船舶结构设计中的知识技术有效整合应用探讨

摘要：目前船舶设计制造业普遍存在问题越来越突出，严重限制造船业的迅速发展。船舶设计知识缺乏有效地归纳和整理，导致知识和经验的重用性和共享性差。同时年轻设计者缺乏设计规范，设计标准等知识的有效支持，导致设计者在设计产品中花费较多的时间搜索、查阅书本知识。本文主要对船舶结构设计中的知识技术的应用进行分析，以供参考。

关键词：船舶；结构设计

中图分类号： TU2 文献标识码： A 文章编号：

前言

随着船舶制造业的竞争愈演愈烈，如何缩短设计周期，提高船舶设计的质量和效率是造船企业不断追求的目标，而在船舶设计建造过程中，我们积累了大量的设计数据，而这些数据若能够得很好地应用的话，在往后的设计中会得到非常好的效果。下文主要对船舶设计技术中的知识工程应用促进了造船企业不断地提升竞争力和创新力，在未来的船舶设计过程中有着广阔的应用前景。

一、船舶结构设计流程分析

船舶是典型少量多样的产品，其设计过程是在时间、经费、质量、制造条件等约束下，利用一定资源根据设计需求与船东、船级社、造船厂等共同协作，产生船舶产品数据的过程，船舶设计的功能流程如图1所示。

图1

（一）结构设计流程

船舶结构设计需要耗费大量的时间，某一构件的调整将影响到其它部分的调整。在各专业领域设计中，船体结构设计的工作量最大，成为影响着船舶设计周期关键因素。船舶在设计过程中，概念设计主要是针对开发全新或者特别需求的船型。初始设计是用作报价，依照同型船或相似船的资料估价并对性能做预估，因此对船厂设计部门来说，要从事生产的设计重心是在功能设计与详细设计的阶段。船体设计部门的设计流程 IDEFO 图如图2所示，其利用专有模式化语言与构建模型规则与技巧，将分析系统由外而内、由上而下逐层进行剖析并以结构化图形描述各项功能彼此间关系，使得复杂的信息系统能以系统化方式加以表达，有效地将系统进行正确运作。在大型船厂的设计部门中需要经过初始设计、功能设计、详细设计与生产设计四个阶段。

图 2 大型船厂船体设计部门设计流程 IDEFO 图

初始设计阶段，首先要确认船舯剖面的主要结构构件，根据生产需要，绘制其他肋位的横剖面，其结果可以作为船厂初步报价的依据。在功能设计阶段，主要是要考虑船舶的技术效能、结构强度等。在详细设计阶段，考虑结构构件的装配、加工情况，设计人员可在初始设计图中确定各构件布置位置和详细资料，绘制结构详细设计图。进入生产设计阶段时，设计者结合船厂的条件和特点，考虑建造的技术、设备、施工方案、工艺要求和流程、生产管理等情况，在计算机上预演完成船舶建造的全过程，并设计和绘制施工图纸以及施工工艺和规程等文件。产出施工图纸之后，便要进入规划放样的工作任务。规划放样的作业部分最重要的是排版，即将同属性规格的构件，尽可能安排在同一片原料钢板上，适当的排版可节省材料与时间，完成排版任务。放样排版人员根据从制造设计阶段产出的施工图纸上所标的构件属性，对构件做分类与整理，再依照形状、数量、属性等条件输入放样排版系统。

（二）分析设计流程

由于船厂不能像汽车制造厂那样有高产出的装配流水线，对于每一个船舶设计，大多数船厂有明确的、最好的习惯和预定义的工作流程。在整个设计过程中，捕捉这些信息并将其转化为知识对船舶设计流程进行改善，逐渐制定标准化的船舶设计建造流程。随着船厂从以往的只从事生产制造到现今的具有自行研发设计的能力之后，应该随着软件和硬件的更新与工作性质的改变而改善。

船舶设计单位积累大量的设计经验、数据、技术等知识，但缺少合适的工具对这些知识进行整理，应用于未来的船舶设计，造成设计单位的知识资产损失。面对目前的激烈竞争，除了需要设计人员的热情与投入外，若能以积累的经验，发挥整个系统的优势，运用知识工程的方法保存这些设计方法，整合经验，减少设计产生的冲突造成额外的时间和资源浪费，更能提升设计的质量与竞争力。

从设计生产的流程来看，Tribon、CATIA 系统在大型船厂扮演生产设计系统的主要角色，以三维的方式表现船体构件的形状、厚度、材质等信息。对于设计部门来说，在初始设计阶段，若能产出一个合适的结构设计方案，到设计后期的放样作业甚至现场的生产阶段，可因顺畅的流程而节省许多修改或重新设计建模而花费的人力与时间，并能大幅度提升船舶结构设计质量。然而目前船厂在初步设计与制造设计及生产设计阶段中间有较大的差距，这段差距给船体设计流程造成很大的问题。

将船舶设计分三阶段：计划阶段、详细设计、制造设计。每个设计阶段的设计时间与对设计成本的影响比例，如图3所示。虽然计划设计阶段的设计时间对于整体来说比例很小，但是对船舶成本的影响却很大，而从详细设计到制造设计阶段的设计时间大幅增加，对成本的影响却降低，显示出计划设计阶段需要设计者对船舶总布置、主机选型和主要性能等方面考虑完善，得到初始设计的合理整体方案。

图3各阶段的设计时间与影响比例

在造船设计流程中，除了需要从船东需求角度考虑船舶的性能，还必须考虑船厂本身的生产技术状况。如果在船舶设计初期没有经过详细、完善地考虑，会造成船舶设计流程的不顺畅，导致设计后期会花费更多的资源、时间进行修改，增加设计人员的工作量，间接地增加船舶设计周期和设计成本。

将船体作业在施工设计阶段才开始进行三维模型的型态，提前到功能设计即开始建模，如此不但减少人工重复建置资料的工时、避免人为错误的发生及早建立三维产品模型，能使不同时期进入设计阶段的设计者共同建置并分享相同模型信息，达到真正的协同作业。

二、结束语

总之，随着船舶制造业的激烈竞争，除了应用合适的计算机辅助工具，借助于知识工程技术尽可能的萃取多年积累下的知识与经验，充分利用积累下来的大量的设计数据，保留优秀的设计经验，减少设计以及生产过程中，返工所造成的时间、人力与物料的浪费。