先进设计技术在船舶设计中的应用

先进设计技术在船舶设计中的应用

徐幼娟，徐辉，祁瑶

武汉船舶设计研究院有限公司，湖北武汉，430064

摘要：造船企业在我国加入WTO后面临着激烈的市场竞争态势，因此更需要选择使用先进技术融入到船舶设计过程中，以提高船舶设计质量与建造效率。文章简述了国内外船舶行业发展情况，并从并行设计、虚拟设计以及虚拟企业三个角度出发，提出了几点有效提高造船企业竞争力的策略，希望能够为同行业工作者提供一些帮助。

关键词：先进技术；船舶设计；提升策略

引言：我国正处于经济快速增长的关键时期，先进技术的持续更新与引入为船舶设计 制造行业提供了完善的支持条件。但需注意的是，虽然世界排名来看我国造船业已经上升到了第三位，但应看到与其他发达国家之间存在的技术差距。为此，需强调船舶设计环节融入更多先进设计技术的重要意义，制定提升造船企业整体竞争力进一步提升的有效方案，加速造船企业的综合发展进程，为我国船舶行业的可持续性发展奠定坚实基础。

1 国内外船舶行业发展情况分析

1.1国际概况分析

美国于90年代启动了并行工程，基于三维数据模型替代了传统实物模型的分析方案，使得其船舶设计与制造流程更为简单，各类新式技术的融入也更为及时[1]。2000年9月美国建立了包含六大造船公司的造船虚拟企业，将信息技术的发展优势予以充分表现，并大规模应用了造船CAIS系统；

日本基于并行工程与成组技术组建了先进的造船体制，并迈向了CAIS的发展方向。历经9年，日本研制了一列计算机辅助造船软件系统，针对舱室、船体、管道、电气等子系统制定了详细的设计与建造方案；

韩国则在大型船坞与各类配套设施的建设基础上，引进了大量日本人才，将CAIS系统融入其中并大规模建立虚拟企业[2]。其造船量与2000年超过日本达到了1200万吨，并开发了综合设计、制造以及管理的一体化船舶建造系统。

1.2国内情况分析

伴随我国三艘航母的正式服役，让世界重新认识了我国先进的船舶制造行业。当下，我国不仅造船吨位位于世界领先地位，且出口传播的整体比例达到了80%。但需要注意到的是，我国造船方面的低成本优势，在美国、日本、韩国等国家的合作态势下逐渐降低，企图抢占我国船舶市场[3]。相较国际领先水平，依旧存在着诸如造船产量不够高、串行设计周期长、制造成本偏高等问题。表1为造船技术发展阶段表。

表1 造船技术发展阶段表

2 造船企业竞争力提升途径与建议策略

2.1并行设计

作为并行工程的关键部分，并行设计在计算机网络支持下实现了船舶的并行设计目标，也就是不同专家基于计算机与统一产品模型，对船舶的建造经济性、可靠性等进行分析，并给予网络反馈对相应模型进行修改，即使是处于异地的专家也能够基于修改后的新模型继续展开工作，直至完成相关任务。如此一来不仅设计效率进一步提升，且设计时间缩减并考虑到了各种可能出现的船舶产品生命周期问题，进而提高整体的设计质量。其步骤主要包括：

第一是建立相应的工程与企业数据库，从而确保诸如CAD/CAPP等功能的及时应用；

第二是信息集成，基于PDM技术与特征建模等技术，可形成包含多种技术与功能的集成系统，方便在此系统展开相应工作；

第三是综合设计、工艺等部门的实际情况，基于产品模型建立并行工程，并集成企业管理系统环达到一定范围内的信息集成制造目的，为并行工程的应用优势予以进一步提升奠定基础。

DFX是并行设计中常用的软件工具，是解决船舶制造成本问题的关键因素，也是关键的成本设计方法。此种方法属于能够在将用户需求满足的基础上，综合分析包括销售、维修、回收等实际产品周期问题与成本组成具体情况，评价后进行相应修改，从而起到将成本降低的重要作用[4]。为达到预期的成本设计目的，需确保将周期成本数据信息搜集的全面性，包括企业内外的全部成本信息，从而确定需要使用的成本估算方案，为后续工作提供基础分析条件。

2.2虚拟设计

高度集成主模型是实现并行目标的重要基础，通过不同部门之间协同工作能够减少反复设计环节，配合仿真技术促使虚拟制造技术的应用优势予以进一步提升。虚拟制造技术将并行工程作为基础条件，整体进步方向为虚拟制造。虚拟制造综合了仿真技术、信息技术以及计算机技术，能够对现实物体进行全方位方针，从而定位其中存在的问题，继而实现缩减成本与开发周期的作用，提高产品整体竞争力。所谓虚拟设计简单来说就是设计环节虚拟制造技术的实际应用，通过预先确定设定方案与建造手段，可构建出相应产品模型，基于对模型功能与结构的仿真信息展开对用户需求预评估、设计指导等工作。

船舶设计中融入虚拟技术将从两个方面实现相应的层次目标：第一是用户能够参与到设计阶段，进而体验到相应产品性能；第二是强调层次方面系统对产品制造性能的综合评价，基于产品模型数据标准进行数据共享。当下，各个国家均开展了针对船舶的STEP标准开发工作

[5]。以美国为例，早在1992年就启动了基于设计仿真的船舶设计系统，可创设包含船舶设计、制造、运行的虚拟环境，基于计算机即可进行船舶的虚拟建设，并可对接相应工程数据库。

2.3虚拟企业

竞争力与信誉度是敏捷制造的重要基础，通过选择合作者组成虚拟企业以展开分工合作，明确共同努力目标以强化整体竞争力，这就需要明确客户需求并迅速反应以满足客户实际需求。为将应变能力予以提升，需围绕虚拟制造技术这一核心制定船舶的敏捷制造方案，充分调用相应资源以实现对企业内外部优势的整合目标，建立具有单一特点且包含经营、设计的生产实体，也就是虚拟企业。虚拟企业服务与用户系统在虚拟船舶企业的背景下，建立了信息共享与管理渠道，例如电子化技术数据、产品数据等，均可进行快速交流，打破了以往的沟通时间、地点屏障。此种联合设计思路能够将设计效率进一步提升，并真正实现了将企业 内外连为一体的目标，为资源后续共享与综合运用奠定了基础。

以美国为例，其于90年代建立了海事敏捷研究小组，包含了供应商、船厂、设计部门等，从技术、人力、组织架构等角度，力图达到迅速过渡到船舶敏捷制造的目的，并在此基础上成立了造船虚拟企业。

结束语：综上所述，设计技术具有一定发展规律，无论是并行设计还是虚拟设计，均能够在实际运用后将造船企业整体产品开发能力予以提升。这就要求我国强化人才培养与引进，以实现造船企业现代化发展的根本目标。

参考文献

[1]杨清轩,魏征,刘洋,李奔.国外舰艇装备先进设计方法研究[J].舰船科学技术,2021,43(21):185-189.

[2].中国航发减振降噪材料及应用技术重点实验室[J].材料工程,2021,49(09):175.

[3]王瑞华,华晶,杨洋.造船先进机电技术工法研讨[J].广东造船,2021,40(01):58-60.

[4].中国航发减振降噪材料及应用技术重点实验室[J].材料工程,2021,49(01):177.

[5]朱德钦.基于安全性及合理性的船体结构生产优化设计分析[J].船舶物资与市场,2020(12):57-58.

作者简介：徐幼娟，（1983.11-）女，湖北孝感人，本科，研究方向：船舶工程设计。