船舶设计中先进设计技术的应用
[摘 要]船舶生产和船舶设计时所选用的技术手段是否先进、是否符合船舶使用的相关要求，是船舶使用质量的重要保障和首要条件。本文在对船舶生产技术进行研究的过程中，结合船舶生产的实际案例，提出了几个方向的先进设计方案。在船舶设计技术的考量上，分别以3D设计以及模块化设计作为主要的设计技术手段，提升船舶设计生产的技术工艺，提高船舶的使用质量。
[关键词]船舶设计；设计技术工艺；3D设计；模块化设计
中图分类号：U662 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）41-0378-01
前言：我国船舶生产行业经过数十年的发展，已经建立起了现代化的造船模式，其中散货船、集装箱船、油船等已经出口至全世界数十个国家和地区，得到了当地的认可。在船舶工业当中，船舶的设计和生产经历自主研发、总装建造、配套设施等具体的环节，通过先进的造船工艺和设计技术，使得船舶的附加值更高，实现了跨越式的发展。在工信部的统计数据中，我国承接的新船订单位居世界第一位，十分引人注目。
一、船舶设计生产中的模块化设计技术
（一）模块化设计的主要内容
模块化这一概念，主要来源于计算机领域，通过对整体和部分关系的把控，实现条理清晰，应用方便。在船舶设计当中，设计人员也需要依据船舶生产、船舶销售等具体的船舶工业特征要求，将其视作一个整体，再根据整体当中的各个环节进行模块化的细分，从而使船舶设计能够在每一个模块当中凸显作用。
在具体的船舶设计过程中，设计人员可以依照船舶生产的各个步骤，将其分为市场域、功能域、结构域以及评价域四个部分。其中，市场域是指生产设计从市场需求角度出发的部分。在进行设计时，设计人员需要根据市场调研所获得的数据，对船舶产品提出功能预期，再结合用户需求进行模块分析；功能域则是在市场域的要求下，进行产品的功能分析，从而使设计产品具备各项功能；结构域需要设计人员依据功能要求，从船舶的结构设计角度，进行结构划分，使之与功能域的模块保持一一对应；评价域则需要依据设计内容，确定评价方案。
（二）模块化设计的技术开展
本文在开展模块化设计的过程中，针对具体的船舶生产方式和用户使用需求，确立了基型模块和专用模块两个部分的设计要求。其中，基型模块是整个模块化系统当中的通用模板，通过模板设定来反映出船舶生产中所应该具备的主要功能。但是在实际的生产中，市场调研所显示的用户需求种类繁多，因此在船舶的通用模板上，要有针对性地进行功能和参数的修改，使其能够外城要素、布局的更新替代，提升整体性能。
在某型号的集装箱船的设计案例当中，设计人员针对機舱的设计采用了改型化的基型模块设计。其主要的设计内容包括肋骨、肋板框架、基座等，通过节点处理的方式进行装配。首先，由于肋骨和肋板是机舱设计当中与外壳有密切关系的重要构件，因此设计人员需要选择轨迹线，来确定构件情况，再输入端部型号参数完成构件配置[1]。在外壳设计中，受到曲面外壳的影响，需要运用曲面板材。因此设计人员需要线型设计的模拟方式，对曲面板材的便捷厚度进行参数计算，最终获得带有厚度的外壳板材。机舱结构方面，由于其内部结构十分相似，且是由多个构件共同构成的复合体，因此设计人员可以采用交换便捷的方式，生成与之结构相类似的结构，提升设计的灵活性。而在基座设计方面，设计人员则需要依据基型模块的特征，分别进行面板、腹板、肘板等重要结构的设计。在模块当中，轮机和管系模块需要保证相互配合。
专用模块方面，则主要是通过重复出现的通用模块形成与之相差异的模块内容，设计人员在进行专用模块设计时，应当避免通用模块的重复性特征，在宏观指导下完成模块设计，是指能够与具体的设计内容相吻合，实现与通用模块之间的平滑过渡。例如在船舶的装配规划过程中，根据专用模块可以使船体的结构与装配单元完成相互对应，再依据层次进行零部件模型的检查。通过专用模块，可以使装配模型完成快速规划。首先，工作台上散落的零部件，在装配模型的建模中，能够运用操作完成组合，再通过系统计算得到约束求解，进而是零部件落实到其所需要的访问之中，实现快速的装配规划。
二、船舶设计中3D技术的运用
（一）3D技术的运用要求
为了使模块化的建模更加符合船舶生产设计的实际要求，在开展船舶设计技术应用时，还应当适当地引入3D建模技术。3D建模技术是当前船舶设计领域模块化设计所首先采用的计算机辅助技术，通过CAD、PDM或者虚拟设计等技术手段，实现船舶生产的数字化和可视化，进而缩短开发周期[2]。在模块化的设计方式之中，3D建模能够通过模拟的方式对船舶设计方案是否具有较高的可行性进行分析，并运用计算手段，对所设定的模块化程度进行评估，进而确定模块内容的分化。具体来说，3D建模能够通过船舶参数和船舶型谱来生成必要的型谱文件，再依据船舶市场需求特性，对船舶结构进行变型设计，并通过终端展示的方式，将模拟设计下的船舶状态与用户的定制需求进行对照，最终形成设计方案。
（二）3D建模的使用方法
在开展模块设计的过程中，设计人员可以依据3D建模技术来对模块化的内容进行判断。例如在设计船身的曲面形态时，设计人员需要运用到专用模块来完成设计。为了确保专用模块与船身需要相吻合，一般需要运用1-Cp法对船身的横剖面进行模拟，并计算出移动距离。这一计算运用到船型的设计系数，通过对母船型的型值进行修改，使其能够完成软件导入，最终获得船体曲面的数据信息，为模块设计提供支持。
结论：综上所述，在船舶工业的设计和生产当中，模块化技术能够更加精准地把控船舶设计的主要方向，并依托于具体的设计环节，是设计内容精准度提高。而在设计环节中，模块化技术需要借助3D建模这一辅助设计方式来完成真实情况的模拟，从而降低因人工设计所带来的偏差。
参考文献：
[1]汪自军，易洪广.可持续发展下的船舶设计技术研究[J].中国水运（下半月），2016，16（03）：3-4.
[2]郝金凤，李忠刚，强兆新等.建立船舶设计技术参数参照体系研究[J].船舶标准化工程师，2015，48（01）：8-12.