船舶模块化设计与制造研究现状.pdf

第 31 卷 第 6 期2023 年 6 月Vol.31 No.6Jun.,2023船 舶 物 资 与 市 场 MARINE EQUIPMENT/MATERIALS&MARKETING0 引言船舶的自动化技术是在现有生产条件下，借助先进计算机网络通信设备，实现信息与制造之间、产品和工艺上下游系统间数据交换。随着船舶制造业信息化水平不断提高以及船级社化进程加快推进等因素影响，我国造船企业迫切需要通过提升自身自动化程度来适应日益激烈的市场竞争环境中复杂多变的国际国内形势。因此必须积极开发新品种、多层次的新型船体结构件及配套零部件体系以满足船用工况需求；同时加强对现有产品性能和质量的优化与改进。1 船舶设计与制造的智能化研究现状1.1 船舶智能航行船舶智能化以计算机技术为基础，利用先进的传感器、传感网和电子控制等设备来实现船舶自动测量、自动跟踪及监控。近年来，随着科学技术与制造工程领域对高精度定位系统（CAD）的开发应用以及造船工业自动化水平不断提高。我国正处于大数据时代，造船业、数字船载技术和人工智能等相关应用学科快速成长起来，同时也是世界上主要发达国家正在研发的重大科技项目；在国际航运市场中中国船舶制造业已经占有一定份额。船舶智能化是指船舶系统通过计算机网络通信，实现无人驾驶、自动控制和实时监控的功能。在航行过程中，驾驶员要根据不同地形环境进行模船舶模块化设计与制造研究现状邵 荣（江苏佳美海洋工程装备有限公司，江苏 扬中 212221）摘 要：随着造船工业的飞速发展，船舶制造对技术要求越来越高，高性能船级在不断增加，因此对于船体结构设计、材料及制造方面也提出了更高的标准。高性能船舶的发展，给我国交通运输业带来了极大的便利，但是也带来了一定问题。随着现代科学技术的不断更新和进步，自动化技术已经被越来越多企业所使用，为了提高产品质量与效率以及降低成本等方面而采取先进的船舶设计制造方法是现如今亟需解决的课题之一，所以本文就高性能船舶设计制造业这一方向展开了深入研究并提出相关措施。关键词：模块化；船舶设计；智能航行中图分类号：U671 文献标识码：A DOI:10.19727/ki.cbwzysc.2023.06.003引用格式邵荣.船舶模块化设计与制造研究现状 J.船舶物资与市场,2023,31(6):08-10.拟实验。例如：在海上危险区域内避让人员应采取安全措施；当遇到恶劣天气时（如台风等）可以采用人工辅助方式；船速传感器检测到异常信号后启动应急预案并发出警报，通知船员并通过船上设备远程报警通知值班船舶、保证船员人身财产安全1。随着船舶智能化的发展，未来的船企将逐渐向着研发自动化、网络化和多维立体设计等方向发展，同时对传统技术进行改造。目前我国在这方面做的并不好。国外船舶制造企业在中国大陆占据主导地位，但国内大部分中小型造船公司仍采用落后、粗放型生产模式来提高产量与质量水平，而缺乏自主研发能；另外许多小型船厂没有自己的产品和技术，只能依靠进口。船舶智能化的研究，是指利用计算机技术和远程通信实现信息交换、控制与管理。船舶智能航行系统在国外已经有了多年的发展历史且应用广泛。近年来，航海事业的飞速发展以及海上交通运输业的不断进步为水上运输行业创造出良好条件，使其能够更好地为航运业服务并适应现代海洋产业结构化、船舶智能化和海流网络化发展。1.2 船舶智能管理与服务船舶智能管理是指对船舶进行实时了解、分析和控制船况，并提供全天候服务。在现代航运业中的主要任务就是通过电子技术实现数据采集及传输。因此需要设计一套完整有效的信息处理系统来完成这些工作；同时还要有针对性地收集海情变化情况以及其他相关资料等；收稿日期：2023-03-01作者简介：邵荣（1978-），男，本科，工程师，研究方向为船舶海洋与工程。第 6 期 09 邵荣：船舶模块化设计与制造研究现状另外还应该建立起完善科学化管理体系以对船舶动态进行跟踪监测与监控，以便及时采取措施避免突发事件造成的损失并确保船舶安全运行。船舶的智能化是指船舶制造企业通过对环境检测、自动控制和信息传输等技术，为客户提供安全可靠的服务，以提高产品质量。在现代航运业中推行的自动化和信息化管理已经得到了广泛推广。