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摘要：模块化造船是造船技术发展的新方向，在许多国家已被广泛采用，普遍应用于军船、民船和海洋工程装备的建造中。模块是指具有独立性、通用性和组合性的标准化单元。模块化是指将硬件（或软件）按功能分解成许多单元，并将其设计成硬（软）模块，然后与少量非标准硬件（或软件）合成为一个系统的过程或方法。模块化造船技术是指将船舶结构和系统按功能分成若干个有接口关系的相对独立单元，按照通用化、系列化、组合化的设计和生产原则以不同的方式排列和组合成船舶装备或系统并最终总装成完整船舶的一种技术。从制造的观点出发，不仅将整艘船舶看成是结构和系统的多学科产品的构成，还可看成是模块化结构的构成。
关键词：模块化技术；船舶结构；CAD；应用
引言
采用模块化技术实施舰船的模块化设计与建造，代表着当今先进舰船技术的发展趋势，实施舰船模块化设计和建造，不仅可大大改进舰船建造流程，缩短研制周期，提高整体质量，而且可实现舰船任务功能的多样性和作战使用的灵活性，利于现代化改装，减少全寿期费用，已成为当今各国海军发展追求的目标。
1.概述
在船舶结构中，船型不同，但结构型式相似，或同一船舶，不同部位结构有相似的特点，这是船体结构可模块化设计的基础。船舶结构模块有如下特征：
（1）模块规模大小可根据需要确定，大模块可包含整船结构，小的只代表船体单一构件。
（2）较大的船体的模块可由小模块组成，依此类推，形成层次形结构。
（3）单一模块可多次利用，可通过修改变成其他相似模块。
（4）各模块具备特定的属性：如模块编号、模块的几何体、重量重心、尺寸参数、装配定位信息等。
（5）在CAD系统中，模块可表述为特征、特征组、子结构等。船舶结构模块化CAD系统要求如下基本功能：（1）模块划分功能；（2）模块构件布置功能；（3）模块构件尺寸计算功能；（4）模块装配功能；（5）与CAD接口功能；（6）子模块管理功能；（7）模块修改变换功能；（8）常规实体模型生成、图形处理功能；（9）设计图纸生成功能：包括各种剖面图、展开图等。模块化设计技术已经在许多领域的得到应用，模块化技术与面向对象技术有许多相同的特征：支持结构模块数据的封装；模块的继承与重用；模块的多态性。
2.模块化技术在舰船结构设计CAD的应用
2.1模块化顶层规划
舰艇模块化对象是包含多个平台和多个功能模块的装备系列，属于复杂巨系统范畴，要成功达到模块化预期，合理的顶层规划至关重要。目前，我国现行武器装备研制管理的主线基本是采用面向各型号产品研制过程的纵向管理，而模块化技术的实施则对跨型号产品的横向管理和协调提出了很高的要求，因此宜采用矩阵化等更为适应的项目管理模式。特别是在研制经费投入不是很宽裕的情况下，可以先制定模块化体系表，然后结合各个型号产品的研制，逐步对各功能系统、各装备对象实施模块化，并在后续的产品研制中及时加以应用推广，这样就能以较为现实的途径解决研制经费支撑问题，而且能最大程度地确保目前各在研型号产品的技术状态和研制进度。整个模块化的体系结构应具有相对的先进性，在今后较长的时期内能保持相对稳定，而各个功能模块的典型化界面又应为今后模块自身的技术发展保留适度的余量。此外，为了充分借鉴利用国外已经取得的技术成果，同时考虑到今后军事技术引进和军贸出口的可能性，在制定我国舰船模块化技术标准时还应慎重考虑和国外现有标准的兼容性。
2.2机舱结构模块化设计
机舱模块的三维设计造型与中部舱段三维造型相比有新的特点，型线复杂、左右不对称，因此不能反复利用子模块来生成机舱。通常可用特征或特征组复制，按照肋骨、肋板框架或板架、机座作为子结构模块生成，最后装配，进行各种节点处理，以提高三维实体造型效率，其程序框图见图1。针对机舱的特殊情况，具体的采用了如下一些三维建模手段：
（1）如肋骨等与外壳相关的构件，只要选择构件的轨迹线，输入型号参数、端部控制参数，就可按照扫描生成所需的三维构件。该功能可直接用于曲面板架的生成，其中构件的轨迹线是曲线特征。
（2）曲面板材可利用型线设计获得的外壳曲面，确定边界及厚度度后生成带厚度的板。对于类如强横梁与强肋骨组成的联体结构，可采用分别绘制参数化的周界，输入板厚，生成腹板；利用轨迹扫描生成面板。
（3）机舱不同部位的结构，如只是周界形状不同，内部结构相似，且内部结构可以是数个特征组成的复合体，则可直接通过变换周界，利用已生成的结构快速生成其余的相似结构。这给结构的三维建模带来很大的灵活性。
（4）机座的生成需要按照设备的安装要求，分别生成腹板、面板、肘板结构。
（5）图形标注：当三维模型作为视图生成后，在二维模式下可进行各种尺寸、型号标注，完成所需的工程图。生成的尺寸等标注与三维模型有一一对应关系，即三维模型中的修改可直接反映在二维模型中。同时，机舱的结构模块设计与轮机、管系模块设计有相互配合、协调关系。
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图1 机舱结构模块化设计程序框图
2.3核心平台设计
因舰船开发费用较高且周期长，存在较高的开发风险，所以通常会借助通用结构变型，或是派生等多种方式对产品进行开发，以保证能够与舰船航行与作战需求相适应。需要注意的是，核心平台设计并非从零开始设计，而是借助模块化设计方式，实现产品开发平台策略，可以在相同的设计规则情况下完成模块的开发，且与其他模块相互独立。核心平台是在设计产品期间，可以被共享的加工过程、零部件以及子装配体，在增加选配零部件与约束条件的情况下开发一系列且具有通用性的产品。对于舰船结构而言，核心平台是其内部各个结构，确保平台中的各个模块接口均满足实际选配的要求。
3.结论
在船舶结构CAD中应用模块化技术是为了通过合理的将大的船舶结构系统划分为若干子系统，改善船舶结构设计数据流程，便于多个设计人员分工协作，共享数据，同步修改，加快设计进程，提高设计质量；以模块为船体结构功能单元，船体结构重量、重心、钢料等都可直接从模块化设计模型中计算求得；便于同其他专业技术人员设计交流、协调，实现船舶结构设计的并行工程。但鉴于当今的船舶结构CAD功能局限性，实现理想中的模块化设计尚有差距，模块化技术在船舶CAD中的应用需要船舶设计人员不断探索与研究。
参考文献：
[1]王志国.开展舰船模块式设计研究的设想与建议[J].船舶工程，2018，（2）.
[2]陆伟东，徐学光.模块造船的实施方法[J].造船技术，2016，（4）.
[3]何学发，李维博.模块造船技术及其发展综述[J].造船技术，2019，（1）.