便出现突发状况，船舶制造工作也可以严格有序的落实。

3高性能船舶设计制造技术的实践应用

3.1直接设计法

在各类已知条件下，结合相关理论创建数学关系式，并获取最终的结论，明确设计物体的物理量，最终成为船舶成品。20世纪90年代中期，船艇螺旋桨便是采用此种设计方式，比如舵杆和联轴节等均采用直接设计法。在新时代发展趋势下，也可以运用计算机辅助设计的技术方法实现高性能船舶制造。根据基本战略思想完成概念性设计，也就是相关人员设想出排水量的最大吨位、装置模式、航速、破舱稳定性标准以及抗沉性等因素，促使其形成形象化基本概念，有效解决技术难点。

3.2分析设计法

这种方法在高性能船舶设计制造中受到广泛应用，针对技术指标展开层次化分析，促使其在原有基础上实现改进和优化。在设计小型铝合金超高速艇期间，着重分析船体线型特点及主机不平衡力矩相关因素，分析船型基本系数的匹配关系、船尾线型等。通过多样化的分析设计，在主机功率不变的情况下，通过尾部加装节流板、导流板，使用带导流鳍的螺旋桨导流帽等优化设计，航速得到明显提升，以此形成新型超高速艇。

3.3优化设计法

明确目标函数是独立目标还是多体目标，结合舰船的基本特点构建多维化数字模型。船舶设计在优化过程中通常采用线性规划或非线性规划等措施。而且高性能船舶在实际设计制造过程中需要考虑多种因素，如适航性、载重量、稳定性、快速性、振动、噪声、耗油效果以及设备系统安全性、制造经济性等。以上几种因素与船舶自身的性能指标息息相关，所以构建数字模型十分必要。在船舶结构设计环节中，采用分析法可以切实提升整体框架的强度和硬度，针对特种类船舶来说，采用可靠性设计方法作为目标函数，采用分析方法确保优质的营运指标，优化设计需要借助物理方法和计算机完成目标函数的解答。

3.4模型设计法

（1）实物测绘法。（2）综合比例放样设计法。比如在“中国海警XXX19”艇的设计过程中，设计人员深入船厂综合放样台与技术人员共同开展比例放样图的绘制工作，并在综合图纸上绘制出部分零件的施工规划。3）模型模拟设计法。对相关模型进行比例缩小处理，展开试验或设计装配，以此来获取最佳的设计值，展开船舶制造工程。船舶设计中的模型模拟设计主要由推进器和船模组建而成，内容包括采用缩小船舶模型比例并将其放置于水池内部开展试验检测，运用船模开展模拟设计不但可以获取品质优良的设计方案，还可以设计开发出全新的船舶类型。比如我公司曾运用1:1机舱模型方法展开900马力批量船的动力装置设备布置及设计制造。创建机舱模型组采用缩小比例设计方法可以切实提升高性能船舶设计图纸的真实性、准确性以及整体施工质量。另外，在设计38m高速巡逻艇期间，采用1:10模型在武汉理工大学实验室展开试验来修正设计图纸，并将优化后的图纸运用在实船设计制造环节中，证明整体结构具有安全可靠的基本特点。不管以上哪种设计方式，通过各协作单位、各部门、各专业连接解决业务协同，在业务协同中产生积累数据，通过对数据的处理、分析和洞察，进一步驱动技术和运营，形成闭环持续优化进化。

3.5利用现代制造工艺

船舶制造的精度也会受制造工艺因素的影响，利用3D激光测量等先进的工艺技术，更利于满足其生产的精度要求。3D激光测量技术利用激光具有稳定波速和直线传播等特点，测量两点间的激光传播延迟时间，同时能够测量直线距离。首先，建立船舶3D模型，控制整个船体的结构精度，对比设计模型与实测模型后，虚拟设计船舶结构。其次，利用激光全站仪测量船舶的结构，比较钢尺测量的精度后，了解船舶结构在各坐标点上的误差。最后，利用全站仪测量精度表分析实测数据，有效地掌握其实际情况，将其误差值控制在标准范围内。

结束语

随着船舶行业朝高性能、标准化、现代化方向发展，我国船舶行业获得了广阔的发展空间，运用创新技术、创新制造手段可以切实提升造船产量和生产效益，相关机构和部门需要在多个方面弥补我国船舶设计与国际之间的差距，进而提升我国船舶制造行业的竞争实力。

参考文献

[1]吉春正,赵勇,李晨.船舶全程3D一体化设计流程研究与实现[J].江苏船舶,2021,38(04):1-3+5.

[2]万玉华.船舶设计网络中虚拟化技术的应用[J].船舶物资与市场,2021,29(08):49-50.

[3]孙江龙,袁华,张正艺.“船舶设计原理”课程教学内容分析与思考[J].科教导刊,2021,(14):142-144.