船舶数字化设计应用及发展趋势研究

船舶数字化设计应用及发展趋势研究

高伟12 ,韩海荣1,郑文12

1.中国舰船研究设计中心  湖北省 430064

2.武汉船舶设计研究院有限公司  湖北省 430064

摘要：在制造强国理念的引导之下，我国传统制造业的转型升级正在不断进行中。船舶制造作为我国制造业十大战略产业之一，它的高质量发展对于我国的经济转型和发展战略安全意义重大。在对我国现有造船模式进行分析的基础上，结合时代发展形势，分析了现代造船模式的新要求和新内容，并以数字化造船作为促进船舶制造行业发展转型的主要手段，论述了数字化造船内涵及其与现代造船模式之间相辅相成的关系，分析了数字化造船系统的构建。

关键词：船舶数字化设计；应用；发展趋势

引言

  船舶是一项多专业、 跨学科的系统工程产品， 其设备、 系统众多，复杂程度高。 随着科技的不断创新和发展，以计算机技术、网络通信技术、软件技术、数据库技术、仿真技术等为代表的数字化技术已经广泛地应用于船舶设计、制造、维修、保障等全生命周期过程，

逐渐改变着传统的船舶设计与制造模式，对提高设计水平、改善建造质量、降低研制成本和风险、增强竞争能力、缩短设计及建造周期具有重要意义。船舶设计是产品生命周期中的第一个环节， 也是最重要的环节。工程研究与实践表明：整个产品生命周期约 80％ 的费用是由产品设计阶段的工作所决定，本身所需费用则不到 3％ 。而船舶数字化设计在改变设计人员工作时的设计手段的同时， 还改变着设计人员的思维模式。

1.船舶数字化设计现状

世界上发达国家在船舶数字化设计技术的应用方面起步较早，在设计中已经广泛采用数字化的理念。 美国从 20 世纪 80 年代开始，已经经历了两个大的发展阶段， 第一阶段从 20 世纪 80 年代初到 90 年代中期，以 DDG51 项目最具代表性，全面采用三维设计技术。 第二阶段从 20 世纪 90 年代中期到现在，以 LPD17 项目最具代表性，实现了各种应用技术的集成，建立了集成产品数据环境（ IPDE ） , 取得了显著可观的经济效益和社会效益。

数字化技术作为先进设计制造技术的基础核心，国内船舶行业也非常重视，从 20 世纪 90 年代开始，以三维设计技术为代表的数字化技术在船舶设计过程中得到较为广泛的应用。三维数字化建模为基础的数字样船技术也得到逐步发展 , 已达到几何样船的水平。 在自主研发方面，沪东造船厂牵头研制了三维设计系统 SPD3 ， 611 所牵头研制了三维设计系统 SB3DS 。基于虚拟样船的仿真分析、性能评估、虚拟维修及制造等方面的研究工作也已逐步展开。

2船舶研制现状与不足

目前船舶行业已建立以二维图文档为技术载体，模型作为技术补充的数字化设计和管理模式，但尚未完全建立以模型为核心的数字化研制体系。具体体现在：

（1）缺乏行业统一的数字化基础标准规范、基础库和工具，行业内成果和经验共享不足，不利于全国大范围协同。

（2）传统的业务分工造成厂所流程割裂，模型信息表达不完整、数据流动不畅、重复工作量大、研制效率低下、变更问题多等问题。技术载体以二维图文档为主，三维模型为辅，厂所交付还无法实现基于单一数据源的100%数字量传递。

（3）建造的数据载体仍停留在二维图文档，数字化工艺和工装设计还不完备，基于三维模型的作业指导和数字化检验手段还需进一步加强。

（4）保障数据主要还是二维图文档等非结构信息，还未与设计和建造的三维模型关联。

3 船舶数字化设计应用前景和发展趋势

船舶数字化设计应用的发展具有集成化、网络化、虚拟化、智能化的特征。 针对存在的差距，参考国内外其他行业数字化设计的成功经验，船舶数字化设计的技术发展趋势主要体现在：

