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船舶设计建造技术现状及未来展望

发表时间：2021/5/24 来源：《基层建设》2021年第2期作者：毛鹏

[导读] 摘要：社会经济的发展，人们的生活水平有了很大提升，对出行的需求也在不断增加，从而有效促进了我国船舶设计建造行业的发展。

        身份证号：42232519860921xxxx 湖北省咸宁市 437515
        摘要：社会经济的发展，人们的生活水平有了很大提升，对出行的需求也在不断增加，从而有效促进了我国船舶设计建造行业的发展。以往传统的船舶设计建造技术，已经不能够满足人们对船舶设计建造需求和社会的发展，为了能够更好地满足人们对船舶设计建造的需求以及跟随上社会发展的步伐，要对船舶设计建造技术进行改革。据有关人员调查结果显示，我国船舶设计建造已经位列于造船大国的行列，在这样一个强大的背景之下，使我国的国民经济处于世界领先水平。船舶设计建造行业只有不断进行推陈出新，才能够更好地实现我国船舶设计建造行业在未来的发展。本篇文章主要从船舶设计建造技术现状及未来展望，做出的具体分析和探讨，以供有关人员进行参考。
        关键词：船舶设计建造技术；现状；未来展望
        引言
        电气智能系统使电气设计得到的不再是传统的文字信息，而是具有颜色的图像系统，更为直观地进行信息展示。在实际设计环节，通过对已有数据的自动化分析，进行相关图像的比例调控，提高智能设计数据的实际效用。这种方法的技术要求较高，不仅要求设计人员具备一定的创造性，还要有相当的设计经验。
        1船舶结构优化设计简介
        所谓“船舶结构优化设计”，是在符合船舶刚度、强度、频率以及稳性等约束的要求下，利用数学方法与计算机编程，针对船舶的尺寸、形式以及布局等实施优化，确保船舶结构的布局和重量等达到目标值的技术。船舶结构优化设计，是以水介质耦合动力学、船舶结构等专业理论为基础，用于提高船舶的结构安全性以及运动性能等，最终目标在于追求重量的最小化，达到最佳的静力或者动力形态特征，开发及制造出最科学的船舶结构尺寸和形式，在符合各项要求的前提下得到工艺性能、力学性能、应用性能和经济性能等更强的船舶结构方案。
        2优化船体性能设计中存在的重点问题
        （1）确定设计中的因变量。在进行船体总体设计的过程中，设计的因变量也可以称之为决策变量，设计师根据设计需求整体框架进行因变量的选择和控制。伴随着设计的逐渐细化，因变量也随之发生变化，设计中的可变性也随着变量的变化进行改变，最终的设计效果越来越好。与此同时随着变量的不断增多，所产生的问题也逐渐变得错综复杂，使工期变长进而影响整个船体设计的进度。对船只设计进行细化处理时，在满足需求的同时，应当尽可能地降低设计中存在的自身因变量，根据因变量和相对函数系数中存在的联系，结合相关条件之间关联，将设计过程中船体的指向性和联系进行处理，运用相关参数进行研究、设计。（2）设计相对函数系数。在船只设计中，为选取适当的设计因变量所应用的数学领域相关公式即相对函数系数。在设计进程中，关于相关方案对设计方案进行评估的重要参照指标就是相对函数系数，根据若干个设计方案进行参照。在对一艘船进行设计时，设计者不仅需要相对较高的财力、物力作为条件，还应选取成本相对较低，航速相对较高的组件。（3）满足相关约束条件。在进行船体设计时，设计中的因变量会相应受到制约，在数学领域也可以称之为约束条件。设计约束包括界定和性能。界定约束是指在设计过程中设计自身的可控变量区段，设计的相对长度在7~11；形状系数在0.4~0.6。性能约束指的是在进行船体的相关设计时为满足船体性能所赋予的限制条件。比（4）组件目标化模型结构。在进行船只的设计时，为实现整体性能，设计师应充分结合数学领域相关知识，构建相应的数据模型。这样做的目的是根据设计目标对整体流程进行优化。面对所需要优化的结构，进行程序和模型、设计方案和策略等方面的不断优化，进而组建最佳设计系统。
        3如何提高船舶设计建造技术
        3.1逐渐改良法
        在船只总体性能优化设计中，最常见的方法是逐渐改良法，其是在进行评估分析的基础上建立而成的。