随着计算机网络通信与通讯设备应用越来越多。电子数据交换（EDI）系统等先进信息技术也将成为今后造船行业发展方向之一；同时船舶智能化还能大大降低生产成本、提升效率以及降低故障率，并可以通过对环境检测及信息传输技术来实现船机协同控制。船舶智能管理与服务主要是由安全系统、计算机网络及自动控制系统构成，其中包括各种设备的信息，如油舱内人员数量和吨位等。船舶在航行中需要进行安全检查，因此对于危险品船要定期检测。如果发现隐患要及时采取应急措施并通知船长或值班负责人；如果发生重大事故需要立即报告上级管理人员以便做出救援方案以确保人身财产不受侵害。1.3 智能化发展的阻碍在船舶的智能化发展过程中，最主要是由于船体设计制造技术、管理体制和相关法律法规等方面存在一定的问题，影响造船业整体水平。首先是船用型材在实际使用过程中会出现材料浪费以及环保性差等情况。其次是对环境造成污染和破坏现象严重。再者便是船舶建造时需要用到大量资金投入才能达到预期目的。最后一点则是因为船舶智能化发展时间较短且技术相对落后导致相关法律法规不够完善、监管措施不全面。在船舶智能化发展的道路上，可以发现许多问题，其中之一是船舶上应用了大量的传感器、计算机技术等先进科技设备。但是这些技术往往是需要人脑操作才能完成，而目前国内这方面人才非常缺乏。因此，我国急需引进更多高素质专业性强、能适应现代造船业需求并具有自主知识产权和国际竞争力的优秀智能化制造装备及相关产品研发人员，为船舶工业发展提供强大动力与后盾支持2。船舶技术的发展，离不开新材料、微电子等高新技术，而高性能船用材料是造船行业中最重要的部分之一。传统造船工业在制造过程中采用高成本设备和先进工艺，对环境造成巨大污染，因此传统船舶设计制造水平低。随着现代科学技术与制造业之间的不断融合以及世界经济全球化进程的加快各国间技术发展速度差距越来越大，这也使得各国对先进船用材料、新能源等方面的要求更加严格。2 船舶模块化设计与制造的实际应用船舶模块化设计是在传统的装配工艺过程中发展而来，将各个零部件按照一定比例和形状进行组合。然后再根据不同部件之间的配合关系来确定其结构形式。这种方式能够使船体整体性能达到要求，还可以提高生产效率、降低制造成本以及缩短产品研制周期等；同时也能减少能源消耗并减轻环境污染问题，具有很高实用价值；最后在船舶模块化设计时应考虑各零部件对装配工艺和制造技术的需求。船舶模块化设计是在传统的制造技术基础上，结合先进的计算机网络系统和现代控制理论，对船体结构进行全面优化改进。不仅可以降低成本、提高效率；还能够减少材料消耗量。随着科学技术发展到一定程度，新工艺、新产品不断涌现出来以满足市场需求，因此我国必须大力开展船舶模块化设计与制造工作并将其纳入国家重点节能工程建设中去，为国民经济的健康可持续发展开辟一条光明大道。3 船舶的智能化设计与制造3.1 智能化船舶系统所具备的特点船舶智能化能够实现船舶的自动驾驶、安全行驶和高效利用等功能。不仅可以在生产过程中进行有效的辅助，还能对其工作状态实时监控，并及时发现故障，以便检修人员迅速排除故障以保证船用设备正常运行。造船业与计算机技术相互结合相互融合共同构成了现代制造业信息化系统，信息产业化是指将船舶制造的全生命周期管理融入到整个制造链条之中从而实现信息共享和协同运作等过程中所具备的所有功能。船舶智能化是指将人工智能技术、计算机网络通信和传感控制等高新技术应用到船型结构设计中，以实现对海洋环境的自动监测，为船舶制造提供可靠保障，提高船体稳定性。在传统船厂中普遍采用的是机械式和电磁轨道式的机械设备。3.2 船舶制造智能化的数字化技术船舶制造智能化，主要是指以计算机网络为基础，通过对现代信息的收集、分析及传输等环节进行优化和整合而形成能够满足不同应用需求的综合系统。随着电子技术以及通信手段与数字处理信息技术不断发展成熟并广泛应用到各个领域。在船舶建造过程中需要考虑很多方面。例如船体结构参数，船首朝向以及舱室温度分布情况等都可以通过计算机网络实现，从而使整个设计制造更加智能化，更便捷，提高了工作效率和质量，保证了安全系数。船舶物资与市场第 31 卷 第 6 期 10 在船舶制造智能化方面，可以通过以下几点进行分析：首先，船舶控制系统的数字化和系统集成。