（1）设计全过程数字化。 数字化设计工具研发的重点由过去服务于详细设计和生产设计阶段， 逐步向概念设计和初步设计阶段转移。实现产品从市场需求开始直至产品报废的全生命周期各个环节数字化。

（2）全面应用基于人机工程的虚拟设计，帮助设计人员在详细设计阶段，测试和验证各种设备是否便于操作和维修，各种工作空间是否满足要求，在建造前就可最大程度的避免可能出现的布置、操作空间以及维修空间等问题，减少返工。

（3）深化并行协同设计技术，加强面向制造的设计技术 DFP(Design for production) 的应用，优化与制造相关的设计流程，在设计过程中就考虑制造因素，加强系统集成和业务过程协同，打通设计所和船厂之间的数据传递，消除信息孤岛，逐步实现设计制造一体化，降低

研制成本和缩短周期。

（4）构建综合集成设计平台，全面考虑 CAD 、 CAE 、 CAM 以及维修等信息系统的需求，在基于共同产品数据模型的基础上，实现产品全寿命期不同阶段信息系统集成，这是船舶数字化设计重要发展方向之一。美国是这一路线积极的倡导者和实践者，已完成第一步“船舶产品数据模型的定义”，正在开展第二步“设计出一套可行的产品数据描述方法”。

4.数字化造船内涵及其与建立现代化造船模式的关系

所谓数字化造船，其最大程度地强调了知识、信息在造船过程中的重要性，以数字化模拟仿真技术为基础，通过对船舶制造全过程化的模拟，实现对船舶产品开发、设计、制造、管理、决策、经营全过程的资源合理化配置，从而提高生产效率和利润，以快速化的反应机制，赢得更加广阔的商品市场。数字化造船是未来我国船舶制造业的主要发展方向，要想深入了解数字化造船的内涵，我们需要对数字造船工作过程进行三个内容方面的细分:船舶设计的数字化、建造的数字化、控制管理的数字化。

4.1船舶设计数字化

设计数字化，就是指在船舶设计过程当中，充分利用 CAD、CAE、PDM、虚拟现实技术等现代化技术辅助船舶设计中的绘图、结构分析等工作，从而最直观地展现船舶产品的设计理念和设计形式，以此快速判断其准确性与合理性，从而减少设计中的缺陷，缩短产品开发周期，以数字化的设计方法，促进船舶制造企业产品研发能力的提升。

4.2船舶建造数字化

船舶建造的数字化，就是指以现代化的信息技术和数据应用技术对船舶生产的全过程进行智能化、自动化控制，并依托于数字化的生产设备，实现船舶加工与装配的自动化和精密化，从而显著提高船舶生产企业的自动化水平和产品生产效率。

4.3控制管理数字化

精细化的企业管理，是实现船舶制造业发展水平提升的关键，将数字化理念引入到船舶企业日常管理当中，基于互联网技术和信息技术实现供应链管理与客户关系管理通路的构建，

提升造船企业决策经营的科学性、合理性和可靠性，以此统筹优化企业内外部资源，使造船企业管理趋向现代化。

5.总结

随着大数据时代信息技术的快速发展，数字化设计技术在船舶设计中的应用将越来越广泛，能有效推动船舶由传统经验设计向预测设计 / 仿真设计发展，提升创新设计能力，提高知识和数据重用率，减少重复劳动，必将推动数字化设计技术在船舶行业的广泛应用，缩短与世界造船发达国家的差距，提高船舶研制水平。

参考文献

［1］宋琳 , 陈娇 . 兵器装备精益制造数字化技术发展趋势及工程化应用 [J]. 兵工自

动化 ,2013(8):28-31.

［2］吕波 , 赵建辉 . 国外舰船数字化设计技术应用最新进展 [J]. 技术与工艺 ,2010(3):

35-38.

［3］陈海东 , 沈重 , 等 . 电子设备多学科优化设计平台的实现航天数字化应用技术

的发展与趋势 [J]. 电讯技术 ,2008(3):23-27.

［4］乔珊 , 应文烨 , 何刚 , 等 . 舰船数字化设计应用研究 [J]. 中国舰船研究 ,2007(8):

20-25.