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通过对研究责任书中建造任务的分析，进行设计方案的选择，对船只的相对排水量、船只的总体尺寸和相关性能进行分析。通过多次评估，进而达到最满意的设计结果。在对设计资料中逐渐改良法进行分析时，可以根据条件较少相对工作量，进而取得最满意、最优的结果。然而难以确定所选方案是否为最佳设计方案是这种优化方案最为显著的缺点。
        3.2全局优化方法
        全局优化法属于比较常见的非线性优化搜索方法，其根本优势就是具备较好的全局收敛性，有助于寻找所求问题的全局最优解。陈龙等为了加强车辆系统的稳定性，创建了车辆5自由度动力学模型，将悬架阻尼和刚度当作优化设计的变量，采取全局优化方法对其实施优化设计，结果表明：优化以后的结构可以使得车辆系统在各种车速下都表现出比较好的稳定性，乘坐舒适性大幅度提高。耿瑞光等为改善局部优化存在的不足，将全局优化方法运用到船舶轴系结构的优化中，结合使用有限元方法与多提系统动力学，创建起“波浪激励-船-轴系”互相影响的优化模型，同时对其实施优化设计，获得了比较好的效果。
        3.3作用应力检测
        电气智能设计能够对船舶系统进行刚柔耦合动力学仿真，其原理是由于刚体的受力分析只能对零部件的外部受力进行显示，通过智能模拟设计滑台运动的方法获取相应的船舶零部件作用应力、变形情况等信息，从而对船舶的冲击强度进行分析。需要注意的是船舶的形式速度较快，其中柔性体的使用会避免传统刚体反映信息不明确的问题，表现出船舶的整体运动、受力情况。此外，电气智能设计技术中对动力学仿真的应用，能够改变传统静力学仿真仅针对某一部分的运行状态进行研究的弊端，强调整个主体在运作时的运动结果。通过建立力学模型的方式，对船舶进行动力学仿真，从而分析其设计方案是否满足强度需求。
        3.4建立船舶运行参数数据库系统
        船舶作为船厂的主要产品，其性能的好坏直接影响船厂在行业内的口碑，进而影响船东对订单的选择，可以说直接决定了船厂的命运。船舶在交付船东运营后，运行中的各项参数是评价船舶性能的主要参数，也是优化船型和船舶各项指标的参考依据。设计全新船型时，船舶的型线设计、船舶设备的选择、结构设计以及螺旋桨设计等，往往未经实船验证，各种参数的选择无法达到最优，因此需要在设计的过程中不断改进和优化。
        4船舶设计建造技术在未来的展望
        一方面是对船舶设计技术在未来的展望。众所周知，船舶设计技术是船舶从无到有的一个过程，所以，只有对船舶设计技术的专业水平进行加强，才能够更好地促进船舶的发展。有关部门人员可以采用相关船舶设计技术的软件，对其进行开发和研究，来实现船舶设计技术的一体化。另一方面，就是船舶建造技术在未来的展望，虽然我国的船舶建造技术已经跻身于世界领先位置，但是距离世界领先水平还是有一定的差距，船舶建造技术只有时刻保持向世界领先标准看齐的态度，才能够充分的发挥船舶建造技术的优势。
        结语
        综上所述，船舶电气智能设计管理功能应用，能够有效提高船舶管理效率，延长其使用寿命。具体设计环节，通过计算机技术分析结果，计算零部件使用空间，对船舶设计方案进行整体优化设计，并最终分析辩论优化设计的合理性。分析结果要保证船舶内部的最大适应力点的应力值，不高于材料需用适应力值，从而使船舶具有抗冲击断裂的功能，保证行驶安全。
        参考文献：
        ［1］胡步洋，吴丹萍，杨峻凯．浅谈我国绿色船舶技术发展战略［J］．广东造船，2019，38（01）．
        ［2］马化铮，郭文菁．我国船舶设计建造技术现状及展望［J］．南方农机，2017，48（13）．
        ［3］程庆和，马彦军．船舶智能化设计技术现状及发展规划［C］．数字化造船学术交流会议论文集，2018．