这也是实现船级自动化技术、智能控制等相关内容最主要的途径。其次，对机械部件的自动识别、检测以及故障处理功能进行研究与应用。最后，对整个船体结构动态特性以及各个零部件之间关系进行全面综合考虑并制定相应方案来解决实际问题，从而达到提高效率降低成本，减少破损率的目的。船舶制造智能化是指将现代的计算机技术、通信技术以及网络通信等先进科学技术应用到造船中，同时还运用了数字信息处理和数据分析的高新技术，从而对船上作业情况进行实时监控与管理。在船舶建造中采用电子数据库系统来完成对海图及各种资料的收集整理并传递。通过电子信息技术实现数据共享3。4 促进船舶智能化的措施4.1 提高系统自身的可靠性船舶的智能化程度直接决定了系统自身可靠性。因此，提高船舶自动化技术水平是提升整个海洋运输行业现代化水平和经济效益、增强国家竞争力的关键。加大科研投入力度，开发高附加值产品与装备；加强船用动力装置研发能力建设；进一步完善油气联产体系及配套设施装备性能指标等方面工作；开展多学科综合研究项目、重点实验室专项攻关与成果转化机制建立工作，以提高船舶动力装置系统整体水平和自动化控制技术应用效果。船舶智能化系统的可靠性和稳定性直接影响到港口生产作业效率，因此，要加强对机电设备、传感器技术，机电一体化水平。在设计阶段应充分考虑船体结构、机械装备等因素。通过采用先进可靠的控制策略来降低成本：1）提高控制系统的抗干扰能力；2）建立起完善且成熟有效的检测与预警体系；3）定期检查系统运行情况和故障诊断方法是否准确，及时进行维修工作，确保船舶智能化系统正常稳定运转并达到预期目标值时及时上报。船舶智能化是在船舶设计制造过程中，不断提高其系统的可靠性，以满足船型、结构和运行条件等方面的要求。因此加强对新产品开发研究工作、设备研发以及生产管理都需要进一步强化与改进；同时也要注重对先进技术进行深入探索和分析，并将其应用于实践当中来达到更好的效果。4.2 解决信息融合问题高性能船舶的设计制造过程中，需要对船体结构、材料及工艺等进行反复调整，以达到最佳性能。在这些因素影响下研制出新型造船技术。而随着时代的发展和进步，人们对于船型要求越来越高，造船行业也逐渐朝着智能化方向发展，因此研发船舶新产品时不仅要保证质量还要提高效率、降低成本投入，这是当前所面临的主要问题之一；另外还需要注意的是，高性能船舶制造过程中对材料、工艺等方面有着严格标准，所以这就给后期维护带来了一定难度。船舶制造企业应在设计阶段对信息的融合问题进行研究，并将其应用到造船技术中，从而提高产品质量。例如，船用复合材料、微合金结构等。通过这些新工艺和新装备可以实现高效率的信息交流。另外还需考虑的是在满足使用功能要求下如何保证各个部件之间能够有效的连接以及协调性也是需要解决的重要内容之一，船舶制造企业应尽量将零部件设计得更加简单化，使其便于运输及装配4。船舶设计制造技术的主要特点包括：船体结构复杂、船首重量大，需要通过多根横梁来支撑；船体材料消耗量巨大，且其质量较大。在这种情况下必须要实现高性能造船板材之间的有效协同工作。由于船舶建造过程中所需构件较多而且品种繁多，不同类型产品间联系比较紧密，所以要求对其进行信息融合，处理时不能使用单一的方法而采用了非线性耦合技术，以达到提高效率和缩短周期、降低成本目的。5 结语多船舶制造技术在我国已经发展了几十年，从船体设计到建造工艺都相对较为成熟。随着时代的进步与科学技术的飞速发展、造船工业也进入了高速化阶段。高性能船用材料和结构已趋向于向更先进的性能、更高效等方面发展；另一方面，由于船舶行业对大型装备提出更高要求，以及新产品不断更新换代而造成的技术瓶颈使得传统建造方式难以解决，这就为高效快速设计制造提供了可能。参考文献：1 孙逊,杨光,曲健夫.高性能船舶设计制造技术在实船上的应用 J.舰船科学技术,2014,36(S1):43-51.2 张明习,轩立新.高性能雷达罩设计与制造关键技术分析 J.航空科学技术,2015,26(8):13-18.3 郭涛,魏小星.船舶设计制造中的并行工程与分道建造技术J.船舶,2018,29(6):23-28.4 武汉船舶职业技术学院现代设计与制造技术中心 J.武汉船舶职业技术学院学报,2015,14(5):2+117.